液化氣體的受控存儲制造技術

提供了一種用于在密閉隔熱的容器(10)內如液化天然氣的液化氣體的受控存儲的方法和設備，其中在根據來自容器內的壓力和溫度信號而操作的控制系統(50)的控制下，所述部分液體被抽出并被送入外部制冷單元(22)內經過低溫冷卻并通過一個或多個閥門控制的集管(44、46、48)，所述過冷液體由所述外部制冷單元被重新引入所述容器(10)內，其中低溫冷卻的水平與進入容器內的熱量滲入相匹配，并且大部分或所有過冷液體被直接重新引入存儲液體內以便維持存儲液體內的穩定狀態并使其中的蒸發達到最小。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
液化氣體的受控存儲
本專利技術涉及控制液化氣體的存儲狀態的方法和設備。本專利技術尤其涉及并對遠洋油輪中的液化天然氣(LNG)的存儲有益。
技術介紹
以液體形式存儲和運輸這樣的氣體(如天然氣和大氣氣體)為用給定尺寸的容器大批量地存儲或運輸提供了相當大的好處。然而，這樣的低溫液體的低溫對容器的設計和操作強加了許多嚴格的要求。該容器在機械上必須是堅固的，并且能夠抵抗低的存儲溫度以及在存儲溫度和環境溫度之間加熱或冷卻時的膨脹和收縮應力。容器必須是基本封閉的(即使不是完全封閉的)并且提供很高程度的隔熱以使熱量滲入和由此發生的液體蒸發減到最少。在雙壁之間具有間隙的雙壁容器的既定用法有助于實現低熱量滲入，并且能夠通過在間隙中利用真空或其他隔熱手段更有效地實現低熱量滲入。某些熱量滲入仍是不可避免的，從而導致了液體的蒸發。熱量滲入往往導致容器內的熱虹吸作用，靠近容器壁的液體被熱量滲入加熱并因此變得稀薄而向表面上升。相對于鄰近容器壁的向上移動往往會給容器中央處或附近的液體強加向下的移動。熱虹吸作用使得難以對存儲狀態進行控制。尤其是，當靠近容器壁上升的較暖的液體到達表面附件時，它往往會沸騰、產生額外的蒸汽并增加頂部空間壓力。通常需要額外的部件重新液化或以其他的方式處理由熱量滲入導致的蒸汽。通常不期望排出蒸發材料，尤其是在天然氣的情況下，因為天然氣的易燃性以及因為它的甲烷含量和它所包含的任何其他碳氫化合物各自起著溫室氣體的作用，所以更是不期望這樣。已經提出了各種關于將蒸汽保留在容器包殼內的建議。美國專利No.3918265描述了用于減少低溫液體混合物(如LNG)的多個存儲艙制冷損失的早期處理，在這個處理過程中，將液體混合物從其中一個存儲艙中抽出經過低溫冷卻并且接著將其循環進所有存儲艙，其條件是大部分過冷混合物被循環進液體混合物被抽出的存儲艙中。過冷液體的制冷值被認為是足以補償由于周圍環境的加熱造成的制冷值的損失。由所述專利建議的過冷液體的引入往往會增加保持容器內可控狀態的難題。例如，過冷液體的再循環可禁止蒸發以此在容器的缺量空間內產生局部真空，同時伴隨有引入外部材料的附帶風險。尤其可避免將大氣中的氧氣吸入容器內，因為將氧氣吸入容器內可導致容器內的可燃或爆炸混合物這樣的危險。相關的問題是局部真空可對容器結構施加不適當的應力。過冷液體的再循環還可促進存儲液體內的分層。比存儲液體更稠密的過冷材料往往下沉以此形成稠密的下層并促進向著液體表面的逐次更輕的層形成。而后，較輕的頂層尤其易于蒸發。此外，頂層更輕部分的蒸發使其密度相對于下層而增加并且可導致突然的滾翻以及多層混合，這可引起激烈的沸騰作應。因此，在使蒸汽重新液化并使其返回存儲液體的過程中通常已經找到了用于控制由熱量滲入導致的蒸汽的解決方案。