专利名称：装备用于减弱液体内容物运动的设备的船只或浮动支承体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减弱散装货船或者大容量存储船的容器中的液体内容物的运动的设备。本发明更特别涉及用于在液体状态下并且基本上在大气压下按非常大批量装运地运输液化天然气(LNG)或者液态甲烷或者运输在极低温度下维持液态的其他气体(例如，丙烷、丁烷、乙烯或者任何其他在液化状态时密度小于水的气体)的低温运输船。
背景技术：
在接近大气压的压力下运输的液化气体必须被冷却至低温度，以便按液态保持。 然后，其被储存在非常大的容器中，所述容器是球形的或者圆柱形的，并且优选是多边形横截面，并且特别是实质上矩形方块形状，所述储罐是完全绝热的，以便限制气体的蒸发并且以便在可接受的温度下保持船只的钢结构。船只通常满载(装满85%到95% )地航行或者在每个储罐的底部残留有少量(维持3%到10% )气体地航行，以连续地保持容器和隔离系统冷却，以便可以更迅速地装填储罐，从而避免对就操作时间而言缓慢的且耗时的渐进冷却的需要。在海上，储罐的内容物经受称为晃动的撞击浪效应，特别是当内容物迎着储罐的竖直壁晃动时并且还特别是当其迎着由所述储罐的竖直壁和顶板或底板之间的接合点所形成的三面体角落晃动时，所述撞击浪效应在储罐内部出现并且变得非常剧烈。这样的晃动特别易受以下事实的影响所述液体具有小于水的粘度的粘度。当在波涛汹涌或甚至接近风平浪静的状况时，当液化的气体货物开始与由船只遭遇的很少量的浪所产生的激励共振时，还可能在通称为“浮式采油、储油和卸油系统”(FPSO)设备的锚定的甲烷运输船或者锚定的储罐船中出现所述晃动。当货物开始产生共振时，晃动可能变得非常剧烈，并且当货物对着竖直的壁或者角落晃动时，其可能因此损坏用于封闭液化气体的密闭系统或紧邻密闭系统后面的隔热系统。所述晃动可以在比较平静的海面状况中发生，但是其通常仅出现在非常特定的装载高度处，每种海面状况(显著的浪涌高度/周期/仰角/船只的压舱/等)对于特殊的储罐装填深度成为潜在危险。利用气泡幕帘来保护海港设备或者海岸的原理是已知的，所述幕帘显著减弱了伴随的浪涌。气泡幕帘的研究回溯至很长时间，并且在所述问题上已经发表了很多研究报告， 特别是在俄罗斯作者P. K. Bojitch所发表的标题为“La houle et son action sur Ies COtes et Ies ouvrages c6tiers”[ “浪涌及其对海岸上和对海岸工程结构的作用”]的研究报告中。
发明内容
因此，本发明的目的是减弱或者甚至防止用于运输或者储存液化气体(特别是液态甲烷或者液化天然气)的船只的存罐中的晃动的状态。在以下描述中，术语“LNG”用来限定处于液态的甲烷，即，液化天然气，而气态被称为“甲烷”或者“气态甲烷”。为此，本发明提供了一种用于运输或者储存液体并且包括大储罐的船只或者浮动支承体，所述液体包括在所述大储罐中冷却的液化气体，优选地选自甲烷、乙烯、丙烷和丁烷，所述大储罐具有沿船只的纵向方向XX’设置的长度，并且优选为圆柱形的且具有至少局部为多边形的横截面和沿船只的纵向方向XX’的轴线，所述大储罐是隔热的并且沿水平方向至少具有其最小尺寸的大尺寸，特别是其宽度大于20米(m)并且优选在25m到50m范围内，并且提供了大于10，000立方米(m3)的容积，所述船只或者浮动支承体的特征在于，所述容器装备有至少一个用于减弱所述液体的晃动运动的减弱设备并且包括用于在所述容器内部移动所述液化气液体的移动装置，以便在紧邻所述液化气体的自由表面下方至少局部在至少0. 5m且优选至少an的深度上形成水平流。在一特殊的实施例中，用于在所述容器内部移动所述液化气液体的移动装置沿不平行于储罐的所述纵轴方向的一方向(并且优选在竖直于储罐所述纵轴方向XX’的横向方向YY’ )上产生所述液化气体的运动。应当理解，所述液化气体被这样导向，其运动能够在所述液化气体的自由表面下方在不平行于储罐的纵轴方向的方向(优选分别在垂直于储罐的轴向的纵向方向的水平的横向方向)上形成所述水平流。在以下说明的变型实施例中，用于移动液化气体的移动装置产生了液化气体的运动，该液化气体的运动沿从所述储罐的角落之一的对角方向并且定向成沿所述储罐的纵向轴线朝向竖直轴线的中间。用于移动所述液体以便在紧邻表面下方形成水平流的所述移动装置可以包括 直接移动装置，其通过以液态并在压力下将所述液化气体泵送并喷射到所述储罐中或者将处于液态的所述液化气体通过电动机驱动的推进器推入到所述储罐中来作用； 和/或 间接移动装置，通过对于所述储罐的液体中产生的气态流起反作用来作用，即， 用于将所述气态流体注入到所述液化气体中的气态流体注入装置，或者用于产生气体的气态流的气态流产生装置，该气体相应于通过加热并蒸发所述液化气体(特别是通过以焦耳效应的电阻器的加热或者通过借助于在管子中流动的载热流体的加热)来产生的液化气体。应当理解，在足以形成所述水平流的流动速度和压力下在容器中移动液体或者将流体注入到容器的液体内。在两种情况中，可以以下面两种不同的方式在所述表面正下方产生所述液体的水平流 使用设置在紧邻表面下方并且被定向成沿水平方向直接喷射液体或者气态流体的喷嘴；或者 使用设置在离表面更远的距离处但是被定向成向上朝表面(优选在竖直方向上)导向液体或者气态流体的喷嘴。在该情况下，当液体或者气态流体的向上流遇到表面时，其被横向偏转并且因此在再次以向下流向下移动之前能至少在一定距离上水平地移动。如果初始的向上流位于离容器的竖直侧壁一定距离处，并且优选在两个侧壁的大约中间，则其可以在两个水平的和相反的方向(即，向上流的任一侧)上被分成两股流。