Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области хранения сжиженных газов, в частности к конструкции и эксплуатации сооружения для хранения сжиженного газа, включающей в себя резервуар, имеющий внутреннее пространство, ограниченное непроницаемыми для текучей среды и теплоизоляционными стенками, и насос, расположенный во внутреннем пространстве резервуара вблизи нижней стенки резервуара и предназначенный для по меньшей мере частичного погружения в груз в виде сжиженного газа для перекачивания груза в виде сжиженного газа.

В одном варианте осуществления сжиженный газ представляет собой смесь с высоким содержанием метана, хранящуюся при температуре приблизительно -162°C при атмосферном давлении. Также могут быть предусмотрены другие сжиженные газы, в частности этан, пропан, бутан или этилен. Сжиженные газы могут также храниться под давлением, например, при относительном давлении от 2 до 20 бар включительно и, в частности, при относительном давлении, близком к 2 бар. Резервуар может быть изготовлен в соответствии с различными технологиями, в частности в форме выполненного как одно целое мембранного резервуара или самонесущего резервуара.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Насос, предназначенный для погружения в груз в виде сжиженного газа, например, сжиженного природного газа, который представляет собой смесь с высоким содержанием метана, должен соответствовать строгим механическим характеристикам, при условии, что он должен быть рассчитан на работу при очень низкой температуре и что он должен выдерживать очень большие колебания температуры во время работы, особенно в зависимости от того, насколько заполнен резервуар. В частности, выгружающий насос, расположенный в резервуаре морского судна для перевозки метана, в общем имеет форму вращающейся машины, такой как центробежный насос, см., например, EP A 1314927.

Соответственно, если не приняты меры предосторожности в отношении процесса изменения его температуры и, в частности, отслеживания характера протекания этого процесса изменения, то насос такого типа рискует подвергаться сильным тепловым ударам во время работы, что может поставить под угрозу срок его эксплуатации.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Идея, на которой основано изобретение, заключается в отслеживании температуры насоса с помощью датчика температуры, который может обеспечивать достоверную информацию о реальной температуре насоса. Другая идея, на которой основано изобретение, заключается в управлении использованием резервуара, в частности операциями наполнения резервуара или запуска насоса, с помощью достоверной информации о реальной температуре насоса.

С этой целью изобретение предлагает установку для хранения сжиженного газа, включающую в себя:

резервуар, имеющий внутреннее пространство, ограниченное герметичными и теплоизоляционными стенками,

насос, расположенный во внутреннем пространстве резервуара вблизи нижней стенки резервуара и предназначенный для по меньшей мере частичного погружения в груз сжиженного газа для перекачивания груза сжиженного газа,

нагнетательную линию, соединяющую выходной патрубок насоса с контуром жидкостного коллектора, расположенную снаружи резервуара, и

датчик температуры, выполненный с возможностью измерять температуру насоса или температуру текучей среды, содержащейся во внутреннем пространстве резервуара на высоте между самой нижней точкой насоса и самой высокой точкой насоса.

Благодаря этим признакам можно получать соответствующее измерение температуры для определения реального состояния насоса, при условии, что измерена либо температура компонента насоса, либо температура текучей среды, в которую погружен насос, в частности, температура газовой атмосферы, в которую погружен насос.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления установка такого типа может иметь один или несколько из следующих признаков.

Множество расположений датчика температуры может подходить для получения достоверной информации о температуре. Первая возможность заключается в том, чтобы располагать датчик температуры, то есть по меньшей мере чувствительную часть этого датчика, в непосредственном контакте с компонентом насоса, в частности, на компоненте насоса или в нем. Согласно вариантам осуществления датчик температуры расположен на элементе, выбранном из группы, включающей в себя внешнюю оболочку насоса, участок нагнетательной линии, смежной с выходом насоса, и крепёжный фланец, обеспечивающий соединение между нагнетательной линией и выходным патрубком насоса.

Согласно вариантам осуществления датчик температуры расположен в насосе, предпочтительно в статоре насоса, если насос выполнен в форме центробежного насоса или другой роторной машины. Датчик температуры такого типа может, в частности, быть расположен таким образом, чтобы измерять температуру во внутреннем канале насоса, предназначенном для нагнетания текучей среды во время работы.