這些引入了與主要是甲烷和氮的混合物的LNG有關的其他問題，因為蒸汽(另外稱為“汽化”)的成分不同于液體的成分并且通常具有更高比例的氮。蒸汽中氮含量越高，其再次液化就越困難。蒸汽中氮含量的變化取決于所運輸的LNG的成分。蒸汽中氮的摩爾分數越高，使制冷劑擴張的壓力和溫度就越低，以便達到總體再液化。降低使制冷劑擴張的壓力導致更大和更昂貴以及更高功耗的制冷機。當然，因為蒸汽中氮含量的變動頗有些依賴于所運輸的LNG的成分，為了確保蒸汽全部液化，必須設計制冷機以便符合最不利的環境，正如其可存在于LNG現貨市場中那樣。對于這個問題的傳統解決方案是排出部分蒸汽并因此限定制冷機的尺寸。如上所述，該解決方案從環境的角度看是不能接受的。在這里，還必須注意到，用于使蒸汽再液化的制冷機除了要處理熱量滲入之外還必須處理蒸汽的壓縮熱量。這使得制冷機的尺寸增加了20％至30％。此外，因為被再次液化的天然氣蒸汽具有更高的氮含量，因此它們具有比存儲液體更高的密度。這又增加了分層的可能性，因為較重的再循環材料向著容器的底部下沉。
技術實現思路
本專利技術的目的是在液化氣體的存儲中以一種可預測和穩定的方式使用低溫冷卻。因此，一方面，本專利技術提供了用于液化氣體的受控存儲的設備，該設備包含密閉隔熱的容器，該容器提供了液體空間和缺量空間并具有外部制冷單元；本專利技術提供了用于抽出部分液體并將其送進制冷單元以供低溫冷卻的部件以及一個或多個用于將過冷液體重新引入容器的集管，其特征在于，缺量空間包含至少一個閥門控制的集管和至少一個壓力傳感器，其特征在于，液體空間包含至少一個閥門控制的集管和至少一個溫度傳感器，其特征在于，該設備還包括控制系統以此根據來自壓力和溫度傳感器的信號來操作集管的閥門。另一方面，本專利技術提供了一種用于在密閉隔熱的容器內液化氣體的受控存儲的方法，密閉隔熱的容器提供了液體空間和缺量空間，其中部分液體被抽出并在外部制冷單元經過低溫冷卻，過冷液體從外部制冷單元經由一個或多個集管被重新引入容器內，其特征在于，缺量空間的壓力由該處的至少一個壓力傳感器所監控，液體空間的溫度由該處的至少一個溫度傳感器所監控，來自所述傳感器的信號被送進控制系統，控制系統操作缺量空間內的至少一個閥門控制的集管以及液體空間內的至少一個閥門控制的集管，以此將過冷液體重新引入缺量空間和/或液體空間。本專利技術尤其與遠洋油輪中的LNG的存儲有關并且在這里主要參考該應用對本專利技術進行描述。然而，應當理解，本專利技術還可用于其他低溫液體混合物(如液態空氣)、或通常的低溫液體(如液態氬、液態氫、液態氦、液態氮和液態氧)的存儲，以及可應用于其它形式的容器(包括隔熱的油槽汽車、隔熱的鐵路油槽車和隔熱的靜態罐)。本專利技術提供了罐管理系統，無論外部環境狀況或罐負載水平如何，該系統可維持罐內的穩定狀態。多重溫度感測、集管的數目和位置以及到不同集管的流量分配使得在罐內的所有地帶施加并維持適當的溫度水平。通過感測罐內不同位置處的狀態并采取相應的補救措施，能夠避免由于不同溫度的液體層而造成不可控的分層以及由于突然的壓力上升而造成液體翻轉的問題。本專利技術特別的優點在于，低溫冷卻(例如制冷率)可與熱量滲入率相匹配。這意味著在理想狀態下很少或沒有發生存儲液體的蒸發。液體溫度傳感器允許對抽出的液體所施加的制冷水平以及其被重新引入的速率和位置進行控制，以此基本上與熱量滲入平衡，并且根據熱量滲入水平的變化進行調節。缺量空間壓力傳感器通過受控的蒸汽冷凝率允許對該壓力進行控制，使得該壓力既不會太低而要承擔如外部材料進入或由局部真空導致的結構損壞這樣的問題的風險，也不會太高而產生不必要的排放或由不適當的內部壓力導致的結構損壞的風險。