相反，如果在竖直壁附近产生向上流动，则其在表面下方被沿单个方向朝所述储罐的中心区域偏转。至少局部地形成所述水平流，即在储罐的整个长度上，例如沿竖直于储罐的竖直纵向侧壁的横向方向上和/或仅在角落处，不同的流被定向成沿储罐的中间纵轴线XX’、沿储罐的长度朝向竖直轴线中间。更特别是，用于移动所述液体的所述移动装置是用于喷射流体的流体喷射装置， 处于液体或气态形式的所述流体选自于包括所述液化气体并优选为LNG的液态流体、或者包括惰性气体且优选是氮的气态流体、或者与按气态容纳在所述储罐中的所述液化气体的气体相当的气体、或者所述惰性气体和与所述液化气体的气体相当的处于气态的所述气体的混合物。应当理解，通过吸入所述液体中并通过借助于泵在压力下将其输送到所述储罐中来进行液体的喷射。在一实施例中，喷嘴被直接安装在浸于所述储罐中的泵上。在另一实施例中，泵设置在储罐外面，并且所述泵向浸于所述储罐中的多个喷嘴供给。本发明在于储罐内部产生流体的运动，移动的流体因而构成了减弱储罐内部的共振现象或者防止它们出现的平静的流体。平静的流体流可以是水平的或者优选是竖直的，并且然后当所述流到达储罐内部的液化气体的自由表面时为水平的。在优选实施例中，在所述储罐的内部所述液化气体的自由表面下方并且优选从该储罐的底部并在该储罐的侧壁附近产生竖直的气态流。该实施例是优选的，因为首先其实施起来最简单，并且其次注入到液化气体中的气泡产生可压缩的液体/气体的两相混合物，然而LNG本身几乎是不可压缩的。因此，给予所述两相混合物的可压缩性使其能够阻抑或者甚至消除共振晃动的大部分有害影响，其作用在侧壁附近并且更特别是在角落处是最大的。更特别是，用于喷射液体或者气态流体的所述喷射装置包括至少一个在所述储罐外面的泵和至少一个歧管，所述歧管设有一排喷嘴并且包括用于供给所述流体并且水平地设置在所述储罐内部的液体表面下面的流体供给管，并且优选是至少一个所述供给管设置在底壁附近，所述流体供给管设有多个用于在竖直方向上向上朝所述表面喷射所述流体的喷嘴，同一供给管的各个相继的喷嘴优选相互间隔开至少0. 5m,并且更优选间隔开Im到5m 的范围。因此，通过在储罐内部上升的气泡幕帘产生了平静的流体。优选是，至少在垂直于储罐侧壁的方向上产生水平流。为此，更优选是，所述流体供给管沿所述储罐的横向方向YY’设置或者更优选是沿其纵向方向XX’设置。因此，产生的气泡幕帘平行于储罐的侧壁，即，平行于两个相对的横向侧壁，或者分别平行于储罐的两个相对的纵向侧壁。优选是，所述流体供给管设置在纵向方向上。沿横向方向YY’设置在储罐的横向侧壁(即，储罐的纵向端部处的侧壁)附近的各个供给管在储罐的角落附近可能是有利的，以便减弱液体在角落中很大的晃动运动。为此，有可能仅沿所述横向方向在所述供给管中的每一个的两个相对的纵向端部中的每个处形成伸出部，所述供给管沿储罐的纵向方向设置在储罐的纵向侧壁附近。
有利地，所述储罐装备有多个所述歧管，所述歧管在公共竖直面中在离所述表面不同距离处彼此上下地设有成排的喷嘴，优选是一个所述歧管在所述储罐的底壁附近设置有一排竖直喷嘴。在一优选的变型实施例中，所述储罐装备有用于通过产生向上的气态流动幕帘来移动液化气体的所述移动装置，所述气态幕帘优选沿所述储罐的纵向方向延伸，并优选在所述储罐中的轴向位置或者靠着所述竖直侧壁，用于产生气态幕帘的所述装置从下面来选择a)所述流体注入装置，用于以液态或以气态注入流体并且具有喷嘴，优选沿竖直方向，所述气体优选包括气态氮；以及b)浸没的加热装置，该浸没的加热装置包括其中流过载热流体的管子或者处于纵向构件形式的焦耳效应的加热器电阻器，该加热器电阻器适合用于加热并用于与所述加热装置接触以重新气化所述液化气体，所述直线构件优选沿所述储罐的纵向方向或者横向方向延伸。应当理解，氮是有利的，因为其是这样的惰性气体，首先其相对充裕且便宜，并且其次具有比以下类型的液化气体的液化温度更低的液化温度甲烷、乙烯、丙烷或者丁烷。 还应当理解，将例如氮的惰性气体注入到所述储罐内结合有用于移除并再循环所述惰性气体的装置，特别是如下所述。虽然通过注入惰性气体产生气态的幕帘，但是还可以在与惰性气体接触中再局部地气化所述液化的气体，以便移除氮和与液化气体相当但处于气态的所述气体的混合物并且促使其再循环。当用于产生气体幕帘的所述装置包括适合于按这样的方式加热所述液化气体， 即，与所述加热装置接触来再气化所述液化气体的局部加热装置时，所述气态幕帘的气体是与容纳在所述储罐中的液化气体的气体相当的气体。所述直线构件可以搁靠在所述储罐的底壁上或者搁在其附近或者被悬挂起，以浸在所述液化气体的表面附近。更特别是，所述纵向的焦耳作用的加热器构件是借助于电缆来实现的。在另一变型实施例中，所述储罐设有导向液体运动装置，所述装置由吸入及输送泵构成，所述泵用于吸入所述液化气体并且用于通过安装在所述浸没式泵上的水平输送喷嘴或者浸于所述储罐中的电动机驱动的推进器按这样的方式输送液化气体，即，在液化气体的表面下方沿所述水平方向移动所述液化气体并且优选沿不平行于所述纵轴方向的方向来移动所述液化气体，所述泵或者所述推进器按这样的方式安装在浮体上，即，在离容纳在所述储罐中的所述液化气体的表面的实质上恒定的距离处保持永久地浸没，并且优选在 0. 5m到5m的深度范围内，并且更优选是所述浮体被安装成可在浸没的竖直支承件上竖直滑动。应当理解，用于可滑动地支持所述浮体的该竖直支承件能够将所述泵或者所述推进器保持在预定位置中。更确切地说，通过电动机驱动的推进器的推进力来作用的所述直接移动装置或所述吸入及输送泵设置在所述储罐的角落中并且被定向成沿水平方向朝所述储罐的中心区域移动所述液化气体，优选在所述储罐的矩形水平截面的四个角落的每一个中。该实施例能够减弱或者甚至消除倾向于在储罐的竖直角落中积聚的最强的晃动
