液化天然氣儲罐和用於液化天然氣儲罐的絕熱壁緊固裝置的製作方法
2023-05-10 18:22:32
本發明涉及液化天然氣(LNG)儲罐，更具體地涉及下述LNG儲罐：該LNG儲罐包括位於最佳位置處的絕熱壁緊固裝置以在使所需的絕熱壁緊固裝置的數目最少的同時抵抗熱收縮，並且本發明還涉及用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置。
背景技術：
天然氣是包含作為主要成分的甲烷以及少量的乙烷和丙烷的化石燃料，並且天然氣作為低汙染能源已在各個技術領域中引起關注。
通常，天然氣在氣態下通過陸上或海上的氣體管線運輸，或者以液化天然氣(在下文中為「LNG」)的形式通過LNG運載器運輸至較遠需求源。LNG是通過將天然氣冷卻至極低溫度(約-163℃)而獲得的，並且由於LNG的體積是呈氣態的天然氣的體積的大約1/600，因此LNG適於長途海洋運輸。
LNG運載器配備有可以儲存並保持由冷卻並液化天然氣而獲得的LNG的儲罐(也被稱作「貨物罐」)。由於LNG在大氣壓力下的沸點為約-162℃，因此LNG儲罐可以由能夠經受超低溫度的材料——比如鋁、不鏽鋼和35％鎳鋼——形成以安全地儲存並保持LNG，並且LNG儲罐設計成耐熱應力且耐熱收縮並防止熱侵入。
除了LNG運載器之外，LNG RVs(再氣化船)也設置有LNG儲罐，LNG RVs(再氣化船)將LNG運送至陸上的需求源、使LNG再氣化成天然氣並且卸載天然氣。近來，諸如LNG FPSO(浮動、生產、儲存及卸載)和LNG FSRU(浮式儲存及再氣化單元)的浮式海上結構也包括安裝在LNG運載器或LNG RVs上的儲罐。
LNG FPSO是下述浮式海上結構：該浮式海上結構用於將在海上生產的天然氣液化並將液化天然氣儲存在儲罐中並且用於在需要的情況下將LNG卸載到LNG運載器上。LNG FSRU是下述浮式海上結構：該浮式海上結構用於將從海上LNG運載器卸載的LNG儲存在儲罐中並且用於在需要的情況下將LNG再氣化並將再氣化的LNG供應到陸上需求源。
同樣地，用於運輸或儲存液體貨物如LNG的海上結構——比如LNG運載器、LNG RVs、LNG FPSOs和LNG FSRUs——設置有用於在低溫條件下儲存LNG的儲罐。
這種儲罐依據貨物的重量是否直接施加到絕熱材料而被分為獨立型和薄膜型。通常，膜型儲罐被分為GTT NO 96型和TGZ Mark III型，並且獨立型儲罐被分為MOSS型和IHI-SPB型。
圖1是GTT NO 96型儲罐的示意圖，該GTT NO 96型儲罐是常規的LNG儲罐。
參照圖1，GTT NO 96型儲罐具有下述結構：在該結構中，主密封壁130、主絕熱壁110、副密封壁140和副絕熱壁120順序堆疊。主密封壁130和副密封壁140中的每一者由厚度為0.5mm至1.5mm的殷鋼(Invar steel)(36％Ni)形成，並且主密封壁和副密封壁具有幾乎相同的液密性和強度。因此，即使在主密封壁洩漏時，副密封壁也可以安全地將貨物保持相當長的時間。此外，由於GTT NO 96型儲罐的密封壁的膜是線性的，因此與TGZ Mark III型儲罐的褶皺膜相比，GTT NO 96型儲罐的膜更易於焊接並具有更高的自動化速率，但是GTT NO 96型儲罐的膜的總焊接長度比TGZ Mark III型儲罐的膜的焊接長度長。
主絕熱壁110和副絕熱壁120由膠合板箱和珍珠巖形成，並且每個絕熱壁的設置有由膠合板形成的豎向構件150的內部空間填充有珍珠巖和氮氣。
圖2是TGZ Mark III型儲罐的示意圖，該TGZ Mark III型儲罐是常規的LNG儲罐。
參照圖2，該TGZ Mark III型儲罐具有下述結構：在該結構中，主密封壁230、主絕熱壁210、副密封壁240和副絕熱壁220堆疊。主密封壁230與儲存在儲罐中的LNG直接接觸，並且主密封壁230由厚度為1.2mm的不鏽鋼薄膜形成，並且副密封壁240由三層形成。
主絕熱壁210和副絕熱壁220由聚氨酯泡沫等形成。此處，主絕熱壁210、副密封壁240和副絕熱壁220膠合在一起以將主絕熱壁210緊固至副絕熱壁220。
