СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ПАРАМЕТРА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОГО И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО РЕЗЕРВУАРА Российский патент 2021 года по МПК F17C6/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области герметичных и теплоизоляционных резервуаров для хранения сжиженного газа, например, сжиженного природного газа (СПГ).

В частности, оно относится к способу определения оптимального значения по меньшей мере одного параметра выполнения процесса охлаждения герметичного и теплоизоляционного резервуара.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В уровне техники известно охлаждение резервуаров судов, предназначенных для транспортировки сжиженного природного газа, перед загрузкой груза в резервуар. Такое охлаждение направлено на снижение температуры внутри резервуара, в частности, для предотвращения чрезмерного испарения сжиженного газа во время загрузки с целью ограничения интенсивности тепловых напряжений в некоторых компонентах, размещенных в резервуаре, и предотвращения ситуаций, способных повлиять на безопасность и/или целостность резервуара. Этап охлаждения выполняют путем распыления и испарения сжиженного газа в верхней части резервуара.

В некоторых случаях сжиженный газ, предназначенный для охлаждения, подают из терминала загрузки, а пары, образующиеся во время испарения сжиженного газа в резервуаре, извлекают из резервуара и возвращают в терминал загрузки. Операцию продолжают до тех пор, пока средняя температура в резервуаре не опустится ниже пороговой температуры. Продолжительность вышеуказанного этапа охлаждения резервуара относительно велика, порядка 10-20 часов, это приводит к тому, что судно долго остается неподвижным во время загрузки. Кроме того, для охлаждения резервуара необходимо большое количество сжиженного газа.

Кроме того, в других случаях также известно охлаждение резервуара путем распыления и испарения в верхней части резервуара сжиженного газа, оставшегося в резервуаре. Однако процедуры охлаждения известного уровня техники требуют большого количества сжиженного газа. Но количество сжиженного газа, который должен сохраняться в резервуаре, снижает грузоподъемность.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Идея, лежащая в основе изобретение, заключается в обеспечении способа определения по меньшей мере одного параметра выполнения процесса охлаждения герметичного и теплоизоляционного резервуара, позволяющего повысить эффективность процесса охлаждения, в частности, за счет сокращения его продолжительности и/или уменьшения количества сжиженного газа, необходимого для его выполнения, и в то же время гарантирующего безопасность и целостность конструкции резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения изобретение обеспечивает способ определения оптимального значения по меньшей мере одного первого параметра выполнения процесса охлаждения внутреннего пространства герметичного и теплоизоляционного резервуара, предназначенного для загрузки сжиженного газа, причем указанный первый параметр выбран из заданной конечной температуры процесса охлаждения и переменной, влияющей на мощность охлаждения процесса охлаждения; причем указанный резервуар включает в себя по меньшей мере теплоизоляционный барьер и уплотнительную мембрану, поддерживаемую теплоизоляционным барьером и образующую внутреннее пространство; причем способ включает в себя этапы, на которых:

последовательно проверяют множество разных значений указанного первого параметра, причем каждая фаза проверки одного из значений первого параметра включает в себя этапы, на которых:

охлаждают внутреннее пространство резервуара путем обеспечения мощности P_f охлаждения в течение времени Δ до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве резервуара не достигнет заданной конечной температуры T_c; причем указанная мощность P_f охлаждения или указанная заданная конечная температура T_c представляет проверяемое значение указанного первого параметра;

загружают сжиженный газ во внутреннее пространство резервуара после охлаждения;

измеряют переменную P₁, представляющую давление в теплоизоляционном барьере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара, и сравнивают ее с по меньшей мере одним конкретным пороговым значением; и

обнаруживают ошибку, если переменная P₁ пересекает по меньшей мере одно конкретное пороговое значение; и

выбирают из множества проверенных значений в качестве оптимального значения первого параметра значение, при котором во время соответствующей фазы проверки время Δ охлаждения внутреннего пространства было наименьшим, и не было обнаружено ошибки.

Следовательно, такой способ позволяет повысить эффективность процесса охлаждения и в то же время гарантирует безопасность и целостность резервуара за счет контроля за тем, чтобы оптимальное значение параметра выполнения процесса охлаждения резервуара не привело к критическому давлению в теплоизоляционном барьере.

В соответствии с различными вариантами выполнения такой способ может включать в себя один или более следующих признаков.

В соответствии с одним вариантом выполнения первый параметр представляет собой переменную, влияющую на мощность охлаждения процесса охлаждения. В этом случае измеряют переменную P₁ и сравнивают ее с пороговым значением по меньшей мере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения первый параметр представляет собой заданную конечную температуру процесса охлаждения. В этом случае измеряют переменную P₁ и сравнивают ее с пороговым значением по меньшей мере во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения различные значения указанного первого параметра постепенно увеличивают, и проверяют множество разных значений указанного первого параметра до тех пор, пока во время фазы проверки по меньшей мере одного из значений не обнаружат ошибку, а во время фазы проверки по меньшей мере другого из значений не обнаружат ни одной ошибки.

В соответствии с одним вариантом выполнения по меньшей мере одно конкретное пороговое значение включает в себя постоянное пороговое значение P_s1, которое больше или равно атмосферному давлению, и ошибку обнаруживают, если переменная P₁ меньше или равна P_s1. Это позволяет обеспечить безопасность резервуара за счет гарантии того, что при оптимальном значении первого параметра теплоизоляционный барьер остается под давлением для предотвращения попадания воздуха в указанный теплоизоляционный барьер.

