Судовая система транспортировки газа судовая система транспортировки газа - RU2155696C1
Код документа: RU2155696C1
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройству и
способам
транспортировки и хранения текучих сред и в особенности - к транспортировке и хранению сжатых газов, например природного газа.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта заявка
является
частично продолжающейся заявкой на патент США N 08/550080, поданной 30 октября 1995 года.
В родовой заявке описана судовая система транспортировки газа, в которой цилиндры собраны в ячейки от 3 до 30 цилиндров в каждой. В ней также описана система трубопроводов и клапанов для присоединения цилиндров к береговым погрузочным и разгрузочным терминалам.
Количество элементов оборудования и сложность взаимосвязи между трубопроводами и системой клапанов в судовой системе транспортировки газа находятся в прямой зависимости от числа отдельных цилиндров, находящихся на борту транспортного судна. Следовательно, на крупных судах система трубопроводов и клапанов, соединяющая газовые цилиндры, требует значительных затрат. Поэтому возникла необходимость в создании такой системы хранения сжатого газа, в которой можно было бы содержать большее его количество, упростив при этом сложную систему трубопроводов и клапанов.
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система хранения газа, в особенности предназначенная для транспортировки большого количества сжатого газа на борту судна, включает большую емкость для хранения,
образованную
бухтами свернутой, по
существу непрерывной трубы. Применение длинных отрезков непрерывной трубы для хранения газа приводит к значительному снижению затрат, поскольку для соединения
контейнеров для
хранения газа необходимо
меньшее количество оборудования.
В соответствии с настоящим изобретением предложена система хранения газа, выполненная из непрерывной трубы. Непрерывная труба предпочтительно уложена в контейнере рядами или витками. В одном из вариантов изобретения непрерывная труба свита слоями, каждый из которых имеет петли трубы. Однако, непрерывная труба может быть уложена внутри контейнера самым различным образом. Контейнер для свернутой трубы может выполнять несколько функций. Во-первых, контейнер может действовать в качестве поворотного устройства для навивки трубы. Во-вторых, контейнер может служить средством подъема трубы. И в-третьих, контейнер может служить в качестве газо-защитного устройства для атмосферы, окружающей непрерывную трубу.
Когда контейнеры, каждый из которых содержит непрерывную трубу, уложены друг на друга, вес верхних контейнеров может восприниматься стенками нижних контейнеров, благодаря чему предотвращено воздействие сил сжатия, вызванных весом верхних слоев трубы, на нижние слои трубы, а возникающие при этом результирующие напряжения снижают допустимые величины давления газа.
В соответствии с еще одним вариантом изобретения предложен способ транспортировки газа к газораспределительному устройству, включающий обеспечение подачи газа на пункте подачи газа, удаленном от газораспределительного устройства, ввод газа в непрерывную трубу, изогнутую с образованием слоев, каждый из которых содержит петли трубы, транспортировку непрерывной трубы вместе с заключенным в ней газом к газораспределительному устройству предпочтительно судном и разгрузку газа в указанном устройстве. Предпочтительно, чтобы при разгрузке газа в газораспределительном устройстве система хранения газа, включающая непрерывную трубу, поддерживалась в холодном состоянии, чтобы при последующем заполнении газом в пункте подачи газа эта труба была изначально холодной.
Доставленный к месту назначения газ может быть охлажден при разгрузке путем адиабатного снижения его давления, а также путем обеспечения циркуляции в теплообменнике текучей среды, способной к хранению, в противоток с газом и затем прокачивания этой текучей среды в системе хранения газа, включающей непрерывную трубу.
Газ в холодном состоянии может поддерживаться путем его пропускания через теплообменник в противоток, например, с забортной водой, с последующим хранением охлажденной забортной воды на судне. Эта охлажденная забортная вода затем может использоваться для охлаждения газа, подаваемого в систему хранения газа, включающую непрерывную трубу, на пункте подачи газа.
Предлагаемая система хранения газа, в которой используется непрерывная труба, навитая в основном для заполнения замкнутого объема, обладает рядом преимуществ. Во-первых, возможно применение трубы диаметром менее 304,8 мм (12 дюймов), что увеличивает прочность на разрыв и уменьшает вероятность и масштаб повреждения. Во-вторых, технология непрерывного изготовления отрезков труб, особенно в нефтяной промышленности, хорошо известна, что упрощает производство непрерывной трубы. В-третьих, отсутствует потребность в применении усложняющих конструктивных элементов, таких как большие купола, обычно привариваемые к торцам цилиндров. В-четвертых, когда вместо большого количества цилиндров применяют непрерывную трубу, требуется меньшее количество регулирующих и предохранительных клапанов и связанного с ними оборудования, что приводит к снижению затрат. В-пятых, по сравнению с цилиндрами, имеющими большой диаметр, применение непрерывных отрезков трубы относительно малого диаметра также способствует более эффективному поддержанию стали трубы в холодном состоянии после выпуска из трубы газа. Указанное поддержание стали трубы в холодном состоянии облегчает повторное заполнение газом системы хранения, включающей непрерывную трубу, на пункте подачи газа.
