LNG储罐以及用于连接LNG储罐与其储罐连接空间之间的至少一个管的系统

摘要

本发明涉及一种LNG储罐，LNG储罐(10)是具有一个壳(14)的单壳LNG储罐，并且LNG储罐(10)包括从LNG储罐(10)延伸至LNG储罐(10)的储罐连接空间(20)的至少一个管(16；17)，其中，LNG储罐(10)的壳(14)大致被隔热材料(13)包围，并且LNG储罐(10)包括至少一个波纹管连接(11；12)，所述至少一个波纹管连接(11；12)包围所述至少一个管(16，17)的长度的至少部分，用于连接从所述LNG储罐(10)延伸至所述储罐连接空间(20)的所述至少一个管(16；17)。本发明还涉及一种用于连接LNG储罐(10)与其储罐连接空间(20)之间的至少一个管的系统，所述至少一个管(16；17)从LNG储罐(10)延伸到储罐连接空间(20)，并且LNG储罐(10)是具有一个壳(14)的单壳储罐，其中，所述至少一个管(16；17)通过至少一个波纹管连接(11；12)而连接在LNG储罐(10)与储罐连接空间(20)之间。

说明书

本发明总体上涉及使用液体燃料(具体地讲，液化天然气(LNG))作为船只或对应远洋船舶的一个或更多个引擎的船用燃料的领域。具体地讲，本发明涉及LNG储罐以及到LNG储罐的连接管。更具体地讲，本发明涉及根据LNG储罐独立权利要求的前序部分的LNG储罐以及根据系统独立权利要求的前序部分的用于连接LNG储罐与其储罐连接空间之间的至少一个管的系统。

用作船用燃料的液体燃料通常为液化天然气、液化石油气或液态石油气(LPG)、甲醇、乙烯。天然气在室温下为气态。在使用天然气作为燃料的船只中，天然气通常以液态储存在船上，因此该船用燃料常常被称为其缩写词LNG(液化天然气)。可通过将天然气的温度维持为低于沸点(大约-163℃)来将天然气保持在液态。船上的LNG系统通常包括加燃料站(是船只与岸上的LNG接收站或者与加LNG驳船的连接)、用于将LNG导出至用于储存LNG的LNG储罐的隔热管、以及储罐连接空间(即，LNG被可控地蒸发并且设置其向引擎的分配的储罐室(tank room))。通常，LNG储罐为圆柱形双壁或单壁式隔热不锈钢储罐。

双壳储罐通常具有：不锈钢内壳，其针对内部压力被设计；以及外壳，其可充当二级屏障，和/或可以是包含真空的隔离系统的一部分，并且可能填充有珍珠岩。外壳可由不锈钢或碳钢制成。储罐利用珍珠岩/真空来隔热。

单壳储罐通常具有不锈钢或镍钢的单壳，其具有聚氨酯隔热材料(insulation)。

LNG储罐通常是LNG燃料处理系统中最昂贵的东西，占系统总成本的甚至50-60％。对于较小的储罐尺寸(低于300m2)，通常使用双壁式结构，在壳之间生成真空以用于隔热。在双壳储罐中，内壁为不锈钢，外壁可为不锈钢或碳钢。对于较大的储罐尺寸，通常使用在壳的外表面上具有聚氨酯(PUR)隔热材料的不锈钢单壳储罐。

真空隔热双壳储罐比单壳式储罐昂贵，但是由于在较小的储罐尺寸下实现需要的保持时间所需的良好隔热性质而被使用。

在通常用于较大的储罐尺寸的单壳储罐中，优选使用泵，而非如加压双壳储罐中所使用的升压系统。当使用泵时，可从储罐的顶部进行与管道的连接，并且不需要底部连接。另外，在船只中，单壳储罐由于其较大的尺寸而通常被设置在甲板上，因为在安装在甲板上的情况下，对储罐的顶部没有空间限制，因此通过储罐顶部的拱顶集中所有连接。另一方面，由于垂直方向上的空间限制，拱顶限制了在船只内使用单壳储罐。