В соответствии с одним вариантом выполнения для каждой фазы проверки измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве резервуара, по меньшей мере одно конкретное пороговое значение включает в себя переменное пороговое значение, соответствующее переменной P_{резервуара}, и ошибку обнаруживают, если переменная P₁ больше или равна P_{резервуара}. Это позволяет избежать того, что при оптимальном значении первого параметра теплоизоляционный барьер находится под избыточным давлением относительно внутреннего пространства резервуара, поскольку такое условие может привести к отрыву уплотнительной мембраны.

В соответствии с одним вариантом выполнения теплоизоляционный барьер представляет собой основной теплоизоляционный барьер, причем резервуар дополнительно включает в себя вспомогательный теплоизоляционный барьер, опирающийся на несущую конструкцию, и вспомогательную уплотнительную мембрану, расположенную между вспомогательным теплоизоляционным барьером и основным теплоизоляционным барьером. Для каждой фазы проверки измеряют переменную P₂, представляющую давление во вспомогательном теплоизоляционном барьере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара, и сравнивают переменную P₂ с по меньшей мере одним конкретным вспомогательным пороговым значением, и обнаруживают ошибку, если переменная P₂ пересекает указанное по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение. Соответственно, когда резервуар имеет две уплотнительные мембраны и два теплоизоляционных барьера, способ позволяет повысить эффективность процесса охлаждения и в то же время гарантирует безопасность и целостность резервуара за счет контроля за тем, чтобы оптимальное значение параметра выполнения процесса охлаждения резервуара не привело к критическому давлению в одном из двух теплоизоляционных барьеров.

В соответствии с одним вариантом выполнения, если первый параметр представляет собой переменную, влияющую на мощность охлаждения процесса охлаждения, измеряют переменную P₂ и сравнивают ее со вспомогательным пороговым значением по меньшей мере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения, если первый параметр представляет собой заданную конечную температуру процесса охлаждения, измеряют переменную P₂ и сравнивают ее со вспомогательным пороговым значением по меньшей мере во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение включает в себя постоянное вспомогательное пороговое значение P_s2, которое больше или равно атмосферному давлению, и ошибку обнаруживают, если переменная P₂ меньше или равна P_s2. Это позволяет обеспечить безопасность резервуара за счет гарантии того, что вспомогательный теплоизоляционный барьер остается под давлением при оптимальном значении первого параметра.

В соответствии с одним вариантом выполнения по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение включает в себя переменное вспомогательное пороговое значение, равное переменной P₁, и ошибку обнаруживают, если переменная P₂ больше или равна P₁. Это позволяет защитить вспомогательную уплотнительную мембрану, поскольку она может оторваться, если давление во вспомогательном теплоизоляционном барьере превышает давление в основном теплоизоляционном барьере.

В соответствии с одним вариантом выполнения для каждой фазы проверки измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве резервуара, и сравнивают ее с постоянным пороговым значением P_c1, которое больше атмосферного давления, во время охлаждения внутреннего пространства резервуара и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара, и ошибку обнаруживают, если переменная P_{резервуара} больше или равна P_c1. Это позволяет гарантировать, что при оптимальном значении первого параметра паровой контур может откачивать из внутреннего пространства резервуара достаточный расход паровой фазы для предотвращения избыточного давления.

В соответствии с одним вариантом выполнения, если первый параметр представляет собой переменную, влияющую на мощность охлаждения процесса охлаждения, переменную P_{резервуара} сравнивают с P_c1 по меньшей мере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения, если первый параметр представляет собой заданную конечную температуру процесса охлаждения, переменную P_{резервуара} сравнивают с P_c1 по меньшей мере во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения, резервуар встроен в судно, каждая фаза проверки включает в себя этап плавания под нагрузкой, на котором после загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство судно совершает плавание. Во время этапа плавания измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве резервуара, и сравнивают переменную P_{резервуара} с постоянным пороговым значением P_c2, которое больше атмосферного давления, и ошибку обнаруживают, если переменная P_{резервуара} больше или равна P_c2. Это позволяет гарантировать, что при оптимальном значении первого параметра потребность и/или емкость контура использования газа в паровой фазе достаточны для предотвращения чрезмерного повышения давления во внутреннем пространстве резервуара во время плавания судна.

В соответствии с одним вариантом выполнения, после выбора оптимального значения первого параметра проверяют множество разных значений второго параметра, причем первый и второй параметры соответственно соответствуют заданной конечной температуре процесса охлаждения и переменной, влияющей на мощность охлаждения во время выполнения процесса, или наоборот; причем каждая фаза проверки одного из значений второго параметра включает в себя этапы, на которых:

охлаждают внутреннее пространство резервуара путем обеспечения мощности P_f охлаждения в течение времени Δ до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве резервуара не достигнет заданной конечной температуры T_c; причем указанная мощность P_f охлаждения и указанная заданная конечная температура T_c соответственно представляют оптимальное значение первого параметра и проверяемое значение указанного второго параметра или наоборот;

загружают сжиженный газ во внутреннее пространство резервуара после охлаждения; и

измеряют переменную P₁, представляющую давление в теплоизоляционном барьере во время охлаждения внутреннего пространства резервуара и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара, и сравнивают ее с указанным по меньшей мере одним конкретным пороговым значением; и

обнаруживают ошибку, если переменная P₁ пересекает указанное по меньшей мере одно конкретное пороговое значение; и

выбирают из множества проверенных значений в качестве оптимального значения второго параметра значение, при котором во время соответствующей фазы проверки время Δ охлаждения внутреннего пространство было наименьшим, и не было обнаружено ошибки.

В соответствии с одним вариантом выполнения, внутреннее пространство резервуара охлаждают с помощью блока охлаждения, включающего в себя по меньшей мере одну распылительную штангу, которая расположена во внутреннем пространстве резервуара, и которая включает в себя множество распылительных форсунок, выполненных с возможностью распыления сжиженного газа во внутреннее пространство резервуара.