Эти и другие аспекты изобретения описаны ниже в подробном описании и заявлены в приложенной формуле изобретения.
КРАТКОЕ
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже дано описание
предпочтительных
вариантов выполнения изобретения, не ограничивающих объем изобретения, со ссылкой на чертежи, которые представлены лишь для
иллюстрации,
причем одни и те же детали обозначены одними
и теми же номерами
позиций, и на которых
фиг. 1 изображает пример выполнения предложенной системы хранения газа, включающей
свернутую
непрерывную трубу и предназначенной для транспортировки
газа судном,
фиг. 2A изображает вид в аксонометрии непрерывной трубы, свернутой в соответствии с первым вариантом
выполнения
изобретения,
фиг. 2B изображает вид в аксонометрии
системы хранения газа,
включающей непрерывную трубу, в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения,
фиг.
3 изображает
вид в аксонометрии с частичным разрезом непрерывной трубы,
навитой в контейнере в
соответствии с вариантом выполнения изобретения, изображающий как кубическую, так и гексагональную
укладку,
фиг. 4 изображает вид сверху непрерывной трубы, смотанной с
изгибами минимального
радиуса для заполнения контейнера прямоугольной формы,
фиг. 5 изображает вид в
аксонометрии непрерывной
трубы, свернутой U-образными петлями, прилегающими друг к другу
с образованием одного
слоя,
фиг. 6 изображает вид сверху с частичным разрезом судна, оборудованного
контейнерами бобинного
типа, которые содержат непрерывную трубу, оси которых расположены
вертикально и которые
установлены в кубическом порядке между поперечными переборками,
фиг. 7
изображает вид сверху с
частичным разрезом судна, оборудованного контейнерами бобинного типа,
которые содержат
непрерывную трубу, оси которых расположены вертикально и которые установлены в
гексагональном порядке между
полугексагональными переборками,
фиг. 8 изображает вид сверху с
частичным разрезом
судна с контейнерами, установленными в гексагональном порядке в три ряда
между полугексагональными
переборками,
фиг. 9 изображает поперечное сечение пяти контейнеров
бобинного типа, уложенных
друг на друга, с непрерывной трубой, навитой вокруг бобины (на
чертеже показаны не все трубы),
фиг. 10 изображает вид сверху основания контейнера в соответствии с
одним вариантом выполнения
изобретения,
фиг. 10A изображает разрез контейнера,
применяемого в соответствии с
настоящим изобретением,
фиг. 11A изображает радиальное сечение основания
контейнера, показанного на
фиг. 10,
фиг. 11В изображает разрез основания
контейнера, перпендикулярный
плоскости сечения на фиг. 11A,
фиг. 11C изображает радиальный вид основания
контейнера, показанного на фиг.
10,
фиг. 12 изображает вид сбоку боковой
стенки контейнера, показанного
на фиг. 10, и
фиг. 13 изображает схему системы поддержания в холодном
состоянии газа, выгружаемого, например,
с судна.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Под петлей трубы в настоящем тексте понимается отрезок
трубы, своим концом возвращающийся к
своему началу, так что текучая среда,
проходящая по трубе, делает поворот
более чем на 90o. Под слоем трубы понимается некоторое количество труб,
расположенных на некотором расстоянии в
поперечном направлении друг от друга и
составляющих слой, толщина которого
приблизительно равна диаметру одной трубы. На практике слой может быть расположен
горизонтально, вертикально или под
некоторым углом между этими положениями.
Очевидно, что материал, используемый для изготовления непрерывной трубы, применяемой при осуществлении на практике предлагаемого изобретения, должен быть пластичным и не хрупким при рабочих температурах и давлениях текучей среды во время ее транспортировки, а также непроницаемым для газа, хранящегося в непрерывной трубе. Очевидно также, что, хотя идеальными являются отрезки трубы большой длины, для облегчения изготовления может возникнуть необходимость в создании промежуточных соединений между длинными участками трубы. Непрерывная труба может быть изготовлена из любой обычной стали, например из стали Х70, но сталь для увеличения ее прочности может быть подвергнута закалке и отпуску после завершения сварочных работ. Кроме того, непрерывная труба может быть обмотана стальной проволокой, обладающей высокой прочностью на растяжение.
