用于使用于运输液化气体的船舶的液化气体存储罐惰性化的设备的制作方法

本发明涉及一种用于液化气体承运船舶(vessel，容器)的液化气体存储罐的惰性化设备，以及一种包括至少一个这种设备的船舶。本发明特别地可以应用于使用于存储液化天然气(lng)的膜罐惰性化。

背景技术：

现有技术包括文献fr-a1-3014197和fr-a1-2317159。

液化气体承运船舶包括用于存储液化天然气的一个或多个密封且热绝缘的罐。每个罐包括罐壁，该罐壁在厚度方向上从罐的内部朝向外部依次具有：适于与液化天然气接触的第一级密封膜、第一级热绝缘屏障、第二级密封膜、第二级热绝缘屏障、以及限定罐的大体形状的支撑结构。

第一级密封膜和第二级密封膜在它们之间界定了第一级空间，该第一级空间包含第一级绝缘屏障，并且该第一级空间意在被填充有惰性气体，通常氮气。惰性气体还供应由第二级密封膜限定的第二级空间。

一方面，罐的支撑结构由称为“隔离舱”的密封横向隔板和罐底部形成，密封横向隔板位于罐的至少两个相反侧上，罐底部在罐下方延伸并且与其限定了通道，流体诸如冷凝水或lng可以在泄漏发生时在该通道中流动。这些流体通常在被排出之前通过重力流动到引流盒中。

这种罐的密封膜可能包括漏缝，导致液化天然气从罐的内部朝向第一级热绝缘屏障和第二级热绝缘屏障通过。然而，当可燃气体以氧化性气体存在并且可燃气体的浓度处于在其爆炸下限(lel)和其爆炸上限(uel)之间的浓度范围内且氧化性气体处于适当的浓度范围内时，可燃气体可能点燃并爆炸。

使第一级空间和第二级空间惰性化，即，使它们处于惰性气氛下，允许防止事故。因此，可能存在于热绝缘屏障中的可燃气体和氧化性气体被稀释，使得没有达到爆炸条件。

在当前技术中，第一级空间和第二级空间中的每者连接到氮气管线，该氮气管线不但允许向该空间供应氮气，而且从该空间排出氮气。因此，其是在一个或两个流体连通端口处连接到空间的双向管线。

存在若干可用的罐技术。罐可以完全被船舶的双层甲板“埋没”和覆盖。在另一构造中，罐的内壳和外壳从船舶的双层甲板突出，以形成呈两个转台或烟囱形式的蒸气和液体穹顶，该蒸气和液体穹顶适于使货物处理装备通过以处理罐中容纳的液化气体的液相和气相。

借助该最近的技术，可以较容易地访问穹顶处的第一级空间和第二级空间并将它们连接到氮气管线。对于第一种技术情况并非如此，在该第一种技术中，氮气管线必须横越双层桥件以连接待被惰性化的空间。对于配备给罐的先导式安全阀，同样存在该问题。

罐被配备有这种阀，以防止在第一级空间和第二级空间中的过压。在上述的第一种技术中，阀必须横越双层上部甲板以连接到空间。

一般而言，应当避免横越双层甲板和罐的支撑结构，因为它们可能促进泄漏并导致针对罐的设计和建造的显著额外费用。

本发明提供了一种简单、有效和具有成本效益的升级方案，该升级方案允许使任何类型的罐的第二级空间惰性化而不需要专门横越其支撑结构。

技术实现要素：

本发明提出了一种用于液化气体承运船舶的液化气体存储罐的惰性化设备，包括：

-液化气体存储罐，该液化气体存储罐从该罐的内部到外部依次包括第一级密封膜、第一级热绝缘屏障、第二级密封膜、第二级热绝缘屏障和限定罐的大体形状的支撑结构，第一级密封膜意在与液化气体接触，所述第一级密封膜和所述第二级密封膜与所述第一级热绝缘屏障一起限定第一级绝缘空间，第一级绝缘空间形成围绕罐的内壳，并且所述第二级密封膜与所述第二级热绝缘屏障及所述支撑结构一起限定第二级绝缘空间，第二级绝缘空间形成围绕罐的外壳，空间中的每个空间包括绝缘体并且意在被填充有惰性气体，并且所述罐设置在两个密封隔板之间并且位于罐底部上方，所述密封隔板和所述罐底部是所述支撑结构的一部分，

