用于容纳承压寒冷液体的密封绝缘容器 |
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| 申请号 | CN201380052910.8 | 申请日 | 2013-09-27 | 公开(公告)号 | CN104755827B | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 气体运输技术公司; | 发明人 | 劳伦特·斯皮塔尔; 布鲁诺·德莱特; 大卫·拉法尔; 皮埃尔·若利韦; 大卫·哈斯勒; 阿莫里·梅奇; 本笃·卡皮泰纳; 阿里·阿卜杜拉; | ||||
| 摘要 | 密封隔 热容 器，用来容纳承压寒冷液体，容器包括：刚性的密封 外壳 (4)，密封 薄膜 (1)，用于 接触 容纳于容器内的寒冷液体，绝缘层(3)，位于密封薄膜和刚性外壳的内表面之间，绝缘层形成了一 支撑 面，以支撑密封薄膜，以及压 力 平衡设备(5)，能够限制介于密封薄膜内的第一密封容器和密封薄膜外的第二密封容器之间的压力差。 | ||||||
| 权利要求 | 1.密封隔热容器，用来容纳承压寒冷液体，容器包括： |
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| 说明书全文 | 用于容纳承压寒冷液体的密封绝缘容器技术领域背景技术[0002] 已知一种冷冻的，耐压的容器，其刚性金属外壳为由低温用钢制成，它直接接触寒冷液体，并在外部环绕有隔热材料。然而，这样的外壳需要同时抵抗高压(例如，3-6bar)和低温(例如，-163℃)，这需要大量的特殊的昂贵的金属合金。 发明内容[0003] 根据一个实施例，本发明提供一种密封隔热容器，以容纳承压寒冷液体。容器包括：刚性的密封外壳，密封薄膜，用于接触容纳于容器内的寒冷液体，绝缘层，位于密封薄膜和内表面之间，绝缘层形成了一支撑面，以支撑密封薄膜，以及压力平衡设备，压力平衡设备可限制介于密封薄膜内的第一密封容器和密封薄膜外的第二密封容器之间的压力差。 [0004] 根据一些实施例，这样一个容器可具有一个或多个下列特征。 [0005] 根据一个实施例，平衡设备包含自动压力调节装置，装置连接第二密封容器，可根据压力设定点，增加或减少第二密封容器内的压力。 [0006] 根据一个实施例，自动压力调节装置可根据在第一密封容器中测量的压力，决定压力设定点。 [0007] 根据一个实施例，自动压力调节装置包括一受控的压缩机，压缩机可根据两个容器间的压力差，在第二密封容器内注入气体，以增加第二密封容器内的压力，尤其是调节第二密封容器内的压力。 [0008] 根据一个实施例，寒冷液体包括液体状态的甲烷，而第二密封容器内的气体包括气体状态的甲烷。在此情况下，优选地，自动压力调节装置包括一加热器，它的入口连接至第一密封容器，加热器能向压缩机提供甲烷气体，甲烷气体通过加热从第一密封容器中得到的液体或气态甲烷而获得。 [0009] 根据一个实施例，自动压力调节装置包括受控阀，受控阀能连接第二密封容器至第一缓冲容器，以减少第二密封容器中的压力。 [0010] 根据一个实施例，受控的压缩机具有吸管，吸管连接至缓冲容器。 [0011] 根据一个实施例，平衡设备包括第一压力限制设备，当第二密封容器内的压力超过了第一密封容器的压力一个预设的正门限值时，第一压力限制设备可把液体从第二密封容器移动至第一密封容器。 [0012] 这样一个压力限制设备防止了由于第一密封容器内过度的降压，而使薄膜从支撑元件中撕裂。 [0013] 根据一个实施例，平衡设备包括第二压力限制设备，当第一密封容器内的压力超过了第二密封容器的压力一个预设的正门限值时，第二压力限制设备可把液体从第一密封容器移动至第二密封容器。 [0014] 这样一个压力限制设备防止了由于第一密封容器内过度的超压，而使薄膜损坏。然而，薄膜通常对会压缩支撑元件的超压比会撕裂的压降更有抵抗力。 [0015] 根据一个实施例，第二正值大于第一正值。 [0016] 根据一个实施例，平衡设备包括一流体回路，回路具有两个腔室，腔室通过一可移动的分离器密封隔离，有第一腔室，连接第一密封容器，及第二腔室，连接第二密封容器，可移动的分离器能在第二腔室的方向上施加载荷力，以在第二密封容器和第一密封容器间保持一正压力差。 [0018] 根据一个实施例，可移动的分离器包括一些在流体回路中的液体，流体回路包括重力场中的垂直部分，以产生流体静力的载荷力。 [0019] 根据一个实施例，平衡设备包括流体回路，流体回路包括连接管，连接管具有两个腔室，腔室通过分离器密封隔离，分离器可移动的设置于连接管内，有第一腔室，连接第一密封容器，及第二腔室，连接第二密封容器，流体回路包括排放管，排放管具有开口，开口伸入连接管，可移动的分离器可在中间位置移动，其中可移动的分离器闭锁了排放管的开口，以至于从第一和第二腔室，及排放位置中密封隔离排放管，其中可移动的分离器揭开排放管的开口，以至于流动的连接排放管至第一和第二腔室其中之一。 [0020] 根据一个实施例，平衡设备也包括返回元件，返回元件连接可移动的分离器，以使可移动的分离器朝中间位置移动。 [0021] 根据一个实施例，容器也包括：第二密封薄膜和一第二绝缘层，第二绝缘层位于绝缘层和刚性外壳的内表面之间，以及第二压力平衡设备，第二压力平衡设备可限制介于第三密封容器和第二密封容器之间的压力差，其中第三密封容器位于刚性外壳和第二密封薄膜之间，第二密封容器位于第一密封薄膜和第二密封薄膜之间。 [0022] 根据一个实施例，第一密封薄膜是金属的，并且每个绝缘层由多个并列的绝缘块组成。 [0023] 根据一个实施例，本发明也提供燃油供给系统，用于能源产生设备，例如一个在船上或者陆地上的设备，供给系统包括上述的容器，容器充满了液化气，液化气在一个可能超过3bar的相对压力上处于两相平衡，并且有供给回路，供给回路连接容器与能源产生设备，以向能源产生设备提供压缩气体。 [0024] 本发明的核心理念是使用薄膜-容器技术，建造一个具有相当高的压力水平的容器，例如压力在3bar至10bar之间。此技术使用了相当少量的金属，以用于主要的密封功能，这有助于减少成本，即使在需要使用特殊的合金的情况下。此技术也使得对于这容器内的液体，在建造的容器内热隔离承载结构成为了可能，以至于承载结构可以使用传统的材料制成，这比设计抵抗极端温度使用的材料花费更少。 [0025] 本发明的某些目的是基于在密封薄膜的两侧，安全的控制压力差的理念，以保护密封薄膜免于由这样的压力差引起的实质的应力。本发明的某些目的是基于提供一些独立控制设备的理念，以改善这种控制的操作可靠性。附图说明 [0026] 本发明可连同它的附加的对象，细节，特征和优点，和作为非限定的例子单独的给出的本发明的一些特别实施例的下述的详细描述，以及附图作进一步解释。 [0027] 在这些附图中： [0028] 图1是一个第一实施例的容器的横截面示意图。 [0029] 图2是可以与图1中的容器使用的装有阀的安全装置的示意图。 [0030] 图3是可以与图1中的容器使用的机械压力调节装置的示意图。 [0031] 图4是可以与图1中的容器使用的另一个机械安全装置的示意图，安全装置用于两个相邻空间内的压力差。 [0032] 图5是可以与图1中的容器使用的另一个机械安全装置的示意图。 [0033] 图6是可以与图1中的容器使用的一个自动压力调节装置的示意图。 [0034] 图7是一个第二实施例的容器的横截面示意图。 [0035] 图8是一个第三实施例的容器的剖面的透视图。 [0036] 图9是一个墙壁结构的横截面示意图，适用于图8内建造的容器。 [0037] 图10是另一个墙壁结构的横截面示意图，适用于图8内建造的容器。 具体实施方式[0038] 如图1所示，一容器，具有整体的圆柱体形状，显示了横向的截面，包含在相对正压力之下的液体2，正压力为，比如绝对压强大于周围的大气压强。容器壁包含连续的、由内而外的主薄膜1，主薄膜1例如由金属制成，并直接容纳液体2，一层热隔离材料3，材料3的内表面支撑主要的密封薄膜1，以及外刚性外壳4，外壳4例如由钢制成。 [0039] 压力平衡系统5，对主要的密封薄膜1内的压力和/或主要的密封薄膜1外主要的绝缘层3内的压力起作用，以便于保持这两个空间内的压力差在预设的限制内。所以，压力平衡设备5确保了主要的密封薄膜1内的压力基本上由外刚性外壳4，而非主要的密封薄膜1来抵抗，以至于主要的密封薄膜1和主要的绝缘层3只需要抵抗液体2的重量。外刚性外壳4的尺寸根据容器内预期的操作压力范围确定。 [0040] 根据一个可能的应用，液体2是液化天然气(LNG)，例如一个具有高甲烷容量的混合物，存储于3-6bar的压力下，并处于一个非常零下的液气平衡温度。此承压LNG可尤其用于向LNG运输船的热机8，或类似发动机供能，这是通过图1中显示的供能管道6来实现的。 [0041] 压力平衡装置5可包含一个或多个压力控制部件，其例子将在下面给出。 [0042] 图2显示了一个装有阀的安全装置10，它确保了主要的密封薄膜1的外部压力Pe处于主要的密封薄膜1的内部压力Pi限定的范围内： [0043] Pi–100mbar [0044] 安全装置10包含管道11，管道11连接主要的密封薄膜1的内部空间，以及两个压力限制设备14和15，压力限制设备14和15呈平行的设置，并且在管道11和12间处于相对的方向。当压力差达到一个超过100mbar的门限值时，压力限制设备14打开，以使液体从管道11中脱离至管道12。当压力差达到一个超过30mbar的门限值时，压力限制设备15打开，以使液体从管道12中脱离至管道11。但是，这个简单可靠的设备具有一个缺点，在引导寒冷液体进入主要的绝缘层3时，会冷却外刚性外壳4。 [0045] 图6显示了一个自动压力调节系统20，用于调节主要的密封薄膜1之外空间内通过受控的液体注入和抽取的压力。自动压力调节系统20包括管道21，管道21开口入主要的绝缘层3，加压液体容器22，用于存储调节的液体，注入回路23，注入回路23连接容器22至管道21，以便从容器中向主要的绝缘层3注入液体，以及平行的抽取回路26，抽取回路26连接容器22至管道21，以便从主要的绝缘层3抽取液体至容器22。 [0046] 注入回路23包括压缩机24，压缩机24从容器22中提取液体并通过电磁阀25把它排入管道21。抽取回路26包括电磁阀27，电磁阀27位于容器22和管道21之间。电磁阀25和27，与压缩机24一起，根据测量系统(未显示)测量的主要的密封薄膜1内外的压力值Pi和Pe，被控制装置28所控制。因而，自动压力调节系统20根据预设的压力点，调整压力P1，这可能与上述的等式(1)相同。 [0047] 如果容器中包含的液体2为液化气，比如LNG，优选地使用相同的气态物质，以作为常规的液体用于自动压力调节系统20，例如在使用LNG情况下的甲烷气体。此气态物质可以从预先加热的液化气中获得。为此，自动压力调节系统20包括加热设备29，加热设备29通过管道98连接容器内的空间，管道98用于从容器1的底部抽取液相2。 [0048] 在一种变化中，不同的气体可用于调整隔离空间内的压力，其涉及容器的内容物。在此情况下，管道98未被使用，不同的气体存储在容器22内。 [0049] 在一种未显示的变化中，容器22包含压缩气体，以便于它可以直接注入隔离空间。在此情况下，压缩机24可配置成以其它的方向把气体排入容器22并通过电磁阀25从管道21中提取气体。 [0050] 参考图3，以下的描述涉及一机械装置30，用于调整压力Pe高过压力值Pi于一限定范围，以便于吸收轻微的压力变化。机械装置30是一个活塞蓄压器，包括圆柱形外壳31，活塞32，活塞32在圆柱形外壳31内密封的滑动，以及压缩弹簧35，弹簧35位于圆柱形外壳31内，活塞32和外壳内的末端33之间，以推动活塞向相反的末端34移动。有管道36，连接圆柱形外壳31的末端33至主要的密封薄膜1内侧的空间，以及管道37，连接圆柱形外壳31的末端34至主要的密封薄膜1外侧的空间。 [0051] 在使用中，装置30维持了主要的密封薄膜1外侧的超压，例如在100mbar左右，尤其是补充了自动压力调节系统20的活动，以限制自动压力调节系统20的干预。 [0053] 图4显示了机械安全装置70，用于当压力Pi或压力Pe例如由于调节设备的故障而变得太高时，从主要的密封薄膜1内部的空间或从主要的密封薄膜1外部的空间排出气体至一参考压力，例如至大气压力。 [0054] 安全装置70包括主管道71，末端72，末端72连接至主要的密封薄膜1内部的空间，以及相反的末端73，连接至主要的密封薄膜1外部的空间。有非常厚的活塞74，在管道71内密封的滑动，以便于在管道71内通过末端73分离第一容器75，容器75连接主要的密封薄膜1外部的空间，以及在管道71内通过末端72分离第二容器76，容器76连接主要的密封薄膜1内部的空间。 [0055] 排放管77，通向主管道71的中间部分，并同一开口78齐平，以通过参考压力，例如大气压力连接管道71。在一个对应的实施例中，管道77包括一桅杆，桅杆的上端通向周围环境。 [0056] 图中的活塞74位于中间位置，以密封的阻塞开口78。由于活塞74的厚度，它可以在一个给定的范围内滑动而非露出开口78，以对应压力值Pe和Pi内的微小变化。