[發(fā)明專利]具有隔開的低溫空間的低溫流體儲罐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880006722.0
• 申請日: 2008-02-28
• 公開（公告）號: CN101622491A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 格雷戈里·查爾斯·哈佩爾;阿德里安·波斯特
• 申請（專利權(quán)）人: 西港能源有限公司
• 主分類號: F17C3/02
• 分類號: F17C3/02;F17C13/04;F17C6/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 魏金霞;田軍鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有隔開的低溫空間的低溫流體儲罐。更具體地，隔板利用如下設(shè)備和方法將低溫空間劃分成兩個儲存空間，即，該設(shè)備和方法包括穿過隔板的至少兩個流道以及調(diào)節(jié)兩個儲存空間之間的低溫流體的流動的至少一個閥。

背景技術(shù)

低溫流體包括通常在大氣壓下沸點低于-100℃(約-150°F)的液化氣體。低溫流體的示例包括在低溫溫度下能夠以液態(tài)儲存的液化天然氣(LNG)和其它氣體，例如氮氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和氫氣。

為防止低溫流體蒸發(fā)損耗并為增加其能夠以液態(tài)儲存的時間，可將低溫流體儲存在絕熱儲罐中，該絕熱儲罐由安裝在外殼中的內(nèi)部儲存容器組成，同時由絕熱材料以及設(shè)置在內(nèi)部容器和外殼之間的空間中的真空提供熱絕緣。內(nèi)部容器限定出液化氣體能夠在低溫溫度下儲存于其中的低溫空間。這種設(shè)置降低了從周圍環(huán)境到低溫空間內(nèi)儲存的低溫流體的熱量傳輸，但一些熱量進入低溫空間是不可避免的，這種熱量傳輸又可以稱作“熱漏”。熱漏使低溫流體變暖，這減小了液化氣體的密度并提高了低溫流體的平均溫度和壓力。在固定的容積中，液化氣體密度減小導致低溫蒸汽的密度增大，并且一些蒸汽會被冷凝回到膨脹的液體中。總的來說，低溫空間中的液化氣體體積將隨著由于熱漏而造成的平均溫度和蒸汽壓力升高而穩(wěn)步增大。如果低溫空間中的總壓力上升到釋壓閥的設(shè)定值以上，則蒸汽從低溫空間排放到大氣中，或者排放到回收系統(tǒng)或直接排放至最終用戶。例如，使用在工業(yè)中通稱為經(jīng)濟器的裝置，可以將排放的蒸汽直接輸送到發(fā)動機。然而，減少從低溫空間排放的低溫流體仍是優(yōu)選的，所以合乎要求的是，設(shè)計儲罐以減少熱漏，使得能夠在不排放的情況下，更加長期地儲存低溫流體。穿過絕熱空間進入低溫空間中的各個管道提供了能夠有助于熱漏的導熱路徑。減少內(nèi)部儲存容器和外殼之間延伸的管道數(shù)量能夠減少熱漏。還可以通過選擇導熱系數(shù)較低的材料作為內(nèi)部儲存容器的支撐結(jié)構(gòu)來減少熱漏。

延長保存時間并降低從低溫空間排放蒸汽的可能性的另一種方法是在充注儲罐時，為蒸汽留出一部分低溫空間。該蒸汽空間通稱為缺量空間，且該缺量空間提供用于低溫流體膨脹進入的容積，使得在達到釋壓閥的設(shè)定點壓力之前，罐不會變得充滿液體。如果用液化氣體完全裝滿儲罐，而不留出充有蒸汽的缺量空間，則由于幾乎不存在液化氣體可以膨脹進入的空間，所以即使是非常少的熱漏也能夠?qū)е聝Υ鎵毫眲∩摺Ｒ虼?，通常做法是在充注儲罐時留出不充滿液化氣體的缺量空間。為有助于在充注儲罐時防止缺量空間充滿低溫流體，標題為“低溫液體儲罐”的美國專利No.5,404,918(′918專利)公開了具有隔開的低溫空間的儲罐，在主罐和缺量空間之間只有一個通道裝置。通道裝置的流通截面積小于充注線的流通截面積，使得當充注低溫空間時，限制液化氣體流入到隔開的缺量空間中。這種設(shè)置的問題在于，雖然通道裝置的流通截面積小于充注線的流通截面積，但是，特別是當通道裝置位于隔板底部附近以有助于將液化氣體排回主罐中時，它仍然允許一定量的液化氣體在充注期間流入到缺量空間中?？赡芨又匾厥牵@種設(shè)置的另一個問題在于，由通道裝置導致的限流也起到限制低溫流體從缺量空間流進主罐中的作用。在充注儲罐時，如果儲罐最初不是空的，則可能有一些液化氣體已經(jīng)存在于缺量空間內(nèi)。對于用于運載車輛發(fā)動機用的燃料的儲罐而言，這是很常見的，因為完全清空儲罐將使車輛缺乏燃料并拋錨。當再次充注部分空置的儲罐時，在再次充注過程期間流入主罐中的新引入的液化氣體能夠冷凝主罐內(nèi)的蒸汽，從而降低主罐中的壓力。同時，由通道裝置提供的限流限制正從缺量空間流回主罐中的液化氣體的流動速度，在這種情況下，該流動由高于主罐中的壓力的缺量空間的壓力驅(qū)動。在充注過程的末期，來自缺量空間的液化氣體的受限流動能夠?qū)е麓罅恳夯瘹怏w存在于缺量空間內(nèi)，這導致為蒸汽所留的容積減小。該后果是不利的，因為在再次充注過程的末期蒸汽容積減小意味著用于低溫流體膨脹進入的容積較小，這又意味著從低溫空間排放蒸汽之前的保存時間較短。此外，在再次充注之后的使用期間，如果從儲罐中以較高的速度輸送液化氣體，則具有一個穿過隔板的限流通道的儲罐的另一個缺點在于：由單流道提供的限流能夠降低輸送液化氣體的速度。標題為“具有整合缺量罐(Ullage?Tank)的低溫液體儲罐”的美國專利No.6,128,908(′908專利)所講授的設(shè)計克服了與′918專利所講授的設(shè)計相關(guān)的一些問題?！?08專利講授的設(shè)置類似于′918專利的設(shè)置，除了缺量罐和主罐之間的通道將缺量罐的下部和主罐的上部相連接。這防止了液化氣體在充注過程的第一部分期間流入缺量罐中，但所設(shè)置通道的小直徑仍然限制液化氣體流回主罐中的速度。然而，這種設(shè)計引入了新的問題，因為它依靠缺量罐和主罐之間的壓力差以從缺量罐中清除液化氣體，并且這也可能導致液化氣體存在于缺量罐內(nèi)。如果通過主罐和缺量罐之間的分隔壁傳輸?shù)臒崃繉⑷绷抗拗械恼羝鋮s到這樣的程度，以致它冷凝缺量空間中的蒸汽從而降低其中的蒸汽壓力，則會損害′908專利講授的儲罐的有效性。如果該壓力差沒有高到能夠有效地通過豎直通道從缺量空間清除液化氣體，則當再次充注該罐時，這可能導致所留的蒸汽空間比預期的小。另外，′908專利所講授的設(shè)計的另一個缺點在于：由于缺量空間和主罐之間的豎直通道的直徑較小，所以看起來通道可能堵塞，致使該設(shè)計的發(fā)明者在優(yōu)選的實施方式中引入作用為防止缺量空間過壓的釋壓裝置，這增加了制造成本，也增加了釋壓閥失效的情況下的可能的失效模式。