用于液化天然气(LNG)输送的柔性低温软管的制作方法
本文所述的本发明实施例属于海洋低温输送设备的领域。更具体地，但决非限制性地，本发明的一个或多个实施例允许一种用于液化天然气(lng)输送的柔性低温软管。
背景技术：
将通常在环境条件下为气态的天然气作为称为液化天然气(lng)的次冷液体运输通常是有利的。例如，虽然天然气通常以气体通过管道从生产的位置运输到消耗的位置，有些情况下这样做可能不可行。例如，生产的位置和需求的位置可以分开，这样一种方式使得远离市场的以船只的海洋运输比通过管道的运输更经济可行。如果没有有效方法将天然气运送到有商业需求的地方，那么可能会失去天然气货币化的机会。因此，天然气通常以液化状态由船只在海上运输。
天然气的液化利于气体的储存和运输。主要由与其它烃类成分混合的甲烷组成的lng只占用相同量天然气在其气态下的体积的约1/600。通过将天然气冷却至低于其沸点(大气压下约-160℃，取决于货物等级)来生产lng。lng可以在低于大气压的低温容器中运输并储存。达到预定用途的位置后，lng可以通过加热而转化回其气态，从而将温度升高到高于其沸点。
lng通常被存储和输送在称作lng载体或者lng油轮的低温储存船只上，该低温储存船只设计成能载运lng(主要是甲烷)，或者有时储存在也可以载运lng的乙烷载体上。在所有情况下天然气储存在船上的绝热储存箱中。
通常希望将lng从一个船只输送到另一个船只，该过程称为“船舶到船舶输送”(ststransfer)。例如，可能需要将lng从大型lng油轮输送到较小的穿梭船以便进入内陆水位。在另一个示例中，可能需要将lng从用于长途运输的lng载体输送到停泊在或者位于诸如发电厂的输送位置附近的再气化船。另外，如果运输lng的lng载体在中途碰撞中受损，或以其它方式在航行期间无法操作，则sts输送可能变得必要。在这种情况下，可能需要将lng货物输送到替换船只上，以便该替换船只可以运送货物。
为了进行sts转移操作，通常使用柔性复合低温软管将lng从一个船只的货舱输送到第二船只的货舱中。在紧急输送的情况下，通常，一组三或四米长的软管可以储存在载体船只上，该软管可以被法兰连接在一起，以便为可能需要临时管道布置的计划外事件形成跳线软管。对于计划中输送，通常采用一组约10米至25米长的软管。图1示出了采用现有技术的柔性软管的海上并排sts输送操作。如图1所示，供应船只100通过常规软管110将低温液体输送到接收船只105。
sts输送软管通常使用围绕心轴盘绕的内线构造。在线上是衬里片材，通常是用于lng软管的聚酯织物衬里。织物是大约十八英寸宽的布，并类似于包装纸地被包裹在不锈钢线圈上。围绕织物层是最后的外不锈钢线。不锈钢端部法兰被拧上并挤压到位，以完成软管。
由于处理包含天然气的瓦斯软管不符合某些风险协议，lng的sts输送特有的困难(与其它类型碳氢化合物的输送相反)在于在输送操作完成时需要清洗余留蒸汽的软管。一旦lng输送已经完成，一些天然气将保留在软管内部。如果软管在仍包含天然气的情况下断开，则蒸汽会释放到大气中，这由于诸如火灾风险等的安全考虑而是不期望的。因此，lng软管通常在已经完成输送时立刻被排放和清洗。排放包括导致lng蒸发回到货物系统中的喷水过程。清洗是一种常规做法，其包括在压力下将超干氮气引入到软管中以通过冲洗或者移置余留甲烷和其它天然气蒸汽来除去。理想地，一旦软管已被排放和清洗，其可以断开。常规地，余留在软管中的甲烷的可接受水平小于体积的2％。在这个可接受水平上，软管可以断开。
在sts输送操作中出现的一个问题是软管中的聚酯织物的内层会吸收天然气。被吸收的气体使得难以从将甲烷从软管架体中清除。一旦气体起初地被清除到可接受的水平，架体就可以“溢出”甲烷，而导致来自架体的甲烷再填充软管。该溢出导致耗时的循环的排放过程、清洗过程和等待过程，并且输送航程和接收船只都不能离开输送站点，直到软管断开。由于软管的重复排放和清洗造成的延误可能导致运输船晚六至七小时离开港口或输送地点，导致滞期费。如果可能会对涉及sts操作的船只的安全性产生不利影响天气系统提前，这些延误也会导致额外的安全隐患。如从上文可以清楚的，当前的柔性sts软管受害于溢出影响，并可能导致运送船只的延迟。因此，需要一种用于lng输送的改进的柔性低温软管。