На фиг. 3 показан пример выполнения устройства 11 для хранения газа. На фиг. 1 показано несколько устройств 11 для хранения газа.
Предлагаемое устройство 11 выполнено путем размещения или сворачивания в спираль непрерывной трубы 10 в контейнере 12 в несколько слоев, каждый из которых образован несколькими петлями трубы. Любые отверстия в трубе 10, через которые газ может поступать в трубу или выходить из нее, например на концах 17, 19 трубы, снабжены клапанами, например клапанами 21, как показано на фиг. 1. Клапаны обеспечивают возможность герметизации трубы 10 для хранения и транспортировки газа. Каждый отрезок трубы 10 должен быть также снабжен предохранительным клапаном (не показан) для возможности выпуска газа при превышении его давления сверх заданного.
Контейнер 12 имеет основание 14, наружную защитную боковую стенку 16, внутреннюю защитную боковую стенку 18 и верхнюю часть 20. Стенка 18 в случае, если контейнер выполнен в форме бобины, образует центральный стержень. Контейнер 12 может также выполнять функцию поворотного устройства, а именно он может служить опорой, на которую труба 10 может быть навита, а затем поднята, что облегчает работы при погрузке трубы, например, на судно. Кроме того, в контейнере 12 нагрузка от трубы 10 распределяется на наружные стенки находящихся внизу контейнеров 12, как, например, в штабеле контейнеров 12, показанном на фиг. 9, где вес трубы 10 воспринимается боковыми стенками 16 и 18.
Концы 17, 19 трубы 10 предпочтительно проходят через газонепроницаемое отверстие в стенке 18 контейнера 12. Как показано на фиг. 1, для заполнения трубы 10 газом на пункте подачи газа и выгрузки газа из нее в газораспределительном устройстве к концам 17 труб 10 могут быть присоединены вертикальные трубы 23A для присоединения этих концов к трубопроводам 25A, 25B, 25C соответственно высокого давления, среднего давления и низкого давления. Трубопроводы 25A, 25B, и 25C расположены предпочтительно на палубе 63 судна, а контейнеры 12 помещены в трюм. Для регулирования потока газа из трубопроводов 25A - 25C в трубы 10 и из них могут использоваться клапаны 27, установленные на трубах 23A. К концам 19 могут быть присоединены вертикальные трубы 23B для подсоединения этих концов к линиям 29A и 29B текучей среды соответственно высокого и низкого давления. Для регулирования потока текучей среды в трубы 10 и из них на линиях 23B могут быть установлены клапаны 31. С другой стороны, концы 17, 19 могут проходить не через внутреннюю стенку 18 контейнера 12, а через его наружную стенку 16.
Основание 14, стенки 16 и 18 и часть 20 контейнера 12 предпочтительно загерметизированы для предотвращения проникновения воздуха. Такая герметизация обеспечивает выполнение контейнером 12 функции защиты текучих сред, находящихся в трубе 10 или в контейнере 12 или обеих текучих сред. Контейнер 12 может быть также заполнен поддерживающей основой из какого-либо материала, такого как сухой инертный порошок, цемент, жидкость, например вода, или обычный буровой раствор, используемый при бурении скважин. Поддерживающая основа может иметь удельный вес больше 1 для содействия в восприятии нагрузки от трубы 10. Заполнение контейнера 12 какой-либо поддерживающей основой может иметь особенное преимущество в тех случаях, когда удельный вес трубы и хранящегося газа в совокупности примерно равен удельному весу этой основы. В этом случае друг на друга может быть уложено большее количество слоев трубы 10 без увеличения риска избыточных напряжений на ее внутренние стенки.
С другой стороны, в случаях, когда нет необходимости в опоре для трубы 10, контейнер 12 может быть заполнен сухим инертным газом, таким как азот, воздух или выхлопные газы. Предпочтительно для циркуляции атмосферы внутри контейнера 12 посредством системы труб (не показана), входящей и выходящей из контейнера 12 через герметизированные отверстия (не показаны), может быть установлен вентилятор или другое подобное устройство (не показано). Предпочтительно также, чтобы атмосфера в контейнере 12 периодически проверялась на наличие протечки газа.
Например, в контейнерах 12 могут быть установлены акустические датчики, которые могут распознавать как шум, возникающий при протечке газа, так и звук, издаваемый кристаллическим металлом трубы 10 в случае возникновения в стали трубы какого-либо дефекта и его постепенного развития. Кроме того, возможен анализ атмосферы в контейнере за пределами трубы 10 на наличие протечек газа обычным газоанализатором.