В соответствии с одним вариантом выполнения, распылительная штанга соединена с по меньшей мере одним регулируемым открывающим клапаном, выполненным с возможностью влияния на расход распыления, и переменная, влияющая на мощность охлаждения процесса охлаждения, соответствует степени открытия регулируемого открывающего клапана.

В соответствии с одним вариантом выполнения, изобретение также обеспечивает процесс загрузки судна, оснащенного герметичным и теплоизоляционным резервуаром, предназначенным для хранения сжиженного газа, в котором:

выполняют вышеуказанный способ для определения оптимального значения по меньшей мере одного первого параметра выполнения процесса охлаждения;

охлаждают внутреннее пространство резервуара до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве резервуара не достигнет заданной конечной температуры; причем мощность охлаждения или заданная конечная температура представляет оптимальное значение первого параметра; и

подают сжиженный газ по изолированным трубопроводам из плавучего или берегового хранилища во внутреннее пространство резервуара.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятным, и другие задачи, детали, признаки и преимущества станут более очевидными при изучении следующего описания со ссылкой на приложенные чертежи множества вариантов выполнения изобретения, приведенных лишь в качестве неограничивающей иллюстрации.

Фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию резервуара, предназначенного для транспортировки сжиженного природного газа.

Фиг. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую способ определения оптимального значения параметра процесса охлаждения резервуара.

Фиг. 3 представляет собой график, иллюстрирующий контрольную стандартную кривую процесса охлаждения резервуара.

Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий множество кривых охлаждения резервуара.

Фиг. 5 представляет собой схематическое представление с вырезом танкера-метановоза, оснащенного резервуаром, и терминала для загрузки/разгрузки этого резервуара.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

На фиг. 1 показан резервуар 1 для хранения сжиженного газа. Такой резервуар 1, в частности, может быть установлен на плавучей конструкции, например, на судне для транспортировки сжиженного природного газа, например, на танкере для перевозки метана или на танкере для перевозки этана.

Резервуар 1 представляет собой мембранный резервуар для хранения сжиженного газа. Резервуар 1 имеет многослойную конструкцию, включающую в себя в направлении снаружи внутрь резервуара вспомогательный теплоизоляционный барьер 2, включающий в себя изоляционные элементы, которые не показаны, опирающийся на несущую конструкцию 3, вспомогательную уплотнительную мембрану 4, опирающуюся на вспомогательный теплоизоляционный барьер 2, основной теплоизоляционный барьер 5, включающий в себя изоляционные элементы, которые не показаны, опирающийся на вспомогательную уплотнительную мембрану 4, и основную уплотнительную мембрану 6, предназначенную для контакта со сжиженным газом, содержащимся в резервуаре 1. Основная уплотнительная мембрана 6 образует внутреннее пространство 11, предназначенное для приема сжиженного газа. В качестве примера такие мембранные резервуары, в частности, описаны в заявках на патенты WO 14057221, FR 2691520 и FR 2877638, соответственно относящихся к технологиям Mark V, Mark III и NO96, разработанным Заявителем.

Сжиженный газ, предназначенный для хранения в резервуаре 1, в частности, может представлять собой сжиженный природный газ (СПГ), то есть газовую смесь, включающую в себя в основном метан, а также один или более других углеводородов. Сжиженный газ также может представлять собой этан или сжиженный нефтяной газ (СНГ), то есть смесь углеводородов, полученных при переработке нефти, включающую в себя в основном пропан и бутан.

В показанном варианте выполнения резервуар 1 также включает в себя колонну 7 загрузки/разгрузки, в частности, для загрузки груза в резервуар 1 перед транспортировкой и разгрузки груза после транспортировки. Колонна 7 загрузки/разгрузки включает в себя треножную конструкцию, то есть она включает в себя три вертикальные опоры, соединенные друг с другом поперечными элементами, каждая из которых образует линию для загрузки и/или разгрузки груза и/или резервный канал для опускания в резервуар резервного насоса разгрузки и линию разгрузки. Колонна 7 загрузки/разгрузки поддерживает на нижнем конце один или более насосов 8 для разгрузки груза.

Кроме того, каждый из основного теплоизоляционного барьера 5 и вспомогательного теплоизоляционного барьера 2 соединен с устройством 17, 18 инертирования, выполненным с возможностью подачи инертного газа, например, азота, в рассматриваемый теплоизоляционный барьер 2, 5. Функция устройств 17, 18 инертирования заключается в поддержании такой внутренней атмосферы в основном теплоизоляционном барьере 5 и вспомогательном теплоизоляционном барьере 2, которая предотвращает наличие воздуха в теплоизоляционных барьерах 2, 5. Следует избегать наличия воздуха, поскольку воздух, смешанный со сжиженным газом, может образовывать воспламеняемую смесь. Устройства 17, 18 инертирования также используются для поддержания основного теплоизоляционного барьера 5 и вспомогательного теплоизоляционного барьера 2 под давлением, то есть под давлением, превышающим атмосферное давление, для предотвращения попадания воздуха в теплоизоляционные барьеры 2, 5. Каждое из устройств 17, 18 инертирования включает в себя насос для циркуляции инертного газа в соответствующем теплоизоляционном барьере 2, 5, который соединен с генератором инертного газа, например, с газогенератором, который испаряет жидкий азот. Каждое устройство 17, 18 инертирования управляется для регулировки давления в основном теплоизоляционном барьере 5 и вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 до заданного давления, превышающего атмосферное давление.

