包含一正交折叠的波状金属薄膜的密封绝热罐的制作方法

本发明涉及一个密封绝热罐，尤其涉及用于储存寒冷液体的罐体，例如用于存储和/或海上运输液化气体的罐体。

背景技术：

密封绝热罐可以用于不同行业来存储热的或冷的产品。例如，在能源领域，液化天然气(LNG)是一种可以被存储在约为-163℃下的大气压的陆上存储罐或船体浮式结构中运输罐体内的液体。

这种罐体例如法国专利文件2724623所描述的。

技术实现要素：

本发明提供一种密封绝热罐，内置一个包含承载壁的结构，所述罐体具有一依附于所述承载壁设置的液舱壁，所述液舱壁包括：

一依附于承载壁设置的绝热层，由直角平行六面体绝热块构成，其并列的平行排列，并互相隔开一段间隙；

由所述绝热层组成一个密封屏障，所述密封屏障包含一由金属片焊接形成的金属薄膜；

绝热层上的每个所述绝热块，在承载壁对面的同一面，承载至少有两个基本上正交的金属连接条，设置于平行于绝热块的侧面，金属薄膜上绝热块带有的金属片与所述金属连接条焊接，所述金属连接条与绝热块刚性连接；

金属薄膜上每个金属片都至少包含两个平行于绝热块侧面的正交折叠，所述折叠被插入绝热块之间形成的间隙中。

根据本实施例，该罐体还具备下述一个或多个特性。

根据一实施例，金属薄膜上每个金属片都至少包含两个平行于绝热块侧面的正交折叠，所述折叠被插入绝热块之间形成的间隙中。

根据一实施例，所述液舱壁有一个主元件和设置在主元件和承载壁之间的辅助元件，所述主元件和辅助元件均包含一由直角平行六面体绝热块组成的绝缘层，上述两个绝缘层并列平行，并且在绝缘层上还设置有一密封屏障，所述辅助元件上的绝热层与承载壁刚性连接，所述主元件上的绝热层使用连接装置与所述辅助元件上的绝热层刚性连接。

根据一实施例，辅助元件上的密封屏障由金属薄膜制成，所述金属薄膜包括多个金属片，每个金属片包含有至少两个平行于绝热块侧面的正交折叠，所述正交折叠插入辅助元件的绝热块之间形成的间隙中。

根据一实施例，辅助元件的金属薄膜上的金属片，由一铁镍合金或铁锰合金制成，并具有不超过7×10^-6K^-1的膨胀系数。

根据一实施例，辅助元件的密封屏障上的金属片的折叠部位插入辅助元件的绝热层上的绝热块之间形成的间隙中。

根据一实施例，主元件的密封屏障上的金属片的折叠部位插入主元件的绝热层上的绝热块之间形成的间隙中。

根据另一实施例，主元件的金属薄膜与辅助元件的金属薄膜在设计上存在差异，如插入罐体的折叠部位。换言之，主元件的密封屏障由金属片和朝向罐体内部的折叠部位焊接形成。

根据一实施例，绝热层的一个绝热块包括一在其上设置有泡沫层的底板，该泡沫层具体为聚氨酯泡沫体，该底板悬伸出该泡沫层。这些底板可由胶合板制成。所述辅助元件压在承载壁之上，用固定装置与承载壁焊接，且与绝热块悬伸出的底板区域相配合。必要时，将树脂珠插入到承载壁中以弥补任何缺陷。

根据一实施例，辅助元件绝热层的绝热块被粘接在承载壁上。

绝热块中的所述连接条可能存在许多差异，特别是关于一个绝热块中连接条的位置和数目。就这一点而言，这些绝热块不一定完全相同。

根据一实施例，辅助元件的绝热层上各绝热块的连接条具有沿着由大面积绝热块组成的矩形的两条对称轴设置的两个连接条。

根据一实施例，主元件的绝热层上各绝热块的连接条设置于由大面积绝热块的边缘附近。

根据一实施例，每个绝热块包括三个设置在盖板上的连接条。

根据一实施例，各绝热块的连接条均设置在底板或者泡沫层的同一凹处，以便于不增加绝热块相应表面的厚度。

根据一实施例，绝热块上的连接条通过螺丝接合、装订、铆接或粘接到同一凹处。

根据一实施例，主元件绝热层的连接装置包括一设置在辅助元件各绝热块的两个连接条的交叉点处的连续的金属板，以及一个横跨辅助元件的密封屏障而又不与主元件的密封屏障接触的突出部件。