Предполагается, что протечки в трубе 10 начинаются с незначительных величин. При обнаружении протечек поврежденный виток трубы 10 должен быть быстро опорожнен, и течь должна быть ликвидирована. При быстром росте протечки до значительной величины давление в контейнере 12 повышается. Стенки контейнера 12, например верхняя стенка центрального стержня, должны быть снабжены обычными разрывными дисками или складными панелями 33, которые должны открываться прежде, чем давление внутри контейнера 12 достигнет такой величины, при которой другие части стенок контейнера 12 могут быть повреждены. Поток газа при подобной быстрой утечке затем выводится по вентиляционным каналам 35 и уходит в атмосферу через вытяжную трубу установленной высоты. Предполагается, что подобная двойная защита газа, находящегося под давлением, будет также по достоинству оценена контролирующими организациями как исключительно надежная в том смысле, что с разрешения контролирующих органов возможно применение нижних с точки зрения разрыва трубы предельных величин коэффициента безопасности трубы.
Как показано на фиг. 2A, непрерывная труба может быть свернута на основании 14 контейнера 12 чередующимися слоями, навитыми попеременно снаружи внутрь и изнутри наружу. Слой 11A на фиг. 2A свернут изнутри наружу, а слой 11B - снаружи внутрь над слоем 11A. Таким образом, труба 10 может быть размещена в контейнере 12 путем ее навивки вокруг центрального стержня, образованного стенкой 18, предпочтительно начиная изнутри и заканчивая снаружи. На стержень может быть навито много слоев трубы 10, так как ее нижние слои способны поддерживать верхние слои трубы без риска существенного увеличения напряжений в трубе 10 дополнительно к тем напряжениям, которые возникают из-за внутреннего давления сжатого газа. Максимальное количество слоев трубы, которое может удерживаться на любом данном слое трубы, можно легко определить из расчета напряжений в трубе. Например, в контейнере шириной 12, 192 м (40 футов) и высотой около 3,05 м (10 футов) может быть навита труба с наружным диаметром 152,4 мм (6 дюймов), следовательно в этом случае может быть примерно 20 слоев и примерно 30 петель (каждая петля в этом случае состоит из петли трубы, составляющей 360o), и в этом случае длина непрерывной трубы составит порядка 14,5 км (9 миль). Для трубы диаметром 152,4 мм (6 дюймов) диаметр центрального стержня может составлять порядка 3,05 м (10 футов). Предпочтительно наружный диаметр трубы составляет от 25,4 мм (1 дюйма) до 254 мм (10 дюймов). Размер внутреннего стержня контейнера 12 зависит от величины минимального изгиба трубы, который, в свою очередь, зависит от температуры, при которой сгибают непрерывную трубу, и материала, из которого она изготовлена. Например, при холодной гибке непрерывной трубы, изготовленной из сварной толстолистовой стали Х70, минимальный радиус изгиба трубы должен составлять примерно 10D (диаметров трубы). При горячей гибке этот радиус может уменьшиться до 3D.
При навивке непрерывной трубы способом, показанным на фиг. 2A, получается частично кубическая, частично гексагональная укладка, как это показано на фиг. 3, на которой изображено сечение слоев непрерывной трубы. При кубической укладке каждый участок трубы примыкает к четырем другим участкам труб, одному сверху, одному снизу и по одному с каждой стороны. При кубической укладке труба 10 заполняет около 78,5% пространства контейнера 12. При гексагональной укладке каждый участок трубы соприкасается с шестью участками примыкающих труб. В результате заполненными трубой оказываются 90,7% пространства контейнера 12. Гексагональная укладка как с точки зрения заполняемости пространства, так и с точки зрения снижения влияния поперечных сжимающих сил на периферическое напряжение в нижних частях трубы 10 имеет преимущество перед кубической укладкой. В бухте свернутой трубы, показанной на фиг. 1 и 3, идеальная кубическая укладка и идеальная гексагональная укладка осуществляются вдоль линий, расположенных под 90o друг к другу. Предполагается, что при медленном вращении осей идеальной гексагональной укладки вокруг бухты свернутой трубы можно получить среднюю плотность укладки около 84,6%.