-位于罐下方的引流盒，该引流盒连接到在罐底部和外壳之间延伸的通道，使得流体能够通过重力从罐底部流动到引流盒，

-用于向第一级空间和第二级空间供应氮气并且/或者从这些空间排出氮气的装置，

-其特征在于，所述引流盒与所述通道和所述第二级空间流体连通，并且其中，用于对所述第二级空间进行供应和/或排出的所述装置包括连接到所述引流盒的氮气管线，使得向供应该空间并且/或者从该空间排出的氮气通过引流盒流通。

因此，本发明提出将氮气管线经由引流盒连接到第二级空间。引流盒连接到在罐底部和外壳之间延伸的通道，以能够收集可能流动通过该通道的流体。引流盒还连接到第二级空间，以确保氮气管线和第二级空间之间的流体连通。第二级空间不再需要配备有专用于与氮气管线连接的端口，这简化了罐的设计。氮气管线可以具有双重功能，即向第二级空间供应氮气以供其惰性化，并且还向引流盒本身供应氮气。这防止了在第二级空间和在发生泄漏时可能接收lng的引流盒中的意外爆炸。

通过引流盒向第二级空间供应氮气还促进了从第二级空间排出气体，诸如甲烷。然后，该气体被氮气驱逐出第二级空间，由于氮气与甲烷相比较轻，因此这将倾向于将甲烷朝着通常存在流体连通端口的罐的顶驱逐。

根据本发明的设备可以包括以下特征中的一个或多个特征，这些特征可以彼此独立或彼此组合：

-所述引流盒连接到通向所述通道和所述第二级空间的氮气引流件和流通管道，

-所述设备还包括至少一个安全阀，优选地先导式安全阀，该安全阀直接连接到所述氮气管线；这意味着保护第二级空间的一个或多个安全阀可以直接安装在氮气管线上，而不再安装在罐上；因此，存在较少的罐横越，这是由于上面说明的原因而是有利的；而且，与现有技术相比，氮气管线上阀的移位具有明显的反应性优势，下面将对此进行详细说明：

-所述至少一个安全阀包括：包括主闸门的主管线和包括先导闸门的先导管线，所述主管线和所述先导管线中的至少一者直接连接到所述氮气管线，

-该设备包括两个先导式安全阀，这些阀中的每个阀的所述主管线和所述先导管线中的至少一者直接连接到所述氮气管线，

-阀或每个阀的主管线和先导管线直接连接到所述氮气管线，

-该设备还包括至少一个安全阀，优选地先导式安全阀，该安全阀直接连接到所述第二级空间；该安全阀通过防止第二级空间中的过度的压力增加来提供额外的安全性，

-在罐的上端部处，外壳完全在内壳上方延伸，

-替代性地，在罐的上端部处，内壳和外壳在覆盖罐的双层桥件上突出，以形成穹顶。

本发明还涉及一种包括至少一个如上所述的设备的液化气体承运船舶。

附图说明

在阅读了通过图示并参考所附附图而提供的以下描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、规格和优点将更加清楚地显现，其中：

-图1是液化气体承运罐的惰性化设备的非常示意性的视图，

-图2是引流盒和罐部分的示意性视图，并且示出了本发明的实施方式，

-图3至图5是本发明的其他实施方式的、用于一种类型的罐的非常示意性的视图，

-图6和图7是本发明的其他实施方式的、用于另一种类型的罐的非常示意性的视图，

-图8是先导型安全阀的示意性截面视图，以及

-图9和图10是配备有先导式安全阀的罐的非常示意性的视图。

具体实施方式

参考图1，已经示意性地示出了用于存储液化气体的罐1。罐1的每个壁包括多层结构，该多层结构从罐1的外部到内部包括：支撑结构2，其限定罐1的大体形状；第二级热绝缘屏障3，其包括抵靠支撑结构2安置的绝缘元件；第二级密封膜4；第一级热绝缘屏障5，其包括抵靠第二级密封膜4安置的绝缘元件；以及第一级密封膜6，其用于接触容纳在罐1中的液化可燃气体。