LNG储罐以及关联的组件(例如，阀和管道)通常被设置在被设计为在液体或压缩气体泄漏的情况下充当二级屏障的空间中。

天然气作为气体被输送至引擎，但是被储存为液体。储罐连接空间与储罐关联并且包含将液体转换为气体以便于安全输送至引擎的设备。储罐连接空间在应该存在LNG泄漏(由于其内部有液体管)的情况下也被视为“二级屏障”。

LNG储罐与储罐连接空间之间的管道是双壁式的，并且传统上管被设置为在它们优选通过焊接连接至内壳之前穿过LNG储罐的外壳并进入LNG储罐的内壳与外壳之间的空间中。这种传统设置方式这样起作用，但是需要LNG储罐的外壳由不锈钢制成，这是因为与内壳的所有连接应该在不锈钢盖内。

在专利申请公布WO 2012/032219中公开了一种将不锈钢双壁管连接至具有不锈钢的内壳以及与内壳间隔开的外壳的LNG储罐的设置方式，所述内壳和外壳之间限定隔热空间，其中，至少一个双壁管包括公共外壁和至少一个内管，其中，管的外壁通过管件连接至储罐的内壳，使得所述内壳与外壁之间的耐冷材料的管件被设置为补偿由于管的外壁与储罐的内壳之间的温度差异而引起的管和/或管件的外壁的长度变化，所述管件形成为类似波纹管(bellow)的结构。波纹管优选通过焊接连接至管的外壁和储罐的内壳。在该已知设置方式中，实现了在特定空间内具有更多LNG空间的LNG储罐，这是因为，通过一个波纹管将包括至少一个管的管连接集中，并因此将它们从环形空间去除，来减小真空隔热储罐的环形空间。通过减小环形空间，内壳直径可增大或者外壳直径可减小。通过增大内壳直径，可在相同空间内装更多LNG。通过减小外壳直径，装特定LNG体积所需的空间更小。

当做好正确的预防措施时天然气是安全的燃料。液态的LNG既不是易爆炸的，也不是腐蚀性或有毒的。因此，可能的溢出将不会导致任何持续的污染，这是因为液体将蒸发为气体。然而，当考虑普通船用钢时低温是一个问题，因为过低的温度可能导致钢材的诸如裂缝的缺陷。

本发明的一个目的在于提供一种改进的LNG储罐以及用于连接单壳LNG储罐的至少一个管的系统，其中上述问题被消除或至少被最小化。

本发明的一个目的在于提供一种改进的LNG储罐以及用于连接单壳LNG储罐的至少一个管的系统，其成本效益高并且易于安装。

本发明的另一目的在于防止单壳LNG储罐中的任何泄漏和低温相关问题。

本发明的另一目的在于创建一种在特定空间内具有更多LNG体积的单壳LNG储罐。

为了实现上述目的以及稍后将显而易见的目的，根据本发明的LNG储罐的特征在于LNG储罐独立权利要求的特征，根据本发明的用于连接LNG储罐与其储罐连接空间之间的至少一个管的系统的特征在于系统独立权利要求的特征部分的特征。有利实施方式和特征在从属权利要求中限定。

根据本发明，LNG储罐是单壳LNG储罐，其具有一个壳并且包括从LNG储罐延伸到LNG储罐的储罐连接空间的至少一个管，其中，LNG储罐的壳大致被隔热材料包围，并且LNG储罐包括包围所述至少一个管的长度的至少部分的、用于连接从LNG储罐延伸至储罐连接空间的所述至少一个管的至少一个波纹管连接。

根据有利特征，储罐连接空间与LNG储罐相邻设置。

根据有利特征，连接LNG储罐和储罐连接空间的波纹管连接形成包围所述至少一个管的结构，该结构是柔性的，以便于补偿由温度差异导致的储罐壁与储罐连接空间的壁之间的距离的变化。

根据有利特征，波纹管连接包括大致包围所述至少一个管的隔热材料。

根据有利特征，波纹管连接包括设置在波纹管连接的内部和/或外部的隔热材料。

根据有利特征，波纹管连接包括从外部大致包围波纹管连接的隔热材料。

根据有利特征，LNG储罐包括从LNG储罐的LNG液位的上方延伸的至少一个管、用于连接所述至少一个管的上波纹管连接、从LNG储罐的LNG液位的下面延伸的至少一个其它管、以及用于连接所述至少一个其它管的下波纹管连接。

