液化氢输送系统 |
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| 申请号 | CN201580053110.7 | 申请日 | 2015-09-28 | 公开(公告)号 | CN106715997B | 公开(公告)日 | 2019-05-28 |
| 申请人 | 川崎重工业株式会社; | 发明人 | 海野峻太郎; 高濑智教; 梅村友章; 川越英司; | ||||
| 摘要 | 用于在陆地侧的第一储存罐(2)与 液化 氢输送船侧的第二储存罐(3)之间输送液化氢的液化氢输送系统(1)，包括：液化氢输送模 块 (4A)，其能够通过装载臂(14)在第一储存罐(2)与第二储存罐(3)之间输送液化氢；第一 开关 阀 和第二开关阀(15a、15b)，其在液化氢输送模块(4)中从第一储存罐(2)到装载臂(14)的前端侧的盲 法兰 (16)之前的陆地侧输送模块(4A)中，在装载臂(14)的船外臂(14b)与盲法兰(16)之间从盲法兰(16)侧开始依次分隔地设置；氮气充填部件(10)，其能够向盲法兰(16)与第一开关阀(15a)之间的第一通道部(4a)充填氮气；氢气充填部件(8)，其能够向第一开关阀与第二开关阀(15a、15b)之间的第二通道部(4b)充填氢气；以及液化氢充填部件(12)，为了对陆地侧输送模块(4A)进行预冷而能够向第二开关阀(15b)与第一储存罐(2)之间的第三通道部(4c)充填液化氢。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种液化氢输送系统，其用于在能够储存液化氢的陆地侧的第一储存罐和能够储存液化氢的液化氢输送船侧的第二储存罐之间输送液化氢，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 液化氢输送系统技术领域[0001] 本发明涉及在能够储存液化氢的陆地侧的第一储存罐与液化氢输送船侧的第二储存罐之间输送液化氢的液化氢输送系统，特别涉及能够对包含装载臂在内直至该装载臂的前端附近的部分进行预冷，能够防止在开关阀内部产生固体氮的液化氢输送系统。 背景技术[0002] 在海上输送LNG等液化气的液化气输送船与陆地上的液化气储存罐之间输送液化气的液化气输送系统被实际应用。 [0003] 在专利文献1所记载的LNG接收装置中，在陆地侧设置有地下储存罐和地上储存罐，在LNG输送船靠岸到栈桥的状态下，包含从船侧LNG储存罐向陆地侧储存罐输送LNG的装载臂在内的LNG输送模块成为连接状态,输送LNG的汽化气体(天然气)的气体输送模块成为连接状态。当卸载LNG时，在将使用汽化器由LNG生成的汽化气体提供给船侧LNG储存罐的同时，从船侧的LNG储存罐将LNG卸载到陆地侧储存罐中。 [0004] 图4是示出了即将连接输送LNG的LNG模块100的接头部和输送LNG的汽化气体(天然气)的气体模块200的接头部之前的状态的图。 [0005] 在陆地侧的LNG模块和气体模块上设置有装载臂101、201、盲法兰旋塞(flannge cock)102、202、臂下方排出阀103、203、气动马达阀104、204等，在船侧的LNG模块上设置有远程操作紧急关闭阀兼高液面自动闭锁阀105、喷气阀106等。在船侧的气体模块上设置有远程操作紧急关闭阀205、喷气阀206等。 [0006] 当LNG输送船靠栈时，在陆地侧的LNG模块和气体模块中从臂下方排出阀103、203提供氮气而进行到盲法兰旋塞102、202之前的氮气吹洗。之后，与装载臂101、201前端的接头部连接，从臂下方排出阀103、203提供氮气而从船侧的喷气阀106、206排出气体，由此进行氮气吹洗。 [0007] 在陆地侧的第一储存罐与船侧的第二储存罐之间通过装载臂输送液化氢的液化氢输送模块和上述液化气输送系统相似，但输送液化氢的液化氢输送模块的大部分由真空绝热双重管道构成，设置有将装载臂的前端部连接到船侧的多支管的卡口接头。 [0008] 在结束装载或卸载液化氢时，为了排出液化氢输送模块内的液化氢，实施用惰性气体进行吹洗的惰性气体吹洗，之后,分离卡口接头。在分离该卡口接头时，由于空气混入模块内，因此在安装盲法兰旋塞之后，再次进行氮气吹洗。这在氢气输送模块中也是一样。 [0009] 而液化氢输送模块到下次装载或卸载之前都会吸收大气中的热而几乎处于常温状态。在该常温状态下，在陆地侧与船侧连接液化氢输送模块而使液化氢流动时，由于液化氢急速蒸发，产生大量的氢气，因此不仅使液化氢输送模块的输送能力下降，而且对能源方面也不利。因此，在装载或卸载液化氢之前，使用液化氢对液化氢输送模块进行预冷。 [0010] 现有技术文献 [0011] 专利文献 [0012] 专利文献1:日本特开平11-210990号公报 发明内容[0013] 发明要解决的问题 [0014] 例如，当对陆地侧的液化氢输送模块中能够充填液化氢的区域充填液化氢而进行预冷时，由于液化氢充填区域末端的开关阀接触到液化氢和氮气，因此在该开关阀的内部产生固体氮，开关阀成为固定状态，无法正常发挥作用。 [0015] 在LNG输送模块的情况下，由于LNG的温度为-162℃的较高温度，因此开始输送时的LNG的蒸发量不多。因此，在装载或卸载LNG之前，不需要对装载臂以及其周边进行预冷。因此，在采用与LNG输送模块一样的液化氢输送模块时，虽然能够对液化氢输送模块的一部分进行预冷，但是不能对装载臂内进行预冷。 [0016] 本发明的目的在于，提供一种液化氢输送系统,其能够对包含液化氢输送模块的装载臂在内直至该装载臂的前端附近的部分进行预冷，能够防止在开关阀的内部产生固体氮。 [0017] 解决问题的手段 [0018] 本发明的液化氢输送系统，其用于在能够储存液化氢的陆地侧的第一储存罐与能够储存液化氢的液化氢输送船侧的第二储存罐之间输送液化氢，该液化氢输送系统的特征在于，包括：液化氢输送模块，其能够通过装载臂在所述第一储存罐与第二储存罐之间输送液化氢，该液化氢输送模块的大部分由真空绝热双重管道构成；第一开关阀和第二开关阀，其在所述液化氢输送模块中从所述第一储存罐到装载臂的前端侧的盲法兰之前的陆地侧输送模块中，在所述装载臂的船外臂与盲法兰之间从所述盲法兰侧开始依次分隔地设置；氮气充填部件，其能够向所述盲法兰与第一开关阀之间的第一通道部充填氮气；氢气充填部件，其能够向所述第一开关阀与第二开关阀之间的第二通道部充填氢气；以及液化氢充填部件，其为了对所述陆地侧输送模块进行预冷而能够向所述第二开关阀与第一储存罐之间的第三通道部充填液化氢。 [0019] 根据上述结构，能够通过氮气充填部件向盲法兰与第一开关阀之间的第一通道部充填氮气，并且，能够通过氢气充填部件向第一开关阀与第二开关阀之间的第二通道部充填氢气。 [0020] 在向第一通道部充填氮气，向第二通道部充填氢气的状态下，为了进行预冷而通过液化氢充填部件向第二开关阀与第一储存罐之间的第三通道部充填了液化氢的情况下，只要使第二通道部内的氢气温度保持为高于氮的熔点(-210℃)的温度，第一通道部内的氮气就不会固化，因此第一开关阀不会因固体氮而成为固定状态，能够维持开关阀的功能。即使第二开关阀接触到第三通道部的液化氢和第二通道部的氢气，也由于在第二开关阀的内部不会产生固体氢，因此能够维持第二开关阀的功能。 [0021] 由于进行预冷时能够通过液化氢充填部件向第二开关阀与第一储存罐之间的第三通道部充填液化氢，因此能够对装载臂的大部分进行预冷。 [0022] 所述氢气充填部件可以包括：装备在所述装载臂上的氢气储存罐、将该氢气储存罐连接到第二通道部的连接通道以及安装在该连接通道上的开关阀。根据该结构，能够在通过第三通道部排出第二通道部内的氮气的同时，通过氢气充填部件向第二通道部充填氢气。 [0023] 所述液化氢输送系统可以构成为包括：用于在所述第一储存罐与第二储存罐之间输送氢气的氢气输送模块、将所述第二通道部连接到氢气输送模块的模块间连接通道以及安装在该模块间连接通道上的开关阀，所述氢气充填部件通过所述模块间连接通道将从所述第一储存罐经由所述氢气输送模块提供的氢气充填到所述第二通道部。 [0024] 根据该结构，所述氢气充填部件通过所述模块间连接通道将从所述第一储存罐经由所述氢气输送模块提供的氢气充填到所述第二通道部。因此，能够通过简单的结构来将氢气充填到第二通道部。 [0025] 发明効果 [0027] 图1是本发明的实施例1的液化氢输送系统的结构图。 [0028] 图2是实施例2的液化氢输送系统的结构图。 [0029] 图3是说明图2的第一开关阀和第二开关阀的位置关系的说明图。 [0030] 图4是说明对于现有技术所涉及的LNG输送船侧的LNG输送模块与陆地侧的LNG输送模块进行的氮气吹洗的说明图。 具体实施方式[0031] 以下，根据实施例说明用于实施本发明的方式。 [0032] 实施例1 [0033] 图1是示出实施例1所涉及的液化氢输送系统1的图，该液化氢输送系统1是在能够储存液化氢的陆地侧的第一储存罐2与能够储存液化氢的液化氢输送船侧的第二储存罐3之间输送液化氢的液化氢输送系统。 [0034] 该液化氢输送系统1包括：液化氢输送模块4、氢气输送模块5、陆地侧的挠性连接通道6、船侧的连接通道7、氢气充填部件8、氮气充填部件10、液化氢充填部件12和气体处理装置13等。 [0035] 液化氢输送模块4能够通过装载臂14在第一储存罐2与第二储存罐3之间输送液化氢，其大部分由真空绝热双重管道构成，一端连接在第一储存罐2上，另一端连接在第二储存罐3上。在液化氢输送模块4的途中部安装有装载臂14，能够用卡口接头17来连接液化氢输送模块4的陆地侧与船侧的边界部。 [0036] 装载臂14包括：船内臂(in board arm)14a、船外臂(out board arm)14b、装备在船外臂14b上的紧急脱离装置14c、第一开关阀和第二开关阀15a、15b以及所述氢气充填部件8，在装载臂14的前端部包括封闭分离状态的卡口接头17的开放端的盲法兰16以及旋塞(cock)16a。另外，本实施例所记载的各种开关阀原则上是自动开关阀，有时一部分开关阀采用手动开关阀。 [0037] 在液化氢输送模块4中从第一储存罐2到盲法兰16之前的陆地侧输送模块4A设置有止回阀20、气动马达阀21、旁通这些的旁通通道22、安装在旁通通道22的开关阀23、从旁通通道22分支出的排出旋塞24、从装载臂14的船内臂14a的基端部附近分支出的排出旋塞25、在装载臂14以及在装载臂14的船外臂14b与盲法兰16之间从盲法兰16侧开始依次分隔地设置的第一开关阀和第二开关阀15a、15b。 [0038] 而且，还设置有:能够向陆地侧输送模块4A中盲法兰16与第一开关阀15a之间的第一通道部4a充填氮气的所述氮气充填部件10、能够向第一开关阀和第二开关阀15a、15b之间的第二通道部4b充填氢气的所述氢气充填部件8以及为了对陆地侧输送模块4A进行预冷而能够向第二开关阀15b与第一储存罐2之间的第三通道部4c充填液化氢的所述液化氢充填部件12。另外，该液化氢充填部件12由第一储存罐2和陆地侧输送模块4A等构成。 [0039] 所述氢气充填部件8装备在从装载臂14的船外臂14b的前端延伸的通道部分。该氢气充填部件8包括:储存有加压状态的氢气的氢气储存罐8a、将该氢气储存罐8a连接到第二通道部4b的充填通道8b、安装在该充填通道8b上的开关阀8c以及能够分别检测出充填通道8b中氢气的压力和温度的压力计以及温度检测器。 [0040] 在所述液化氢输送模块4中的船侧输送模块4B中设置有远程操作紧急关闭兼高液面自动闭锁阀26、旁通该自动闭锁阀26的旁通通道27、安装在旁通通道27上的开关阀28、封闭分离状态的卡口接头17的开放端的盲法兰29以及安装在盲法兰29附近的开关阀30。 [0041] 氢气输送模块5能够通过装载臂34在第一储存罐2与第二储存罐3之间输送氢气，其大部分由例如不锈钢制的单重管道构成，一端连接在第一储存罐2上，另一端连接在第二储存罐3上。能够用法兰接头35连接氢气输送模块5的陆地侧和船侧的边界部。在氢气输送模块5的途中部安装有装载臂34。装载臂34包括船内臂34a、船外臂34b以及紧急脱离装置34c。 [0042] 在氢气输送模块5中陆地侧输送模块5A上设置有止回阀36、气动马达阀37、旁通这些的旁通通道38、安装在旁通通道38上的开关阀39、从旁通通道38分支出的排出旋塞40、从装载臂34的船内臂34a的基端部附近分支出的排出旋塞41、所述装载臂34、堵住分离状态的法兰接头35的开放端的盲法兰42以及设置在该盲法兰42附近的开关阀43。 [0043] 在氢气输送模块5中船侧输送模块5B上设置有远程操作紧急关闭阀44、堵住分离状态的法兰接头35的开放端的盲法兰45以及设置在该盲法兰45附近的开关阀46。 [0044] 所述挠性连接通道6是在陆地侧连接液化氢输送模块4和氢气输送模块5的模块间连接通道，例如，由不锈钢制的挠性管道构成。挠性连接通道6的一端连接在液化氢输送模块4中紧急脱离装置14c与第二开关阀15b之间的部位上，另一端连接在氢气输送模块5中紧急脱离装置34c与开关阀43之间的部位上。在挠性连接通道6上设置有开关阀6a。 [0045] 所述连接通道7是在液化氢输送船侧连接液化氢输送模块4和氢气输送模块5的通道，在该连接通道7上安装有开关阀7a。连接通道7的一端连接在液化氢输送模块4中开关阀30与自动闭锁阀26之间的部位上，另一端连接在氢气输送模块5中开关阀46与远程操作紧急关闭阀44之间的部位上。 [0046] 接着，对所述液化氢输送系统1的作用、效果进行说明。 [0047] 在上次的液化氢的装载或卸载结束后，立刻进行用氮气对陆地侧输送模块4A、5A内的氢气进行置换的氮气吹洗，在陆地侧输送模块4A、5A内的大部分充填有氮气，第一开关阀和第二开关阀15a、15b处于关闭状态，在第一通道部4a的内部也充填有氮气。这对于船侧输送模块4B、5B也是一样，在船侧输送模块4B、5B的内部也充填有氮气。 [0048] 接着，对于在下次装载或卸载液化氢之前预冷液化氢输送模块4的陆地侧输送模块4A的技术进行说明。该预冷是为了尽可能减少下次装载或卸载液化氢时液化氢的蒸发量而进行的。 [0049] 首先，在将氮气充填保持在第一通道部4a内的状态下，用氢气对第二、第三通道部4b、4c内的氮气进行置换。此时，通过挠性连接通道6、装载臂34、气体通道13a，将从第一储存罐2提供到第三通道部4c的氢气排出到气体处理装置13。 [0050] 与此同时，使第二开关阀15b成为打开状态，从氢气充填部件8向第二通道部4b提供氢气，通过第三通道部4c将第二通道部4b内的氮气排出到挠性连接通道6，通过装载臂34和气体通道13a排出到气体处理装置13。在从氢气充填部件8充填规定时间的氢气之后，关闭第二开关阀15b。于是，能够用氢气置换第二、第三通道部4b、4c内的氮气。 [0051] 接着，为了对陆地侧输送模块4A进行预冷而向第三通道部4c充填液化氢。 [0052] 此时，从第一储存罐2测量液化氢的同时，向第三通道部4c提供液化氢，在提供了与第三通道部4c的容量几乎相同的量的液化氢后，停止提供液化氢，且关闭开关阀6a。于是，能够通过挠性连接通道6、装载臂34以及气体通道13a将第三通道部4c内的氢气排出到气体处理装置13，向第三通道部4c内的大部分充填液化氢而进行预冷。 [0053] 在该预冷时，第二开关阀15b的一侧接触到第三通道部4c内的液化氢，另一侧接触到第二通道部4b内的氢气，但由于氢气不会固化，因此能够维持第二开关阀15b的功能。 [0054] 第一开关阀15a的一侧接触到第二通道部4b内的氢气，另一侧接触到第一通道部4a内的氮气。由于第二通道部4b内的氢气的温度充分高于氮气的凝固点(-210℃)，因此不会在第一开关阀15a的另一侧产生固体氮，能够维持第一开关阀15a的功能。 [0055] 接着，在即将装载或卸载液化氢之前(连接卡口接头17之前)向陆地侧输送模块4A的内部充填氢气。此时，通过陆地侧输送模块5A将氢气从第一储存罐2提供给挠性连接通道6，使陆地侧输送模块4A的第三通道部4c内的液化氢返回到第一储存罐2。在该状态下，在陆地侧输送模块4A的第二、第三通道部4b、4c和陆地侧输送模块5A的内部充填有氢气。 [0056] 接着，在液化氢输送船靠岸到栈桥时，通过装载臂14、34的移动，连接卡口接头17与法兰接头35，之后用氢气置换液化氢输送模块4和氢气输送模块5内的氮气。此时，将液化氢输送模块4内的氮气与氢气一起排出到气体处理装置13，将氢气输送模块5内的氮气与氢气一起排出到气体处理装置13。之后，进行液化氢的装载或卸载。 [0057] 根据该液化氢输送系统1，通过向第二通道部4b充填氢气，在第三通道部4c的液化氢与第一通道部4a的氮气之间设置充填有氢气的缓冲区域，防止在第一开关阀和第二开关阀15a、15b的内部产生固体氮而能够维持第一开关阀和第二开关阀15a、15b的功能。 [0058] 而且，由于设置了挠性连接通道6以及开关阀6a，因此在预冷时，能够在装载臂14的内部也充填液化氢，能够明显减少装载或卸载液化氢时液化氢的蒸发量。 [0059] 实施例2 [0060] 图2所示的实施例2的液化氢输送系统1A的大部分与实施例1的液化氢输送系统1相同，对于相同构成要素标注相同符号而省略说明，主要对于不同的构成要素进行说明。 [0061] 在变更了所述氢气充填部件8，省略了氢气储存罐8a的陆地侧输送模块4A中，充填通道8b连接在挠性连接通道6中离开关阀6a更靠陆地侧输送模块5A侧。因此，能够通过挠性连接通道6和充填通道8b将从第一储存罐2提供给陆地侧输送模块4A的第三通道部4c的氢气充填到第二通道部4b，通过在充填后使开关阀8c保持关闭状态，能够将氢气充填到第二通道部4b。另外，该液化氢输送系统1A的作用、效果与所述液化氢输送系统1的作用、效果相同，因此省略其说明。 [0062] 接着，根据图3，对预冷状态下的盲法兰16与第一开关阀和第二开关阀15a、15b的理想的位置关系进行说明。 [0063] 在该预冷状态下，在第一通道部4a内充填有氮气(GN2)，在第二通道部4b内充填有氢气(GH2)，在第三通道部4c内充填有液化氢(LH2)。盲法兰16的温度是常温(300K)，由于第二开关阀15b接触到液化氢，因此其温度是20K，设第一开关阀15a的温度是T。 [0064] 设传热截面积恒定，基于热平衡计算得到下式。 [0065] (T-20)/D1＝(300-T)/D2 [0066] 若D2＝1.0m，T＝100K，则能够通过上式得到D1＝0.4m。 [0067] 即，通过适当地设定个第一通道部4a的长度，将第二通道部4b的长度设定为第一通道部4a的长度的大约40％左右以上，能够防止第一开关阀15a的温度过低。 [0068] 接着，对部分改变上述实施例的例加以说明。 [0070] 2)装备在液化氢输送系统1、1A中的各种开关阀的配置只是一例，也存在以与该配置不同的配置来设置开关阀的情形。 [0071] 3)当然，只要是本领域技术人员，就能够以对上述实施例进行了各种变更的形态来实施本发明。 [0072] 工业上的利用可能性 [0073] 本发明是能够提供储存液化氢的陆地侧的第一储存罐与液化氢输送船侧的第二储存罐之间输送液化氢的液化氢输送系统，尤其提供一种能够包含装载臂在内还对该装载臂的前端附近进行预冷，能够防止在开关阀的内部产生固体氮的液化氢输送系统。 [0074] 符号说明 [0075] 1、1A 液化氢输送系统 [0076] 2 第一储存罐 [0077] 3 第二储存罐 [0078] 4 液化氢输送模块 [0079] 4A 陆地侧输送模块 [0080] 4a 第一通道部 [0081] 4b 第二通道部 [0082] 4c 第三通道部 [0083] 5 氢气输送模块 [0084] 6 挠性连接通道(模块间连接通道) [0085] 6a 开关阀 [0086] 8 氢气充填部件 [0087] 8a 氢气储存罐 [0088] 8b 充填通道 [0089] 8c 开关阀 [0090] 12 液化氢充填部件 [0091] 14 装载臂 [0092] 14b 船外臂 [0093] 15a、15b 第一开关阀和第二开关阀 |
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