Кроме того, резервуар 1 оснащен трубопроводом 19 для сбора паров, который проходит через верхнюю стенку резервуара 1 и соединен с контуром 20 использования газа в паровой фазе. Трубопровод 19 для сбора паров оснащен предохранительным клапаном 21, который установлен так, чтобы обеспечивать откачку газа в паровой фазе, если давление паров во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 превышает пороговое значение от 0,1 до 2 бар включительно и, например, от 0,2 до 0,4 бар включительно. Это направлено на регулировку давления в резервуаре 1 для предотвращения избыточного давления, которое может повредить его.

Кроме того, контур 20 использования газа в паровой фазе может включать в себя оборудование одного или более следующих типов: горелка, электрогенератор, двигатель для приведения в движение судна и устройство повторного сжижения. Для питания двигателя, приводящего в движение судно, контур использования газа в паровой фазе дополнительно включает в себя компрессоры для сжатия газа перед указанным двигателем.

Кроме того, трубопровод 19 сбора паров также соединен с паровым контуром 23 для возврата газа в паровой фазе в терминал загрузки при охлаждении внутреннего пространства 11 резервуара 1 и во время загрузки в резервуар 1 сжиженного газа. Паровой контур 23 включает в себя оборудование, например, один или более компрессоров, для возврата газа в паровой фазе в терминал загрузки.

Резервуар 1 также включает в себя блок 9 охлаждения резервуара. Блок 9 охлаждения резервуара включает в себя одну или более распылительных штанг 10, расположенных во внутреннем пространстве 11 резервуара вблизи верхней стенки резервуара 1. Распылительные штанги 10, например, соединены с трубопроводом подачи, который не показан, который проходит через стенку резервуара 1 и предназначен для соединения с терминалом загрузки. Распылительные штанги 10 включают в себя распылительные форсунки 12, которые равномерно распределены. В соответствии с одним вариантом выполнения распылительные штанги 10 соединены с регулируемыми клапанами для изменения расхода сжиженного газа, который испаряется во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 и, следовательно, для изменения мощности охлаждения блока 9 охлаждения. В соответствии с другими вариантами выполнения расход сжиженного газа также можно изменять путем изменения давления, под которым сжиженный газ подается в распылительные штанги 10.

Кроме того, резервуар 1 оснащен множеством датчиков 13, 14, 15 давления.

В частности, резервуар 1 оснащен:

датчиком 13 давления для обеспечения измерения давления P_{резервуара} газовой фазы во внутреннем пространстве 11 резервуара 1;

датчиком 14 давления для обеспечения измерения давления P₁ газовой фазы в основном теплоизоляционном барьере 5; и

датчиком 15 давления для обеспечения измерения давления P₂ газовой фазы во вспомогательном теплоизоляционном барьере 2.

Резервуар 1 также включает в себя устройство 16 измерения температуры для обеспечения одной или более переменных, представляющих температуру газовой фазы во внутреннем пространстве 11 резервуара 1. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, показанным на фиг. 1, устройство 16 измерения температуры включает в себя множество датчиков 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f температуры, которые вертикально распределены во внутреннем пространстве 11 резервуара. В этом случае устройство 16 измерения температуры может обеспечивать переменную T_{резервуара}, которая представляет среднюю температуру в резервуаре, и которая вычисляется путем усреднения измерений температуры, обеспеченных множеством или всеми датчиками 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f температуры устройства 16 измерения температуры.

Блок 9 охлаждения находится под управлением блока 22 управления, который, в частности, соединен с устройством 16 измерения температуры.

Процесс охлаждения резервуара 1 происходит следующим образом. В блок 9 охлаждения подается сжиженный газ, поступающий, например, из терминала загрузки, и он испаряет сжиженный газ в резервуаре 1 для охлаждения внутреннего пространства 11. Следовательно, блок 9 охлаждения имеет мощность охлаждения, зависящую, в частности, от расхода сжиженного газа, подаваемого в распылительные штанги, и скрытой теплоты испарения сжиженного газа. Блок 22 управления поддерживает работу блока 9 охлаждения до тех пор, пока переменная T_{резервуара}, обеспечиваемая устройством 16 измерения температуры, не достигнет заданной конечной температуры T_c.

Обратимся к схеме, показанной на фиг. 2, далее описан способ определения оптимального значения параметра выполнения процесса охлаждения резервуара 1. В этом варианте выполнения параметр, оптимальное значение которого должно быть определено, представляет собой заданную конечную температуру T_c. Также в этом варианте выполнения последовательно проверяют множество значений заданной конечной температуры T_c, причем параметры процесса охлаждения, влияющие на мощность охлаждения, поддерживаются постоянными для множества фаз проверки значений заданной конечной температуры T_c.

В соответствии с одним вариантом выполнения проверяемую заданную конечную температуру T_c поэтапно последовательно увеличивают по сравнению со стандартной кинетикой охлаждения резервуара 1, показанной на фиг. 3. Контрольная стандартная кинетика, показанная на фиг. 3, соответствует охлаждению резервуара от начальной температуры приблизительно 40°C до конечной температуры -130°C в течение периода приблизительно 10 часов.

В каждой фазе проверки на первом этапе 100 определяют проверяемое значение заданной конечной температуры T_c. В соответствии с одним вариантом выполнения для определения проверяемой заданной конечной температуры T_c заданную конечную температуру T_c последовательно увеличивают, например, с шагом 5°C, начиная от конечной температуры контрольной стандартной кинетики, показанной на фиг. 3.

В качестве примера на фиг. 3 показано множество проверяемых заданных конечных температур T_c: -125°C, -120°C, -115°C и -110°C.

