專利名稱:液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的絕熱方法和系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的絕熱方法，特別是關(guān)于運(yùn)輸沸點(diǎn)低于-40℃(在大氣壓下)的液化氣所用的薄膜型液化氣儲(chǔ)氣罐的絕熱方法和系統(tǒng)。
液化天然氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐的一般絕熱系統(tǒng)的構(gòu)造如下。
在一般儲(chǔ)氣罐絕熱方法中，工字梁是按一定的間隔離布置在儲(chǔ)罐內(nèi)殼的下部，在工字梁之間填充以瑪
脂填料。在這些工字梁上安裝著由多層木板如輕木木板組成的絕熱層。在這個(gè)絕熱層中配置有第二層隔板，在液體由于薄膜破裂而發(fā)生泄漏的情況下，這一層隔板可以在一定時(shí)間內(nèi)保持儲(chǔ)罐的密封性。薄膜是一層金屬薄板安置在絕熱層的內(nèi)表面上。薄膜只用來(lái)保持儲(chǔ)罐的密封性，而液體的負(fù)荷將通過(guò)絕熱層和工字梁傳遞到內(nèi)殼上。在薄膜和內(nèi)殼之間的空間可分成兩部份。中間隔板空間(IBS-interbarrier space)是指薄膜和第二層隔板之間的這一部份，而中間基礎(chǔ)空間(IGS-interground space)則指第二層隔板和內(nèi)殼之間的這一部份。將氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w在略高于大氣壓(0～20毫巴)的壓力下充入這些部份。
近來(lái)，已經(jīng)提出要改善液化氣儲(chǔ)罐絕熱性能的要求以便減少在輸過(guò)程中所蒸發(fā)的氣體量，這是從節(jié)約能源的觀點(diǎn)提出來(lái)的。在采用同樣的絕熱材料的情況下，如按照一般的方法來(lái)滿足上述的要求就只能增加絕熱層的厚度。但是，增加絕熱層厚度就必須會(huì)帶來(lái)費(fèi)用的增加，同時(shí)也會(huì)減小液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)罐的有效容積。
本發(fā)明的目的在于改善遠(yuǎn)輸沸點(diǎn)低于-40℃(在大氣壓下)的液化氣所用薄膜液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的絕熱性能。
本發(fā)明屬于液化氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐絕熱的方法和系統(tǒng)，這種儲(chǔ)運(yùn)罐用來(lái)運(yùn)輸沸點(diǎn)低于-40℃(在大氣壓下)的液化氣，其特徵是從儲(chǔ)運(yùn)罐周?chē)臍饷芸臻g中把空氣抽出，使氣密空間中木板層里的小空穴中的壓力降低以改善其絕熱性能，應(yīng)該看到，上述木板層具有這種絕熱和承受儲(chǔ)運(yùn)罐負(fù)荷的特性。
圖1是說(shuō)明液化氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐絕熱方法的簡(jiǎn)圖;
圖2是絕熱材料的顯微組織的示意圖;
圖3是本發(fā)明的示意圖;
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的示意圖;
圖5是在第一實(shí)施例中表明蒸發(fā)氣體量與絕對(duì)壓力之間關(guān)系的曲線;
圖6是本發(fā)明的第二實(shí)施例的示意圖;
圖7是在IBS和IGS這兩部份空間中，蒸發(fā)氣體量與絕對(duì)壓力之間關(guān)系的曲線;
圖1所示是液化天然氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐所用的一般絕熱方法的示意圖。
在圖1所示的一般絕熱方法中，工字梁2配置在內(nèi)殼1的下面。圖中3表示用瑪
