CN85105351B

CN85105351B - 液化气储运罐的绝热方法和***

Info

Publication number: CN85105351B
Application number: CN85105351A
Authority: CN
Inventors: 维舒厄; 柴村阳吉; 中村贺昭; 金沢孝雄
Original assignee: Japan Steel Pipe Co ltd
Current assignee: Japan Steel Pipe Co ltd
Priority date: 1985-07-13
Filing date: 1985-07-13
Publication date: 1988-04-13
Also published as: CN85105351A

Abstract

运载沸点低于－４０℃（大气压下）的液化气的薄膜储运罐的绝热***。存储罐周围的密封空时中装有木料层用来支撑储罐同时使储罐与外界的热量隔绝。把上述密封空间中的空气抽走形成真空，借以降低木料层空穴中的压力，上述木料是由实心部分和空穴部分组成，并且该木料层的纤维方向垂直于热传导的方向。

Description

液化气储运罐的绝热方法和***

本发明是关于一种液化气储运罐的绝热方法和***，特别是关于运输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气所用的薄膜型液化气储气罐的绝热方法和***。

液化天然气薄膜储运罐的一般绝热***的构造如下。

在一般储气罐绝热方法中，工字梁是按一定的间距布置在储罐外（下）壳体的内壁上面，在工字梁之间填充以玛

脂填料。在这些工字梁上安装着由多层木料如轻木木料组成的绝热层。在这个绝热层中配置有第二层层压隔板，在液体由于薄膜破裂而发生泄漏的情况下，这一层隔板可以在一定时间内保持储罐的密封性。薄膜是一层金属薄板，安置在绝热层的内表面上。薄膜只用来保持储罐的密封性，而液体的重量将通过绝热层和工字梁传递到内壁上。在薄膜和内壁之间的空间可分成两部分。中间隔板空间（IBS-interbarrier space）是指薄膜和第二层隔板之间的这一部分，而中间基础空间（IGS-intergroundspace）则指第二层隔板和内壳之间的这一部分。将氮气作为惰性气体在略高于大气压（0-20毫巴）的压力下充入这些部份。

美国专利2830444号揭示了一种储运挥发性烃类的装置，在其内外壳体之间形成基本连续气密空间，将空气从该气密空间抽出在其中产生真空，起到绝热作用。

对液化气的储运，从节能的观点出发，为减少运输过程中蒸发的液化气量，已提出了改善绝热性能的要求，按照上述的一般方法，若采用相同的绝热材料或仅依靠真空空间，就只能通过增加绝热层的厚度来满足所提求的要求，可这样一来就必然要增加费用，并减少了储运罐的有效容积。

本发明的目的在于改善运输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气所用薄膜储运罐的绝热性能。

本发明属于液化气薄膜储运罐绝热的方法和***，这种储运罐用来运输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气，从储运罐周围的气密空间中把空气抽出，使气密空间中木料层里的小空穴中的压力降低，其特征是上述木料是由实心部分和空穴部分组成，并且该木料层的纤维方向垂直于热传导的方向，改善其绝热性能，应该看到，上述木料层具有这种绝热和承受储运罐重量的特性。

图1是说明液化气薄膜储运罐绝热方法的简图;

图2是绝热材料的显微组织的示意图;

图3是本发明的示意图;

图4是本发明第一实施例的示意图;

图5是在第一实施例中表明蒸发气体量与绝对压力之间关系的曲线;

图6是本发明的第二实施例的示意图;

图7是在IBS和IGS这两部份空间中，蒸发气体量与绝对压力之间关系的曲线;

图1所示是液化天然气薄膜储运罐所用的一般绝热方法的示意图。

在图1所示的一般绝热方法中，工字梁2配置在外壳体的内壁1上面。图中3表示用玛

脂填充的中间层，而3′表示间隙、绝热层4安装在这些工字梁2上。绝热层4由多层木料，如轻木木料构成。在绝热层4中有由木料组成的第二层隔板6，用来在液体由于薄膜5破裂而发生泄漏情况下在一定时间内保持储罐的密封性，薄膜5是一层金属薄板，铺在绝热层4的内表面上。薄膜5只用来保持储罐的密封性，而液体的重量是通过绝热层4和工字梁2传到内壳1上。薄膜5和内壁之空间可分成两部分。中间隔板空间（IBS）7是指薄膜5与第二层隔板6之间的这一部分。中间基础空间（IGS）8则指第二层隔板6和内壳之间的这部分空间。将氮气作为惰性气体在略高于大气压（0-20毫巴）的压力下充入这两部分空间。图中9是指薄膜的波纹，10是绝热填充料，聚氨酯泡沫。根据上述的一般绝热方法，若采用同样的绝热材料，满足这一要求就只能增加绝热层的厚度。但是，增加绝热层厚度就必然会带来费用的增加，同时也会减少液化天然储罐的有效容积。