8运动和紊流，特别是当储罐具有矩形的水平截面时，如果储罐内部的晃动不竖直于所述歧管并且不竖直于容器的所述侧壁，由于船只或浮动支承体的结合的倾斜和摇晃运动。在优选实施例中，所述液体移动装置至少包括(a)歧管，其设有用于喷射液态或者气态的流体，优选是用于喷射液态或气态氮， 并且搁在底壁上的一排流体喷嘴，或者多个叠置的歧管，该多个叠置的歧管在该储罐的竖直侧壁附近设有各自的成排的喷嘴并且适合于形成气体幕帘，优选是氮的幕帘或者氮的和与所述液化气体的气体相当的气体的混合物的幕帘；以及(b)通过推进器的推进力来作用的所述直接移动装置或者用于吸入并输送所述液化气体的吸入及输送泵设置在具有矩形水平截面的所述储罐的四个角落的每一个中，并且被定向成朝储罐的中心区域移动液化气体，即沿储罐朝竖直中心轴线中间。该实施例是特别有利的，因为其能够防止并减弱在相对于所述大容器的竖直的纵向侧壁垂直或倾斜的横向方向上的晃动。有利地，所述储罐在其内部包括所述气体注入装置和用于将气体供给至所述气体注入装置的气体供给设备，所述气体优选包括气态氮，该气体供给设备在所述储罐外面包括至少一个液氮容器、适合于将所述液氮传送到第一换热器内的第一液体循环泵、适合于分离移除气态混合物的气体分离单元和适合于压缩所述气态混合物并将其输送回所述气体注入歧管内的第二循环泵，其中的载热流体是海水，所述第一换热器适合于在储存在所述容器中的液氮被返回到具有竖直喷嘴的所述水平坡道内之前气化所述液氮，该移除气态混合物是从所述储罐中移除的并且包括气态氮和与气态的所述液化气体相当的所述气体。应当理解，从所述储罐中移除的气体混合物包括与所述气体一起的气态氮，所述气体与由被向上的气态氮流局部地加热的所述液化气体产生的处于气态的所述液化气体相当。更特别是，所述气体供给设备还在所述分离器的出口处包括至少一个氮液化单元和/或用于液化与所述液化气体相当的所述气体的液化单元，所述单元适合于在将所述氮或者所述气体输送到所述氮容器或者所述储罐内之前分别重新液化氮或者所述气体。甚至更特别是，所述气体供给设备还包括液化单元，该液化单元用于液化与所述液化气体相当的所述气体并且由浸于所述容器内部的液氮中的第二换热器构成，其与循环泵合作而适合于促使所述气态氮和所述液化气体在管子中循环以分别向所述歧管和所述储罐供给。在另一实施例中，所述储罐在其内部设有用于注入流体的注入装置，所述流体是由适合于与容纳在储罐中的所述第一液化气体接触以在高于所述第二液化气体温度的温度下蒸发的第二液化气体组成的，所述第二液化气体优选是液氮，优选来自于所述第二液化气体的外部容器，所述注入装置包括至少一个设有水平排的竖直喷嘴的所述歧管。本发明还提供了一种减弱船只或者浮动支承体的所述储罐中的液体的运动的方法，所述方法的特征在于，通过喷射液体和/或通过形成气态流来在所述液体的表面(3a) 下方至少0. 5m的深度上形成水平的液化气体流，该气态流优选是包括氮的气态流体的向上的气态流，该深度优选至少an。更特别是，将气态氮注入到设有成排的喷嘴的所述歧管中。有利地，设有成排喷嘴的所述歧管通过如以上所限定出的所述气体供给设备被供给气体。在一实施过程中，将第二液化气体(优选是液态氮)注入到设有成排的喷嘴的所述歧管中，从而将所述第二液化气体以液态喷射到容纳在储罐中的所述第一液化气体中， 所述第二液化气体在所述第一液化气体内部气化并且从而产生向上的气态流，该第一液化气体处于比所述第二液化气体更高的温度。因为，在标准大气压下-196°的液态氮被注入到容纳在储罐中的液化气体中，例如，LNG(在标准大气压下为_176°C)，则，所述液态氮自身处于较高温度的液体中。因此， 当从液化气体中吸收其蒸发潜热时其在所述LNG内部加热并且蒸发，从而冷却容纳在储罐中的所述LNG并且限制容纳在储罐中的所述LNG的蒸发。
本发明的其他特征和优点在阅读以下通过非限制性的图解并参考附图所给出的描述之后更清楚地显现出来，其中 图1是一种装备有本发明的用于减弱其贮罐中晃动的晃动减弱设备的液化天然气浮式采油、储油和卸油系统(LNG FPS0)单元的端部横截面视图，所述设备产生通过向上的竖直液体或者气态流体的流来构成平静的流体，所述液体或者气态流体的流在储槽内部并且在其表面上产生分成水平的LNG流的表面；以及 图2是装备有本发明的晃动减弱设备的液化天然气运输船的端部横截面视图， 其在储槽内部并且在其表面上产生一水平的液化气体流；以及 图3是具有三个储罐的液化天然气运输船的平面视图，与图2中的AA平面上的剖面相应的第一储罐装备有本发明的设备，所述设备在贮罐内部产生一水平的液体液化天然气流；以及 图4是一储罐的侧向横截面视图，在其右侧装备有用于在压力下喷射液化气体的喷射设备40，在其中心处装备有用于在五个不同高度50a-50e处喷射氮和甲烷的混合物的喷射设备50，并且在其左侧，显示出了晃动的自由表面效应和形态；以及·图5是显示气体混合物(N2+CH4)在液化天然气运输船的储罐的液面上部空间和装备有一排喷嘴并且位于所述储槽下部的气体注入歧管或管状管子50之间的流动循环的图解，所述储槽以通过具有由所述歧管产生的气泡幕帘6的船只的纵剖面来示出；以及·图6是显示气体混合物m2+CH4)在液化天然气运输船的储罐的液面上部空间和装备有一排喷嘴并且位于所述储槽的下部的气体注射歧管或者管状的管子50之间的流动循环的图解，考虑到了在停止氮气( )的注入设备之前分别重新液化氮气(N2)和甲烷 (CH4)；以及·图7是显示气体混合物(N2+CH4)在液化天然气运输船的储罐的液面上部空间和位于所述储槽的下部的注入气体的管状管子50之间的流动循环的图解，气体混合物穿过换热器返回以用于重新液化甲烷(CH4)的目的。
