[发明专利]底部结构中具有中心毂的液化气体罐

说明书

导言

世界范围的能源需求要求将大量燃料从其被发现的地方运输给消费者。当今在实践中使用的其中一种最清洁最丰富的能源形式为天然气。主要的气田所在地通常与主要的消费市场相距较远，从而需要将气体从气田运输至消费者。管道运输是可以考虑的运输方式之一，然而管道系统非常昂贵并且难以用于长距离运输。因此船舶运输仍然是气体运输(尤其是液化气体运输)应用中的实用解决方案。

本发明通常涉及液化气体罐，例如LNG罐或LPG罐，但是在本说明书中通常采用术语“低温罐(cryogenic tank)”。LNG通常以大气压下约-163℃的沸点保存在罐中，不断地蒸发甲烷。为了减少蒸发，可以通过围绕罐壁设置绝热层来减少经过罐壁的热流。罐壁在结构上必须得到支撑并且稳定，但是所有这些结构支撑部件都可以将热量导入罐中，从而导致不希望的蒸发。因此为了降低热流，需要减少结构支撑部件穿过绝热层的总横截面积。LNG罐和其它低温罐的通常问题在于在初始冷却和罐填充时发生的热收缩，以及如果LNG因蒸发或排空而从罐中移除而可能发生的罐的热膨胀。

LNG罐通常装设到预先建造好的船舶或油轮上，但是也可以直接安装到安装装置上，例如浮式生产储油装置(FPSO，floating production and storage unit)和浮式储油再气化单元(FSRU，floating storage and regasification unit)。对于这些应用，安装简单作为甲板空间的可用性对于成本的降低是关键的。此外在工业应用中还有多种低温罐的在岸应用。各种应用中存在不同的待解决问题，其中一些主要问题是气体的温度、挥发性和毒性。针对这些应用提出了多种罐设计，所有这些设计都具有优点和缺点。

进行低温填充过程时，当罐从环境温度冷却时，罐的底板结构和罐壁结构会在收缩。在向罐填充液化天然气时，底板结构和罐壁结构的周缘下部会首先收缩，然后通过导热性和通过引导液体和蒸发气体与罐壁的接触，罐壁会冷却并收缩。尤其对于LNG船舶罐(当然对于一些陆地罐也一样)，需要防止罐在冷却过程中相对于基板侧向移动。对于船舶罐，该侧向稳定性在航行过程中非常重要。低温内罐需要设计成能够容忍罐相对于支撑件的热收缩。该热收缩是由于低温流体的低温而发生的，该低温流体会自然地降低罐本身和该罐所固定于的支撑件的温度。除了在向罐填充低温流体时发生的罐收缩之外，在对罐进行清空时罐也会相应地发生膨胀。

热收缩的差异会导致在罐壁衬垫(liner plate)和罐壁桁梁式结构(girder structure)中以及在支撑舱结构中产生应变。LNG罐衬垫中的应变可能会导致裂缝的产生，裂缝可能会导致LNG泄漏，而由于导致火灾、爆炸的风险和由于甲烷的毒性，LNG泄漏是非常危险的。罐破裂及其导致的船中低温气体的泄漏可能还会导致船的灾难性损失，这是因为这种船的结构钢并非设计用于暴露于这种低温中。

对于海船和其它船，具有与因船的波浪作用或因船本身的运动而产生的LNG晃动有关的主要问题。晃动可能导致罐的故障，因此罐应当设计为能够承受晃动作用。本发明描述了应对上述一些挑战的使用方案。

背景技术

US2905352显示了形成设置用于布置在船体中的稳定的罐系统的较早尝试，其中该罐系统在船中静止的同时还允许罐根据稳定变化而收缩和膨胀。在罐下方布置有位于船地板中的引导件，该引导件包括纵向布置的槽，该槽在船中沿长度方向延伸，而罐具有固定在其底板上的相应的键，该罐布置为放置在船地板上，罐的键安装到槽中。

US3612333在上述US2905352所示原理的基础上提供了进一步的改进，其中键、键槽和支架位于容器的底部，并且其中键位于主要与罐的纵向中心线和横向中心线相应的线上。

授予Stafford、标题为“Support for LNG ship tanks”的美国专利4013030描述了围绕罐的圆形水平部分布置的罐支撑系统。该支撑系统包括围绕罐的圆形水平部分间隔设置的多个相同的支撑单元。每个支撑单元与罐连接，并且也与基部连接。每个支撑单元具有底毂(bottom hub)，用于放置在相应的圆柱形轴套上。该轴套布置在船的基础上，并允许相对于罐进行径向移动但不允许侧向移动。这允许罐进行收缩和膨胀，同时防止罐整体侧向移动。