脂填充的中間層，而3′表示間隙。絕熱層4安裝在這些工字梁2上。絕熱層4由多層木板，如輕木木板構(gòu)成。在絕熱層4中有由木板組成的第二層隔板6，用來(lái)在液體由于薄膜5破裂而發(fā)生泄漏情況下在一定時(shí)間內(nèi)保持儲(chǔ)罐的密封性，薄膜5是一層金屬薄板，鋪在絕熱層4的內(nèi)表面上。薄膜5只用來(lái)保持儲(chǔ)罐的密封性，而液體的負(fù)荷是通過(guò)絕熱層4和工字梁2傳到內(nèi)殼1上。薄膜5和內(nèi)殼之間的空間可分成兩部份。中間隔板空間(IBS)7是指薄膜5與第二層隔板6之間的這一部份。中間基礎(chǔ)空間(IGS)8則指第二層隔板6和內(nèi)殼之間的這部份空間。將氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w在略高于大氣壓(0～20毫巴)的壓力下充入這部份。圖中9是指薄膜的波紋，10是絕熱填充料，聚氨酯泡沫。根據(jù)上面講的一般絕熱方法，在使用同樣的絕熱材料的情況下，要滿足這一要求就只能增加絕熱層的厚度。但是，增加絕熱層厚度就必然會(huì)帶來(lái)費(fèi)用的增加，同時(shí)也會(huì)減少液化天然儲(chǔ)罐的有效容積。
本發(fā)明的申請(qǐng)人曾經(jīng)對(duì)用作絕熱材料的木材的熱傳導(dǎo)進(jìn)行了各種研究并且得到了，本發(fā)明，現(xiàn)說(shuō)明如下在顯微鏡下觀察用作絕熱材料的木材時(shí)發(fā)現(xiàn)，木材是由實(shí)心部份11和空穴部分12組成的，如圖2所示。在考慮這種木材的熱傳導(dǎo)時(shí)，它的視熱導(dǎo)系數(shù)可以認(rèn)為是實(shí)心部份11的熱傳導(dǎo)系數(shù)和空穴部份12的熱傳導(dǎo)系數(shù)之和。在這種情況下，視熱傳導(dǎo)系數(shù)可用下列公式(1)表示入＝ (S1)/(S1+S2) 入1＋ (S2)/(S1+S2) 入2……(1)式中 入木材的視熱傳導(dǎo)系數(shù)(Kcal/hm℃)，入1實(shí)心部份11的熱傳導(dǎo)系數(shù)(Kcal/hm℃)，入2空穴部份12的熱傳導(dǎo)系數(shù)(Kcal/hm℃)。
S1實(shí)心部份11的寬度，S2空穴部份12的寬度。
在上面的公式(1)中，我們可以把入2當(dāng)作空穴中的氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
一般來(lái)說(shuō)，氣體的絕熱系數(shù)是與壓力無(wú)關(guān)的。不過(guò)，按照真空絕熱的理論，當(dāng)壓力接近于真空，氣體的平均自由程增加到空穴直徑d(幾個(gè)幾十個(gè)微米)時(shí)，熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓力的關(guān)系將是這樣的，即在一般的壓力范圍內(nèi)(小于幾個(gè)到幾十個(gè)毫巴)，熱傳導(dǎo)系數(shù)將隨壓力的降低而成比例地減小。所以，既使絕熱材料是木材，公式(1)中的第二項(xiàng)入2的數(shù)值也會(huì)減小，如果空穴(即空穴部份12)中的壓力能夠夠降低到十分接近真空的話，上述發(fā)現(xiàn)已經(jīng)導(dǎo)致本發(fā)明的完成。
使用輕木做為絕熱材料并且運(yùn)用上面的公式。
(S1)/(S1+S2) ＝0.08 (S2)/(S1+S2) =0.92在一般的絕熱方法中，假定沒(méi)有運(yùn)用真空絕熱，氮?dú)馐敲芊庠诖蠹s的是大氣壓力下，入1＝0.15Kcal/hm℃，入2＝0.017Kcal/hm℃，氮?dú)馐窃?50℃下，那么我們可從公式(1)得出入＝0.027Kcal/hm℃。