根据一实施例，主元件和辅助元件的密封屏障的相邻金属片分别与主元件和辅助元件的绝缘层上各自附带的连接片水平焊接。

根据一实施例，所述突出部件为双头螺栓，其基部为连接到辅助元件绝热块上连续的金属板，其中间部分被插入与双头螺栓的空闲端提供的螺纹相对应的螺母和主元件绝热层的绝热块上底板的悬伸部分之间。双头螺栓的基部通过焊接和/或螺丝接合连接到辅助元件的绝热块的连续金属板。

根据一实施例，构成密封屏障的金属薄膜的金属片为矩形，并且每个金属片沿着由相同的边缘组成的矩形的对称轴形成有两处折叠。

根据一实施例，金属片的两处折叠和主元件的密封屏障正切于矩形片的中心。

根据一实施例，一个金属片同一中心部位的两处折叠，其中一处是连续的，另一处是中断的。

根据一实施例，第一型号的金属片具有沿着相同长轴连续的折叠。

根据一实施例，第二型号的金属片具有沿着相同长轴间断的折叠。

根据一实施例，各液舱壁中第一型号和第二型号的金属片有规律的交替，以使一种型号的金属片总与另一种型号的金属片相邻。

根据一实施例，绝热层上每个绝热块具有两个系列的正交插槽，每个上述一系列的插槽平行排列于绝缘块的两个相对的侧面，且金属薄膜各金属片均具有两个系列的附加折叠，每个所述系列的附加折叠具有与另一系列的折叠正交的折叠，平行于插入间隙的折叠的二者之一，并插入在绝热块中形成的一个系列的插槽中。

根据另一实施例，所述金属薄膜还包括第二多个金属片，所述第二多个金属片中的每个具有平行于绝热块的两个相对侧面的单个折叠，所述折叠被插入到两个绝热块形成的间隙中。

根据另一实施例，绝热层的各绝热块具有平行于绝热块的两个相对侧面的插槽，其中金属薄膜包括第二多数金属片，每个第二多数金属片具有一折叠，折叠插入形成于绝缘块的插槽中，所述各第二多数金属片还具有另一折叠插入两个绝热块形成的间隙中。

这样一个罐体可以作为陆上存储设施的一部分，例如用于存储液化天然气，或安装在沿海或者深水浮式结构中，尤其是液化天然气运输船、固定系泊大型油轮、再气化装置(FRSU)、浮式采油、存储和卸载装置(FPSO)中。

根据一实施例，用于运输寒冷的液体产品的船只具有双层船体，上述罐体设置于该双层船体中。

根据一实施例，本发明还提供一种方法，用于通过隔热管道从上述船只，装载及卸载寒冷液体，往来于陆上或浮式存储设施和船上的罐体之间。

本发明还提供一种寒冷液体的输送系统，该系统包括上述船只、绝热管道，用于连接安装在船只的船体内的罐体与陆上或浮式存储设施、以及一个泵，用于推进寒冷液体源源不断地通过隔热管道，往来于陆上或浮式存储设施和船只的罐体之间。

本发明的一个核心思想在于提供一种密封绝热多层式结构，易于在其延伸表面上建造。本发明的某些目的是基于建造拥有简单几何结构且成本低廉的绝热区的理念。本发明的某些目的是基于提供一种密封薄膜，尤其是由低膨胀系数的薄钢板的理念，例如或其他薄钢板制成的辅助薄膜，拥有有限的厚度，尤其是不超过0.7毫米，由此可以实现有限的硬度，从而使得液舱壁边缘可以使用相对小的固定构件进行固定。

附图说明

本发明连同附加的对象，细节，特征和其优点，同下面几个单独给出的作为非限定性的例子的特别的实施例，和相关的附图一起，被进一步的解释。

图1是本发明的一个密封绝热罐的不同组件的透视图，包括除去其他不同组件以显示液舱壁上主元件和辅助元件的密封绝热层。

图2是本发明的罐体的液舱壁的截面图，其中，主绝热屏障具有从相对于承载壁一面突出的折叠；

图3是图1中所示的罐壁中辅助元件的绝热层的绝热块的透视图，所述绝热块在相同的中心区域具有与罐壁上主元件的绝热层的绝热块连接的装置；

图4是图1中所示罐壁上主元件的绝热层的绝热块的透视图；

图5是组成液舱壁上主元件和辅助元件的密封绝热层的剖视图，包括主元件上相同的密封屏障，如图2所示的插入罐体中的折叠部分，且具体展示出主元件绝热层与辅助绝热层连接装置连接条的构造。