本專利技術還提供能量消耗方面的優點，還在于維持大部分或所有液體同樣提供了容器內穩固和穩定的熱態。尤其是，其避免了使蒸發材料再液化所需的更高的能量耗費以及由液體和蒸發的LNG混合物中組分的不同比例引起的相關問題。通過位于容器底部或附近的浸入泵，優選地將液體從容器中抽出。在LNG油輪中，它應當被定位以使其在裝貨或卸貨狀態下均位于液體空間內。該泵優選地通過控制系統來操作，因為這允許泵操作與主要的溫度和壓力需求相匹配。它被優選地不斷地運行，因為這便于提供穩定的存儲狀態。外部制冷單元優選地是可調節類型并且優選地由控制系統所操作。接著，根據所接收的來自壓力和溫度傳感器的信號，通過控制系統可改變制冷水平以及因此改變低溫冷卻程度。盡管可使用許多不同的可調節制冷循環，但是最本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于液化氣體的受控存儲的設備，所述設備包含密閉隔熱的容器，所述容器設有液體空間和缺量空間并具有外部制冷單元，所述設備包含用于抽出部分所述液體并將其送進所述制冷單元以供低溫冷卻的部件，以及一個或多個用于將過冷液體重新引入所述容器的集管，其特征在于，所述缺量空間包含至少一個閥門控制的集管和至少一個壓力傳感器，其特征在于，所述液體空間包含至少一個閥門控制的集管和至少一個溫度傳感器，并且其特征在于，所述設備還包括控制系統以根據來自所述壓力和溫度傳感器的信號來操作所述集管的閥門；其中每個集管包括多個噴霧嘴。

【技術特征摘要】
2003.09.01 GB 0320474.01.用于液化氣體的受控存儲的設備，所述設備包含密閉隔熱的容器，所述容器設有液體空間和缺量空間并具有外部制冷單元，所述設備包含用于抽出部分所述液體并將其送進所述外部制冷單元以供低溫冷卻的部件，以及一個或多個用于將過冷液體重新引入所述容器的集管，其特征在于，所述缺量空間包含至少一個由第一閥門控制的集管和至少一個壓力傳感器，其中所述液體空間包含至少一個由第二閥門控制的集管和至少一個溫度傳感器，并且其中所述設備還包括控制系統以根據來自所述壓力和溫度傳感器的信號來操作所述集管的閥門；其中每個集管包括多個噴霧嘴，其中對于所述缺量空間中的至少一個集管，所述噴霧嘴指向朝下，并且對于所述液體空間中的至少一個集管，所述噴霧嘴指向朝上。2.如權利要求1所述的設備，其中所述外部制冷單元屬于可調類型。3.如權利要求1或2所述的設備，其中所述外部制冷單元由所述控制系統來操作。4.如權利要求1或2所述的設備，其中所述外部制冷單元使用布雷頓制冷循環。5.如權利要求1或2所述的設備，所述設備包括在所述液體空間內的兩個或多個集管。6.如權利要求1或2所述的設備，其中兩個或多個溫度傳感器位于所述液體空間內。7.如權利要求1或2所述的設備，其中用于從所述容器內抽出液體的所述部件是浸入式泵，所述浸入式泵位于所述容器底部或附近。8.如權利要求7所述的設備，其中所述浸入式泵由所述控制系統來操作。9.如權利要求8所述的設備，其中所述浸入式泵具有可變頻率驅動。10.一種用于在密閉隔熱的容器內液化氣體的受控存儲的方法，所述密閉隔熱的容器設有液體空間和缺量空間，其中所述液化氣體的部分被抽出并在外部制冷單元內經過低...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J波茲維爾，
申請(專利權)人：克里奧斯塔股份有限公司，
類型：發明
國別省市：