具体实施例方式以下描述了本发明的用于减弱容纳液态甲烷的船只或者浮动支承体的储罐中的晃动的各种晃动减弱设备，所述设备是由用于产生平静的流体的装置或者用于移动所述LNG以便在紧邻表面下方形成水平流的“移动装置”所构成的，所述水平流可以由向上的分散流产生，所述移动装置包括 通过将处于液态的液化气体在压力下泵送和喷射到所述储罐中来作用的直接移动装置40、40a-40c和21 ； 通过电动机驱动的推进器的推进力将处于液态的所述液化气体推入到所述储罐中来作用的直接移动装置22 ；以及 通过在所述储罐的液体中产生气体流来作用的间接移动装置，S卩，用于将气态流体注入到所述液化气体中并且包括沿气体供给管或者歧管设置的一横排喷嘴的气态流体注入装置50、50a-50e，或者气态流产生装置30a-30b，该气态流产生装置30a-30b用于通过焦耳效应或者通过促使载热流体流入管子30b中来加热电阻器30a并通过蒸发容纳在储罐中的所述液体LNG来产生与所述液化气体相当的气体的气态流。以上提到的移动装置，可以按以下不同的方式在表面正下方产生所述平静的流体流或者液体流 将喷嘴用作通过将处于液态的液化气体在压力下泵送和喷射到所述储罐中来作用的直接移动装置21，所述喷嘴在0.5米(m)到Im的范围内安装在紧邻地设置于自由表面下方的输送泵上并且被定向成沿水平方向直接喷射液体；以及 使用水平轴线的推进器作为用于通过电动机驱动的推进器的推进力将处于液态的所述液化气体推入到储罐21中的直接装置22，所述推进器紧邻地设置在自由表面下方0. 5m到Im的范围内并且以沿水平方向直接喷射液体的方式来定向；以及 使用喷嘴，所述喷嘴按由各个水平歧管或者供给管所形成的排的形式来提供并且设置在更远离表面的距离处，特别是至少在3排到5排的范围内，所述排在储罐的纵向侧壁附近叠置并且被竖直地定向，以便向上朝表面导向液体或者气态流体，如同其具有用于将气态流体注入到所述液化气体中的气态流体注入装置50、50a-50e和通过以液态并在压力下将所述液化气体泵送并喷射到所述储罐中的直接移动装置40、40a-40c与21 —样。图1是穿过由连接到绞车Ic上的线Ib锚定的FPSO单元类型的船只1的横截面视图，所述FPSO单元安装在油田上方并且通过管子(未显示)从海面下的井口处接收气体， 所述气体在船上的设备Id中进行处理，以便被冷却到低于-163°C的温度，并且以便在装载到甲烷运输船上之前被保存在储罐2中，所述甲烷运输船然后将所述气体仍然以液态输送给使用者。所述储罐2装备有本发明的设备，所述设备用来防止由于自由表面效应并由封闭的液体内容物与船只所遭受的并由风或者海流产生的外部浪涌Ia共振而在储罐内部产生的不希望的晃动运动的状态。以下在本发明的说明书中更详细地解释了所述晃动。每个矩形方块形的储罐具有宽20m、长40m且高30m的24，000的体积，对于所述储罐最大有可能大到60，OOOm3或甚至更大。图2是通过装备有本发明的其他设备的甲烷运输船类型的船只1的横截面视图。 图3是具有三个储罐的液化天然气运输船的平面视图，其中相当于图2的平面AA上的部分的左边第一个装备有本发明的设备，所述设备在储槽内部的自由表面3a附近产生水平的液化气体流。图4的左侧部分详细地示出了不希望的晃动现象，凭此在储罐2的内部形成并传播规则的浪涌3。当所述晃动形成在所述储罐内部时，液化气体的颗粒实质上描绘出了圆，表面处的更大的搅动在消失之前朝底部延续。因此，靠近表面3a处，液化气体3cl的颗粒描绘出了顶部切线相应于波浪3-1的波峰并且底部切线相应于所述波浪的波谷的圆。同样， 中间深度处的颗粒3c2和更大深度处的颗粒3c3在每个圆上被同步地移动至颗粒3cl处， 颗粒3c2的圆具有中等直径，并且颗粒3c3的圆具有较小直径。图4中示出的浪涌是可以在海上观察到的简单浪涌，但是当所述浪涌在储罐2内部被约束时，其从侧壁加反弹并且然后自我折回同时保持其自身的能量，即，其周期和幅度。然后，这引起了取决于海面状况的更大或更小程度的振荡或者短波峰。因此，波浪结合在一起从壁上弹回并且当异相地重新结合时可能朝递减的振荡状态发展，或者当波浪同相时朝增大的振荡状态发展。因此，当船只1遭受来自航行中或者由于风或者海流的外部的浪涌Ia时，船只的翻滚、倾伏、偏转、摇摆和浪涌运动激起了容纳在储罐2中的液体，并且然后可能由于上述在储罐壁上的多次反弹的结合而在所述储罐内部出现了共振现象。所述晃动可能是剧烈的并且引起了用于保持并封闭液化气体的保持和密闭系统的破损的危险。所述晃动并不仅在暴风雨的事件中发生。当与船只的性能有关的某些参数与其储罐的形状和所述储罐的装填高度同时出现时，其甚至可能在无风的天气中出现。例如，当储罐满载或者卸空或者甚至处于中等装填高度时，与特定周期(例如，T = 8秒到10 秒)有关的小幅度(例如，有效高度Hs = 1.25m)的横浪不存在任何危险，但是，对于特定的值，例如在装填70 %到80%的范围内，在所述特定条件下出现的共振现象引起了液化气体的货物可能产生迎着储罐壁的非常剧烈的晃动的危险状态。所述剧烈晃动然后可能导致密闭或者隔热系统破损或者甚至毁坏，从而危殆船只及其所有的船员。申请人:通过在动态模型上实施的测试已经显示出，如图4所示，通过在所述液化气体的表面附近的区域中产生水平流来干扰用于储存液化气体的船只的储罐内部的晃动型振荡的形成，所述流例如是设备40产生的，所述设备40产生离开喷嘴41的射流，通过水平歧管或者管子40a在压力下向喷嘴41供给液体(液化甲烷)，所述歧管或者管子40a由通过支承结构42固定到壁加上的泵(在储罐外面并且未显示)供给来自储罐的液体。