Как видно в варианте выполнения, показанном на фиг. 2A, если при эксплуатации ось бухты свернутой трубы ориентирована вертикально, можно быть уверенным, что текучая среда в трубе 10 стекает к одному ее концу, например к концу 13, показанному на чертеже. Основание 14 контейнера 12 не обязательно должно быть плоским, а может в центре иметь углубление или возвышение, например, пирамидальной или конической формы для облегчения стока текучей среды из непрерывной трубы. При наличии возвышения в средней части основания 14 контейнера 12 конец трубы 10, снабженный клапаном, должен быть расположен за пределами контейнера 12.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 2B, труба 10 навита на стержень 22. Навивку осуществляют аксиально от одной торцевой пластины 24 к другой торцевой пластине 26. Это катушечный вариант навивки. Стержень 22 вместе с пластинами 24 и 26 образует опору для трубы 10. Приемы навивки, описанные со ссылкой на фиг. 2A, применимы и для варианта выполнения, показанного на фиг. 2B.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 4, прямые участки 32 чередуются с изгибами 34, образуя в этом случае квадрат, но возможно также образование прямоугольника, шестиугольника или любого другого многоугольника. Приемы навивки, описанные со ссылкой на фиг. 2A, применимы и для этого варианта выполнения. Такой вариант выполнения может быть использован для заполнения всего трюма судна. Однако конфигурация с прямыми участками и изгибами сложнее для выполнения навивки, так что предпочтительным является достижение существенного улучшения укладки бухт свернутой трубы в трюме судна.
Идеальная гексагональная укладка может быть достигнута, если трубу укладывают, например, в прямоугольном контейнере, таком, как трюм судна, как показано на фиг. 5. Каждый слой трубы 42 образован петлями 44 U-образной формы, а прямые участки 46 чередуются с изгибами 48. В местах изгибов трубу утончают обычной прокаткой и затем сгибают на 180o. Последующие слои могут быть образованы, как это показано на чертеже, укладкой конца 49 непрерывной трубы на трубы нижнего слоя так, как это должно быть при гексагональной структуре укладки. На конце 47 выполнен фланец для присоединения клапана (не показан). Несмотря на преимущества данного варианта, связанные с гексагональной укладкой, в изгибах непрерывной трубы поток будет ограничен, что делает этот вариант предпочтительным при необходимости в заполнении непрерывной трубы газом и разгрузки газа из нее с относительно небольшой скоростью потока.
Непрерывную трубу, свернутую в контейнере в бухту, как, например, показано на фиг. 2A, где бухта имеет вертикальную ось, можно транспортировать в трюме 60 судна 62, как показано на фиг. 6, 7 и 8. Трюм судна, например, может иметь в ширину около 30, 48 м (100 футов) и в длину 213,36 м (700 футов) и предпочтительно может быть загерметизирован с имеющейся в нем регулируемой атмосферой аналогично герметизации контейнеров 12. Контейнеры 12 могут быть установлены рядом друг с другом в кубическом порядке, как показано на фиг. 6. При таком размещении двадцати восьми контейнеров 12 диаметром 15,24 м (50 футов) пространство трюма используется примерно на 75,4%. На фиг. 7 и 8 показано, что контейнеры 12 могут быть также установлены в два или три ряда в гексагональном порядке. Трюмы 60 на фиг. 7 и 8 разделены гексагональными переборками соответственно 64 и 66. Как показано на фиг. 7, при установке двадцати шести контейнеров диаметром 16,34 м (53,6 фута) пространство трюма используется примерно на 81,25%, а, как показано на фиг. 8, при установке пятидесяти семи контейнеров диаметром 11,16 м (36,603 фута) - примерно на 79,81%. Предпочтительно контейнеры 12 следует устанавливать в трюме судна так, как это показано на фиг. 9, например, штабелем из пяти контейнеров 12 каждый высотой около 3,35 м (11 футов) и общей высотой 16,76 м (55 футов). Общая высота штабеля из контейнеров 12 ограничена по соображениям остойчивости судна. С другой стороны, контейнеры 12 могут быть расположены так, что их оси ориентированы горизонтально. В еще одном варианте трюм судна может иметь форму цилиндра, в котором может быть расположена одна бухта свернутой трубы или несколько бухт, горизонтальная ось (оси) которой (которых) параллельна (параллельны) продольной оси судна. И, хотя выгодным может оказаться размещение одной бухты свернутой трубы, проходящей по всей длине судна, ее установка на некоторых судостроительных заводах может вызвать сложности. На некоторых судостроительных заводах может быть проще установить несколько соединенных последовательно бухт меньшего размера, каждая из которых имеет несколько слоев трубы и оси которых расположены горизонтально, и при этом не повредить трубу 10.