Согласно одному варианту осуществления датчик температуры включает в себя средство для измерения тока I и напряжения U обмотки двигателя нагнетательного насоса. Например, эти измерительные средства могут быть вольтметром, тензометром, мультиметром или любым другим измерительным устройством, позволяющим определять ток и/или напряжение обмотки.

Согласно одному варианту осуществления температура T связана с измерениями тока I и напряжения U следующим уравнением:

.

При R_20°C, сопротивление обмотки при 20°C, B_mat - коэффициент, который является функцией материала, используемого для обмотки.

Согласно одному варианту осуществления установка содержит вычислительный блок, выполненный с возможностью вычислять температуру насоса с помощью измерений тока I и напряжения U обмотки нагнетательного насоса.

Согласно одному варианту осуществления, опорная мачта продолжается во внутреннем пространстве резервуара между верхней стенкой резервуара и нижней стенкой резервуара и поддерживает нагнетательную линию, а датчик температуры расположен на опорной мачте для измерения температуры текучей среды, содержащейся во внутреннем пространстве резервуара. Согласно одному варианту осуществления, датчик температуры расположен на поверхности опорной мачты, обращённой к нагнетательному насосу.

Доступно множество технологий доступных для изготовления датчика температуры, в частности, в соответствии с диапазонами температуры, которые должны быть достигнуты при эксплуатации. В вариантах осуществления, подходящих для сжиженного природного газа, датчик температуры представляет собой термопару или платиновый резистивный термометр.

В одном варианте осуществления установка для хранения дополнительно включает в себя информационную систему, функционально соединённую с датчиком температуры, для получения сигнала измерения температуры от датчика температуры, причём информационная система дополнительно включает в себя интерфейс человек-машина, выполненный с возможностью передавать измерения температуры, подаваемые датчиком температуры, персоналу, ответственному за эксплуатацию резервуара.

Изобретение также предлагает способ использования установки для хранения такого типа для сжиженного газа, в котором температуру насоса определяют с помощью измерительного сигнала, генерируемого датчиком температуры, и определяют, удовлетворяется ли критерий авторизации температурой насоса.

В одном варианте осуществления операцию наполнения резервуара сжиженным газом запрещают в ответ на определение того, что температура насоса не удовлетворяет критерию авторизации. В одном варианте осуществления операцию запуска насоса запрещают в ответ на определение того, что температура насоса не удовлетворяет критерию авторизации. Одним из таких критериев авторизации является, например, то, что температура насоса упала ниже порога срабатывания и/или осталась ниже порога срабатывания в течение определённого времени.

В одном варианте осуществления операция наполнения резервуара сжиженным газом запускают или запуск авторизуют в ответ на определение того, что температура насоса упала ниже порога срабатывания. Операция наполнения резервуара может также зависеть от других условий, совокупных с температурным условием насоса, например, условий, связанных с соединением к терминалу, или других условий.

В одном варианте осуществления насос запускают или запуск авторизуют в ответ на определение того, что температура насоса упала ниже порога срабатывания. Операция запуска насоса может также зависеть от других условий, совокупных с температурным условием насоса.

Порог срабатывания может быть выбран как функция свойств груза. В варианте осуществления, подходящем для сжиженного природного газа при атмосферном давлении, порог срабатывания меньше или равен -130°С. Также могут использоваться другие значения порога срабатывания, например, -100°C или -50°C.

Установка для хранения может быть получена в форме плавучей конструкции, включающей в себя корпус, в частности, морское судно для перевозки сжиженного газа, в котором резервуар расположен в корпусе плавучей конструкции. В случае плавучей конструкции резервуар может быть предназначен для транспортировки сжиженного газа или для получения сжиженного газа, служащего топливом для приведения в движение плавучей конструкции. Альтернативно, установка для хранения может быть получена в форме наземной установки или размещена на морском дне или на наземном транспортном средстве. В случае наземного транспортного средства резервуар может быть предназначен для транспортировки сжиженного газа или для получения сжиженного газа, служащего топливом для приведения в движение наземного транспортного средства.

