用于转移低温流体的方法和用于实施这种方法的转移系统与流程

本发明涉及用于转移低温流体的方法和用于实施这种方法的转移系统。

本发明更具体地涉及lng(液化天然气)，但它也可涉及其它低温流体(氮气、氧气、氩气、…)。天然气是一种能源，其越来越多地用于供应发动机或其他进行工作的机器。它现在用作卡车、火车和船舶的燃料。这种天然气被液化用于运输。因此，必须将lng从气体源引入最终用户。在这一漫长的过程中，lng必须转移若干次。由于lng市场变得更为重要，因此lng转移在全球范围内也变得更加频繁。

在气井和最终用户之间，lng转移通常发生在例如以下之间：

-固定的低温加压罐和运输罐(例如在用于公路或铁路运输的拖车或iso集装箱中，或在用于海上运输的船舶上的罐中)，

-移动式低温加压罐(拖车、集装箱、火车、船舶)和接收罐(其可以是固定的或移动式的)，

-固定式或移动式低温加压罐，直接至施用装置以用于诸如削峰或发电的应用。

主要取决于接收罐的尺寸，这些转移通常需要高流量，该流量可最高至20000l/min(即0.33m³s^-1)，并且压差最高至10巴(10⁶pa)，因为转移需要在短时间内完成。

在现有技术中，低温流体通常由低温泵从供应罐转移到接收罐(或施用装置)，该低温泵提供足够的压头以便将现有的压降打入管线中，以及接收罐的反压。为了在低温转移期间获得此类流量和此类压差，已知使用离心式低温泵，从而通过为lng转移操作提供流量和压头差来帮助缩短装载时间。

遗憾的是，这种施用需要大且昂贵的泵来提供高流量(例如，超过10000l/min)。此外，在这种类型的系统上存在冗余需求，这使得投资相当昂贵。这些泵也相当大，并且需要一些对于运输有效载荷目的可能需要的空间。

此外，通常用于低温转移的已知泵的流量是有限的，并且不可能用“现成可用的(off-the-shelf)”泵来获得非常高的流量。高性能转移(具有高压差的高流量)需要开发定制的泵，以便提供所需的性能。

本发明的第一目的是提供一种允许也通过高压差获得高流量的系统的转移方法。

本发明的第二目的是限制转移lng(或另一种低温流体)所需的装置的体积，使得它们也可与小罐一起使用。

本发明的第三目的是限制转移lng(或另一种低温流体)所需的装置的功率消耗。有利的是，根据本发明的转移装置将能够仅供应有光伏板或气体发电装置。

为了满足这些目的或其它目的中的至少一个目的，本发明的第一方面提出了一种用于将低温流体从储罐转移到接收器如接收罐或施用装置的方法。

根据本发明，该方法包括以下步骤：

a-从储罐泵送低温液体，

b-至少部分地汽化所泵送的低温液体，

c-用所汽化的低温液体对储罐进行加压，以及

d-将低温流体通过储罐和接收器之间的进料管线从储罐转移到具有低温流体的接收器。

换句话讲，该方法是使用低温泵和汽化器，以便对储罐加压，以便提供足够的压力来转移低温流体，并替换从罐中取出的低温流体。这样，可以通过使用具有比装载接收器所需的低温流体流量低约15倍(取决于所需的压差和低温流体)的流量的泵来通过低温流体进料管线转移高流量的液体。从供应罐泵送的低温流体将经过水或环境空气汽化器/交换器，以便在低温流体为lng时转化为气体并将其体积增加约600倍。然后将该气体回送到储罐，以便将位于罐底部的低温流体通过低温流体进料管线推入接收器中。

上文所述的方法还可包括通过改变所泵送的低温液体的被汽化的部分来调节储罐中的压力的步骤。

可以具有一种或多种调节装置来控制储罐中的压力。例如，该压力还可以通过在储罐的上部中喷洒低温液体来调节。

为了允许更好的转移并避免进料管线中的压力增加，转移低温流体的方法还可包括在低温流体的转移之前至少部分地冷却储罐和接收器之间的进料管线的步骤。

如果接收器是接收罐，为了瓦解接收罐中的压力并允许更快地装载该接收罐，则转移低温流体的方法还可包括在低温流体的转移之前将压力降至接收罐中的步骤。接收罐中的压力可例如通过将一些冷低温流体喷洒在接收罐的罐蒸气相中来降低。