在以下描述中，术语“第一级空间”是指包含第一级热绝缘屏障5的空间，并且“第二级空间”是指包含第二级热绝缘屏障3的空间。如图所示，第一级空间形成内壳，该内壳被由第二级空间形成的外壳包围，并且该内壳本身被支撑结构2包围。

支撑结构2可以特别地是自支撑的金属片和/或由船舶的船体或双层船体形成。

热绝缘屏障3、5包括绝缘固体和气体相。根据实施方式，热绝缘屏障3、5由未示出的热绝缘盒构成。盒包括例如由胶合板制成的底板件和盖板件，以及插入在底板件和盖板件之间的多个间隔件。在间隔件之间设置有用于容置热绝缘衬里的隔室。热绝缘衬里可以由具有适当热绝缘性能的任何材料制成。例如，热绝缘衬里选自材料诸如珍珠岩、玻璃棉、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、气凝胶或其他材料。

第一级和第二级密封膜4、6是气体紧密和液体紧密的。支撑结构2也是紧密的。因此，出于本说明书和权利要求书的目的，术语“密封屏障”涵盖了密封膜4、6和支撑结构2。因此，第二级热绝缘屏障3布置在下述密封空间中，所述密封空间一方面通过由第二级密封膜4构成的第一密封屏障并且另一方面通过由支撑结构2构成的第二密封屏障与周围的压力绝缘。

液化气体包括已经在低温下处于液相并且在常温常压条件下呈现汽相的化学体或化学体的混合物。液化气体3特别地可以是液化天然气(lng)，即主要包括甲烷和一种或多种其他烃类诸如小比例的乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷和氮气的气体混合物。液化天然气在大气压力下以大约-162℃的温度存储。

液化气体也可以是乙烷或液化石油气(lpg)，即，来自石油精炼的主要包括丙烷和正丁烷的烃类的混合物。可燃气体也可以是乙烯。

为了避免由于液化天然气通过密封膜4、6和/或空气通过支撑结构2泄漏因此气体混合物以爆炸性比例存在于罐1的壁中，使这些经受本领域技术人员已知的处理，例如在申请wo-a1-2015/124536中描述的处理。

在所示实施例中，惰性化设备专门针对使第二级空间惰性化。惰性化设备还包括惰性气体注入装备11，以用惰性气体冲洗热绝缘屏障3。注入装备11包括加压惰性气体发生器12，该加压惰性气体发生器连接到通向第二级空间的惰性气体供应管道14。加压惰性气体发生器12通过闸门16连接到管道14，以调节在热绝缘屏障3内部的惰性气体注入的流量和/或压力。惰性气体优选是氮气，并且更精确的是双氮或包括该气体的混合物。

管道14还可以配备有可选的附加泵13，以从惰性气体发生器12注入惰性气体。

本发明提出了对该技术的一种改进，该改进包括经由该罐的引流盒20将双氮供应到该罐的第二级空间(参见图2)。

引流盒20位于罐1下方，并且连接到在支撑结构2的罐底部2a和外壳之间延伸的通道22，使得流体可以通过重力从罐底部流动到引流盒。盒20因此连接到第一管道24的端部，该第一管道的相反端部通向罐底部的上部表面。盒20还连接到第二管道26的端部，以用于将收得的流体朝向盒的外部排出，该第二管道可以配备有闸门28。

附图标记23是指放置在空间中并将流体引导至引流盒20的周缘绳。例如，该绳由可聚合树脂制成，并且可以在罐底部2a的整个周缘周围连续延伸，使得在支撑结构2的周缘壁上流动的流体然后被输送到引流盒。替代性地，绳可以由金属型材制成。

附图标记30是指第二级空间的氮气管线，即既允许向第二级空间供应氮气又允许从该空间排出氮气的管线，即以其他方式允许第二级空间中氮气流通的管线。因此，该氮气管线30是双向的，并且因此可以被认为满足图1中的管道8和14的功能。

氮气管线30在此直接通向引流盒20，并且其到通道22的连接管道24还被构造成与第二级空间流体连通。实际上，位于通道22处的导管24的端部可以延伸，并且具有通向通道22的第一孔口和通向第二级空间的第二孔口。替代性地，第二级空间可以通过设置在外壳中并通向第二级空间的至少一个孔口与通道22流体连通。