图6与图5相似的部件分解图，单独展示出连接装置的两个部分；

图7是不同于图5和图6的另一实施例中的连接装置的剖视图。

图8是图7中连接装置的俯视图；

图9展示出组成液舱壁的片材的装配图，所述片材包括第一类型片材和第二类型片材，从而使得密封屏障的金属薄膜的弹性相对均匀；

图10展示出与图9类似的另一可选实施例的装配图，其中设置在第一方向上的绝热屏障的金属片的折叠部位，基本上液舱壁上的一个金属片对齐相邻的金属片，而在与第一方向正交的方向，该折叠中断以避免交叉折叠；

图11是一个形成于液化天然气运输船内的多面罐体的透视图，它使用了图10中所示改善的弹性的密封薄膜，以在海上运输的过程中适应船只的轴变形；

图12是金属片的其他两个变化例的示意图，可以被用于形成密封薄膜；

图13是液化天然气运输船内的罐体以及该罐体的装载/卸载终端的剖视示意图；

图14-16是金属片的另外两个变化例的示意图，可用于形成密封薄膜；

图17是17种具体的可以被用于形成密封薄膜的有折痕的金属片的示意图；

图18-23是图17中金属片的折痕的不同布局示意图，这些折痕被周期性地重复，以形成密封薄膜；

图24是另一实施例中辅助元件的绝热层上绝热块的透视图；

图25是辅助元件的绝热层和密封屏障的透视图，所显示的密封屏障被部分切除；

图26是图24和图25中具体实施例的辅助元件的密封屏障和绝热层的截面图；

图27是另一个实施例液舱壁内的装配图，金属片装配形成辅助密封屏障；

图28是另一实施例中液舱壁内的装配图，金属片装配形成辅助密封屏障。

具体实施方式

在所示不同的变化例中，即使不是完全相同的组件，只要其执行相同功能，即采用相同的标识。

标记1代表作为一个整体的液舱壁上辅助元件的绝热层的绝热块，该绝热块具有长度L及宽度l，例如长3m宽1m；该绝热块是直角平行六面体形，由两块胶合板中间夹聚氨酯泡沫组成。其中一块胶合板2a悬伸出泡沫层的边缘，并意图承受插有树脂珠4的承载壁3，树脂珠4用于弥补承载壁3上的局部缺陷。另一块在绝热块1中的胶合板2b，包括沿着两条相同的对称轴设置的金属连接条6，该金属连接条6被用螺钉、铆钉、订书钉或粘合剂固定在凹处7内。在连接条5和6的交叉区域，有一连续的金属板，金属板在金属条的交叉区域的中心，承载着螺栓8，螺栓8突出于胶合板2b之上。胶合板2a被用树脂珠4粘合在承载壁3上，以固定住承载壁3，也可以使用双头螺栓9焊接在承载壁3上。在两块相邻的绝热块1之间形成一间隙10，例如由于胶合板2a的悬伸部分形成间隙，或因为可能使用定位板的原因。

如图1所示，从图中左上角未被覆盖的辅助绝热块斜向下至右下角，辅助绝热块1被形成液舱壁的部分辅助密封屏障的片材11部分覆盖。这些金属片11基本呈矩形，沿着矩形的两条对称轴，分别包括有折叠处12a和12b。折叠12a和12b对承载壁3形成缓冲，且位于辅助绝热层的间隙10中。金属片11由热膨胀系数介于1.5×10^-6至2×10^-6K^-1之间、厚度介于约0.4mm至约0.7mm之间的制成。两片相邻的金属片11搭焊在一起，如图5和图6中所示。金属片11用连接条5和6保持在绝热块1上，金属片11至少有两个边缘被焊接至绝热块1。

根据一优选的实施例，金属片11由热膨胀系数约为7×10^-6K^-1的锰合金制成，这种合金通常比高镍含量的合金，如便宜。

参照图1，从液舱壁上辅助元件的密封屏障的金属片11区域向右下方倾斜移动，至该辅助密封屏障被液舱壁上主元件绝热层的绝热块13覆盖的区域。绝热块13在图4中被详细的展示。绝热块13的整体结构和绝热块1相同，也即由两块胶合板中间夹聚氨酯泡沫形成。基板13a靠在金属片11上，在四个角上有悬伸出的部分30。这些绝热块13通过悬伸部分30和双头螺栓8互相连接。绝热块13的顶层有两个由金属制成的连接条14a和14b，设置在绝热块13的凹处，为了不增加绝热块的厚度。连接条14a和14b平行于绝热块13的边缘，且在同一凹处接触，与上述对连接条5和6的描述类似。