Контейнеры 12 предпочтительно укладывают так, что в штабеле находится, например, примерно пять контейнеров 12, как показано на фиг. 9, установленных друг на друга, при этом верхние контейнеры опираются на стенки 16, 18 нижних контейнеров 12. Контейнеры 12 могут иметь любую конструкцию, но в любом случае они должны быть выполнены с возможностью вмещения трубы 10 и ее поддержки. Как показ ано на фиг. 10-12, контейнер 12 может быть выполнен из 24 вертикальных стоек 52, расположенных изнутри, и 24 вертикальных стоек 53, расположенных снаружи, причем стойки 53 установлены с межцентровым расстоянием 914,4 мм (36 дюймов), а сверху их закрывает кольцевой стержень 54 коробчатого сечения. Основание или пол 14 контейнера 12 опирается на 24 балки 56 двутаврового сечения, покрытые пластинами 58. Каждая балка 56 соединяет соответствующие одну внутреннюю стойку 52 и одну наружную стойку 53. Наружные стойки 53, например, могут быть образованы стенкой 12 х 4 и полками 8 х 6, при этом внутренние стойки 52 имеют несколько меньшие полки. Балки 56 пола могут иметь стенку 12 х 3 и полки 8 х 7. Стенки 16, 18 и пол 14 покрыты плоскими пластинами 58, 59 и уплотнены так, что они не пропускают текучую среду, содержащуюся в контейнере. Выполненные таким образом контейнеры 12 предпочтительно снабжены крышкой 20, как показано на фиг. 3, и в рабочем состоянии загерметизированы. За исключением верхнего контейнера, крышкой следующего находящегося ниже контейнера 12 может быть основание контейнера 12, расположенного над ним.
Трубы 10 при их транспортировке в большом количестве могут быть так соединены последовательно, что все трубы 10, помещенные в одном трюме судна, могут, например, заполняться газом одновременно, а для их проверки и очистки через них может быть за один заход пропущен скребок. Трубы 10 в трюме судна могут быть окружены регулируемой атмосферой и снабжены изолированными стенками.
По завершении транспортировки труба 10 в трюме судна может быть присоединена к береговому или вынесенному в море плавучему терминалу через трубопроводы 25A, 25B и 25C (фиг. 1), что также описано в одновременно рассматриваемой заявке N 08/550080, которая подана 30 октября 1995 года и которая включена в данную заявку посредством ссылки.
Газ, подаваемый в трубы 10, перед подачей может быть охлажден. Для транспортировки газа в холодном состоянии предпочтительно, чтобы контейнеры 12 имели изоляцию 41, покрывающую все наружные стенки контейнеров 12.
При транспортировке газа, например природного газа, от пункта подачи газа, например, от берегового терминала или вынесенного в море плавучего терминала к расположенному на некотором удалении газораспределительному устройству, например, к другому береговому или вынесенному в море плавучему терминалу, необходимо сначала подать газ на пункт подачи газа. Газ к береговому или к вынесенному в море пункту подачи газа может, например, подаваться по трубопроводу. Затем газ в сжатом состоянии подают в трубы 10, размещенные, например на судне 62, как показано на фиг. 6, 7 или 8, по трубопроводам 25A, 25B и 25C (фиг. 1) под давлением, например, 20684 кПа (3000 фунтов/кв.дюйм). Для более эффективного сжатия давление может подниматься поступенчато, например, от 5516 кПа (800 фунтов/кв.дюйм) до 10342 кПа (1500 фунтов/кв.дюйм), а затем от 10342 кПа (1500 фунтов/кв.дюйм) до 20684 кПа (3000 фунтов/кв.дюйм). Затем трубы 10 транспортируют, например, судном 62 к расположенному на некотором удалении газораспределительному устройству, в котором газ выгружают через трубопроводы 25A, 25B и 25C.
Газ в газораспределительном устройстве предпочтительно разгружают так, что при этом труба 10 охлаждается. Это может быть достигнуто, например, при обеспечении возможности расширения газа при выходе из трубы 10 в последовательном порядке, при котором первую трубу 10 опорожняют вначале через трубопровод 25A, затем через трубопровод 25B, а после этого - через трубопровод 25C. При разгрузке первой трубы 10 через трубопровод 25B, через трубопровод 25A может разгружаться другая труба 10, и так далее, пока на будут разгружены все трубы 10. Расширение газа в трубах 10 приводит к их охлаждению, например до 0o F (-17,78oC), но не ниже температуры, при которой труба становится хрупкой. Охлажденную трубу после этого могут транспортировать обратно к пункту подачи газа, находящемуся на удалении, для следующего заполнения газом. Поскольку трубы уже находятся в охлажденном состоянии, то при их заполнении на пункте подачи газа до установленного давления они могут вместить большее количество газа в весовом отношении. Для максимальной эффективности подобного способа трубы 10, контейнеры 12 и трюм 60 судна могут быть покрыты изоляцией 41. Охлаждение трубы 10 может быть усилено благодаря падению давления в теплообменнике, расположенном на палубе судна, по сравнению либо с инертным газом, который может циркулировать в контейнерах 12 вне труб 10, либо с газом среднего давления, который может быть расширен и пропущен через трубы 10, уже опорожненные от газа. Кроме того, для охлаждения газа перед его вводом в трубы 10 может быть использовано замораживание.