如果使用本方法，把空穴中的壓力降低到大約0.1到幾個(gè)毫巴(絕對(duì)壓力)，入2可能減小到0.002，而入1＝0.015Kcal/hm℃，這樣，絕熱層的絕熱系數(shù)就可以減小到0.014Kcal/hm℃并且熱輸入量將為一般方法的0.014/0.027＝0.5倍。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到木材空穴中的壓力是否能夠降低到真空的問(wèn)題上來(lái)，一般來(lái)說(shuō)，空穴結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是一種封閉的系統(tǒng)，因此不可能降低壓力。本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果木材是輕木或者類似的材料，同時(shí)絕熱層的端面在真空下保持幾小時(shí)或者幾天的話，就有可能把絕熱層中空穴內(nèi)的壓力降低到絕對(duì)壓力0.5～3毫巴這樣的真空度，真空度大小與絕熱層的結(jié)構(gòu)有關(guān)，這在下面的例子中將得到說(shuō)明。
應(yīng)該看到，只有當(dāng)木材纖維的方向(Ⅰ)垂直于熱傳導(dǎo)方向(Ⅱ)時(shí)，上面所講的才是屬實(shí)的，同時(shí)當(dāng)纖維方向與熱傳導(dǎo)方向平行時(shí)，就幾乎不可能達(dá)到上述的真空度，不能改善絕熱性能。
在實(shí)際的液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐中是用多層木板作絕熱層的，一般來(lái)說(shuō)，總有一些木板的纖維方向是與熱傳導(dǎo)方向相平行的，所以從總的來(lái)說(shuō)，在真空絕熱的情況下的熱輸入量是不用真空絕緣時(shí)的60%～70%左右，也就是說(shuō)絕熱性能提高了大約30～40%。
本發(fā)明推薦的實(shí)施例按圖3說(shuō)明如下。
圖3所示是液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的結(jié)構(gòu)斷面示意圖，并且有絕熱系統(tǒng)中產(chǎn)生真空的管道和壓力傳感器的流線圖。
在圖3中，A表示液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的斷面圖，而B(niǎo)表示絕熱系統(tǒng)的放大圖，其結(jié)構(gòu)與圖1中的相同;圖中C所示是把絕熱系統(tǒng)中的壓力降到真空并保持真空的裝置。
本方法所用設(shè)備包括一套真空泵裝置13用來(lái)將輕木木板層中的壓力降到真空，用于絕熱層的抽氣管道14和壓力傳感器15。
一般來(lái)說(shuō)，真空泵裝置13最好是由兩臺(tái)泵組成，一臺(tái)大容量的真空泵13a用來(lái)產(chǎn)生真空，而另一臺(tái)小容量的真空泵13b用來(lái)保持真空，不過(guò)，只用一臺(tái)真空泵也足夠了。在絕熱層的兩個(gè)端面上都裝有抽氣管14，也就是說(shuō)，里面的抽氣管14a從薄膜的波紋9中引出而外面的抽氣管14b從內(nèi)殼1和聚氨脂泡沫絕熱填料層10之間的間隙3′中引出。按照儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)，也可以使用附加的內(nèi)外抽氣管，壓力感器15由引入絕熱層端面的壓力計(jì)15a，15b以及引入絕熱層內(nèi)部的壓力計(jì)15C組成，這些壓力計(jì)用來(lái)指示木材空穴中的壓力。當(dāng)把用來(lái)產(chǎn)生真空的大容量真空泵13a轉(zhuǎn)換到保持真空用的小容量真空泵13b時(shí)，就用壓力計(jì)15C進(jìn)行工作。
隨后將要說(shuō)明的實(shí)施例已經(jīng)證明，用本發(fā)明的液化氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐來(lái)遠(yuǎn)輸沸點(diǎn)低于-40℃(大氣壓下)的液化氣，絕熱性能可以比原先的絕熱方法改善30～40%。