技术实现要素：
本文所述实施例总体上涉及用于液化天然气(lng)输送的柔性低温软管。描述了用于lng输送的柔性低温软管。
低温液化天然气(lng)输送软管的示例性实施例包括lng输送软管的架体，该lng输送软管的架体：包括形成lng输送软管的架体的内径的内线圈；围绕内线圈的外表面形式配合的至少一个细长形护套，其中所述至少一个细长形护套不透过天然气；和形成lng输送软管的架体的外径的外线圈。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套由全氟化合物制成。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套包括聚四氟乙烯(ptfe)。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套由高模量聚乙烯(hmpe)制成。在一些实施例中，所述lng输送软管的架体包括围绕所述至少一个细长形护套卷绕的且在外线圈下方的一系列聚酯薄膜层和聚酯织物层。在一些实施例中，所述lng输送软管的架体包括围绕所述一系列聚酯薄膜层和聚酯织物层卷绕的聚酰胺薄膜层，并且其中所述外线圈围绕所述聚酰胺薄膜层卷绕。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套不透lng和气态天然气。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套围绕内线圈的外表面热收缩。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套围绕内线圈的外表面以拉伸方式形式配合。
海洋液化天然气(lng)输送系统的示例性实施例包括流体联接位于海上的输送lng载体和lng接收船只的低温柔性软管，所述低温柔性软管包括：线圈；围绕线圈的外表面形式配合的至少一个天然气不透性细长形护套，并且其中在输送lng载体和lng接收船只之间输送lng期间，lng流过所述低温柔性软管。在一些实施例中，所述天然气不透性细长形护套中的两个围绕所述线圈的外表面形式配合，并且其中所述两个细长形护套层叠在一起。在一些实施例中，所述低温柔性软管另外包括围绕所述至少一个天然气不透性细长形护套联接的第二线圈。在一些实施例中，所述低温柔性软管另外包括围绕所述至少一个细长形护套卷绕的且在第二线圈下方的一系列聚酯薄膜层和聚酯织物层。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套由聚四氟乙烯(ptfe)制成。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套是热收缩形式配合、以拉伸方式形式配合中或者它们的组合之一。
一种构建用于液化天然气(lng)输送的柔性低温软管的方法的示例性实施例，包括：围绕旋转心轴卷绕内不锈钢线圈，以形成管状骨架；沿纵向围绕所述内不锈钢线圈放置聚四氟乙烯(ptfe)管状护套，以形成天然气屏障；围绕所述ptfe管状护套卷绕一系列聚酯织物层和聚酯薄膜层；围绕所述一系列聚酯织物层和聚酯薄膜层包封聚酰胺薄膜覆盖物；围绕聚酰胺薄膜覆盖物卷绕外不锈钢线圈，以形成管状架体；从所述心轴去除所述管状架体；以及将不锈钢配件施加到所述架体的各端，以形成lng输送软管。
一种低温液化天然气(lng)输送系统的示例性实施例包括形成lng输送软管的多个聚四氟乙烯(ptfe)管状护套。
柔性低温传送剂输送软管系统的示例性实施例包括：低温传送剂，具有-196℃和-120℃之间的输送温度；柔性低温传送剂输送软管，包括：至少一个细长形护套，形成在所述柔性低温传送剂输送软管的内径和所述至少一个细长形护套外的架体材料之间的屏障，并且其中所述至少一个细长形护套对于流过所述内径的低温传送剂是不透过的。在一些实施例中，所述低温传送剂是液化天然气(lng)，并且所述输送温度在-125℃和-160℃之间。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套包括全氟聚合物。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套由聚四氟乙烯(ptfe)制成。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套由高模量聚乙烯(hmpe)制成。在一些实施例中，所述至少一个细长形护套是围绕所述柔性低温传送剂输送软管的线圈的收缩配合、拉伸或者其组合之一。在一些实施例中，在所述至少一个细长形护套外的所述架体材料包括聚酯织物和聚酯薄膜。
在另外的实施例中，来自特定实施例的特征可以与来自其他实施例的特征组合。例如，来自一个实施例的特征可以与来自任何其它实施例的特征组合。在另外的实施例中，可以向本文所述的具体实施例添加附加特征。
附图说明
通过以下详细描述并参照附图，本发明的优点对于本领域技术人员来说可以变得显而易见，在附图中：
图1是现有技术的并排船到船输送系统的透视图。
图2是柔性低温软管的示例性实施例的局部透视图。
图3是示例性柔性低温软管的架体的示例性实施例的沿图2的线3-3的横截面图。
图4是示例性实施例的架体的层的图3的放大图。
图5是用例示性护套包围线圈的示意图。
图6是收缩配合到线圈上的示例性实施例的护套的示意图。
图7是具有流过示例性的软管的低温传送剂的示例性实施例的柔性低温软管的沿图2的线7-7的横截面图。
虽然本发明易于进行各种修改和替代形式，其具体实施例在附图中以例示方式示出，并且在此可以详细描述。绘图可能不按比例。不过应该明白，这里描述并在附图中示出的实施例并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式，而是恰恰相反，意图是涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
现在将描述用于液化天然气(lng)输送的柔性低温软管。在下面的示例性描述中，阐述了许多细节以提供关于本发明实施例的更彻底理解。但是，对于普通技术人员将显见地，本发明可以在不结合本文所述具体细节的全部方面的情况实施。在其它示例中，对于本领域普通技术人员熟悉的具体特征、数量或者措施未提供详细说明，以不会使本发明模糊。读者应注意到，虽然在本文中阐述了本发明的示例，但本发明的边界和范围由权利要求书及其等同物的全部范围限定。
如本说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确规定，单数形式的“一”(a、an)和“所述”(the)包括复数指示物。因此，例如，对一软管的引用包括一个或多个软管。
“联接”是指一个或多个对象或部件之间的直接连接或间接连接(例如，至少一个中间连接)。短语“直接附接”是指对象或部件之间的直接连接。
如本文所使用的，关于低温传送剂输送操作的术语“海上”是指至少部分地在可航行的水体上。因此，例如，在开放海洋中，在停靠在码头处或附近的两艘船只之间或在船只和码头或岸边之间进行的lng输送操作可以是海上船对船(sts)输送和/或海上lng输送。
一个或多个实施例提供用于lng输送的柔性低温软管。虽然为了不使本发明模糊，示例性实施例是根据lng并排sts输送操作来描述的，本文中的任何内容都不意在将本发明限于该实施例。示例性实施例可以同样适用于串联输送、可能吸收到软管架体中以及溢出的其它(诸如氮气、氢气、氧气、乙烷、丙烷或丁烷)的低温流体的输送，和/或陆上输送。
描述了用于lng输送的柔性低温软管的示例性实施例。柔性低温lng输送软管的示例性实施例可以包括一个或多个天然气不可透过护套，例如聚四氟乙烯(ptfe)护套。所述护套可以围绕不锈钢316线圈的整个长度平滑地滑动、收缩和/或拉伸，并且围绕线圈紧密配合。一系列聚酯织物层和聚酯薄膜层可以卷绕在护套上，之后是可用作徽标片的聚酰胺外罩。最后的外不锈钢线圈可完成架体结构。示例性实施例的一个或者多个护套可以在软管架体内部形成对于天然气和/或lng不可透过的屏障。所述屏障可以阻止天然气被吸收到软管架体中，并且减少或者消除溢出。减少或者消除溢出可以在sts输送操作完成时减少排放和清洗软管所需的时间，这可以节省滞期费并且可以减轻因天气系统的推进引起的安全问题。