主絕熱壁210的上部部分布置成靠近在低溫下儲存的LNG並經受熱收縮。由於主絕熱壁210通過粘合劑固定至副絕熱壁220，因此TGZ Mark III型儲罐不耐熱收縮。另外，使用粘合劑導致安裝困難，並且粘合劑的性能會隨時間而退化。此外，由於副密封壁240由複合材料形成，所以副密封壁240在水密性能方面存在問題。
由於GTT NO 96型儲罐的主密封壁和副密封壁由昂貴的殷鋼製成，所以GTT NO 96型儲罐具有生產成本高的缺點。
技術實現要素：
【技術問題】
本發明的一方面提供了一種LNG儲罐，該LNG儲罐耐熱收縮、能夠易於安裝及製造、能夠降低製造成本並且能夠使所需的絕熱壁緊固裝置的數目最小化。
【技術方案】
根據本發明的一方面，提供了一種液化天然氣儲罐，該液化天然氣儲罐包括：主密封壁，該主密封壁接觸儲存在儲罐中的液化天然氣並以液密方式對儲罐進行密封；主絕熱壁，該主絕熱壁設置在主密封壁下面並使儲罐進行熱絕緣；副絕熱壁，該副絕熱壁設置在儲罐的內壁上並使儲罐熱絕緣；以及絕熱壁緊固裝置，該絕熱壁緊固裝置將主絕熱壁緊固至副絕熱壁，使得主絕熱壁能夠沿水平方向滑動。
特別地，絕熱壁緊固裝置可以包括緊固至副絕熱壁的柱螺栓和固定至柱螺栓的螺母，並且主絕熱壁可以形成有通孔，其中，柱螺栓可以插入到通孔中並固定至螺母，使得主絕熱壁緊固至副絕熱壁。
絕熱壁緊固裝置還可以包括專用墊圈，該專用墊圈插在螺母與主絕熱壁的下板之間以防止主絕熱壁的下板與絕熱壁緊固裝置在所述下板收縮時分離。
絕熱壁緊固裝置還可以包括彈簧墊圈，該彈簧墊圈插在專用墊圈與螺母之間以防止螺母在主絕熱壁的下板豎向收縮時鬆動。
副絕熱壁的上板可以設置有金屬條帶，並且柱螺栓可以固定到該條帶。
該條帶可以形成有第一螺紋，並且柱螺栓可以形成有第二螺紋，使得第一螺紋與第二螺紋接合以將柱螺栓緊固至該條帶。
絕熱壁緊固裝置還可以包括間隔件，該間隔件圍繞螺母的側表面以保護螺栓和螺母。
液化天然氣儲罐還可以包括置於主絕熱壁與副絕熱壁之間並在主密封壁洩漏時以液密方式對儲罐進行密封的副密封壁。
主密封壁和副密封壁可以由不鏽鋼形成。
液化天然氣儲罐還可以包括堵塞用於安裝絕熱壁緊固裝置的孔的插塞。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於液化天然氣儲罐的絕熱壁緊固裝置，該絕熱壁緊固裝置用於將主絕熱壁緊固至副絕熱壁，其中，絕熱壁緊固裝置將主絕熱壁緊固至副絕熱壁，使得主絕熱壁能夠沿水平方向滑動，副絕熱壁設置在儲罐的內壁上以使儲罐熱絕緣，並且主絕熱壁布置在副絕熱壁的上方以使儲罐熱絕緣。
特別地，絕熱壁緊固裝置可以包括緊固至副絕熱壁的柱螺栓和固定至柱螺栓的螺母，並且主絕熱壁可以形成有通孔，其中，柱螺栓可以插入到通孔中並固定至螺母，使得主絕熱壁緊固至副絕熱壁。
絕熱壁緊固裝置還可以包括專用墊圈，該專用墊圈插在螺母與主絕熱壁的下板之間以防止主絕熱壁的下板與絕熱壁緊固裝置在所述下板收縮時分離。
絕熱壁緊固裝置還可以包括彈簧墊圈，該彈簧墊圈插在專用墊圈與螺母之間以防止螺母在主絕熱壁的下板豎向收縮時鬆動。
副絕熱壁的上板可以設置有金屬條帶，並且柱螺栓可以緊固至該條帶。
該條帶可以形成有第一螺紋，並且柱螺栓可以形成有第二螺紋，使得第一螺紋與第二螺紋接合以將柱螺栓緊固至該條帶。
絕熱壁緊固裝置還可以包括間隔件，該間隔件圍繞螺母的側表面以保護螺栓和螺母。
絕熱壁緊固裝置可以設置在主絕熱壁的頂部處。
根據本發明的另一方面，提供了一種液化天然氣儲罐，其包括：主密封壁，該主密封壁接觸儲存在儲罐中的液化天然氣並以液密方式對儲罐進行密封；主絕熱壁，該主絕熱壁設置在主密封壁下面並使儲罐熱絕緣；副絕熱壁，該副絕熱壁設置在儲罐的內壁上並使儲罐熱絕緣；以及多個第一絕熱壁緊固裝置，所述多個第一絕熱壁緊固裝置將主絕熱壁緊固至副絕熱壁，其中，所述多個第一絕熱壁緊固裝置設置至主絕熱壁的拐角。
特別地，液化天然氣儲罐還可以包括多個第二絕熱壁緊固裝置，所述多個第二絕熱壁緊固裝置將主絕熱壁緊固至副絕熱壁，其中，所述多個第二絕熱壁緊固裝置可以沿著主絕熱壁的邊緣以恆定的間隔設置。