根据有利特征，波纹管连接沿着LNG储罐与储罐连接空间之间的距离的至少部分延伸。

根据有利特征，隔热材料沿着LNG储罐与储罐连接空间之间的距离的至少部分延伸，所述隔热材料设置在波纹管连接的外部。

根据有利特征，波纹管连接延伸到储罐连接空间中。

根据有利特征，隔热材料延伸到储罐连接空间中，所述隔热材料设置在波纹管连接的内部。

根据有利特征，LNG储罐的隔热材料是聚氨酯或真空隔热板。

根据有利特征，波纹管连接的隔热材料是矿棉、聚氨酯或真空隔热板。

根据本发明，用于连接LNG储罐与其储罐连接空间之间的至少一个管的系统，所述至少一个管从LNG储罐延伸到储罐连接空间，所述LNG储罐是具有一个壳的单壳储罐，其中，所述至少一个管通过至少一个波纹管连接而连接在LNG储罐与储罐连接空间之间。

根据有利特征，波纹管连接包括大致包围所述至少一个管的隔热材料，并且波纹管连接形成包围所述至少一个管的结构，所述结构是柔性的，以便于补偿由温度差异导致的所述至少一个管的长度的变化。

根据有利特征，该系统包括从LNG储罐的LNG液位的上方延伸的至少一个管、用于连接所述至少一个管的上波纹管连接、从LNG储罐的LNG液位的下面延伸的至少一个其它管、以及用于连接所述至少一个其它管的下波纹管连接。

根据有利特征，波纹管连接沿着LNG储罐与储罐连接空间之间的距离的至少部分延伸。

在甲板下面安装需要储罐连接空间，根据本发明的有利方面该储罐连接空间利用波纹管连接至单壳LNG储罐，并且波纹管连接的波纹管将补偿由温度变化导致的LNG储罐的移动。

根据本发明的一个有利方面，在LNG储罐的碟形末端设置两个波纹管连接。波纹管连接的波纹管补偿由热收缩导致的移动。

根据有利特征，多个波纹管中的一个波纹管用于位于LNG储罐的液位下面的连接，多个波纹管中的另一个波纹管用于LNG储罐的气态部分中(即，LNG储罐的液位上面)的连接。

根据有利特征，容纳LNG并且在LNG储罐的液位下面连接的管具有二级屏障，即，它们是双壁管。因为双壁在储罐连接空间内部在管的末端处封闭，所以在容纳LNG的管泄漏的情况下，双壁管限制来自储罐的LNG的内容物可泄漏的空间。这样，LNG储罐的整个内容物不能泄漏到储罐连接空间内。

根据本发明的有利方面，通过使用波纹管，波纹管吸收由温度差异导致的储罐壁与储罐连接空间壁之间的相对移动。LNG储罐壳的温度可从空储罐的室温到储罐被填充时冷LNG的温度而显著变化。用于波纹管的材料有利地为不锈钢，优选为奥氏体钢。

波纹管连接将寒冷传递至储罐连接空间，为了防止储罐连接空间变得过冷，可使用伴热(trace heating)(例如，通过在波纹管与隔热材料之间安装加热线圈)。作为防止寒冷到达储罐连接空间的另一可能，波纹管可包括凸缘(flange)连接，其中，在凸缘之间安装玻璃增强塑料(GRP)或相似的隔热部件。