Согласно одному варианту осуществления насос представляет собой выгружающий насос с номинальным расходом, превышающим 100 м³/ч, например, от 1000 до 3000 м³/ч включительно, например, для резервуара, имеющего ёмкость от 600 м³ до 60 000 м³ включительно, а нагнетательная линия представляет собой линию выгрузки.

Способ также обеспечивает способ разгрузки плавучей конструкции, в котором текучую среду подают через изолированные трубы в плавучую или наземную установку для хранения из резервуара плавучей конструкции с помощью насоса.

Изобретение также обеспечивает систему передачи текучей среды, причём система включает в себя плавучую конструкцию, изолированные трубы для соединения резервуара, установленного в корпусе, с плавучей или наземной установкой для хранения, и в которой насос способен перемещать текучую среду по изолированным трубам от резервуара к плавучей или наземной установке для хранения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет лучше понято, а другие объекты, детали, признаки и преимущества станут более очевидными в ходе последующего описания множества особых вариантов осуществления изобретения, приведенных только в виде неограничивающей иллюстрации, со ссылкой на приложенные чертежи.

Фиг. 1 представляет схематический вид в сечении установки согласно одному варианту осуществления изобретения, полученной в форме резервуара морского судна для перевозки метана.

Фиг. 2 представляет схематический вид в увеличенном масштабе зоны II на фиг. 1.

Фиг. 3 представляет схематическое изображение в разрезе морского судна для перевозки метана и терминала для погрузки/разгрузки этого морского судна.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В приведенном ниже описании описан насос, размещённый в резервуаре для хранения и/или транспортировки сжиженного газа вблизи нижней стенки резервуара и предназначенный для погружения по меньшей мере частично в груз в виде сжиженного газа. Нижняя стенка обозначает стенку, предпочтительно в целом плоскую, расположенную в нижней части резервуара относительно поля силы тяжести. Близость между насосом и нижней стенкой зависит от общего размера насоса и объёма резервуара. Задача этой близости состоит в том, чтобы позволять насосу перекачивать большую часть груза, хранящегося в резервуаре, за исключением возможного объёма жидкости, составляющего менее 10% объёма резервуара.

Кроме того, общая геометрия резервуара может быть различных типов. Многогранные геометрии являются наиболее обычными. Возможна также цилиндрическая, сферическая или иная геометрия. Кроме того, резервуар такого типа может быть установлен в различных конструкциях, таких как двойной корпус морского судна, наземная установка или другие конструкции.

Ссылаясь на фиг. 1, непроницаемый для текучей среды и изоляционный резервуар для транспортировки и хранения сжиженного природного газа включает в себя стенки бака, установленные в опорной конструкции 1 с многогранной геометрией. В случае мембранной технологии каждая стенка резервуара имеет конструкцию с несколькими слоями, наложенными друг на друга в направлении толщины, с вторичным теплоизоляционным барьером 2, вторичной герметичной мембраной 3, расположенной на вторичном теплоизоляционном барьере 2, первичным теплоизоляционным барьером 4, расположенном на вторичной герметичной мембране 3, и первичной герметичной мембране 5, расположенной на первичном теплоизоляционном барьере 4. Эта первичная герметичная мембрана 5 предназначена для контакта с продуктом, содержащимся в резервуаре, и ограничивает внутреннее пространство 6 резервуара. В равной степени пригодны и другие технологии резервуара, например, самонесущий резервуар.

В случае морского судна для перевозки метана, множество насосов, как правило, расположены в нижней части опорной мачты 7, которая поддерживает различные трубы, которые должны служить для обработки груза и которая продолжается по всей высоте резервуара от нижней стенки 8 до потолочной стенки 9, через которую она проходит на уровне зоны, называемой жидкостным куполом.