然而，如果差值|Pe-Pi|变得太大，活塞74滑入容器75和76中的任何一个，其中容器75和76的压力是很低的，直到活塞74露出了开口78，因此连接了其它容器75或76至排放管77，其中容器75或76中的压力是较高的，以快速的减少此高压力。安全装置70设计用于容器中，其中两个压力值Pe和Pi大于并维持大于参考压力。 [0057] 弹性的返回弹簧79，位于管道71内，连接活塞74至管道71内壁，以便于当压力差|Pe-Pi|减小时，返回活塞74至中间位置。 [0058] 图5显示了一流体静力装置40，用于调节压力Pe高过压力值Pi于一个限定的范围内，以便于吸收轻微的压力变化。流体静力装置40包括垂直的圆柱形外壳41，外壳41包含第二流量的液体45，液体45的接口44显示用于说明的目的。管道46，连接外壳41的顶端至主要的密封薄膜1内部的空间。管道47，具有溢出容器48，容器48两节虹吸管43的顶部至主要的密封薄膜1外部的空间。 [0059] 或者，流体静力装置40也可连接机械装置30，以执行相同功能。特别的，施加了一过压ΔP，ΔP等于： [0060] ΔP＝ρ.g.z 等式(2) [0062] 根据优选的实施例，上述的多个设备可具有控制压力Pe的多重安全性和灵敏度的组合。特别的，设备10，20和30，或10，20和40可组合在相同的容器内。 [0063] 图7显示了另一个容器，包含了加压液体2。此部件类似与图1中的部件，并以相同的参考号显示。图7中的容器包括两个连续的密封薄膜，例如主要的密封薄膜1和次要的密封薄膜7，设置于主要的绝缘层3和次要的绝缘层9之间。 [0064] 为保护次要的密封薄膜7免于过度压力，有第二压力平衡系统50，如之前相同的方式作用次要的密封薄膜7的内部压力，和/或位于次要的密封薄膜7的外部，绝缘层9内的压力，以便于在预设的范围内保持这两个空间内的压力差。所述第二压力平衡系统50可包括一个或多个有关系统5的设备。 [0065] 根据一个实施例，在次要空间内的压力Ps使用下列设定点进行调整： [0066] Pe+2mbar [0067] 此外，图7显示了注入管51,52,53，注入管51,52,53由阀门54,55,56控制，用于分别注入主要的密封薄膜1，主要空间和次要空间内的空间。根据一个实施例，这些不同空间内的工作压力大约为6bar。 [0068] 可使用不同的技术制造密封薄膜和主要的以及次要的绝缘层3，9。优选地，薄膜由焊接金属的良好片材制成。对于主要的以及次要的绝缘层3，9，基于绝缘块的部件结构是优选的。 [0069] 图8显示了一个这样的绝缘块60的例子，绝缘块60位于圆柱形容器的不同壁侧。容器也可以是其它的几何体形状，例如为多面体或平行六面体。 [0070] 图9显示了薄膜壁结构更详细的细节，结构可用于刚性外壳4内。主要的和次要的密封薄膜1,3在此情况下由平边条61制成，边条61具有卷边，卷边由一具有高镍含量和极低的热膨胀系数的合金制成，它被称为 主要和次要的绝缘层3,9由并列的盒子63制成，盒子63的结构例如由胶合板制成，胶合板充满了非结构性的绝缘体，例如珍珠岩或玻璃棉。两个相邻边条61的卷边，每个都焊接在细长焊接支撑元件62的两侧，元件62位于盒子63的面板上。这样一个实施方法在LNG运输船上也是众所周知的。 [0071] 图10显示了薄膜壁结构更详细的细节，结构可用于刚性外壳4内。主要的密封薄膜1在此情况下由不锈钢的板片制成，板片具有正割波纹65的网络，以提供平面上所有方向的弹性。主要和次要的绝缘层3,9和次要的密封薄膜7由预制的面板64制成，面板64具有各自的聚氨酯泡沫塑料层66，用于每个绝缘层，以及一较厚的密封复合材料67，复合材料67在两个泡沫层66之间结合，以形成次要的密封薄膜7。密封复合材料67具有金属片和玻璃丝垫，玻璃丝垫使用聚合树脂绑定。这样一个实施方法在LNG运输船上也是众所周知的。 [0072] 虽然本发明已经描述了多个特定的实施例，显然其无法限定以及它包括所有已描述的技术等同物，和其组合也限定在本发明的范围内。 [0073] 使用的动词“包含”或“包括”，包括在成对使用时，并不排除除了那些权利要求中提到的之外，其它元件或其它部件的出现。不定冠词“一”或“一个”的使用，以用于一个元件或一个步骤，并不排除，除非有特定的，多个这样的元件或步骤的出现。 [0074] 在权利要求中，位于圆括号内的标记不应当理解为构成对权利要求的限定。 |
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