Газ из трубы 10 может быть выпущен путем ввода с одного конца трубы 10 коррозиестойкой безводной несжимаемой текучей среды, которая не смешивается с газом (например, при транспортировке и хранении природного газа может применяться жидкий углеводород, содержащий более семи атомов углерода), и вытеснения газа из другого ее конца. Подобная жидкость может храниться в контейнере 80 для хранения жидкости и насосом 82 подаваться в трубы 10 через линии 29A и 29B подачи текучей среды соответственно высокого и низкого давления. Контейнер 80 через линию 81 может быть присоединен к судовой системе подачи топлива (не показана) для подачи в нее дополнительного топлива, поскольку текучая среда после ее использования содержит растворенный в ней газ, который выделяется из раствора внутри контейнера 80.
Подобным же образом трубы 10 могут быть загружены путем их заполнения с одного конца газом высокого давления, например, из трубопровода 25A, и вытеснения из другого конца несжимаемой жидкости 10 под постоянным давлением. Тогда вытесняемая жидкость под давлением может быть пропущена через энергоотводящее устройство 86, такое как турбина, для выработки электрического тока или замораживания, расположенное на линии 88, регулируемой клапаном 90, соединяющим линии 29A и 29В, а затем использована для заполнения следующей из последовательно соединенных труб 10 путем ввода этой жидкости снизу в эту трубу. По завершении заполнения трубы 10 жидкость через линии 29A и 84 возвращают в контейнер 80. При заполнении трубы 10 ее вначале заполняют несжимаемой жидкостью. Для поддержания приблизительно постоянного давления поступающего газа, избегая таким образом ненужного приращения тепла из-за расширения и повторного сжатия газа при заполнении трубы 10, необходимо регулировать непрерывный вытекающий поток несжимаемой жидкости при помощи клапанов, например клапанов 31, и устройства 86.
При разгрузке газа в газораспределительном устройстве, где сначала газ выгружают, он может быть выгружен на берег через линию 25А (в направлении A). Концы В линий 25A, 25B и 25C могут быть присоединены к другим контейнерам 12 в других трюмах судна. Часть газа высокого давления из линии 25А может быть направлена через клапан 43 и теплообменник 72 в линию 25B среднего давления. При прохождении газа через теплообменник 72 происходит адиабатное снижение его давления, и он охлаждается. Кроме того, часть газа высокого давления из линии 25A через клапан 45, теплообменник 72 и линии 51 и 29A может быть возвращена обратно в трубы 10 без уменьшения давления. Однако, так как давление газа, направляемого из линии 25A в линию 25B, снижается, причем это падение давления может составлять, например, порядка 10342 кПа (1500 фунтов/кв.дюйм), это приводит к охлаждению газа, возвращаемого в трубы 10 через теплообменник 72. Это охлаждение может быть существенным и привести к охлаждению газа до температуры -45,6oC (-50oF) или ниже. По мере падения давления в трубах для выгрузки из них газа могут быть последовательно выбраны линии 25A, 25B и 25C. После охлаждения судно 62 может вернуться к загрузочному устройству пункта подачи газа для следующей загрузки газа, при этом трубы 10 остаются в холодном состоянии.
Предполагается, что путем охлаждения труб 10 холодным газом из теплообменника 72 температура этих труб 10 на обратном пути следования будет составлять порядка -45, 6oC (-50oF). После загрузки труб 10 газом и возвращения к пункту разгрузки температура газа в них возрастет примерно до -17,8oC (0oF). Желательно утилизировать это холодное состояние газа при его разгрузке в газораспределительном устройстве. Для этого, как показано на фиг. 13, при разгрузке газа из труб 10 через линии 25A, 25B или 25C и трубопроводы, соединяющие судно с берегом, при помощи береговых компрессоров 90 газ прокачивают через теплообменник 92 в противоток идущему предпочтительно в противоположном направлении потоку соответствующей транспортируемой текучей среды, например забортной воды. Забортную воду прокачивают через теплообменник 92, например, насосом 94. Во время разгрузки газа забортную воду забирают насосом из моря через патрубок 93 и прокачивают через теплообменник 92 и линию 95 в резервуары-хранилища на борту судна, которыми могут быть, например, изолированные балластные резервуары 96, расположенные в двойном корпусе или двойном днище судна. При этом забортную воду охлаждают, но не до образования льда, и она представляет собой запас холодной текучей среды с большой теплоемкостью. При последующем заполнении труб 10 в загрузочном устройстве холодную забортную воду снова при помощи береговых компрессоров могут откачивать из резервуаров 96 через теплообменник 92 обратно в море, охлаждая таким образом любой газ, проходящий через линии 25A, 25B и 25C в трубы 10. Следуя с грузом газа к газораспределительному устройству, судно может перевозить около 17000 тонн газа, а на обратном пути следования к пункту подачи газа - перевозить в своих балластных резервуарах 10000 - 15000 т охлажденной забортной воды.