所述射流然后被有利地向上指向，并且一旦颗粒到达表面，则射流自然地改变方向以便形成水平射流。竖直的和水平的射流的结合局部地干扰了颗粒的轨道运动，如以上所述，并且从而干扰了储罐内部浪涌的形成，并且从而干扰了不希望的共振现象。虽然需要非常强大的射流以便平息已经形成的浪涌，以防止浪涌增强并防止达到共振条件，但是所需的功率低得多，并且可以具有更小级别的幅度。在图4中，三个设备40a-40c已经相对于所述侧壁加被有利地按这样的方式设置在不同的高度(例如，对于储罐，离底壁2b具有20m、aii、7m和 12m的高度)处以便仅致动最优条件下的一个设备。当装填高度是中等时，如图4所示，仅位于表面附近的中间设备40b被供给，而其他设备40a和40c停用。如果储罐中的高度很高，则仅向对于供给设备40a的顶部歧管供给，而如果高度较低，则仅向底部设备40c的歧管供给。图2显示了由浮体20a构成的本发明的设备21，所述浮体20a可沿在储罐的底部 2b和顶板加之间竖直延伸的支柱20b自由滑动地引导。所述浮体支承浸入自由表面下方 Im处的浸没式泵21a，所述浸没式泵21a通过电缆(未显示)被提供电力并且直接从储罐抽吸液化天然气并且通过水平喷嘴21b输送液化天然气以便在液化气体的表面3a附近产生干扰的横向水平流。在图2中，加热器的电缆30a靠近所述储罐的底部2b设置，基本上平行于船只的轴线并且被设计成能通过焦耳效应蒸发液化气体。因此，局部加热产生气泡，然后所述气泡上升到表面，从而产生竖直向上的流，所述流在所述液化气体的表面3a处分成两个方向相反的水平流，一个流向左舷，并且另一个流向右舷。在图2的右边，已经安装的设备22也浸没在自由表面下方Im处并且是上述设备的变型，所述变型的设备是由可沿在储罐的底板2b和顶板2e之间竖直地延伸的支柱20b自由滑动地引导的浮体20a构成的。 所述浮体支承电动机22a，该电动机2 通过电缆(未显示)被供电并且致动水平轴线的推进器22b以便在液化气体的表面2d附近产生干扰横向水平流。图1显示了分别安装在储罐2内部的本发明的三个其他变型设备，设备50包括装备有多个间隔开0. 5m到: 范围的喷射孔口的水平歧管，所述歧管设计成能从所述储罐的底部喷射气体，形成沿储罐的纵向方向延伸的向上的气幕流6，如图5到7所示。所形成的气泡上升到表面并且在表面附近产生向上的流，所述流分成两个相反的流，一个流向右舷， 另一个流向左舷。第二设备是由加热器构件30a(例如，电缆)或者甚至其中流过载热流体的管子30b构成的，其如图2所示地支承在储罐的底部在31a处并且如图3的详图所示地悬挂在两个竖直支柱31b的顶部。所述加热器构件重新气化液化天然气，从而产生气泡，所述气泡然后升向表面，从而产生由气幕6形式的竖直向上的流所构成的平静的流体，所述流在所述液化气体的表面3a处分成两个方向相反的水平流，一个流向左舷，并且另一个流向右舷。最后，在右边，安装在储罐的底部并且由喷嘴41所构成的设备40产生了由向上运动的液体构成的平静的流体，通过泵(未显示)经由供给液化天然气的歧管40a供给该喷嘴41，一旦所述流体到达液体的自由表面3a处，则其被分流至左舷和右舷。图3是装备有三个储罐的甲烷运输船的平面视图，在船只的前端处的储罐装备有两排在压力下供给气体的水平喷嘴50、两个浮动泵21、和中心管30b，所述浮动泵21装备有喷嘴并且在左舷上位于储罐的角落2d中，参见图2所描绘的两个浮动推进器22位于右舷上的储罐的角落2d中，所述中心管30b流过载热流体并且用来重新气化液化气体以便形成中心气幕。在图1和3中，管子30b和电缆30a被悬挂在离储罐的底部an到5m的范围处。 有利地，在储罐的不同高度处永久地设置多个管子30b或者电缆30a，例如，每隔:3m。在图5中详细示出的变型中，通过将氮注入到装备有一排喷嘴并且位于储罐的底部或者可变的高度处的歧管中来产生气泡幕帘。为此，氮以液态保存在容器51中并且借助于计量泵51a被输送到换热器52中。在所述换热器52内部，液态氮(_196°C )借助于例如由高温蒸汽所携带的热量被转换成气体，所述高温蒸汽在5 处进入并且在52b处以冷凝的冷水形式排出，并且然后其进入到装备有多个喷嘴50-1的歧管50中。气态氮然后朝表面上升同时产生向上的竖直流，并且因此在液态甲烷或者液化天然气(_165°C)内部产生平静的流体并且与液面上部空间的气体2f混合，所述的液面上部空间的气体2f则由甲烷和氮气的混合物所构成。混合物然后在储罐的顶部加处被回收并且被输送56到(例如， 分子筛型的)分离器53中。其中一部分甲烷被分离出并且通过531输送以在用于推进船只 57的发动机中作为例如燃料。液面上部的混合物然后借助于循环压缩机53a通过5 被重新引向歧管50，所述循环压缩机53a促使用来产生气泡幕帘的混合物循环，在液化天然气内部产生向上的平静流体流。因此，在起动设备时，打开隔离阀52c，然后向换热器52供给载热流体(蒸汽)，然