最后，如图1所示，从绝热块13斜向右下方移动，是形成罐体主元件的密封屏障的金属片15。该金属片15可由厚度约为1.2mm的不锈钢制成，包括沿着矩形对称轴形成的，如上述描述的金属片11的折叠。这些折叠可以对承载壁3一侧形成缓冲，但也可以对罐体内部形成缓冲；这些折叠被称为16a和16b。在图2中，如图5和图6中所示，这些折叠16a和16b也可以朝向罐体内部，。

图5和图6展示出一个具体的实施例，其中，金属片11具有插入间隙10的折叠12a，在图中用虚线表示。辅助密封屏障中相邻的金属片被焊接在一起，焊接区域在图中表示为标记17。在连接条6上形成焊接，同时，双头螺栓18也焊接到同一连接条6，且其上端具有螺纹，以匹配锁紧螺栓19。锁紧螺栓19被设置在一个碗状器件的底部，碗状器件的外围边缘20陷入胶合板13b形成的凹处21中，以界定主绝热层13和罐体内部。在主绝热块之上设置一片材15，具有两条折叠，用于向罐体内部形成缓冲，这两条正交折叠汇合形成节点，片材15被密封焊接并形成罐体的主绝热屏障。

连接条6从与连接条5的交叉点处延伸以形成密封区域39，通过密封区域39，金属片11的四个角可以被焊接到螺栓18上。这样，就没必要在金属片11上穿孔来使得螺栓18贯穿至液舱壁的主要元件。为贯穿剩余的相同长度，连接条5和6优选的由非连续的并列的段形成，以限制因热收缩引起的压力，尤其是金属片11的焊接点处的压力。

图7和图8展示出连接装置的变化例，连接装置使得主绝热层的绝热块13挤压在辅助密封屏障的金属薄膜11上。这些连接装置包括一螺栓18，其基部被刚性连接到辅助绝热块1的胶合板2b上。一个弹性垫片23设置于螺母22和主绝热块13的胶合板的悬伸部分30之间，以使得罐体的主绝热层的绝热块13固定于罐体的辅助元件上，而不需要螺栓18延伸到主密封屏障的金属片15。

在图中，特别是图2中，应力消除槽40位于从盖板穿过大约绝热块的厚度的一半。这些应力消除槽有效地将盖板2b和13b细分成单独的部分。然而，这样的应力消除槽并不总是必要的，这取决于制作绝热块的材料的性能以及施加到相同材料上的热应力。在一个未展示的实施例中，绝热块1或13没有应力消除槽，这样盖板2b或13b就是连续的。

图9-图12是辅助密封屏障的金属片中的折叠的布置。这些布置同样可以用于主元件金属薄膜。

图9展示出具有连续折叠和与该连续折叠正交的不连续折叠的片材的使用。两种类型的片材31和32交替排列。片材31和32的边缘用虚线表示。折叠部位用实线表示。其特征在于，在两个方向制得弹性均匀的薄膜。

相反的，图10仅用片材32，其中所有在一个方向上的折叠都是连续的，在另一方向上的折叠不连续。图11展示出，为使罐体设计适用于船只，形成平行于船只轴线的不连续的折叠以及与所述轴线垂直的连续的折叠，因为在运输过程中，由于上下颠簸，船只轴线在垂直平面的变形会导致船只的船体变形。

图12展示出另外两种片材51和52，可用于形成多个分区上的密封屏障，分区横向于如图11所示的船只轴线。

图14-图15展示出有折痕的金属片H和F，用于代替图11中所示的形成多个分区上横向于船只轴线的密封屏障的片材51和52。这导致了折叠线沿着罐体的宽度而非高度延续。

图16展示出折叠的片材E，可用于形成或与上述方案结合形成密封屏障。

图17展示出具有不同折叠的片材A至R，包括上述给出的实施例以及其它实施例中的片材，可用于单独或组合形成密封屏障。

在每种情况下，折叠的片材A至R均具有简单的折叠或波纹，以方便使用相同的密封焊接组装。它们可以多种方式结合使每种情况下金属薄膜均能在两个方向上伸长。其中，优选的布局如图18-图23所示。

在一个图中未展示的变化例中，两种类型的片材如图22和23所示类似地交替设置，但在此情况下的这两种片材是图17中的片材H和I。

如图24、25、26所示，在一个具体实施例中，辅助元件绝热层的绝热块1包括两个系列正交的插槽53a和53b，每个系列的插槽均平行于绝热块1的两个相对的侧面。在这种情况下，每个绝热块1有两个插槽53a在纵向方向上延伸，8个插槽53b相对于纵向方向横向延伸。也即插槽53a沿着绝热块1的整个长度延伸，同样的，插槽53b沿着整个宽度延伸。因此，这样使得辅助密封屏障的金属片11的边缘被间断的焊接到连接条5和6之上。