根据有利方面，船只包括根据本发明的用于连接LNG储罐与其储罐连接空间之间的至少一个管的系统。

根据本发明的系统和LNG储罐及其有利特征和方面使得管能够从LNG储罐直接连接到储罐连接空间中，即，当储罐连接空间与储罐相邻设置时，直接连接到储罐连接空间中。因此优点在于，相邻的储罐壳与储罐连接空间壁之间的连接可利用双壁式结构来进行，该双壁式结构为柔性的，以吸收由热膨胀/收缩而导致的纵向和横向转变。另外，通过使用单壳，与使用相同尺寸的双壳LNG储罐所实现的液体空间相比，LNG储罐可实现更大液体空间。自然，在不需要另外的液体空间的情况下，LNG储罐也可被设计得较小。根据本发明的波纹管连接构造还使得可将LNG储罐和储罐连接空间设置为靠近，或者甚至设置在彼此旁边，因此节省了空间。应该记得，在船上可用空间非常有限，特别是在船只内部。

在下文中，参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1示意性地示出现有技术的LNG燃料分配架构，

图2示意性地示出本发明的有利示例，

图3示意性地示出本发明的另一有利示例，以及

图4示意性地示出本发明的另一有利示例。

图1示意性地示出以LNG为燃料的船只上的已知系统的架构。加LNG站101设置在甲板上并且被用于用LNG装满系统。LNG燃料储存系统包括用于储存液态的LNG的一个或更多个隔热储气罐102以及所谓的储罐连接空间103，在储罐连接空间103，LNG被可控地蒸发并且被设置为其向引擎的分配。蒸发意指从液相至气相的相变，由于此原因，所有后续阶段应该从缩写词去除L(液化)，仅使用NG(天然气)。

船只的引擎104设置在机舱105中。各个引擎具有其各自的引擎特定燃料输入子系统106，在气体燃料的情况下该子系统106在一些源中被称作GVU(气阀单元)。图1的储罐连接空间103包括两个蒸发器，其中第一蒸发器107是用于在储气罐102内部维持足够的压力的所谓PBU(升压)蒸发器。储气罐102内部的主供给线108的入口处的流体静压是使得LNG流向第二蒸发器109中的驱动力，第二蒸发器109是MGE或主气体蒸发器，从第二蒸发器109将燃料以气态形式向引擎分配。为了确保蒸发气体在足够高的压力下流到GVU并且进一步流到引擎，PBU系统将储气罐102的内部压力维持在预定值或接近预定值(通常在5到10巴之间)。

引擎104包括一个或更多个冷却回路。图1中示意性地示出所谓低温(LT)冷却回路的外环110，其可用于例如冷却润滑油。在外环110中循环的所谓LT水在其经过热交换器111时可具有50摄氏度左右的温度，在热交换器111中它将热传递给乙二醇和水的混合物，乙二醇和水的混合物继而将热传递给蒸发器107和109。乙二醇/水混合物回路包括循环泵112和膨胀储罐113。混合物中需要乙二醇以防止它在与蒸发器107和109的极其冷的LNG入口部分接触时冻结。

在图2至图4的以下描述过程中，除非另外提及，否则将使用对应标号来标识相似元件、部件和组件。在图中，出于清晰原因，没有重复一些标号。在下文中，为了简化本公开，主要参考船只的LNG储罐或对应船只来描述示例，但是应该指出的是，代替此示例，用于LNG的任何类型的储罐可具有根据本发明的相似的特征和性质。

在图2至4的示例中，示出了LNG储罐10的一部分以及与其关联的储罐连接空间20的示意性垂直横截面。LNG储罐10是单壳LNG储罐并且包括限定用于LNG的储罐空间的壳14。在图中，LNG的液位由标号L表示。壳14被隔热材料13包围，所述隔热材料13有利地为VIP(真空隔热板)或PUR(聚氨酯)。包含用于将液体转换为气体以便于安全输送至引擎的设备(未示出)的储罐连接空间20与LNG储罐10关联，所述设备经由管16和LNG管17与LNG储罐10流体连接，所述管16、17的一端在LNG储罐10中，另一端在储罐连接空间20中。管16位于LNG储罐的LNG液位L的上方，例如为用于安全放泄阀、液位测量、顶喷、由标号24表示的喷洒以及试验旋塞的管。试验旋塞用作溢流保护。如果加燃料期间的LNG液位达到试验旋塞，则管将充满冷LNG，这将触发警报，加燃料过程将被停止。设置在LNG液位L下面的LNG管17是双壁式的，因此各个LNG管17具有外管18。这些管17包括例如加燃料管线、到引擎的燃料管线、液位或压力测量管线、PBE入口管线。有利地，LNG储罐10和储罐连接空间20具有将LNG储罐10和储罐连接空间支撑在甲板25或船只的对应支撑结构上的木制腿21、22。LNG储罐10的腿21在储罐隔热材料13区域中具有支撑结构23。