主絕熱壁可以緊固至副絕熱壁以便於沿水平方向滑動。
絕熱壁緊固裝置可以包括緊固至副絕熱壁的柱螺栓和固定至柱螺栓的螺母，並且主絕熱壁可以形成有通孔，其中，柱螺栓可以插入到通孔中並固定至螺母，使得主絕熱壁緊固至副絕熱壁。
絕熱壁緊固裝置還可以包括專用墊圈，該專用墊圈插在螺母與主絕熱壁的下板之間以防止主絕熱壁的下板與絕熱壁緊固裝置在下板收縮時分離。
絕熱壁緊固裝置還可以包括彈簧墊圈，該彈簧墊圈插在專用墊圈與螺母之間以防止螺母在主絕熱壁的下板豎向收縮時鬆動。
副絕熱壁的上板可以設置有金屬條帶，並且柱螺栓可以固定至該條帶。
條帶可以形成有第一螺紋，並且柱螺栓可以形成有第二螺紋，使得第一螺紋與第二螺紋接合以將柱螺栓緊固至條帶。
液化天然氣儲罐還可以包括置於主絕熱壁與副絕熱壁之間並在主密封壁洩漏時以液密方式對儲罐進行密封的副密封壁。
主密封壁和副密封壁可以由不鏽鋼形成。
主密封壁和副密封壁中的每一者均可以形成有褶皺部。
【有益效果】
根據本發明的實施方式，主絕熱壁能夠沿水平方向滑動並使熱收縮時的熱應力最小化，由此，LNG儲罐能夠耐熱收縮。
根據本發明的實施方式，通過螺紋連接安裝有插塞，由此，插塞的安裝容易，可以縮短工作時間，並且插塞可以牢固且穩定地保持就位。
根據本發明的實施方式，在主絕熱壁的邊緣處設置有絕熱壁緊固裝置，從而能夠穩定地固定主絕熱壁，同時使所需的絕熱壁緊固裝置的數目最少。
附圖說明
圖1是GTT NO 96型儲罐的示意圖，該GTT NO 96型儲罐是常規的LNG儲罐。
圖2是TGZ Mark III型儲罐的示意圖，該TGZ Mark III型儲罐是常規的LNG儲罐。
圖3是具有根據本發明的實施方式的LNG儲罐的示例性船舶的截面圖。
圖4是根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱結構的截面圖。
圖5是根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱結構的立體圖。
圖6是示出了根據本發明的實施方式的用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的結構的視圖。
圖7是示出了安裝根據本發明的實施方式的用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的插塞的方法的視圖。
圖8是示出了主絕熱壁熱收縮的方向的視圖。
圖9是示出了主絕熱壁的熱收縮引起的變形的視圖。
圖10是示出了根據本發明的實施方式的用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的位置的視圖。
具體實施方式
下文中，將參照附圖對本發明的實施方式進行描述。應當指出的是，貫穿說明書和附圖，相似部件將用相似附圖標記表示。另外，為清楚起見，省去了對本領域技術人員而言明顯的細節的描述。
首先，將參照圖3對具有根據本發明的實施方式的LNG儲罐的船舶的結構進行描述。圖3是具有根據本發明的實施方式的LNG儲罐的示例性船舶的截面圖。
參照圖3，根據本發明的實施方式的LNG儲罐可以安裝在船舶300中，船舶300包括具有雙層結構的船體，該雙層結構由形成外部形狀的外壁310以及形成在外壁310內的內壁320構成。船舶300的內壁320和外壁310可以通過連接肋330連接至彼此以彼此一體地形成。替代性地，船舶300可以包括具有不帶內壁320的單層結構的船體。此外，僅船舶300的上部部分可以形成為單個甲板，並且甲板的外部形狀可以根據船舶300的尺寸或儲存容量而改變。
此外，內壁320的內部可以由一個或更多個隔板340分隔開，並且隔板340也可以形成隔離艙。
密封壁350以液密方式對容置LNG的儲罐進行密封，密封壁350與LNG接觸，並且密封壁350可以具有褶皺部以應對由超低溫LNG的裝載/卸載引起的溫度變化。
在密封壁350與內壁320之間形成有絕熱壁360以使儲罐熱絕緣。絕熱壁360包括主絕熱壁和副絕熱壁，並且密封壁可以置於主絕熱壁與副絕熱壁之間。