此外，如图25所示，辅助密封屏障上的金属片11包括两个系列的折叠12a、12b、12c及12d，每个系列中的折叠与另一系列的折叠垂直。而且，每个系列具有位于绝热块1形成的间隙10中的正交折叠12a和12b之一，多个补充折叠12c和12d平行于所述折叠12a和12b，且与折叠12a和12b相同，并向承载壁3形成缓冲。补充折叠插入绝缘块1形成的插槽53a和53b中。这样一个方案使得辅助密封屏障的弹性进一步增强。

在图27中，辅助元件金属薄膜的金属片11的折叠12a和12b用虚线表示。另外，通过透视的方式展示出辅助绝热层10中绝热块1的位置以及主绝热层的绝热块13连接辅助绝热层10中绝热块1的位置。在本实施例中，次密封屏障的具有的片材11多于绝热块1。这样，次密封屏障具有的片材11是绝热块1的两倍。因而片材11的长度大体上与绝热块1的长度相等，宽度大体上是绝热块宽度的一半。因此，片材11的一部分焊接到邻近的四个绝热块1上，另外一部分仅与相邻的两个绝热块1焊接。为使片材焊接到绝热块1上，需要用到三个连接条5a、5b和6。连接条6面向绝热块1的横向方向，连接条5a，5b设置在绝热块1的纵向方向上。

每个焊接到四个相邻的绝热块1上的片材11具有正交折叠12a和12b，正交折叠12a和12b插入到绝热块1形成的间隙10中。每个焊接到两个相邻的绝热块1上的片材11仅有折叠12b，折叠12b延伸插入到两个相邻的绝热块1中。

在连接条6和连接条5a及5b形成的交叉点的中心，绝热块1包括突出罐体内部的螺栓18，使得主绝热层的绝热块13与之接触。

图28所示的实施例与图27所示类似。不同的是，在本实施例中，片材11是完全相同的并且均具有两个正交折叠12a和12b。因此，绝热块1包括在相同的长度方向上延伸的中间插槽53e。该中间插槽53e使得折叠12a在片材11焊接到相邻两个绝热块1的长度方向上延伸。

另一波纹片和其他组合的变体可通过改变不同特征，特别是波纹的间距、各片材上波纹的数量、不连续波纹的长度(即波纹数)、波纹的交叉形式即割线或非割线交叉、连续波纹的方向即纵向或横向取向、和片材自身的方向即水平定向或垂直定向(90°旋转)、以及上述修改的组合来实现。

上述的罐体可用于不同类型的设施中，如陆上设施或液化天然气运输船等其他浮式结构中。

参考图13中液化天然气运输船70的剖视图，密封绝热罐71为一整体棱柱结构，安装在船只的双层船体72中。罐体71的液舱壁包括一与容纳在罐体中的液化天然气接触的主密封屏障，一辅助密封屏障，设置在主密封屏障和双层船体中间，以及两层绝热层，分别设置在第一密封屏障和第二密封屏障中间，以及第二密封屏障和双层船体72中间。

在一个已知方式中，装载/卸载管道安装在船只的上层甲板中，以使用适当的连接器连接海运码头或港口码头，以运输液化天然气的货物往来于罐体71和码头之间。

图13展示出一个实施例，其中海运码头包括一装载/卸载点75、一水下管道76以及一陆上设施77。装载/卸载点75为一固定的近海装置，包括一活动臂74及一柱体78，柱体78支承该活动臂74。该活动臂74携带多根可以连接到装载/卸载管道73的绝热软管79。该可定向的活动臂74适用于任何规格的液化天然气运输船。一连接管道(图中未示出)延伸至柱体78内部。该装载/卸载点75使得液化天然气运输船70可以从陆上设施77中装载以及卸载液化天然气。该设施具有液化气体存储罐80，以及连接管道81，连接管道81通过水下管道76连接到装载/卸载点75。水下管道76使得液化气体在装载/卸载点75与陆上设施77之间进行远距离传送，例如5km，这使得液化天然气运输船70在装载及卸载操作中可与海岸距离很远距离。

为制造运输液化气体需要的压力，在船只70和/或陆上设施77和/或装载/卸载点75中安装泵。

虽然本发明描述了一些特定的实施例，显然无法把它们进行限定，并且它包含的所有的描述的等同物及其组合都在本发明的范围内。

使用的动词“包含”或“包括”，包括一起使用时，并不排除权利要求中提到的元件和步骤之外的元件和步骤。使用的不定冠词“一”或“一个”，用于一个元件或一个步骤，并不排除，除非另外指出，多个这样的元件或步骤。

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