本发明的申请人曾经对用作绝热材料的木材的热传导进行了各种研究并且得到了本发明，现说明如下：

在显微镜下观察用作绝热材料的木材时发现，木材是由实心部分11和空穴部分12组成的，如图2所示。在考虑这种木材的热传导时，它的视热导系数可以认为是实心部分11的热传导系数和空穴部分12的热传导系数之和。在这种情况下，视热传导系数可用下列公式（1）表示：

入=S₁/S₁+S₂入₁+S₂/S₁+S₂入₂……（1）

式中入：木材的视热传导系数（Kcal/hm℃），

入₁：实心部分11的热传导系数（Kcal/hm℃），

入₂：空穴部分12的热传导系数（Kcal/hm℃）。

S₁：实心部分11的宽度，

S₂：空穴部分12的宽度。

对上面的公式（1），让我们来研究一下空穴中气体的导热系数入₂：

一般来说，气体的绝热系数是与压力无关的。不过，按照真空绝热的理论，当压力接近于真空，气体的平均自由程增加到空穴直径d（几个到几十个微米）时，热传导系数与压力的关系将是这样的，即在一般的压力范围内（小于几个到几十个毫巴），热传导系数将随压力的降低而成比例地减小。所以，既使绝热材料是木材，公式（1）中31第二项入₂的数值也会减小，如果空穴（即空穴部分12）中的压力能够降低到十分接近真空的话。上述发现已经导致本发明的完成。

使用轻木做为绝热材料并且运用上面的公式。

S₁/S₁+S₂=0.08 S₂/S₁+S₂=0.92

在一般的绝热方法中，假定没有运用真空绝热，氮气是密封在大约大气压力下，入₁＝0.15Kcal/hm℃，入₂＝0.17Kcal/hm℃，氮气是在-50℃下，那么我们可从公式（1）得出入＝0.027Kcal/hm℃。

如果使用本方法，把空穴中的压力降低到大约0.1到几个毫巴（绝对压力），入₂可能减小到0.002，而入₁＝0.15Kcal/hm℃，这样，绝热层的绝热系数就可以减小到0.014Kcal/hm℃并且热输入量将为一般方法的0.014/0.027＝0.5倍。

现在转到木材空穴中的压力是否能够降低到真空的问题上来，一般来说，空穴结构被认为是一种封闭的***，因此不可能降低压力。本发明者已经发现，如果木材是轻木或者类似的材料，同时绝热层的端面在真空下保持几小时或者几天的话，就有可能把绝热层中空穴内的压力降低到绝对压力0.5-3毫巴这样的真空度，真空度大小与绝热层的结构有关，这在下面的例子中将得到说明。

应该看到，只有木材纤维的方向（Ⅰ）垂直于热传导方向（Ⅱ）时，上面所讲的才是属实的，当纤维方向与热导方向平行时，上述数量级的真空度对改善绝热性能作用不大。

在实际的液化气储运罐中是用多层木料作绝热层的，一般来说，总有一些木料的纤维方向是与热传导方向相平行的，所以从总的来说，在真空绝热的情况下的热输入量是不用真空绝热时的60%-70%左右，也就是说绝热性能提高了大约30-40%。

本发明推荐的实施例按图3说明如下。

图3所示是液化气储运罐的结构断面示意图，并且有绝热***中产生真空的管道和压力传感器的流线图（B）。

在图3中，A表示液化气储运罐的断面图，而B表示绝热***的放大图，其结构与图1中的相同;图中C所示是把绝热***中的压力降到真空并保持真空的装置。

本方法所用设备包括一套真空泵装置13来将轻木木料层中的压力降到真空，用于绝热层的抽气管道14和压力传感器15。

一般来说，真空泵装置13最好是由两台泵组成，一台大容量的真空泵13a用来产生真空，而另一台小容量的真空泵13b用来保持真空，不过，只用一台真空泵也足够了。在绝热层的两个端面上都装有抽气管14，也就是说，里面的抽气管14a从薄膜的波纹9中引出而外面的抽气管14b从内壳1和聚氨脂泡沫绝热填料层10之间的间隙3′中引出。按照储罐的结构，也可以使用附加的内外抽气管，压力传感器15由引入绝热层端面的压力计15a，15b以及引入绝热层内部的压力计15C组成，这些压力计用来指示木材空穴中的压力。当把用来产生真空的大容量真空泵13a转换到保持真空用的小容量真空泵13b时，就用压力计15C进行工作。

随后将要说明的实施例已经证明，用本发明的液化气薄膜储运罐来运输沸点低于-40℃（大气压下）的液化气，绝热性能可以比原先的绝热方法改善30-40%。

过去认为要改善绝热性能就非增加绝热层的厚度不行，现在已经不必要的了，人们可以期望在成本降低和储罐装载能力方面得到非常大的效果。实现本方法的费用较低而装载能力将会由于绝热层厚度减小而有所增加，因此带来相当大的实际好处。既使在不要求改善绝热性能的情况下，人们仍然可以期望取得上述的效果，因为绝热层可以比一般***中的薄一些。