图2示出了示例性实施例的示例性低温软管。软管200可以是柔性的、管状和/或细长形，以使lng、天然气和/或其它低温液体和/或其相关联的气体可以流过它的内径(软管200的内部)。软管200的直径可以在一英寸和十六英寸(含)之间，直到长达一百英尺。在其中软管200是跨接软管的实施例中，其长度可以较短，例如长度在九英尺和十五英尺之间。在示例性实施例中，软管200可在验证压力下具有的大约10％的最大伸长、对于2英寸及以上的孔径具有小于1.0欧姆/米的电阻、约10°p/m的最大扭转、大约150psi(10.5bar)的最大工作压力和/或从-196℃直到+50℃的温度范围。
如图2和7所示，低温软管200包括围绕低温软管200的架体225的外表面弹簧盘绕和/或卷绕的不锈钢外线圈205。配件210可以是不锈钢，并且固定到架体225的一端或两端以形成喷口，该配件可以包括套圈215和凸缘220。配件210应该以紧固施加，以便是气密的。套圈215可以挤压和/或滑动到位。在应用套圈215之前，在施加套圈215的架体225的端部上可以例如使用管道胶带进行粘贴，以在应用期间将架体225的层保持在适当位置。凸缘220可以被旋拧和/或固定到套圈215上。
图3示出了示例性的软管架体225。架体225可以构造在可旋转的心轴上，以使架体225的层可以容易围绕彼此卷绕。如图3和图7中所示，架体225可以包括外线圈205和内线圈300。内线圈300可以限定软管200和/或架体225的内径605，并且外线圈205可以限定软管200和/或架体225的外径600。依据内线圈300和外线圈205的绕线之间的间隔，护套500和覆盖物520也可以有助于分别限定内径605和外径600。内线圈300和外线圈205都可以是316不锈钢、镀锌钢或者具有类似特性的另一材料。如图3所示。外线圈205和内线圈300可以彼此偏移或偏置，以使两个层联锁。例如，外线圈205可以安装在内线圈300的间隙中。内架体225衬里可以夹在内线圈300和外线圈205之间。
图4示出了示例性实施例的软管200的内架体225材料和/或衬里的层。如图4和图7所示，一个或多个护套500可以在内线圈300上延伸并且在薄膜层510、织物层515、覆盖物520和/或构成架体225的其它衬里材料下方延伸。如图5和图6所示，护套500可以围绕内线圈300的外纵向表面整体地滑动、伸展和/或紧密配合。护套500的形状可以是细长形和/或管状，并且可以以类似于无脚裤袜的方式围绕内线圈300的整个长度滑动、形式配合或者伸展。在一些实施例中，在最初护套500可以大于内线圈300，并且可以围绕内线圈300热敏和/或收缩形成，以使内线圈300和护套500紧密配合在一起。在热收缩的实施例中，护套500可以用加热器700加热以将护套500围绕内线圈300收缩配合，例如图6所示。如在图6中所示，支撑护套550和内线圈300的心轴(未示出)可以在圆周方向上旋转，以围绕线圈300的圆周将护套500形式配合到内线圈300。热收缩的时间和热量(btus)可以随着护套500的材料和/或护套500的厚度而变化。
一个或多个传送剂不可透过的护套500可以包覆内线圈300的整个外纵向表面，以对通过软管200的架体225的内径605流动的传送剂形成屏障。如图7所示，当液体传送剂610和/或气体传送剂615通过架体225的内径605流动时，这样的流体可以接触内线圈300和/或护套500的内侧，但不接触织物层515或者薄膜层510。气体传送剂615可以从低温冷却液传送剂610蒸发掉。例如，在其中液体传送剂610是lng的情况下，气体传送剂615可以是天然气，天然气在其它情况下可能被织物层515和/或薄膜层510吸收，而不具备示例性实施例的益处。