На втором этапе 101 резервуар охлаждают путем обеспечения постоянной мощности P_f охлаждения в течение времени Δ до тех пор, пока температура T_{резервуара} во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 не достигнет проверяемой заданной конечной температуры T_c. На втором этапе 101 резервуар пуст, за исключением возможного газа в жидкой фазе, составляющего менее 10% объема резервуара 1.

Важно обеспечить, чтобы давления в основном теплоизоляционном барьере 5 и вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 и во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 соответствовали условиям, гарантирующим безопасность и целостность резервуара 1.

Также на втором этапе постоянно измеряют давление P₁ в основном теплоизоляционном барьере 5, давление P₂ во вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 и давление P_{резервуара} во внутреннем пространстве 11.

Кроме того, давление P₁ в основном теплоизоляционном барьере 5 сравнивают с постоянным пороговым значением P_s1, которое больше или равно атмосферному давлению, и обнаруживают ошибку, если давление P₁ меньше или равно пороговому значению P_s1. Пороговое значение P_s1, например, равно атмосферному давлению. Подобным образом давление P₂ во вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 сравнивают с постоянным пороговым значением P_s2, которое больше или равно атмосферному давлению, и обнаруживают ошибку, если давление P₂ меньше или равно пороговому значению P_s2. Пороговое значение P_s2, например, равно атмосферному давлению. Такие проверки обеспечивают гарантию того, что устройства 17, 18 инертирования позволяют создавать расход инертного газа, достаточный для компенсации падений давления в основном теплоизоляционном барьере 5 и вспомогательном теплоизоляционном барьере 2, обусловленных сжатием инертного газа в указанном основном теплоизоляционном барьере 5 и указанном вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 при падении температуры. Соответственно, обнаружение ошибки означает, что по меньшей мере одно из устройств 17, 18 инертирования не может поддерживать соответствующий теплоизоляционный барьер под давлением, подходящим для условий охлаждения, соответствующих фазе проверки.

Кроме того, давление P₁ в основном теплоизоляционном барьере 5 также сравнивают с давлением P_{резервуара} во внутреннем пространстве 11, и обнаруживают ошибку, если давление P₁ становится больше или равно P_{резервуара}. Фактически, повышенное давление в основном теплоизоляционном барьере 5 относительно давления во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 может приводить к отрыву основной уплотнительной мембраны 6. Таким образом, для гарантии целостности основной уплотнительной мембраны 6 необходимо поддерживать давление в основном теплоизоляционном барьере 5 ниже, чем во внутреннем пространстве 11 резервуара 1, так что перепад давления с любой стороны основной уплотнительной мембраны 6 стремится прижать последнюю к вспомогательному теплоизоляционному барьеру 2, а не оторвать ее от вспомогательного теплоизоляционного барьера 2.

Кроме того, в некоторых вариантах выполнения, в частности, когда вспомогательная уплотнительная мембрана 6 представляет собой металлическую мембрану, например, в случае технологий NO96 и Mark V, также необходимо, чтобы давление во вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 было ниже, чем давление в основном теплоизоляционном барьере 5, для гарантии целостности вспомогательной уплотнительной мембраны 4. Также в таких обстоятельствах давление P₁ в основном теплоизоляционном барьере 5 сравнивают с давлением P₂ во вспомогательном теплоизоляционном барьере 2, и обнаруживают ошибку, если давление P₂ больше или равно давлению P₁.

Кроме того, давление P_{резервуара} во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 сравнивают с постоянным пороговым значением P_c1, и обнаруживают ошибку, если давление P_{резервуара} больше или равно пороговому значению P_c1. Пороговое значение P_c1 представляет собой постоянное пороговое значение, которое превышает атмосферное давление. Пороговое значение P_c1 меньше или равно давлению, на которое установлен предохранительный клапан 21. Пороговое значение P_c1 составляет, например, порядка 0,17 бар. Такая проверка позволяет гарантировать, что в условиях охлаждения соответствующей фазы проверки паровой контур 23 и, в частности, его оборудование может откачивать поток паровой фазы, например, в терминал загрузки, для предотвращения чрезмерного повышения давления во внутреннем пространстве 11 резервуара 1.

На третьем этапе 102 в резервуар 1 загружают сжиженный газ, подаваемый из терминала загрузки. Как и во время охлаждения резервуара (этап 101), давления в основном теплоизоляционном барьере 5 и вспомогательном теплоизоляционном барьере 2 и во внутреннем пространстве 11 резервуара сравнивают с пороговыми значениями для подтверждения того, что они соответствуют вышеуказанным условиям, позволяющим гарантировать безопасность и целостность резервуара 1.

В частности, как и во время охлаждения резервуара (этап 101), постоянно проверяют, соблюдается ли по меньшей мере одно из следующих неравенств, и обнаруживают ошибку, если указанное неравенство больше не соблюдается:

P₁>P_s1;

P₂>P_s2;

P_{резервуара}>P₁;

P₁>P₂; и

P_c1>P_{резервуара}.

Кроме того, после загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство 11 резервуара 1 каждая фаза проверки дополнительно предусматривает этап плавания под нагрузкой (этап 103), во время которого судно совершает плавание.

Во время этапа 103 плавания под нагрузкой давление P_{резервуара} во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 сравнивают с постоянным пороговым значением P_c2, и обнаруживают ошибку, если давление P_{резервуара} больше или равно пороговому значению P_c2. Пороговое значение P_c2 представляет собой постоянное пороговое значение, которое превышает атмосферное давление. Пороговое значение P_c2 меньше или равно давлению, на которое установлен предохранительный клапан 21. Пороговое значение P_c2 составляет, например, порядка 0,20 бар. Такая проверка позволяет гарантировать, что во время плавания судна, по меньшей мере один резервуар 1 которого охлажден в соответствии с условиями этапа охлаждения соответствующей фазы проверки, потребности и/или вместимости контура 20 использования газа в паровой фазе достаточно для предотвращения чрезмерного повышения давления во внутреннем пространстве 11 резервуара 1.