本发明的另一个优点是本***还可以用来探测薄膜储运罐上的缺陷。

对现在建造的液化天然气薄膜储运罐来说，如果在薄膜上出现了小裂纹引起了液体的泄漏，没有别的办法，只能用装在IBS（中间隔板空间，即薄膜与第二层隔板之间的空间）中的传感器来检查，对使用本发明方法的储运罐，只要中间隔板空间（IBS）中的压力突然升高就会立刻发现缺陷，因为这里的压力通常保持在0（真空）状态下。所以从保证液化天然气储运安全的观点来看，这种方法是非常有效的。

本发明的效果将用下列的实例予以说明。

实例1：实现本发明方法的设备的示意图见图4。这是一个L＝0.25米正方形的储运罐，里面装有液态氮，该储运罐在其周围用轻木绝热层4砌构成一个储罐21，罐放置在一个称量装置22上面，23是测量温度用的热电偶，24是蒸发气体的出口，绝热层的轻木木料除了拐角处以外，都与热传导方向垂直。绝热层中的压力从大气压降到真空状态并且测量在不同真空度条件下蒸发的气体量。测得的结果见图5。

图5中图表的坐标是绝对压力（毫巴）和蒸发气体量（Kg/H）。图中曲线表明，蒸发气体量从环境压力下的1.1Kg/H减少到1毫巴压力下的0.45Kg/H。蒸发量的减少率为0.45/1.1×100≈41%。

实例2：图6所示是一个装液态氮的容量为70米³的储罐，周围用厚度为0.285米的轻木木料绝热构成一个储运罐，L＝5.1米，h＝4.7米。绝热层4中的压力从大气压降到真空状态，在不同的真空度条件下测量蒸发气体量。所得结果用7中的曲线表示，从图7可以看出，在环境压力下的蒸发气体量为50.1Kg/H，而在1-3毫巴压力下减到43.9Kg/H，即减少了6.2Kg/H。

应该注意到，在图7中的压力曲线是代表IBS和IGS中的压力，其范围是从环境压力到9毫巴，并且在IGS中的压力是在低于9毫巴的压力范围内，在低于9毫巴的压力范围内，IBS中的压力保持在1-3毫巴范围内，蒸发速度的减少率为6.2/50.1×100≈12%。

在实例2中所示是模拟实际储罐的一个储运罐，采用了一种所谓的角板，这与一般的标准绝热层不同，并且不具有真空绝热作用。所以，其绝热效果要低于实例1中的储罐。

在这一实例中，所用角板的比例要比实际储运罐高得多，这使绝热性能改善的效果相对降低了。在实际储运罐中，由于储罐尺寸大，角板的存在实际上可以忽略不计，因此绝热性能要高得多，可以达到用真空绝热方法所达到的效果。

Claims

1、一种薄膜型液化气储运罐的绝热方法，在波纹薄膜和储运罐的外壳体壁之间的空间里装有木料层，上述空间内设有多个工字梁用来支撑该木料层，由此支撑储运罐并起绝热作用，上述空间制成一气密空间，将空气从所述气密空间抽出在其中产生真空，以降低木料空穴中的压力，本发明的特征在于：上述木料是由实心部分和空穴部分组成，并且该木料层的纤维方向垂直于热传导的方向。

2、按权利要求1的方法，其特征是空气是从内壁和木料层之间的中间基础空间抽出，并且空气还从薄膜波纹和木料层之间的中间隔板空间抽出。

3、按权利要求2的方法，其特征是上述中间隔板空间中的压力降低到几个毫巴。

4、按权利要求1的方法，其特征是上述木料层采用轻木（balsa）木料。

5、按权利要求1的方法，其特征是抽出空气所用的设备有一台大容量真空泵用来产生真空，还有一台小容量真空泵用来保持真空。

6、一种薄膜型液化气储运罐的绝热***，在波纹薄膜和储运罐的外壳体壁之间的空间里装有木料层，上述空间内设有多个工字梁用来支撑该木料层，由此支撑储运罐并起绝热作用，上述空间制成一绝热空间，

设有抽真空装置从该气密空间抽出空气，以在木料空穴中产生一真空度压力，

在上述木料层和内壁之间形成一个中间基础空间，

在上述薄膜波纹和上述木料层之间形成一个中间隔板空间，

有吸气管路将中间基础空间和中间隔板空间连接到上述抽真空装置，起到绝热作用。

本发明的特征在于：设置有压力传感器来感测上述空间中的内压力和木料层空穴中的内压力，

木料板纤维的方向安排成垂直于热传导方向，

所述抽真空装置包括一台用来形成真空的大容量真空泵和一台保持真空的小容量真空泵。

7、按权利要求6的绝热***中，其特征是在上述工字梁之间每个空隙装有一泡沫合成树脂件，在合成树脂件和内壁表面之间形成一个空隙，上述抽气管路包括管道，该管道分别将上述薄膜波纹和上述间隙连接到抽真空装置。

8、按权利要求6的绝热***中，其特征是上述压力传感器包括多个压力表，分别显示上述空间中木料层两侧的内压力和木料层空穴的内压力。