На фиг. 1 был представлен в качестве иллюстрации выгружающий насос 10, который закреплён на опорной мачте 7 вблизи нижней стенки 8, например, на расстоянии около 1 м над нижней стенкой 8. Выгружающий насос 10 представляет собой центробежный насос, способный всасывать поток жидкости через впускной патрубок 14, расположенный в нижней части выгружающего насоса 10, и нагнетать этот поток в линию 11 выгрузки, которая соединена с выходным патрубком, расположенным в верхней части выгружающего насоса 10 на уровне крепёжного фланца 12. Линия 11 выгрузки поднимается по всей длине опорной мачты к контуру жидкостного коллектора, который не показан. Выгружающий насос 10 имеет высокий номинальный расход, чтобы обеспечивать быструю обработку большого груза, например, 500 м³/ч.

Для измерения температуры выгружающего насоса 10 датчик температуры 20 расположен в, на, или в непосредственной близости от выгружающего насоса 10. Датчик 20 температуры функционально соединён с информационной системой 21, например, кабельным или беспроводным соединением 22, чтобы обеспечивать возможность использования измерений температуры персоналом, ответственным за эксплуатацию резервуара, и/или автоматическими устройствами, управляющими функционированием резервуара.

На фиг. 2 показано множество возможных положений датчика 20 температуры, а именно датчика 201, расположенного внутри насоса, датчика 202, расположенного на внешней поверхности кожуха насоса, датчика 203, расположенного на крепёжном фланце 12, и датчика 204, расположенного на опорной мачте 7 на той же высоте, что и насос, а именно на уровне, располагающимся между самой высокой точкой (здесь крепёжный фланцем 12) и самой нижней точкой (здесь на входном патрубке 14) насоса 10.

Так как он (датчик) погружен в ту же окружающую текучую среду что и кожух насоса 10 и близко к последнему, датчик 204, расположенный на опорной мачте 7, может подавать измерение температуры, отражающее относительно достоверным образом реальное состояние насоса 10. В частности, в ситуации, когда окружающая текучая среда представляет собой паровую фазу, имеющую стратифицированное температурное поле, положение датчика 204 по существу на той же высоте, что и насос 10, обеспечивает получение достоверных измерений.

Как указано позицией 23, информационная система 21 также может иметь соединения с другими датчиками согласно известной технологии, в частности с датчиками температуры, измеряющими температуру, например, в стенках резервуара, на разных высотах, как схематически представлено позицией 24.

В случае морского судна информационная система 21 представляет собой часть системы управления резервуаром на борту морского судна. Информационная система 21 включает в себя интерфейсы человек-машина, не показаны, например, экраны, циферблаты, принтеры и т.д., расположенные в операционной комнате резервуара или в комнате наблюдения морского судна, чтобы информировать оператора, наблюдающего за резервуаром, о состоянии резервуара 1. Информационная система 21 задаёт формат данных о температуре и передаёт их в интерфейс человек-машина.

Такое же устройство датчика температуры может использоваться с другими насосами резервуара, например, с осушающим насосом или циркуляционным насосом, предназначенным для распыления жидкости в резервуаре.

Благодаря достоверному измерению температуры, подаваемому датчиком 20, можно принимать решения относительно управления резервуаром, каждый раз гарантируя, что температура насоса 10 совместима с предусмотренной работой. Например, решение относится к запуску наполнения резервуара, начиная с по существу пустого состояния, и предполагает предварительную проверку того, что насос подвергся достаточному предварительному охлаждению для предотвращения разрушающего термического удара. Благодаря датчику 20 температуры оператор может сказать, что насос 10 действительно достиг заданного порогового значения температуры, например, -130°C, прежде чем запускать это наполнение. Этот запуск также может выполняться программируемым автоматическим устройством.

В отличие от этого, в отсутствие датчика 20 температуры температуру насоса 10 следует оценивать из других доступных измерений, например, измерений температуры стенки. Однако гипотеза, согласно которой насос 10 должен иметь ту же температуру, что и стенки окружающего резервуара, может быть по умолчанию в некоторых случаях.

Описанный выше резервуар может использоваться в различных типах установок, таких как наземные установки, или в плавучей конструкции, такой как морское судно для перевозки метана, или в других установках.