本发明还涉及一种用于从储罐到接收器的低温流体的转移系统，其包括储罐、低温泵和连接在储罐底部处的输出管线，

其特征在于该转移系统还包括：

-供给管线，该供给管线在储罐的底部和低温泵的输入端之间，

-用于汽化由低温泵泵送的流体的装置，以及

-压力管线，该压力管线将用于汽化流体的所述装置连接到储罐的上部。

此类装置能够根据上述方法转移低温流体。

该转移系统还可包括用于控制储罐中的压力的装置。在第一实施方案中，所述装置包括例如旁路管线，该旁路管线用于将用于汽化所泵送的流体的装置分路，和阀系统，该阀系统用于控制所泵送的流体在用于汽化的装置和该旁路管线之间的流量。在另一个实施方案中，用于控制储罐中的压力的这些装置也可包括用于将低温液体喷洒到储罐的上部中的装置。转移系统可不具有压力控制装置，如上文所述的旁路管线和/或上文所述的汽化装置和/或其他压力控制装置。

转移系统的低温泵可用电动马达驱动，并且所述电动马达例如由连接到至少一个光伏板的电池提供。这样，传送系统是自主系统。这是可能的，因为低温泵可为具有有限功率的“小”泵。

为了允许更好的转移并避免进料管线中的压力增加，转移系统还可包括用于冷却输出管线的冷却装置。

如果接收器是接收罐，为了瓦解接收罐中的压力并允许更快地装载该接收罐，则转移系统还可包括用于将低温流体喷洒到接收罐中的装置。

本发明还涉及一种拖车，其特征在于该拖车包括如上文所述的转移系统。

现在将参考附图来描述本发明的这些和其它特征，附图涉及本发明的优选但非限制性实施方案。

图1在同一图中示出了在罐之间以及在罐和施用管道之间的低温流体的转移系统。

图1示出了适于容纳低温流体如氮气、氧气、空气、氩气、液化天然气或…的主储罐2，我们将在该说明中考虑低温流体为lng。当该流体处于气相时，该流体也将被称为lng。

进料管线4连接在该主储罐2的底部处。储罐通常制造有底部和上部，该底部和上部可被区分，因为罐不仅包含液体，而且包含液体和气体。例如，储罐包括用于限制罐内压力的安全阀(未示出)，并且将该阀放置在罐的上部上，使得其可排出罐的包含气体的部分。

进料管线4将主储罐2连接到拖车6、装燃料船舶8(其也可为lng燃料船舶)和第一lng燃料船舶10。显然，储罐将永远不会同时连接到拖车和两艘船舶。此处图1仅示出主储罐2可例如供应拖车、或船舶上的储罐、或用于供应船舶上的发动机的罐。

拖车6包括第一移动式储罐12，其自身可供应管道14或次要储罐16或第二lng燃料船舶18。图1还预见，该第二lng燃料船舶18可从装燃料船舶8供应有lng。

因此，图1示出了不同类型的转移，如：

-从固定式罐到运输罐，

-从移动式罐到固定式或移动式罐，

-从移动式罐到用于诸如削峰或发电的应用的施用管道，以及

-从固定式罐到施用管道。

在图1上，示出了三个根据本发明的转移系统。这些系统可用于将lng从主储罐2或拖车6或次要储罐16转移到接收器(管道或接收罐)。

它现在被称为主储罐2。lng的相关转移系统包括低温泵20和用于汽化由低温泵20泵送的lng的装置。

低温泵20为例如离心泵。它通过供给管线22连接到主储罐2的底部。

用于汽化由低温泵20泵送的lng的装置为汽化器24。该汽化器24为例如换热器，其在泵送的lng与环境空气和/或水之间交换热。进入汽化器24中的泵送的lng主要为(按重量计，即，按所泵送的lng的重量计超过50重量％)液态，而离开汽化器24的lng大部分为(按重量计)气态。例如，进入汽化器24的lng的超过90％为液态，并且离开汽化器24的lng的超过90％为气态。

从汽化器24流出的lng通过压力管线26被引导至主储罐2的上部。

如在图1上可见，旁路管线28允许从低温泵20流出的泵送的lng直接经过压力管线26到达主储罐2的上部。三通阀(未示出)可将泵送的lng的流量分布在汽化器24和旁路管线28之间。它可改变由汽化器24汽化的液态泵送的lng的部分。这是调整主储罐2中的压力的第一平均值。

图1还示出了主储罐2中的水下泵30。该泵通过主储罐2内的管线供应喷头32。这是调整主储罐2中的压力的第二平均值。

拖车6还具有用于低温液体的转移系统。拖车6上的第一移动式储罐12可为例如iso集装箱。其转移系统包括低温泵120和汽化器124。低温泵120通过供给管线122连接到第一移动式储罐12的底部。

在该转移系统中，液态lng由低温泵120从第一移动式储罐12的底部通过供给管线122泵送。然后(至少部分地)在汽化器124中汽化所泵送的lng，并且气态汽化的lng通过压力管线126被发送至第一移动式储罐12的上部。

在该转移系统中，低温泵120由太阳能电池板34以电流供应，太阳能电池板例如由第一移动式储罐12支撑。实际上，太阳能电池板34连接到供应低温泵120的电池。为了具有自主转移系统，也有可能例如向低温泵120供应来自气体发电机的电流。