過(guò)去認(rèn)為要改善絕熱性能就非增加絕熱層的厚度不行，現(xiàn)在已經(jīng)不必要的了，人們可以期望在成本降低和儲(chǔ)罐裝載能力方面得到非常大的效果。實(shí)現(xiàn)本方法的費(fèi)用較低而裝載能力將會(huì)由于絕熱層厚度減小而有所增加，因此帶來(lái)相當(dāng)大的實(shí)際好處。既使在不要求改善絕熱性能的情況下，人們?nèi)匀豢梢云谕〉蒙鲜龅男Ч驗(yàn)榻^熱層可以比一般系統(tǒng)中的薄一些。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本系統(tǒng)還可以用來(lái)探測(cè)薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐上的缺陷。
對(duì)現(xiàn)在建設(shè)的液化天然氣薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐來(lái)說(shuō)，如果在薄膜上出現(xiàn)了小裂紋引起了液體的泄漏，沒(méi)有別的辦法，只能用裝在IBS(中間隔板空間，即薄膜與第二層隔板之間的空間)中的傳感器來(lái)檢查，但在使用本發(fā)明方法的儲(chǔ)運(yùn)罐上，只要中間隔板空間(IBS)中的壓力突然升高就會(huì)立刻發(fā)現(xiàn)缺陷，因?yàn)檫@里的壓力通常保持在0(真空)狀態(tài)下。所以保證液化天然氣儲(chǔ)運(yùn)罐安全的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這種方法是非常有效的。
本發(fā)明的效果將用下列的實(shí)例予以說(shuō)明。
實(shí)例1實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的設(shè)備的示意圖見(jiàn)圖4。這是一個(gè)L＝0.25米正方形的儲(chǔ)運(yùn)罐，里面裝有液態(tài)氮，該儲(chǔ)運(yùn)罐在其周?chē)幂p木絕熱層4砌構(gòu)成一個(gè)儲(chǔ)罐21，罐放置在一個(gè)稱量裝置22上面，23是測(cè)量溫度用的熱電偶，24是蒸發(fā)氣體的出口，絕熱層的輕木木板，除了拐角處以外，都與熱傳導(dǎo)方向垂直。絕熱層中的壓力從大氣壓降到真空狀態(tài)并且測(cè)量在不同真空度條件下蒸發(fā)的氣體量。測(cè)得的結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5中圖表的坐標(biāo)是絕對(duì)壓力(毫巴)和蒸發(fā)氣體量(Kg/H)。圖中曲線表明，蒸發(fā)氣體量從環(huán)境壓力下的1.1Kg/H減少到1毫巴壓力下的0.45kg/H。蒸發(fā)量的減少率為0.45/1.1×100≈41%。
實(shí)例2圖6所示是一個(gè)裝液態(tài)氮的容量為70米3的儲(chǔ)罐，周?chē)煤穸葹?.285米的輕木木板絕熱構(gòu)成一個(gè)儲(chǔ)運(yùn)罐，l＝5.1米，h＝4.7米，(內(nèi)殼為21)。絕熱層4中的壓力從大氣壓降到真空狀態(tài)，在不同的真空度條件下測(cè)量蒸發(fā)氣體量。所得結(jié)果用圖7中的曲線表示，從圖7可以看出，在環(huán)境壓力下的蒸發(fā)氣體量為50.1kg/H，而在1～3毫巴壓力下減到43.9kg/H，即減少了6.2Kg/H。
應(yīng)該注意到，在圖7中的壓力曲線是代表IBS和IGS中的壓力，其范圍是從環(huán)境壓力到9毫巴，并且在IGS中的壓力是在低于9毫巴的壓力范圍內(nèi)，在低于9毫巴的壓力范圍內(nèi)， ，IBS中的壓力保持在1～3毫巴范圍內(nèi)，蒸發(fā)速度的減少率為6.2/50.1×100≈12%。
在實(shí)例2中所示是模擬實(shí)際儲(chǔ)罐的一個(gè)儲(chǔ)運(yùn)罐，采用了一種所謂的角板，這與一般的標(biāo)準(zhǔn)絕熱層不同，并且不具有真空絕熱作用。所以，其絕熱效果要低于實(shí)例1中的儲(chǔ)罐。