图3至图7示出了本发明的其他实施方式。

图3至图5涉及被称为“no96”的第一类型的罐，并且图6和图7涉及被称为“mark”的第二类型的罐。

no96罐的支撑结构2的船舶的上部双层甲板2b覆盖整个罐，该罐也通过称为“隔离舱”的横向密封隔板2c与其他罐或船舶的其余部分绝缘。

在图3的实施方式中，罐1的第二级空间配备有两个先导式安全阀32，以防止该空间中的过压。尽管未示出，但是罐1的第一级空间也配备有一个或两个先导式安全阀。

从制定大小的观点来看，船级社(class)、造船厂和船舶所有人清楚地接受，罐的第二级空间中的过压的主要原因是位于氮气管线30上的控制闸门34发生故障。过压的另一个可能的原因与空间的加热阶段有关。

现有技术的问题与过压源(氮气管线30)和阀32之间的距离有关。高氮气流量的突然出现(闸门34故障)由于压力下降可能引起一定的延迟，使得阀尚未检测到过压。在这种情况下，阀将不会足够快地打开，并且在氮气管线附近的第二级空间中将出现快速过压。

为了解决该问题，一种解决方案是将两个阀32中的至少一个阀直接放置在被认定为唯一过压源的氮气管线30上。优选地，阀被布置在闸门34和引流盒20之间。在图4的变型中，阀32安装在管线30上，并且另一个阀安装罐上，横越双层桥件2b。在图4的变型中，两个阀32安装在管线30上。

mark罐的支撑结构2的船舶的上部双层甲板2b被内罐壳和外罐壳的形成穹顶33a、33b的部分横越。双层桥件2b在罐形成转台或烟囱形状的突出结构的两个位置处中断。第一转台是液体穹顶33a，该液体穹顶用作各种lng处理装备的渗透点，诸如填充管线、应急泵送管线、与卸载泵连接的卸载管线、喷涂管线、与喷涂泵连接的供应管线等。第二转台是蒸气穹顶33b，该蒸气穹顶用作例如用于蒸气收集管道的渗透点。该装备的操作也是已知的。

在图6和图7中，罐可以配备有专用管线，以用于排出被容纳在第二级空间中的惰性气体(由虚线箭头35表示)。该排出管线可以连接到脱气桅杆，以将惰性气体排出到大气。然后，该罐的管线30将是摄入管线，而不是双向管线。可以使用类似的技术来配备图3至图5的罐。

在本发明中，安全阀34是先导型的，即，它们包括：包括主闸门的主管线36和包括先导闸门的先导管线38(图8)。典型地，主管线36包括入口和出口，主闸门36a位于入口和出口之间。主管线的入口和出口连接到流体的流通管道诸如氮气管线30。

先导管线38包括入口和出口，先导闸门38a布置在入口和出口之间。先导管线入口连接到上述管道，并且其出口连接到主闸门36a。

先导闸门38a由高压力p1和背压力p2操作。先导闸门38a中的参考压力p0等于大气压力。

主闸门26a是打开的闸门。高压力p1被施加到锥体42的底侧。压力p1还通过活塞杆43到达闸门的上部室44，这在活塞45上施加压力。活塞的表面大于闸门座的表面，闸门座通过弹簧的作用保持闸门关闭。

当压力p1达到先导闸门的设定压力时，打开开始。压力p2在先导管线中和主闸门的下部室46中增加。下部室的压力受到通过端口47的流量的限制。当通过先导闸门的流量超过孔口的容量时，室46中的压力增加，使主闸门打开。当压力p1减小时，先导闸门关闭，并且压力p2由端口47平衡。然后弹簧使主闸门关闭。

如图9和图10所示，当安全阀32安装在管线30上时，其两个管线即主管线36和先导管线38可以连接到管线30(图9)或仅它们之一连接到管线30(图10)。在图10的情况下，主管线36连接到管线30，而先导管线38连接到第二级空间。这避免了动态压力的影响，并且仅测量体积的静态压力。

因此，本发明使得可以通过优化液化气体承运罐的惰性化设备，甚至优化与该设备相关联的安全性(阀)来简化液化气体承运罐的设计。