Ссылаясь на фиг. 3, вид в сечении морского судна 70 для перевозки метана показывает непроницаемый для текучей среды и изоляционный резервуар 71 призматической общей формы, установленный в двойном корпусе 72 морского судна. Стенка резервуара 71 включает в себя первичный герметичный барьер, предназначенный для контакта с сжиженным природным газом, содержащимся в резервуаре, вторичный барьер, расположенный между первичным герметичным барьером и двойным корпусом морского судна, и два теплоизоляционных барьера соответственно расположенных между первичным герметичным барьером и вторичным непроницаемым герметичным барьером и вторичным барьером и между вторичным герметичным барьером и двойным корпусом 72.

Способом, известным самим по себе, погрузочно/разгрузочные трубы, расположенные на верхней палубе морского судна, могут быть соединены посредством соответствующих соединителей с морским или портовым терминалом для передачи груза сжиженного природного газа из резервуара 71 или в него.

Фиг. 3 показывает пример морского терминала, включающий в себя погрузочную и/или разгрузочную станцию 75, подводный трубопровод 76 и наземную установку 77. Станция 75 погрузки и/или разгрузки представляет собой стационарную морскую установку, включающую в себя подвижную стрелу 74 и башню 78, которая поддерживает подвижную стрелу 74. Подвижная стрела 74 переносит связку изолированных гибких шлангов 79, которые могут быть соединены с погрузочными/разгрузочными трубами 73. Ориентируемая подвижная стрела 74 адаптируется ко всем погрузочным габаритам морского судна для перевозки метана. Соединительная труба, которая не показана, проходит внутри башни 78. Станция 75 погрузки и/или разгрузки позволяет погружать и разгружать морское судно 70 для перевозки метана из наземной установки 77 или в неё. Последняя включает в себя резервуары 80 для хранения сжиженного газа и соединительные трубы 81, соединённые подводным трубопроводом 76 с погрузочной и/или разгрузочной станцией 75. Подводный трубопровод 76 позволяет передавать сжиженный газ между погрузочной и/или разгрузочной станцией 75 и наземной установкой 77 на большое расстояние, например, 5 км, что позволяет морскому судну 70 для перевозки метана оставаться на большом расстоянии от берега во время погрузочных и разгрузочных работ.

Для создания давления, необходимого для передачи сжиженного газа, используют насосы на борту морского судна 70, в частности, упомянутый выше выгружающий насос 10 и/или насосы, оснащающие наземную установку 77, и/или насосы, оснащающие станцию погрузки и/или разгрузки 75.

В другом варианте осуществления датчик температуры представляет собой обмотку двигателя насоса, а температуру получают измерением процесса изменения удельного сопротивления обмотки двигателя насоса. Обмотки имеют размеры того же порядка, что и сам насос, что позволяет измерением удельного сопротивления обмотки, получать расчётом измерения температуры насоса, общую оценку охлаждения насоса. Принцип в этом варианте осуществления состоит в том, чтобы избегать размещения датчиков в насосах или вблизи с ними и, следовательно, предотвращать натяжение кабелей датчиков внутри резервуара. Для этого используют только инструменты и кабели, уже имеющиеся для использования насоса. Инструменты, уже имеющиеся на насосе, позволяют измерять напряжение U и ток I обмотки двигателя насоса. Тогда можно из простого отношения U/I получать сопротивление R_winding обмотки двигателя насоса. Затем можно после получения сопротивления R_winding рассчитывать температуру T обмотки как функцию от времени, используя следующую формулу:

.

При R_20°C, сопротивление обмотки при 20°C, C_mat - коэффициент, который является функцией материала, используемого для обмотки.

Соответственно, поэтому можно связывать среднее значение температуры обмотки с электрическим сопротивлением последней и, следовательно, получать среднее значение температуры выгружающего насоса 6. Поэтому можно определять выбор порогового значения сопротивления, при котором охлаждение считается достаточным.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на множество отдельных вариантов осуществления, очевидно, что оно никоим образом не ограничено ими и что оно охватывает все технические эквиваленты описанных средств и их совокупности в пределах объёма изобретения.

Использование глагола «включает в себя» или «содержит» или их сопряжённых форм, не исключает наличия элементов или этапов, отличных от указанных в формуле изобретения.

В формуле изобретения любая ссылочная позиция в скобках не должна интерпретироваться как ограничение формулы изобретения.