在這一實(shí)例中，所用角板的比例要比實(shí)際儲(chǔ)運(yùn)罐高得多，這使絕熱性能改善的效果相對(duì)降低了。在實(shí)際儲(chǔ)運(yùn)罐中，由于儲(chǔ)罐尺寸大，角板的存在實(shí)際上可以忽略不計(jì)，因此絕熱性能要高得多，可以達(dá)到用真空絕熱方法所達(dá)到的效果。
權(quán)利要求
1.一種液化氣儲(chǔ)遠(yuǎn)罐的絕熱方法，在該儲(chǔ)遠(yuǎn)罐的波紋薄膜與內(nèi)殼之間的空間里裝有木板層，另有一些工字梁用來(lái)支撐上述木板層，木板層既支撐儲(chǔ)罐又有絕熱作用，其特征是上述空間是一個(gè)密封的空間，空氣從送個(gè)密封的空間中抽出而形成真空，從而降低上述木板層空穴中的壓力。
2.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是上述木板層的纖維方向與熱傳導(dǎo)方向相垂直。
3.按權(quán)利要求
1的方法，其特徵是上述空氣是從內(nèi)殼和上述木板層之間的中間基礎(chǔ)空間抽出的，是從上述薄膜波紋和上述木板層之間的中間隔板空間抽出的。
4.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是上述中間隔板空間中的壓力降低到幾個(gè)毫巴。
5.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是上述木板層采用輕木木板。
6.按權(quán)利要求
1的方法，其特征是抽出空氣所用的設(shè)備包括一臺(tái)大容量真空泵用來(lái)產(chǎn)生真空，還有一臺(tái)小容量真空泵用來(lái)保持真空。
7.一種液化氣儲(chǔ)運(yùn)罐的絕熱系統(tǒng)，在該儲(chǔ)運(yùn)罐的波紋薄膜與內(nèi)殼之間的空間里裝有木板層，另有一些工字梁用來(lái)支撐上述木板層，木板層既支撐儲(chǔ)罐又有絕熱作用，其特征是上述空間是一個(gè)密封的空間;備有抽真空設(shè)備用來(lái)從上述密封的空間里把空氣抽走以便在木板層空穴中形成真空的壓力;在上述木板層和上述內(nèi)殼之間形成一個(gè)中間基礎(chǔ)空間;在上述薄膜波紋和上述木板層之間形成一個(gè)中間隔板空間;用抽氣管道把中間基礎(chǔ)空間和中間隔板空間與上述真空泵設(shè)備連接起來(lái);備有壓力傳感器用來(lái)測(cè)量上述空間中的內(nèi)壓力以及木板層空穴中的內(nèi)壓力。
8.按權(quán)利要求
7的絕熱系統(tǒng)中，其特征在于真空設(shè)備包括一臺(tái)用來(lái)形成真空的大容量真空泵和一臺(tái)保持真空的小容量真空泵。
9.按權(quán)利要求
7的絕熱系統(tǒng)，其特征是在上述工字梁之間裝有一個(gè)泡沫合成樹(shù)脂件，在上述合成樹(shù)脂件與內(nèi)殼表面之間形成一個(gè)空隙，同時(shí)上述抽氣設(shè)備包括管道，用這些管道薄膜波紋空間和上述空隙分別接到上述真空設(shè)備上。
10.按權(quán)利要求
7的絕熱系統(tǒng)中其特征在于所配備的壓力傳感器包括一些壓力計(jì)，分別用來(lái)指示上述木板層兩邊的內(nèi)壓力以及木板層空穴中的內(nèi)壓力。
11.按權(quán)利要求
7的絕熱系統(tǒng)的特征是上述木板層纖維的方向與熱傳導(dǎo)方向相垂直。
專利摘要
本發(fā)明是運(yùn)載沸點(diǎn)低于-40℃(大氣壓下)的液化氣的薄膜儲(chǔ)運(yùn)罐的絕熱系統(tǒng)。在儲(chǔ)罐周?chē)拿芊饪臻g中裝有木板層用來(lái)支撐儲(chǔ)罐同時(shí)使儲(chǔ)罐與外界的熱量隔絕。把上述密封空間中的空氣抽走形成真空，借以降低木板層空穴中的壓力。
文檔編號(hào)F17C3/00GK85105351SQ85105351
公開(kāi)日1987年4月29日 申請(qǐng)日期1985年7月13日
發(fā)明者維舒厄, 柴村陽(yáng)吉, 中村賀昭, 金沢孝雄 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan