Результат интеллектуальной деятельности: МЕМБРАННЫЙ ТАНК ДЛЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА (ТИП ВМ)

Изобретение относится к области судостроения и морского транспорта, предназначенного для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) наливом при низких температурах, а более конкретно к конструкции мембранного танка.

Известен мембранный танк, представляющий собой двойную оболочку из гофрированной криогенной стали или плоских листов инвара, которая через жесткую изоляцию с прокладками из фанеры опирается на поверхность отсека судна. Температурные деформации в оболочках гофрированных мембран компенсируются деформацией их гофров, а плоских мембран из инвара - за счет незначительного коэффициента линейного расширения их материала (Патент US 526247 от 14.12.1993, Патент US 2011/0056955 от 10.03.2011).

Известно, что конструкция традиционного мембранного танка имеет значительный коэффициент потерь СПГ в результате его испарения и этот коэффициент резко увеличивается при уменьшении объема танка.

Задачей предлагаемого изобретения является существенное уменьшение потерь СПГ за счет изменения конструкции мембранного танка.

В конструкции существующего мембранного танка (типа MARK III см. http://www.gtt.fr/product/mark-iii-svstem/) в качестве теплоизолятора между мембранами используется жесткий пенополиуретан с удельной плотностью 160-220 кг/м³, имеющий коэффициент теплопроводности в пределах 0.028-0.035 Вт/(м·K).

Известно (см. фиг. 1), что при низком вакууме (Р=0.1-10 мбар) ряд легковесных изолирующих материалов имеют очень низкий коэффициент теплопроводности в пределах 0.004-0.006 Вт/(м·K).

Данный вакуум технически достижим в больших объемах и, главное, данный вакуум можно постоянно контролировать и поддерживать на обслуживаемых судах.

С целью уменьшения теплопроводности мембранного танка предлагается использовать жесткий пенополиуретан повышенной прочности с плотностью в пределах 220-500 кг/м³, в котором создаются полости, наполненные легковесным теплоизолятором, в качестве которого можно использовать перлит, кремнезем, аэрогель, коллоидную двуокись кремния, пенополистирол или стекловолокно, а между мембранами и между корпусом судна и вторичной мембраной необходимо создать низкий вакуум в пределах 0.1-10 мбар. Указанный подход позволяет уменьшить теплопроводность мембранного танка в 2-3 раза.

В существующих конструкциях мембранных танков для передачи давления и формирования конструкции блоков изоляции используется фанера.

Однако фанера при низком вакууме может выделять газы, что может привести к ухудшению степени вакуума.

Для сохранения необходимого давления вакуума по изобретению между термоизоляционными слоями установлены пластины из высокомолекулярного полиэтилена.

В существующих конструкциях мембранных танков для уменьшения влияния кривизны (бухтиноватости) внутренней поверхности отсека на каждый прикрепляемый к отсеку судна блок теплоизоляции наносятся слои мастики.

Однако при низких температурах мастика застывает и в местах соприкосновения слоев мастики с блоком изоляции возникают значительные напряжения [Pub148_Guidance Notes on Strength Assessment of Membrane-Type LNG Containment Systems Under Sloshing Loads] (фиг. 2). Кроме этого мастика имеет высокий уровень теплопроводности, что ухудшает теплозащитные свойства изоляции.

Для повышения прочности конструкции мембранного танка, а также улучшения его теплопроводности по изобретению между поверхностью отсека и термоизоляционным слоем установлены сминаемые прокладки из термоизолирующего материала. В качестве одного из вариантов таких прокладок может быть использован войлок.

Сущность изобретения видна из фиг. 3, где показан общий вид предлагаемой конструкции мембранного танка для СПГ.

Конструкция мембранного танка включает следующие элементы:

1 - внутренняя судовая поверхность корпуса танка судна, 2 - шпилька, 3 - вторичный блок изоляции 4 - шайба, 5 - гайка, 6 - монтажная полость, 7 - сминаемая прокладка, 8 - полость для размещения легковесного теплоизолятора, 9 - легковесный теплоизолятор, 10 - болтовое соединение, 11 - монтажный диск, 12 - монтажное отверстие, 13 - монтажная плита вторичного блока изоляции, 14 - крепежный болт, 15 - крепежная гайка, 16 - контактная сварка, 17 - вторичная мембрана, 18 - монтажная лента, 19 - шуруп для крепления монтажной ленты, 20 - отгиб листа вторичной мембраны, 21 - контактная сварка листов вторичной мембраны, 22 - контактная сварка шпилек к вторичной мембране, 23 - шпильки для крепления первичного блока изоляции, 24 - крепежные гайка с шайбой, 25 - первичный блок изоляции, 26 - полость для размещения монтажных отгибов вторичной мембраны, 27 - монтажная плита первичного блока изоляции, 28 - контактная сварка для крепления первичной мембраны, 29 - первичная мембрана.

Предлагаемая конструкция формируется на основе внутренней судовой поверхности корпуса танка судна 1, к которой привариваются шпильки 2. Вторичные блоки изоляции 3, изготовленные из жесткого пенополиуретана, крепятся к шпилькам 2 через монтажную полость 6 с использованием шайб 4 и гаек 5.

Для компенсации возможных деформаций корпуса судна между вторичным блоком изоляции 3 и корпусом судна 1 устанавливается мягкая прокладка 7, которая может быть изготовлена из войлока, пробки или аналогичных сминаемых теплоизолирующих материалов.

Для уменьшения теплопроводности в блоках изоляции 3 и 25 имеются полости 8, заполненные легковесным теплоизолятором 9.

К противоположной от корпуса судна стороне вторичного блока изоляции 3 с использованием болтового соединения 10, имеющего монтажный диск 11, через монтажное отверстие 12 закрепляется монтажная плита 13, которая может быть изготовлена из высокомолекулярного полиэтилена.

Для обеспечения надежного крепления вторичного блока изоляции к корпусу судна дополнительно используется крепежный болт 14, изготовленный из высокомолекулярного полиэтилена. Крепежный болт 14 крепится к шпильке 2 с использованием крепежной гайки 15, изготовленной также из высокомолекулярного полиэтилена.

К плите 13 с помощью контактной сварки 16 крепится вторичная мембрана 17, выполненная из инвара. Контактная сварка 16 выполняется между монтажными дисками 11 и вторичной мембраной 17. Для обеспечения надежности крепления мембраны 17 к плите 13 в ней устанавливается металлическая монтажная лента 18, которая крепится к плите 13 с использованием шурупов 19. Контактная сварка 16 обеспечивает дополнительное крепление вторичной мембраны 17 к монтажной плите 13.

Вторичная мембрана 17 изготавливается из отдельных листов, имеющих отгибы 20, которые свариваются между собой контактной сваркой 21.

К вторичной мембране 17 с использованием контактной сварки 22 крепятся шпильки 23, на которые устанавливается гайка с шайбой 24. Шпильки 23 используются для крепления первичного блока изоляции 25, в котором имеются полости 26 для размещения отгибов 20, а также полости 6, 12 и 8, аналогичные полостям вторичного блока изоляции 3.

Монтажная плита 27 первичного блока изоляции 25 имеет систему крепления, аналогичную системе крепления вторичного блока изоляции 3.

К монтажной плите 27 с использованием контактной сварки 28 крепится первичная мембрана 29, которая может быть выполнена как из инвара, так и из криогенной стали.

Предлагаемая конструкция мембранного танка позволяет создать между первичной и вторичной мембранами танка, а также между поверхностью отсека и вторичной мембраной герметичные объемы, которые при низком вакууме позволят существенно уменьшить теплопроводность мембранного танка.