При обнаружении ошибки на одном из вышеуказанных этапов 101, 102, 103 проверку прекращают. Затем выбирают в качестве оптимального значения заданной температуры T_c предыдущее меньшее проверенное значение, то есть значение, при котором во время фазы проверки время охлаждения резервуара 1 было наименьшим, и не было обнаружено ни одной из вышеуказанных ошибок (этап 104).

Наоборот, если во время одного из вышеуказанных этапов для проверяемого значения заданной температуры T_c не была обнаружена ошибка, может быть реализована новая фаза проверки, включающая в себя этапы 100, 101, 102 и 103, с использованием в качестве нового проверяемого значения заданной конечной температуры T_c значения, большего, чем в предыдущей фазе проверки.

Множество фаз проверки выполняют до тех пор, пока проверяемое значение параметра не приведет к обнаружению ошибки.

В соответствии с одним вариантом выполнения блок 22 управления сохраняет изменение различных измеренных переменных T_{резервуара}, P_{резервуара}, P₁ и P₂, выполняет вышеуказанное сравнение между различными переменными и пороговыми значениями, сохраняет обнаруженные ошибки и выдает оптимальное значение рассматриваемого параметра.

Однако, следует отметить, что в некоторых случаях некоторое оборудование резервуара, например, треножная конструкция колонны 7 загрузки/разгрузки или насос 8, очень чувствительны к тепловым ударам. Таким образом, определение пределов охлаждения этого оборудования также может ограничить увеличение заданной конечной температуры T_c. Также эти ограничения могут быть учтены путем проверки того, что для проверяемой заданной температуры T_c температура указанного оборудования, чувствительного к тепловым ударам, меньше, чем критическая температура охлаждения указанного оборудования, то есть температура, ниже которой необходимо охладить указанное оборудование перед загрузкой в резервуар сжиженного газа. Альтернативно для обхода этих ограничений также можно выполнить локальное охлаждение оборудования, наиболее чувствительного к тепловым ударам.

В соответствии с другим вариантом выполнения параметром процесса охлаждения, оптимальное значение которого должно быть определено, является не заданная конечная температура T_c, а переменная, влияющая на мощность охлаждения, обеспечиваемую блоком 9 охлаждения. В качестве примера проверяемый параметр, в частности, может представлять собой степень открытия клапанов, питающих распылительные форсунки. Следовательно, в этом варианте выполнения проверяют множество значений открытия клапанов, в то время как заданная конечная температура T_c поддерживается постоянной для множества фаз проверки значений степени открытия клапанов. Заданная конечная температура T_c составляет, например, порядка 130°C.

Фигура 4 иллюстрирует в качестве примера множество вариантов кинетики охлаждения резервуара, соответствующих разным степеням открытия клапанов.

Для определения оптимального значения открытия клапанов, питающих распылительные форсунки 12, может быть применен способ, аналогичный описанному выше со ссылкой на Фигуру 2. Однако, способ отличается тем, что на первом этапе 100 определяют значение открытия клапанов. В соответствии с одним вариантом выполнения для определения различных проверяемых степеней открытия клапанов последовательно увеличивают значение открытия клапанов с постоянным шагом, соответствующим, например, 5% хода открытия указанных клапанов.

На втором этапе 101 охлаждают резервуар 1 путем обеспечения мощности охлаждения, которая зависит от проверяемого значения открытия клапанов, питающих распылительные форсунки 12, до тех пор, пока температура T_{резервуара} во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 не достигнет заданной конечной температуры T_c.

Другие характеристики этапов 101, 102 и 103, описанных со ссылкой на Фигуру 2, которые определяют оптимальное значение открытия клапанов, аналогичны.

При обнаружении ошибки на одном из вышеуказанных этапов 101, 102, 103 проверку прекращают. Затем выбирают в качестве оптимального значения степени открытия клапанов предыдущее значение, то есть значение, при котором во время фазы проверки мощность охлаждения была наибольшей (и, следовательно, время охлаждения резервуара было наименьшим), и не было обнаружено ни одной из проверенных ошибок (этап 104).

Наоборот, если во время одного из вышеуказанных этапов для проверяемой степени открытия клапанов не обнаружена ошибка, может быть реализована новая фаза проверки, включающая в себя этапы 100, 101, 102 и 103, с использованием в качестве нового проверяемого значения степени открытия значения, большего, чем в предыдущей фазе проверки.

Множество фаз проверки выполняют до тех пор, пока значение проверяемого параметра на приведет к обнаружению ошибки.

В качестве примера описан вариант выполнения, в котором переменная, влияющая на мощность охлаждения, оптимальное значение которой должно быть определено, соответствует степени открытия клапанов. Однако в других альтернативных вариантах выполнения переменной, которую можно изменять для влияния на мощность охлаждения, является не степень открытия клапанов, а, например, давление подачи в распылительные штанги 10.

Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения сначала определяют оптимальное значение заданной конечной температуры T_c с использованием способа, описанного со ссылкой на Фигуру 2. Затем определяют оптимальное значение переменной, влияющей на мощность охлаждения, способом, описанным выше, с использованием ранее определенного оптимального значения заданной конечной температуры T_c для проверки значений переменной, влияющей на мощность охлаждения.

В соответствии с альтернативным вариантом выполнения процесс выполняют в обратном порядке, сначала определяют оптимальное значение переменной, влияющей на мощность охлаждения, а затем определяют заданную конечную температуру T_c с использованием оптимального значения переменной, влияющей на мощность охлаждения, для проверки значений заданной конечной температуры T_c.