接下來，將參照圖4和圖5對根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱結構進行描述。圖4是根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱結構的截面圖，並且圖5是根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱結構的立體圖。
參照圖4和圖5，根據實施方式的LNG儲罐包括主密封壁410、主絕熱壁420、副密封壁430、副絕熱壁440以及絕熱壁緊固裝置450。
主密封壁410設置在主絕熱壁420上並且在接觸LNG的同時以液密方式對容置LNG的儲罐進行密封。
副密封壁430置於主絕熱壁420與副絕熱壁440之間，並且副密封壁430用來在主密封壁410洩漏時以液密方式對儲罐進行密封。
主密封壁410和副密封壁430兩者中均形成有多個褶皺部，以防止由於因溫度變化引起的收縮和伸長而造成的損壞。褶皺部由於由LNG的裝載/卸載引起的溫度變化而膨脹或收縮，以防止由於主密封壁410和副密封壁430的熱變形而造成的損壞。如圖5中所示，主密封壁410比副密封壁430具有更多的褶皺部。這是因為主密封壁410直接接觸LNG並且因此由於溫度變化而比副密封壁430經受更多的膨脹或收縮。
主密封壁410和副密封壁430中的每一者均可以由不鏽鋼形成。
主絕熱壁420設置在主密封壁410下面以使儲罐熱絕緣，並且副絕熱壁440設置在LNG儲罐的內壁上以使儲罐熱絕緣。換言之，LNG儲罐在其內壁上設置有副絕熱壁440，並且主絕熱壁420設置在副絕熱壁440上方。
主絕熱壁420和副絕熱壁440中的每一者均包括上板、下板以及置於上板與下板之間的絕緣體。上板和下板可以由膠合板形成，並且絕緣體可以由聚氨酯泡沫形成。
直接接觸LNG的主密封壁410設置在主絕熱壁420的上板上。金屬條帶460設置在主絕熱壁420的上板上，主密封壁410被焊接到條帶460。
副密封壁430設置在副絕熱壁440的上板上。副絕熱壁440的上板上設置有金屬條帶460，並且副密封壁430焊接至該條帶460。
絕熱壁緊固裝置450用來將主絕熱壁420緊固至副絕熱壁440。具體地，絕熱壁緊固裝置將主絕熱壁420緊固至副絕熱壁440以使得主絕熱壁能夠沿水平方向滑動。
圖6是示出了用於根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的結構的視圖，並且圖7是示出了安裝用於根據本發明的實施方式的LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的插塞的方法的視圖。
參照圖6，絕熱壁緊固裝置450包括柱螺栓620、專用墊圈630、彈簧墊圈640、螺母650以及間隔件660。
副絕熱壁440的上板441上設置有金屬條帶610，並且柱螺栓620緊固至該金屬條帶。由於柱螺栓620的下端部分和條帶610上形成有螺紋，因而柱螺栓620通過將條帶610的螺紋與柱螺栓620的螺紋接合而在擰緊螺栓之後緊固至條帶610。
穿過主絕熱壁420和副密封壁430中的每一者在將安裝絕熱壁緊固裝置450的部分處形成有通孔。當主絕熱壁420和副密封壁430安裝在副絕熱壁440上時，柱螺栓620插入到主絕熱壁420和副密封壁430中的每一者的通孔中。然後，在安裝專用墊圈630和彈簧墊圈640之後，將螺母650固定至柱螺栓620以將主絕熱壁420緊固至副絕熱壁440。
專用墊圈630用來防止主絕熱壁420的下板與絕熱壁緊固裝置450分離，甚至在下板收縮時也是如此。專用墊圈630的直徑比螺母650的直徑大，以確保主絕熱壁420的下板可以較大區域上滑動。
彈簧墊圈640可以防止螺母650在主絕熱壁420的下板豎向地收縮時鬆動。
在將螺母650固定至柱螺栓620之後，可以安裝間隔件660。間隔件660可以具有圍繞螺母的側表面的環形形狀，並且間隔件660可以由膠合板形成。間隔件650用來分配LNG的載荷以保護螺栓和螺母。