13后按这样的方式致动计量泵51a，即，重新气化液态氮，并且然后同时致动循环泵53a，从而在LNG内部产生所期望的气泡幕帘。当使循环状态稳定并且已经将足够多的氮注入到设备中时，停止注入泵51a并且关闭阀52c。容纳在由储罐的液面上部空间2f、分离器53和连通管所构成的回路中的氮保持不变，由于分离器53提供足够高的效率并向主发动机57仅输送作为燃料的甲烷时，所述主发动机57是汽轮机型或者活塞发动机型之一。实际上，一部分气态氮溶于液化天然气中，并且连续地监控液面上部空间2f的氮浓度，并通过如上所述地重新气化液态氮来加满氮。在分离不理想的情况中，作为燃料输送的气体然后包含除了甲烷之外的氮气，对于所述主发动机57的运行这不成问题。然而，如上所述地监控并且有利地连续加满氮浓度。图6显示了当装备有重新液化氮的第一单元5 和重新液化甲烷的第二单元5 时的图5的设备，所述单元在停止气泡幕帘阶段期间是有用的。如果停止了气泡幕帘，则气体混合物继续产生循环，但是因为分离器装备有氮出口 53i和甲烷出口 5 ，所以在氮被送回到容器51b中之前其有利地在单元5 中被重新液化，并且类似地，所有甲烷或者一部分甲烷在其被送回到液态甲烷的储槽中之前在单元55b中被重新液化，其余被有利地引导至主发动机57以在其中用作燃料。由于循环压缩机53a，氮和甲烷的混合物的闭合循环产生了大量的能量，并且因而，因为储罐的液面上部空间应当基本上维持在环境大气压下，所以大量的液态甲烷被重新气化并且必须被移除，储罐和船只的结构未被设计成经得起储罐内部压力的显著增加。 因此，必须如以上参见图5所述地通过使用气态甲烷作为主发动机的燃料来移除气态甲烷，和/或如以上参见图5所述地重新液化甲烷。应当注意到，因为氮在环境大气压下具有基本上等于-196°C的液化温度，所以其在基本上等于-163°C的温度液化的甲烷中从不处于液相。图7显示了如图5所示的本发明的优选变型，在所述变型中，氮和甲烷的气态混合物从分离器53中排出，并且然后穿过压缩机53a并穿过换热器M与-196°C的液态氮接触。 在该温度，甲烷重新液化为LNG，并且气态氮和气态甲烷和液化天然气的混合物然后在出口管Ma内部向下流动并且到达歧管50，并且气态氮(可能具有微量的气态甲烷)被引向注入歧管50，同时在所述管子Ma的下部处通过朝向储罐2下部的管子54b来移除液态甲烷或者LNG。由压缩机53a产生的流体静压是这样的，即，容纳在储罐中的液态甲烷不能向上回流到管子Mb内部或者到达气体注入歧管50。在换热器M内部液化成LNG的甲烷吸收热能，并且从而促使液态氮在容器51中沸腾；所产生的气态氮被有利地通过管子50a引向管子533，优选直接在压缩机53a的上游。所产生的所述气态氮可以有利地在与5 相同类型并且未显示的单元中被重新液化，并且然后所产生的液态氮仅被重新引向所述容器51。在参见图5、6和7的气泡幕帘的描述中，注入歧管50位于储罐2的下部中。然而，对于具有20m高度的储罐，多个所述歧管50a-50e被有利地安装在不同高度处，例如， 0m、5m、10m、15m,每个靠近储罐的侧壁或者朝向船只的轴线，如图4所示。因此，歧管被安装在多个高度处并且被固定到将所述储罐的底板2b连接至其顶板的竖直支承件502上。它们从一端到另一端经过储罐2，例如，平行于船只的轴线，并且它们被从位于竖直壁上的一端处在压力下供给以^+CH4的气态混合物。因此，可以为位于液化气体的表面3a下方的歧管之一供给，或者有利地，为多个位于所述液化气体的表面3a下面的不同深度处的多个歧管50c和50d供给。利用注入的气体例如在不同的流体静压下被分成两个流量，在最靠近表面3a的歧管50c处喷射出例如代表按体积计的70%的第一流量，在50c下面的歧管 50d处在更高的流体静压下从50d处喷射其余的30%。这样，所产生的向上的流被有利地优化，并且从而作为储罐的装料高度和所述注入歧管相对于储罐的壁的位置的函数的平静流体的性能和效率被有利地优化。储罐的竖直角落2d是在晃动事件中可能由于储罐的两个竖直壁和顶板所形成的三面形状而出现很大冲击的区域。在所述区域中，如图3所示，结合气体混合物的注入和由与歧管40a-40c相关联的喷嘴产生的液态甲烷流的注入是有利的，如图4所示。在所述敏感区域中，两种流的结合能产生非常大的流体运动，并且由于出现了气泡，所以所述流体具有非常高的可压缩性，该可压缩性能够强烈地减弱所出现的任何碰撞的影响，大部分晃动能量被按该方式产生的所述气泡的可压缩性吸收。因为任何所述晃动能量被转换为热量， 所以液态甲烷的局部蒸发促使按回路方式在设备中循环的气态甲烷的量相应增多。在图3所示的实施例中，如参见图4所描述地来有利地实现多个叠置的歧管 50a-50cL在图3所示的实施例中，首先通过设置在竖直的纵向侧壁附近的所述歧管50来在储罐的整个长度上形成横向的水平流，并且其次仅在储罐的角落中形成局部的水平流，其设置成有角度地不平行于储罐的纵向方向、沿储罐的纵向方向朝向竖直的中心轴线中间， 即，沿储罐的矩形的纵向水平截面的对角线。图5到7显示了在储罐的整个长度上的连续的气体幕帘。然而，可以通过改变歧管50的喷嘴SO1之间的距离来沿储罐的纵向方向提供多个相互间隔开的气体幕帘。在本发明的描述中，设备主要被描述成安装在平行于船只轴线的储罐的壁上。然而，另外，设备被有利地横向地(即，垂直于船只的纵轴线XX)设置在所述储罐的壁上，由于船只的倾斜或者浪涌，所述设备在共振现象的事件中更特别有效。在本发明的优选变型中，喷嘴不注入气态氮或者氮和甲烷的混合物，而是其直接注入保存在特定的辅助容器中的-196°C (在标准大气压下)的液态氮。因此，气体以液态到达扩散歧管中并且被以液态喷射到LNG内。因为LNG处于较高温度(在标准大气压下的-165°C )，所以其然后加热液态氮，当向LNG传递其蒸发潜热时其蒸发。因此，在该优选的变型中，因为氮被以液态传输到管子内部，所以需要比以气态形式输送氮所需的管子更小的直径。另外，潜热从蒸发氮的该传递冷却了 LNG并且相应地限制了所述LNG的蒸发，从而利于气态甲烷的管理，所述气态甲烷必须重新液化或者引导至主发动机以用作燃料。因此，通过从氧气和各种稀有气体中分离出来，有利地并连续地从周围空气中制造出液态氮， 并且然后将液态氮保存在专用的容器中，并且当需要时使液态氮流出并且朝不希望的晃动风险所涉及的储罐输送到分配岐管回路中。在本发明中，LNG储罐被描述为圆柱形的和多边形截面。然而，无论所述储罐横截面包括如在专利W0-2001-30648中所描述的多边形部分和弯曲部分都在本发明的精神范围内，应当理解，所述弯曲部分可以在数学上和几何学上被比拟为有限展开长度的多边形， 具有大量的无穷小的单位长度的侧面。