在示意图2至图4中还示出了用于管16和LNG管17的波纹管连接11、12。波纹管连接11、12形成为包围管16、17的管构造，相应地，形成为包括用于补偿由于温度差异导致的长度变化的波纹管结构的管构造。这使得LNG储罐10和储罐连接空间20能够彼此相邻设置，LNG储罐10通过波纹管连接11、12连接至储罐连接空间20，该波纹管连接11、12形成包围管16、17的结构，该结构为柔性的，以补偿由温度差异导致的长度变化。波纹管连接由耐冷材料制成(优选不锈钢)。在LNG泄漏的情况下波纹管连接11、12充当二级屏障。管16、17被也围绕波纹管连接11、12设置的隔热材料15包围，所述隔热材料15例如为矿棉、VIP(真空隔热板)或PUR(聚氨酯)。管16、17可在储罐连接空间20内具有进一步的结构以用于补偿由于温度差异导致的其长度的变化。

在图2的示意性示例中，上管16(即，在LNG液位L上面延伸到LNG储罐10中的管16)被上波纹管连接11包围，该上波纹管连接11由具有波纹管结构的管构造形成为该管构造的壁的一部分。另外，通过外管18形成为双壁管并且在LNG液位L下面延伸到LNG储罐10的下LNG管17被下波纹管连接12包围，该下波纹管连接12由具有波纹管结构的管构造形成为管构造的壁的一部分。波纹管连接11、12从LNG储罐10的壁14延伸到储罐连接空间20的壁中。在储罐隔热材料13的区域中，用于波纹管连接11、12的隔热材料15被设置在波纹管连接11、12的管构造的内部，在储罐隔热材料13的外部与到储罐连接中之间的区域中，隔热材料被设置在波纹管构造11、12的内部并且还围绕波纹管构造11、12的外部。波纹管连接11、12的波纹管结构在LNG储罐10与储罐连接空间20之间的距离的至少部分延伸。

图3的示意性示例大致对应于图2的示例，不同之处在于下波纹管连接12具有在储罐连接空间20内部包围管的波纹管结构。从另一端，波纹管结构12连接至储罐连接空间壁，并且从另一端，它连接至管17所穿过的凸缘。下波纹管12可这样制成，因为管17是双壁式的，因此已经具有针对LNG泄漏的二级屏障。管与储罐连接空间壁之间的波纹管连接补偿由于管被附接至LNG储罐壁而导致的管的可能移动、以及由于温度差异导致的管17的长度变化。如果管17不是双壁式的，则此实施方式无法进行。

图4的示意性示例大致对应于图3的示例，不同之处在于下波纹管连接12仅具有就在储罐连接空间20外部包围管的波纹管结构。此示例中的波纹管从储罐连接空间壁向外延伸。

上面仅描述了本发明的一些有利示例，本发明不仅限于此。对于本领域技术人员而言清楚的是，可在以下权利要求书中所限定的本发明内进行许多修改和变化。

图2至图4中所使用的标号

10 LNG储罐

11 波纹管连接

12 波纹管连接

13 隔热材料

14 壳

15 波纹管连接的隔热材料

16 LNG液位上面的管

17 LNG管

18 用于LNG管的外管

19 阀

20 储罐连接空间

21 LNG储罐的脚

22 储罐连接空间的脚

23 脚附接

24 喷洒

25 甲板

L LNG的液位

LNG 液化天然气

图1中所使用的标号

101 加LNG站

102 储罐

103 储罐连接空间

104 引擎

105 机舱

106 燃料输入子系统

107 第一蒸发器

108 主供给线

109 第二蒸发器

110 所谓低温(LT)冷却回路的外环

111 热交换器

112 循环泵

113 膨胀储罐