护套500可以由可拉伸的、可收缩的和/或形式配合的材料制成，并且可以对天然气是不可透过的、lng和/或其它低温传送剂以及通过软管200输送的其相关的蒸发物。护套500可以在大约-160℃以上或者大约-196℃以上的低温温度下保持大致柔性、不破裂和/或不变硬。例如，可以使用例如聚四氟乙烯(ptfe)，更通常被称为hostaflon或
护套500可以是平滑的，没有任何间隙、孔、脊和/或缺陷，并且可以以最小的摩擦围绕内线圈300可滑动、拉伸和/或紧密配合。一个、两个或三个或更多个护套500可以层叠在内线圈300上，以形成天然气和/或lng不可透过层，这可以减少或消除气体通过护套500渗透到护套500外的架体225的衬里内，例如薄膜层510或织物层515。在使用两个或多个护套500的实施例中，护套500可以彼此层叠在一起，和/或护套500可以彼此相邻，其中护套500的边缘重叠以避免由护套500提供的天然气不可渗透屏障中的任何破裂。护套500的端部可以与软管架体225的其它薄膜层510、织物层515和线圈300、205一起卷起并挤压到端部配件210中。根据为护套500选取的材料，护套500的厚度可以是约300-600(按基于英寸的单位系统为3-6mil)。
返回图4，一系列织物层515和薄膜层510可以包括在软管200的架体225的衬里中，并且在内线圈300和外线圈205之间围绕护套500卷绕。例如，织物层515可以是例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)的聚酯织物。可以通过类似于卷绕纸的方式将织物层515卷绕施加在护套500上。薄膜层510可以是大约0.2mm厚的和大约十八英寸宽的聚酯薄膜，并且可以以与卷绕织物层515类似的方式卷绕在织物层515上。
在示例性实施例中，软管架体225可以如下分层：(1)内部不锈钢316线圈300，(2)围绕内线圈300紧密配合的一个、两个或更多个护套500，(3)围绕护套500卷绕的可以是聚酯织物的两个织物层515，(4)围绕两个织物层515卷绕的可以是聚酯薄膜的两个薄膜层510(5)四个织物层515，(6)两个薄膜层510，(7)四个织物层515，(8)连续的两个薄膜层510、之后是四个织物层515的系列，(9)聚酰胺薄膜的衬里外覆盖物520，和(10)外不锈钢线圈205。在一些实施例中，在护套500和外线圈205之间可以有四十到七十层的薄膜层510和织物层515。根据所输送的物质和输送物质的温度，可以采用其它的衬里层。例如，bi取向聚丙烯(bopp)膜可用在架体225衬里中，其中传送剂低于-200℃。
示例性实施例可以在低温软管架体的内部在软管织物和/或薄膜衬里向内施加天然气或者其它低温传送剂不可透过层。护套500屏障可以阻止天然气(或者其它传送剂气体)吸收到架体225中，例如防止和/或减少渗透进入织物层515、薄膜层510和/或其它软管衬里中的天然气。示例性实施例可以减少溢出和/或清洗lng输送操作(诸如，海上和/或sts输送操作)中使用的软管需要的时间。减少排放和清洗软管的时间可有助于防止货物运输和船只调度的延迟，减少滞期费，并且可以减轻因为提前天气系统引起的安全问题。
已经描述了用于液化天然气(lng)输送的柔性低温软管。基于本说明书，本发明各方面的进一步修改和替代实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，该说明仅被解释为例示性的，并且是为了教导本领域技术人员执行本发明的一般方式的目的。应当理解，本文示出和描述的本发明的形式将被视为当前优选的实施例。元件和材料可以代替本文所示和描述的那些，部件和工艺可以颠倒，并且本发明的一些特征可以独立地使用，在本领域技术人员获得本发明的该说明的益处之后，这对于本领域技术人员将是显而易见的。在不脱离如所附权利要求所述的等同物的范畴和范围的情况下，可以对本文所述的元件进行改变。此外，应当理解，在一些实施例中，可以组合在此独立描述的特征。
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