权利要求
1.一种用于运输或者储存液体C3)并且包括大储罐的船只或者浮动支承体(1)，所述液体包括在所述大储罐O)中冷却的液化气体，该液化气体优选地从甲烷、乙烯、丙烷和丁烷中选择，所述大储罐具有沿该船只的纵向方向(XX’ )设置的长度，并且优选为圆柱形的和至少在局部为多边形的横截面和沿该船只的纵向方向(XX’)的轴线，所述大储罐是热绝缘的Oc)并且是沿水平方向至少具有其最小尺寸的大尺寸，特别是其宽度大于20m并且优选在25m到50m的范围内，并且提供了大于10，OOOm3的容积，所述船只或者浮动支承体的特征在于，所述容器装备有至少一个用于减弱所述液体的运动的减弱设备并且包括用于在所述容器内部移动所述液化气液体的移动装置Ol、22、30a、30b、40、50)，以便在紧邻所述液化气体的自由表面下方至少局部在至少0. 5m且优选至少an的深度上形成水平流。
2.一种根据权利要求1所述的船只或者浮动支承体，其特征在于，用于在所述容器内部移动所述液化气液体的所述移动装置在不平行于该储罐的所述纵轴方向的方向上，并且优选在垂直于该储罐的所述纵轴方向(XX’)的横向方向(YY’)上，产生所述液化气体的移动。
3.一种根据权利要求1或权利要求2所述的用于运输或者储存液体的船只或者浮动支承体，其特征在于，用于移动所述液体的所述移动装置是用于喷射流体的流体喷射装置 (40,50)，处于液体或气态形式的所述流体选自于包括所述液化气体并优选为LNG的液态流体、或者包括惰性气体且优选是氮的气态流体、或者与以气态容纳在所述储罐中的所述液化气体的气体相当的气体、或者所述惰性气体和与所述液化气体的气体相当的处于气态的所述气体的混合物。
4.一种根据权利要求1到3中任一项所述的用于运输或者储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，在所述储罐的内部所述液化气体的自由表面下方并且优选从该储罐的底部Qb)并在该储罐的侧壁Oa)附近产生竖直的气态流。
5.一种根据权利要求1、2或4中任一项所述的用于运输或者储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，用于喷射液体或者气态流体的所述喷射装置包括至少一个在所述储罐外面的泵(51a、53a)和至少一个歧管，所述歧管设有一排喷嘴00、50)并且包括用于供给所述流体并且水平地设置在所述储罐内部的液体表面(3a)下面的流体供给管(40a-40c、 50a-50e)，并且优选是至少一个所述供给管设置在底壁Qb)附近，所述流体供给管设有多个用于在竖直方向上向上朝所述表面喷射所述流体的喷嘴Gl、50-1)，同一供给管的各个相继的喷嘴优选相互间隔开至少0. 5m,并且更优选间隔开Im到5m的范围。
6.一种根据权利要求5所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述流体供给管(40a-40C、50a-50e)沿所述储罐的横向方向(YY’ )或者优选是沿纵向方向(XX’ )设置，并且优选在该储罐的两个相对侧壁中的每个的附近。
7.一种根据权利要求6所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述储罐装备有多个所述歧管，所述歧管在公共竖直面中在离所述表面不同距离处彼此上下地设有成排的喷嘴00、50)，优选是一个所述歧管在所述储罐的底壁Qb)附近设置有一排竖直喷嘴Gl、50-1)。
8.一种根据权利要求1到7中任一项所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述储罐装备有用于通过产生向上的气态流动幕帘(6)来移动液化气体的所述移动装置，所述气态幕帘优选沿所述储罐的纵向方向延伸，并优选在所述储罐中的轴向位置或者靠着所述竖直侧壁( )，用于产生气态幕帘的所述装置从下面来选择a)所述流体注入装置(50、50a-50e)，用于以液态或以气态注入流体并且具有喷嘴，优选沿竖直方向，所述气体优选包括气态氮；以及b)浸没的加热装置，该浸没的加热装置包括其中流过载热流体(30b)的管子或者处于纵向构件(30a)形式的焦耳效应的加热器电阻器，该加热器电阻器适合用于加热并用于与所述加热装置接触以重新气化所述液化气体，所述直线构件优选沿所述储罐的纵向方向 (XX’ )或者沿横向方向(YY’ )延伸。
9.一种根据权利要求8所述的船只或浮动支承体，其特征在于，所述纵向的焦耳效应的加热器构件是电缆(30a)。
10.一种根据权利要求1到9中任一项所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述储罐设有导向液体运动装置，所述导向液体运动装置由吸入及输送泵 (21)构成，所述泵用于吸入所述液化气体并且用于通过安装在所述浸没式泵上的水平输送喷嘴(21a)或者浸于所述储罐中的电动机驱动的推进器Q2、22a-22b)按这样的方式移动液化气体，即，在液化气体的表面下方沿所述水平方向移动所述液化气体并且优选沿不平行于所述纵轴方向的方向来移动所述液化气体，所述泵或者所述推进器按这样的方式安装在浮体(20a)上，即，在离容纳在所述储罐中的所述液化气体的表面的实质上恒定的距离处保持永久地浸没，并且优选在0. 5m到5m的深度范围内，并且更优选是所述浮体被安装成可在浸没的竖直支承件(20b)上竖直滑动。