根據本發明的實施方式的絕熱壁緊固裝置450構造成允許主絕熱壁420的下板在副密封壁430與專用墊圈630之間滑動，使得主絕熱壁420可以在經受熱收縮時沿水平方向滑動，從而使熱應力最小化。
設置插塞以堵塞安裝絕熱壁緊固裝置450所需的孔。
如上所述，用於安裝絕熱壁緊固裝置450的孔形成穿過主絕熱壁。如果孔在完成安裝絕熱壁緊固裝置450之後被留下，則會存在冷點，從而導致儲罐的絕緣系統中的結構問題並且增大了蒸發率(BOR)。為了解決該問題，將孔用插塞670堵塞。在安裝間隔件660之後，將插塞670牢固地插入到孔中。如圖中7所示，插塞670的底表面上形成有螺紋671以聯接至柱螺栓620，使得插塞670能夠螺栓連接至絕熱壁緊固裝置450的上部部分。
插塞670呈圓柱形形狀，並且插塞670可以包括上片材、絕緣體、下片材以及下蓋。上片材和下片材可以由膠合板形成，並且絕緣體可以由聚氨酯泡沫形成。
下蓋布置在下片材下面並且由蓋部以及從蓋部的下端徑向地延伸的凸緣構成。下片材在其中心處形成有孔，下蓋的蓋部插入到該孔中。蓋部中形成有螺紋，該螺紋將被固定至柱螺栓620的上部部分，使得插塞670能夠聯接至絕熱壁緊固裝置450。
根據本發明的實施方式的插塞安裝方法的優點在於：與利用粘合劑安裝插塞670的方法相比，該方法可以便於安裝插塞，減少工作時間並提供較強且較穩定的保持力。
接下來，將參照圖8至圖10對根據本發明的實施方式的用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的位置進行描述。圖8是示出了主絕熱壁熱收縮的方向的視圖，圖9是示出了主絕熱壁的熱收縮引起的變形的視圖，並且圖10是示出了根據本發明的實施方式的用於LNG儲罐的絕熱壁緊固裝置的位置的視圖。
當主絕熱壁420熱收縮時，主絕熱壁420根據絕熱壁緊固裝置450的位置以多種方式變形。如圖8中所示，主絕熱壁420在熱收縮時朝向其中心收縮。在圖9的上側，示出了放置在室溫下且未變形的主絕熱壁420，並且在圖9的下側，示出了在於極低溫度下運送LNG期間由於厚度方向上的溫度偏差(t)而向上彎曲從而引起臺階部(d)的主絕熱壁420。當在運送LNG期間發生晃動時，該臺階部(d)會是LNG儲罐的結構性風險因素。為了有效地減小梯度，優選的是沿著主絕熱壁420的邊緣設置絕熱壁緊固裝置450。
因此，如圖10中所示，絕熱壁緊固裝置450設置至主絕熱壁420的每個拐角。此外，可以沿著主絕熱壁420的邊緣以固定間隔設置額外的絕熱壁緊固裝置450。在圖10中，主絕熱壁420的尺寸為1m×3m(寬×長)並且絕熱壁緊固裝置450以1m的間隔設置。因此，在圖10中，設置了總共八個絕熱壁緊固裝置450。然而，應當理解的是，本發明不限於此並且絕熱壁緊固裝置450的數目可以以各種方式改變。
如在本發明的實施方式中，可以通過將絕熱壁緊固裝置450設置至主絕熱壁420的周緣並通過一個絕熱壁緊固裝置450來固定多個主絕熱壁420。換言之，設置至主絕熱壁420的拐角的絕熱壁緊固裝置450可以固定四個主絕熱壁420並且設置至主絕熱壁420的邊緣的絕熱壁緊固裝置450可以固定兩個主絕熱壁420。因此，根據本發明的實施方式，絕熱壁緊固裝置450的數目可以被最小化。
儘管本文中已經描述了一些實施方式，但是本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅以說明的方式給出，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下可以做出各種改型、變型和改變。因此，本文中公開的實施方式不應被解釋為限制本發明的技術範圍，而應被解釋為說明了本發明的思想。本發明的範圍應當根據所附權利要求及其等同物替代來理解。
附圖標記列表
410：主密封壁
420：主絕熱壁
430：副密封壁
440：副絕熱壁
450：絕熱壁緊固裝置
460：條帶
620：柱螺栓
630：專用墊圈
640：彈簧墊圈
650：螺母
660：間隔件
670：插塞