Этот вариант изобретения может со значительной выгодой использоваться с бухтами 10 свернутой непрерывной трубы, но он применим также и с другими контейнерами для хранения газа, например, с прямыми цилиндрами, описанными в нашей предшествующей заявке на патент. Контейнер для хранения газа в холодном состоянии в данном контексте означает контейнер, температура которого ниже температуры окружающей среды (например, температуры воздуха в месте, где перемещается транспортное средство, например судно), и при этом предпочтительно значительно ниже этой температуры. Кроме того, при транспортировке больших объемов газа по суше указанная технология в принципе также вполне применима, но в качестве текучей среды, обеспечивающей сохранение холодного состояния, в данном случае может быть использована какая-либо другая текучая среда, например обычная вода.
Суда, используемые для предлагаемой транспортировки газа, должны иметь двойной корпус и отвечать всем требованиям безопасности, установленным для судов, перевозящих опасные грузы.
Предполагается, что при транспортировке природного газа может быть выгружено около 95% газа при снижении давления в трубах 10 приблизительно до 1034,2 кПа (150 фунтов/кв.дюйм). Такое количество газа создает остаток или запас неразгруженного газа, который может быть использован в качестве топлива для судовых двигателей в очередном рейсе на обратном пути к пункту подачи газа.
С использованием предлагаемого устройства для хранения газа можно транспортировать любой безопасный транспортируемый газ, например природный газ, бытовой газ, хлор, водород, кислород, азот, аргон, этан и этилен.
Еще в одном варианте выполнения изобретения предлагаемое устройство для хранения газа может быть помещено на барже, пришвартованной вблизи города вместе с компрессором, и присоединено к основной подающей газовой магистрали для подачи газа в часы пиковой нагрузки. В периоды низкого потребления газа устройство для его хранения может заполняться снова. Это устройство может быть также помещено в наземном здании или в подземном сооружении для выполнения тех же функций, например для хранения природного газа для электростанции или бытового газа для городских нужд. Предлагаемое устройство, имеющее небольшие размеры, может применяться для хранения сжатого природного газа (СПГ) на станциях заправки транспортных средств этим газом.
При ознакомлении с описанием изобретения специалисту в данной области техники очевидно, что возможны его модификации, не выходящие за пределы его сущности, изложенной в прилагаемой формуле изобретения.
Реферат
Предложена группа изобретений, относящихся к области хранения и транспортировки газа. Система хранения газа, выполненная из непрерывной трубы, навитой слоями, каждый из которых имеет петли трубы. Указанная труба может быть помещена в контейнер, который может служить в качестве поворотного устройства для навивки трубы, а также в качестве газозащитного устройства. Когда контейнеры, каждый из которых содержит непрерывную трубу, уложены штабелем друг на друга, вес верхних контейнеров может восприниматься стенками нижних контейнеров, благодаря чему предотвращено воздействие сил сжатия, вызванных весом верхних слоев трубы, на нижние слои трубы. Предложен также способ транспортировки газа к газораспределительному устройству, включающий обеспечение подачи газа на пункте подачи газа, удаленном от указанного устройства, ввод газа в непрерывную трубу, изогнутую с образованием слоев, каждый из которых включает петли трубы, транспортировку указанной непрерывной трубы вместе с газом к газораспределительному устройству предпочтительно судном и разгрузку газа в этом устройстве. Предпочтительно, чтобы при разгрузке газа труба поддерживалась в холодном состоянии, с тем чтобы она при последующем заполнении была изначально холодной. В соответствии с еще одним аспектом изобретения, при заполнении давление газа необходимо поддерживать по возможности постоянным путем, например, регулируемого выпуска несжимаемой жидкости из трубы по мере заполнения ее газом. Энергия несжимаемой жидкости может затем быть утилизирована или рассеяна за пределами трубы. Предложенная группа изобретений решает задачу расширения арсенала технических средств. 6 с. и 14 з.п.ф-лы, 13 ил.