После определения оптимального значения двух вышеуказанных параметров внутреннее пространство 11 резервуара охлаждают путем обеспечения мощности P_f охлаждения до тех пор, пока температура T_{резервуара} во внутреннем пространстве 11 резервуара 1 не достигнет заданной конечной температуры T_c; причем каждая из мощности P_f охлаждения и заданной конечной температуры T_c представляет оптимальное значение одного и другого из двух вышеуказанных параметров. Это обеспечивает быстрое охлаждение резервуара 1 без ущерба для безопасности и целостности резервуара во время охлаждения, во время загрузки резервуара и во время плавания судна.

Обратимся к Фигуре 5, вид с вырезом танкера-метановоза 70 иллюстрирует герметичный и изолированный резервуар 71 в общем призматической формы, установленный в двойном корпусе 72 судна. Стенка резервуара 71 включает в себя основной герметичный барьер, предназначенный для контакта с СПГ, содержащимся в резервуаре, вспомогательный герметичный барьер, расположенный между основным герметичным барьером и двойным корпусом 72 судна, и два теплоизоляционных барьера, расположенных соответственно между основным герметичным барьером и вспомогательным герметичным барьером и между вспомогательным герметичным барьером и двойным корпусом 72.

Как известно, трубопроводы 73 загрузки/разгрузки, расположенные на верхней палубе судна, могут быть соединены с помощью соответствующих соединителей с морским или портовым терминалом для передачи СПГ в резервуар 71 или из него.

Фигура 5 иллюстрирует пример морского терминала, включающего в себя станцию 75 загрузки и разгрузки, подводный трубопровод 76 и береговое сооружение 77. Станция 75 загрузки и разгрузки представляет собой стационарное прибрежное сооружение, включающее в себя подвижный рукав 74 и колонну 78, которая поддерживает подвижный рукав 74. Подвижный рукав 74 удерживает пучок изолированных гибких шлангов 79, которые могут быть соединены с трубопроводами 73 загрузки/разгрузки. Регулируемый подвижный рукав 74 может быть адаптирован к танкерам-метановозам всех размеров. Внутри колонны 78 проходит соединительный трубопровод (не показан). Станция 75 загрузки и разгрузки позволяет выполнять загрузку и разгрузку танкера-метановоза 70 из берегового сооружения 77 или на него. Последнее включает в себя резервуары 80 для хранения сжиженного газа и соединительные трубопроводы 81, соединенные подводным трубопроводом 76 со станцией 75 загрузки или разгрузки. Подводный трубопровод 76 позволяет передавать сжиженный газ между станцией 75 загрузки или разгрузки и береговым сооружением 77 на большое расстояние, например, 5 км, что позволяет останавливать танкер-метановоз 70 на большом расстоянии от берега во время операций загрузки и разгрузки.

Для создания давления, необходимого для передачи сжиженного газа, используются насосы, установленные на борту судна 70, и/или насосы, установленные в береговом сооружении 77, и/или насосы, установленные на станции 75 загрузки и разгрузки.

Хотя изобретение описано со ссылкой на несколько конкретных вариантов выполнения, очевидно, что оно никоим образом не ограничивается ими, и что оно включает в себя все технические эквиваленты и сочетания описанных средств, если они находятся в пределах объема изобретения, определенного формулой изобретения.

Использование глагола «включать в себя» или «содержать» и производных форм не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в пункте формулы изобретения.

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

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано при хранении и транспортировке сжиженного газа. Способ определения оптимального значения по меньшей мере одного первого параметра выполнения процесса охлаждения внутреннего пространства (11) резервуара (1) включает в себя этапы, на которых последовательно проверяют множество разных значений указанного первого параметра. Каждая фаза проверки одного из значений первого параметра включает в себя этапы, на которых охлаждают внутреннее пространство (11) резервуара (1), загружают в него сжиженный газ, измеряют переменную P₁, представляющую давление в теплоизоляционном барьере (5), и сравнивают ее с конкретным пороговым значением. Обнаруживают ошибку, если переменная P₁ пересекает конкретное пороговое значение. Выбирают из множества проверенных значений в качестве оптимального значения первого параметра значение, при котором во время соответствующей фазы проверки время Δ охлаждения внутреннего пространства (11) было наименьшим и не было обнаружено ошибки. Технический результат - повышение эффективности процесса охлаждения, обеспечение безопасности и целостности конструкции резервуара. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения оптимального значения по меньшей мере одного первого параметра выполнения процесса охлаждения внутреннего пространства (11) герметичного и теплоизоляционного резервуара (1), предназначенного для загрузки сжиженного газа, причем указанный первый параметр выбран из заданной конечной температуры процесса охлаждения и переменной, влияющей на мощность охлаждения процесса охлаждения; причем указанный резервуар (1) включает в себя по меньшей мере теплоизоляционный барьер (5) и уплотнительную мембрану (6), поддерживаемую теплоизоляционным барьером (5) и образующую внутреннее пространство (11); причем способ включает в себя этапы, на которых:

последовательно проверяют множество разных значений указанного первого параметра, причем каждая фаза проверки одного из значений первого параметра включает в себя этапы, на которых:

охлаждают внутреннее пространство (11) резервуара (1) путем обеспечения мощности P_f охлаждения в течение времени Δ до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве (11) резервуара (1) не достигнет заданной конечной температуры T_c; причем указанная мощность P_f охлаждения или указанная заданная конечная температура T_c представляет проверяемое значение указанного первого параметра;

загружают сжиженный газ во внутреннее пространство (11) резервуара (1) после охлаждения;

измеряют переменную P₁, представляющую давление в теплоизоляционном барьере (5) во время охлаждения внутреннего пространства (11) резервуара (1) и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство (11) резервуара (1), и сравнивают ее с по меньшей мере одним конкретным пороговым значением; и

обнаруживают ошибку, если переменная P₁ пересекает по меньшей мере одно конкретное пороговое значение; и

выбирают из множества проверенных значений в качестве оптимального значения первого параметра значение, при котором во время соответствующей фазы проверки время Δ охлаждения внутреннего пространства (11) было наименьшим и не было обнаружено ошибки.