转移系统也与次要储罐16相关联。这里，液态lng由低温泵220从次要储罐16的底部通过供给管线222泵送。所泵送的lng通过汽化器224被发送并且由压力管线226引导至次要储罐16的上部。

如在图1上可见，压力管线226具有在次要储罐16的上部内引导至第二喷头232的衍生物36。经过喷头232的压力管线226中的流量的部分由阀38调节。

下文描述了可以从图1所示的储罐转移lng的方式。

主储罐2包含介于1和12巴(1巴＝100.000pa)之间的低温流体(lng)，并且呈现12巴的设计压力。

如图1所示，来自主储罐2的lng可转移到接收器，在该示例中，该接收器可为拖车6，装燃料船舶8或第一lng燃料船舶10的燃料罐上的储罐。这些接收罐中的每一个也被设计成至少12巴。接收罐可从顶部填充以便瓦解它们的蒸发汽化气体(boil-off-gas)压力或由底部填充，以便增加它们的蒸发汽化气体压力。对于装燃料船舶8和第一lng燃料船舶10示出了这两种方式。

在最高至12巴的压力下，用于填充拖车6上的第一移动式储罐12的所需流量例如包含在500至1000l/min之间。

在最高至12巴的压力下，用于填充装燃料船舶8上的罐的所需流量例如包含在1000至10000l/min之间。

在最高至12巴的压力下，用于填充第一lng燃料船舶10上的燃料罐的所需流量例如包含在500至3000l/min之间。

用于将lng从主储罐2转移到接收罐的方法是使用低温泵20和汽化器24，以便对主储罐2加压，以便提供足够的压力来转移包含在主储罐2中的液态lng，并替换由气态lng从罐中取出的lng。

通过由低温泵20以包含在介于8和160l/min之间的流量从主储罐2的底部泵送液态lng，可获得进入接收罐的lng的所需流量。液态泵送的lng经过汽化器24以便被转化为气体并将其体积增加约600倍。该气体被压力管线26引导回主储罐2中，以便将位于罐底部的lng通过进料管线4推入接收罐中。

为了将压力限制到主储罐2中，所泵送的lng的一部分可经过旁路管线28并以液相回到主储罐2。还可以通过在包含气态lng的罐的一部分中喷洒冷液态lng来限制主储罐2中的压力，以便冷凝该气态lng的一部分。

图1还示出了来自拖车16的液态lng的转移。建议将lng从该第一移动式储罐12转移到：

-施用管道14中，其中流量为例如500至1500l/min，且压力为至多20巴，或者

-次要储罐16中，其中流量为例如500至1500l/min，且压力为至多20巴，或者

-第二lng燃料船舶18的燃料罐中，其中流量为例如500至1500l/min，且压力为至多12巴。

转移的实现方式与上文针对主储罐所解释的方式相同。低温泵120泵送第一移动式储罐12中的液态lng，该液态lng随后在汽化器124中汽化并馈送回罐中，以便在罐中保持约12或20巴的压力，并且用气态lng替代从罐中流出的液态lng。

这也适用于从次要储罐16到施用管道14的转移。这里，液态lng由低温泵220泵送并通过汽化器224汽化，然后通过压力管线226回送到罐中。

为了具有高压，预期还将汽化的lng的一部分喷洒到次要储罐16中。

还如图1所示，lng也可从装燃料船舶8直接转移到第二lng燃料船舶18。然而，图1未示出相应的具有其泵及其汽化器的转移系统。

在lng转移之前，将必须冷却从储罐(主储罐2或第一移动式储罐12或次要储罐16)到接收器(拖车6、船舶上的储罐或燃料罐或施用管道)的lng进料管线，以便允许更好的转移并避免lng闪蒸和进料管线中的压力增加。然后，通过将一些冷气从储罐发送到进料管线中，可在泵冷却时间期间对进料管线进行预冷却。由于泵20小于用于lng转移的现有技术泵，因此用于冷却该泵的冷却步骤将更短。

在接收罐上，自动阀系统应允许在装载操作开始时在罐气相上喷洒一些冷lng，以便瓦解压力并允许更快的装载。

本说明书中提出的解决方案的优点在于，其受益于利用海水或环境空气的汽化的能量节省，该海水或环境空气是免费的并且不需要任何额外的能量。此外，它允许使用比大型lng转移泵占用更少空间的更小、标准和成本更低的泵。由于生态原因，泵的体积小得多，因此可由安装到罐自身上的太阳能电池板驱动，从而使其成为完全自主系统。

所提出的解决方案还允许转移系统的占地面积较小，因为低温泵可以较小。因此，现有的泵范围可适用于液体转移，也适用于高压(例如至多20巴)的高流量。

显然，应当理解，以上具体实施方式仅作为本发明的实施方案示例提供。然而，可根据施用来调整次要实施方案方面，同时保持所述优点中的至少一些。