11.一种根据权利要求10所述的船只或浮动支承体，其特征在于，通过电动机驱动的推进器的推进力0 来作用的所述直接移动装置或所述吸入及输送泵设置在所述储罐的角落Od)中并且被定向成沿水平方向朝所述储罐的中心区域移动所述液化气体，优选在所述储罐的矩形水平截面的四个角落的每一个中。
12.一种根据权利要求5、8和11所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述液体移动装置至少包括(a)歧管，其设有用于喷射液态或者气态的流体，优选是用于喷射液态或气态氮，并且搁在底壁上的一排流体喷嘴，或者多个叠置的歧管，该多个叠置的歧管在该储罐的竖直侧壁附近设有各自的成排的喷嘴(50a-50c)并且适合于形成气体幕帘，优选是氮的幕帘或者氮的和与所述液化气体的气体相当的气体的混合物的幕帘；以及(b)通过推进器的推进力02)来作用的所述直接移动装置或者用于吸入并输送所述液化气体的吸入及输送泵设置在具有矩形水平截面的所述储罐的四个角落Od)的每一个中，并且被定向成朝该储罐的中心区域移动液化气体，即沿其中间纵向轴线(XX’)、沿该储罐朝向竖直中心轴线中间。
13.一种根据权利要求1到12中任一项所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述储罐在其内部包括所述气体注入装置(50)和用于将气体供给至所述气体注入装置的气体供给设备(60)，所述气体优选包括气态氮，该气体供给设备在所述储罐外面包括至少一个液氮容器(51)、适合于将所述液氮传送到第一换热器(5 内的第一液体循环泵(51a)、适合于分离移除气态混合物(56)的气体分离单元(53)和适合于压缩所述气态混合物并将其输送回所述气体注入歧管(50)内的第二循环泵(53a)，其中的载热流体是海水，所述第一换热器适合于在储存在所述容器(51)中的液氮被返回到具有竖直喷嘴(50)的所述水平坡道内之前气化所述液氮，该移除气态混合物(56)是从所述储罐中移除的并且包括气态氮和与气态的所述液化气体相当的所述气体。
14.一种根据权利要求13所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述气体供给设备(60)还在所述分离器(5 的出口处包括至少一个氮液化单元(55a) 和/或用于液化与所述液化气体65b)相当的所述气体的液化单元，所述单元适合于在将所述氮或者所述气体输送到所述氮容器(51)或者所述储罐O)内之前分别重新液化氮或者所述气体。
15.一种根据权利要求14所述的用于运输或储存液体的船只或浮动支承体，其特征在于，所述气体供给设备(60)还包括液化单元，该液化单元用于液化与所述液化气体相当的所述气体并且由浸于所述容器内部的液氮中的第二换热器(54)构成，该第二换热器与循环泵(53a)合作而适合于促使所述气态氮和所述液化气体C3)在管子中循环以分别向所述歧管(50)和所述储罐(2)供给。
16.一种根据权利要求12所述的运载船只或者浮动支承体，其特征在于，所述储罐在其内部设有用于注入流体的注入装置，所述流体是由适合于与容纳在该储罐中的所述第一液化气体接触以在高于所述第二液化气体温度的温度下蒸发的第二液化气体组成的，所述第二液化气体优选是液氮，优选来自于所述第二液化气体的外部容器，所述注入装置包括至少一个设有水平排的竖直喷嘴的所述歧管。
17.—种减弱根据权利要求1到16中任一项所述的船只或浮动支承体的所述储罐中的液体的运动的方法，所述方法的特征在于，通过喷射液体和/或通过形成气态流来在所述液体的表面(3a)下方至少0. 5m的深度上形成水平的液化气体流，该气态流优选是包括氮的气态流体的向上的气态流，该深度优选至少an。
18.一种根据权利要求17所述的方法，其特征在于，将气态氮注入到装备有如权利要求5到8中任一项所限定的成排的喷嘴(50、50a-50e)的所述歧管中。
19.一种根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过如权利要求12到14中任一项所限定的所述气体供给设备来给装备有成排的喷嘴的所述歧管供给气体。
20.一种根据权利要求17所述的方法，其特征在于，将优选是液态氮第二液化气体注入到设有成排的喷嘴(50a-50e)的所述歧管中，从而将所述第二液化气体以液态喷射到容纳在该储罐中的所述第一液化气体中，所述第二液化气体在所述第一液化气体内部气化并且从而产生向上的气态流，该第一液化气体处于比所述第二液化气体更高的温度。
全文摘要
本发明涉及一种用于运输或储存由液化气体组成的液体的船只或者浮动支承体(1)，所述液化气体优选自甲烷、乙烯、丙烷和丁烷并且在一大储罐中冷却，所述储罐优选是圆柱形的和多边形横截面的，其是隔热的并且沿水平方向具有其最小尺寸的大尺寸，特别是，其宽度大于20m并且优选在25m到50m的范围内，并且提供了大于10,000m3的容积，所述船只或者浮动支承体的特征在于，所述储罐装备有至少一个用于减弱所述液体的运动的减弱设备并且包括用于在所述储罐内部移动所述液化气液体的移动装置以便直接在所述液化气体的自由表面下方、至少局部在至少0.5m深度上并优选在至少2m的深度上形成水平流。
文档编号B63B25/16GK102216154SQ200980145234
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年11月17日
发明者B·德莱特, C·于翁德凯尔马德克, C·科尔马, X·罗谢 申请人:气体运输技术公司