2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одно конкретное пороговое значение включает в себя постоянное пороговое значение P_s1, которое больше или равно атмосферному давлению, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P₁ меньше или равна P_s1.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором для каждой фазы проверки измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве (11) резервуара (1), в котором по меньшей мере одно конкретное пороговое значение включает в себя переменное пороговое значение, соответствующее переменной P_{резервуара}, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P₁ больше или равна P_{резервуара}.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором теплоизоляционный барьер представляет собой основной теплоизоляционный барьер, причем резервуар (1) дополнительно включает в себя вспомогательный теплоизоляционный барьер (2), опирающийся на несущую конструкцию, и вспомогательную уплотнительную мембрану, расположенную между вспомогательным теплоизоляционным барьером (2) и основным теплоизоляционным барьером, в котором для каждой фазы проверки измеряют переменную P₂, представляющую давление во вспомогательном теплоизоляционном барьере (2) во время охлаждения внутреннего пространства (11) резервуара (1) и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство (11) резервуара (1), и сравнивают переменную P₂ с по меньшей мере одним конкретным вспомогательным пороговым значением, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P₂ пересекает указанное по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение.

5. Способ по п. 4, в котором по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение включает в себя постоянное вспомогательное пороговое значение P_s2, которое больше или равно атмосферному давлению, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P₂ меньше или равна P_s2.

6. Способ по п. 4 или 5, в котором по меньшей мере одно конкретное вспомогательное пороговое значение включает в себя переменное вспомогательное пороговое значение, равное переменной P₁, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P₂ больше или равна P₁.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором для каждой фазы проверки измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве (11) резервуара (1), и сравнивают ее с постоянным пороговым значением P_c1, которое больше атмосферного давления, во время охлаждения внутреннего пространства (11) резервуара (1) и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство (11) резервуара (1), и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P_{резервуара} больше или равна P_c1.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором резервуар (1) встроен в судно, в котором каждая фаза проверки включает в себя этап плавания под нагрузкой, на котором после загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство (11) судно совершает плавание, и в котором во время указанного этапа плавания измеряют переменную P_{резервуара}, представляющую давление во внутреннем пространстве (11) резервуара (1), и сравнивают переменную P_{резервуара} с постоянным пороговым значением P_c2, которое больше атмосферного давления, и в котором ошибку обнаруживают, если переменная P_{резервуара} больше или равна P_c2.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором после выбора оптимального значения первого параметра проверяют множество разных значений второго параметра, причем первый и второй параметры соответственно соответствуют заданной конечной температуре процесса охлаждения и переменной, влияющей на мощность охлаждения во время выполнения процесса, или наоборот; причем каждая фаза проверки одного из значений второго параметра включает в себя этапы, на которых:

охлаждают внутреннее пространство (11) резервуара (1) путем обеспечения мощности P_f охлаждения в течение времени Δ до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве (11) резервуара (1) не достигнет заданной конечной температуры T_c; причем указанная мощность P_f охлаждения и указанная заданная конечная температура T_c соответственно представляют оптимальное значение первого параметра и проверяемое значение указанного второго параметра или наоборот;

загружают сжиженный газ во внутреннее пространство (11) резервуара (1) после охлаждения; и

измеряют переменную P₁, представляющую давление в теплоизоляционном барьере (5) во время охлаждения внутреннего пространства (11) резервуара и/или во время загрузки сжиженного газа во внутреннее пространство (11) резервуара, и сравнивают ее с указанным по меньшей мере одним конкретным пороговым значением; и

обнаруживают ошибку, если переменная P₁ пересекает указанное по меньшей мере одно конкретное пороговое значение; и

выбирают из множества проверенных значений в качестве оптимального значения второго параметра значение, при котором во время соответствующей фазы проверки время Δ охлаждения внутреннего пространства (11) было наименьшим, и не было обнаружено ошибки.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором внутреннее пространство (11) резервуара охлаждают с помощью блока (9) охлаждения, включающего в себя по меньшей мере одну распылительную штангу (10), которая расположена во внутреннем пространстве (11) резервуара, и которая включает в себя множество распылительных форсунок (12), выполненных с возможностью распыления сжиженного газа во внутреннее пространство (11) резервуара (1).

11. Способ по п. 10, в котором распылительная штанга (10) соединена с по меньшей мере одним регулируемым открывающим клапаном, выполненным с возможностью влияния на расход распыления, и в котором переменная, влияющая на мощность охлаждения процесса охлаждения, соответствует степени открытия регулируемого открывающего клапана.

12. Процесс загрузки судна (70), оснащенного герметичным и теплоизоляционным резервуаром, предназначенным для хранения сжиженного газа, в котором:

выполняют способ по любому из пп. 1-11 для определения оптимального значения по меньшей мере одного первого параметра выполнения процесса охлаждения;

охлаждают внутреннее пространство (11) резервуара до тех пор, пока температура во внутреннем пространстве (11) резервуара не достигнет заданной конечной температуры; причем мощность охлаждения или заданная конечная температура представляет оптимальное значение первого параметра; и

подают сжиженный газ по изолированным трубопроводам (73, 79, 76, 81) из плавучего или берегового хранилища (77) во внутреннее пространство (11) резервуара.