[发明专利]压缩天然气船运系统及将压缩天然气装填或排出船上储存系统的方法

说明书

发明领域

本发明涉及天然气的运输系统，尤其是涉及压缩天然气的水上船运。

发明背景

现有四种方法用于天然气穿越水体的运输。第一种方法是利用海底管道。第二种是以液化天然气(LNG)的形式用船来运输。第三种是以压缩天然气(CNG)的形式用驳船或在船甲板上装运。第四种是以冷冻的压缩天然气或中等条件液化气(MLG)的形式利用船来运输。每种方法都有其内在的优点和不足。

众所周知，海底管道技术是用于水深小于1000英尺的条件。然而，深水海底管道的成本非常高，并且其维修方法才刚刚起步。在穿越深度超过1000英尺的水体时，利用海底管道运输通常不是一种可行的方案。海底管道还有一个缺点在于，一旦敷设完成以后就无法重新定位。

天然气的液化可大大提高其密度，因而允许相对较少的船只长距离地运输大量的天然气。然而，液化天然气系统需要巨大的投资用于装船点的液化设备和交货点的重新气化设备。在许多情况下，建造液化天然气设备的投资费太高使得液化天然气成为一不可行的方案。在另一些情况下，交货点和/或供应点的政治风险可能使得昂贵的液化天然气设备并不可取。液化天然气的还有一个缺点在于，即使在仅需一二条液化天然气船只的短程运输的情况下，由于全部岸上设备的高成本，运输上的财务负担仍然十分沉重。

在70年代初，哥伦比亚燃气系统服务公司(Columbia Gas System Service)开发了一种将天然气以冷冻的压缩天然气和承压的中等条件液化气的形式进行船运的方法。这些方法由它们的工艺工程指挥Roger J.Broeker在1974年出版的一篇名为“压缩天然气和中间状态液化气-新的天然气运输工艺”的论文中作了阐述。在被放人船只的绝热货舱内的压力容器之前，压缩天然气需要将气体冷冻到华氏-75度的低温和加压到1150psi的高压。船上没有配备货物制冷设备。气体装在许多垂直安装的圆柱形压力容器中。中间状态液化气工艺需要将气体冷却到华氏-175度和加压到200psi来使气体液化。这两个系统的一个缺点就是在装船之前需要将气体冷却到远低于外界温度的温度。要实现将气体冷冻到上述温度、提供具有适合于此温度之特性的钢合金和铝的气缸，这些都是相当昂贵的。另一个缺点在于，必须以一种安全的方式来处理在运输过程中受热所导致的不可避免的气体膨胀现象。

在1989年授予海上气体运输有限公司(Marine Gas Transport Ltd.)的美国专利4,846,088描述了一种运输压缩天然气的方法，它仅在海上驳船的甲板或甲板以上设有储藏容器。此专利文献揭示了一种压缩天然气储藏系统，它包括许多由水平安放在海上驳船甲板以上的管道式管子所形成的压力瓶。由于管子的价格低，该储藏系统具有投资费用小的优点。如果产生气体泄漏，它会自然地排向大气，避免发生燃烧和爆炸的可能。气体在大气温度下运输，避免了与哥伦比亚燃气服务公司的试验容器所固有的制冷有关的问题。上述的压缩天然气运输方法的一个缺点是压力瓶数量上的限制，因为这些压力瓶可能是放在甲板以上，而与此同时又必须保持驳船足够的稳定性。这就大大限制了单艘驳船所能装载的气体量，导致单位装载气体的价格升高。另一个缺点在于其气体向大气的排放，当今从环保立场考虑应该说是不允许的。

在更近些的几年中，福斯特·惠勒石油开发公司(Foster Wheeler PetroleumDevelopment)对压缩天然气的驳船运输的可行性作了研究。在九十年代初由R.H.Buchanan和A.V.Drew发表的一篇题为“开发海上干燥燃气区的备选方法”的论文中，评述了压缩天然气的船运，以及液化天然气的备选运输方法。福斯特·惠勒石油开发公司的提议揭示了压缩天然气运输方法，它包括多个管道式压力瓶，它们水平定位于一组可拆的多驳船-拖船组合往返运输船中。每个瓶具有一控制阀，温度是外界温度。该系统的一个缺点是需要将诸驳船连接成往返运输船和将它们分离，这相当费时，降低了效率。另外一个缺点是多驳船往返运输船的适航能力有限。它需要避免深海航行，这将降低该系统的可靠性。还有一个缺点是其复杂的联接系统，它会对其可靠性带来不利影响，并增加成本。

天然气的海上运输具有两个主要成分，即水上运输系统和岸上设备。上述所有的压缩天然气运输系统的缺点在于，水上运输部件太贵以致于很难采用。液化天然气运输系统的缺点是岸上设备的成本太高，这在短程运输情况下便成为成本的绝大部分。上述的对比文献中没有一个将问题着眼于在岸上设备处进行燃气载卸的方面。

发明概述