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独立的皱褶液化天然气储罐
    相关申请的交叉参考

    【0001】本申请要求2007年4月26日提交的美国临时申请60/926,377的权益。

    背景技术

    【0002】本部分旨在介绍可能与本发明的示例性实施例关联的本领域的多个方面。这里的探讨相信可以帮助提供一个框架以便于更好地理解本发明特定的方面。因此，应该理解本部分应以此角度阅读，并且不必要作为现有技术的说明。

    【0003】在环境压力下大量液态天然气(LNG)的存储产生了许多技术问题。特别关注的是在环境温度下由填充LNG的储罐和空储罐之间的大温差(约180摄氏度)施加的热负载和偏离。为了减轻结构故障或泄漏的风险，要求高质量的制作，由此导致高成本。对于船舶应用，例如航运或离岸设施中的LNG储罐，由于动态负载和由波浪产生的船只偏离会引起其他问题。

    【0004】已开发了试图解决这些问题以及关于LNG容纳的其他问题的各种设计。用于船运应用的最为流行的设计是隔板LNG储罐和球形摩斯储罐(Moss tank)。隔板船只应用船体结构内侧上的多个隔离的密封层来保护船体结构不受货物寒冷温度的影响。摩斯储罐使用一些大型球体，该大型球体在其赤道处由边缘支撑，该边缘将货物的寒冷温度与钢制船体隔离。

    【0005】然而，隔板船只和摩斯船只的建造是劳动密集型的。隔板船只可能比建造摩斯船只便宜但由于内部负载的晃动货物更易于被损坏。摩斯船只的储罐在主甲板上延伸并且留下很小的甲板面积供设备安装于其上。摩斯设计提供的甲板空间的欠缺特别关注要求在甲板上安装多个大块设备的离岸设施。

    【0006】所有这些容纳系统应用一般船坞通常不能操控的材料。所有设计均要求复杂的制造方法和在设施中的大量投资以促成这些船的建造。由于这种巨大的初始投资，目前仅有少数船坞能够建造LNG船。

    【0007】用于船舶应用的另一种货物容纳系统是至少在美国专利5,531,178和5,375,547中公开的自支撑的棱柱形B型(SPB)储罐。SPB储罐是自立式并且置于船只的船体的内部底面上的棱柱形铝材、含9％Ni的钢或不锈钢储罐。隔壁、储罐顶部和储罐底部以传统的硬化物的格床和纵桁制造。所述储罐由钢制和木制楔形物的阵列支撑并且提供有外部隔离物以保护船体不受货物的寒冷温度的影响。

    【0008】然而，这种系统的建造比隔板船或摩斯船明显昂贵得多。这种系统是昂贵的，因为需要应对寒冷温度、铝、含9％Ni的钢或不锈钢的材料不能由磁体操控并且因此不能由船坞在其一般的建造中使用更多的自动机械制造。这导致昂贵且易于出现质量问题的非常劳动密集的手工制造工艺。

    【0009】同样参考美国专利3,721,362，“Double Wall CorrugatedLNG Tank”(双壁褶皱LNG储罐)。这种设计应用具有包括由纵桁地格床支撑的两个皱褶板的夹层的隔壁和甲板的独立的棱柱形储罐。“双壁”设计的皱褶是纵向的并且双板的接合要求大量的焊接并且导致非常难以检查的无用空间。

    【0010】因此，存在对改进的液态密封储罐的需要，所述液态密封储罐能够抵挡晃动负载、扩张/收缩负载和外部负载，并且相对易于制造。

    【发明内容】

    【0011】在一个实施例中，公开了一种存储容器。所述存储容器包括固定地附连到至少一个顶部板条的支撑框架、至少一个底部组件以及具有皱褶的多个皱褶侧板条，其中所述支撑框架从外部置于存储容器周围，其中至少一个顶部板条、至少一个底部组件和多个侧板条的内表面是所述存储容器的内表面，且所述至少一个顶部板条、至少一个底部组件和多个侧板条的外表面是所述存储容器的外表面；其中所述支撑框架构造为可操作地接合船舶的至少部分船体；并且其中所述存储容器是封闭的、液态密封的自支撑的存储容器。在特定的可替换的实施例中，所述多个皱褶侧板条的皱褶具有基本竖直的方向，所述支撑框架构造为将弯曲应力从多个皱褶侧板条中的至少一个侧板条传递到所述至少一个顶部板条中的至少一个顶部板条，所述支撑框架包括多个箱形梁，所述存储容器具有基本为棱柱形的几何构形和/或所述存储容器构造为存储液态天然气。

    【0012】在另一个实施例中，公开了一种制造存储容器的方法。所述方法包括利用自动工艺生产多个皱褶板条；生产底部组件；生产支撑框架；以及将所述底部组件和所述多个皱褶金属板条固定地附连到所述支撑框架以形成所述存储容器，其中所述存储容器是封闭的、液态密封的自支撑存储容器，所述支撑框架从外部置于所述存储容器周围，并且所述支撑框架构造为可操作地接合船舶的至少部分船体。

    【0013】在第三实施例中，公开了一种运输液态气体的方法。所述方法包括提供具有至少一个封闭的、液态密封的自支撑存储容器的船舶。所述容器包括固定地附连到至少一个顶部板条、至少一个底部组件以及多个皱褶侧板条的支撑框架，其中所述支撑框架置于存储容器的外周长周围；并且运输液态气体到终点。

    【附图说明】

    【0014】基于阅读以下详细的说明并且基于参考附图，本技术的前述和其他优点可以变得清楚，在附图中：

    【0015】图1A-1C说明了船中的本发明的多个容器的示例性构造；

    【0016】图2说明了包括局部剪切视图的图1A-1C的容器的一个示例性实施例的等容积视图或透视图；

    【0017】图3A-3G是图2中的容器的一个实施例的不同示例性结构元件的示例性说明；

    【0018】图4是本发明的容器的皱褶的横截面的示例性说明；以及

    【0019】图5是制造图2中的容器的一种示例性方法的流程图的说明。

    【具体实施方式】

    【0020】在以下的具体描述部分中，结合优选实施例说明本发明的具体实施例。然而，在以下说明具体到本发明的特定实施例或特定使用的程度上，旨在仅作为示例性目的并且简单地提供示例性实施例的说明。因此，本发明不限于以下所述的具体实施例，而是包括落入所附权利要求的真正思想和范围内的全部可替换的修改和等价物。

    【0021】本发明的一些实施例涉及至少部分地由皱褶隔壁形成并且构造为以非常低的温度存储或运输液态气体的封闭的、液态密封的自立式(self-standing)存储容器。所述容器可以被经济地制造，关于内部晃动负载是坚固的，并且当将所述容器集成到船舶中时，将导致船只上的平齐或平坦甲板。在一些实施例中，所述存储容器包括置于包括至少一个箱形梁的容器的外周长周围的独立的支撑框架。所述皱褶隔壁可以固定地附连到所述框架从而使所述框架在存储容器的顶部、底部和侧面之间传递弯曲应力并且皱褶隔壁对存储容器提供结构完整性以消除对可能包括内部托架、网状物或其他硬化物的内部支撑框架的需要。此外，所述顶部还可以被捏皱。

    【0022】本发明的一些实施例包括用于船舶应用的自立式的自支撑储罐或“独立的”棱柱形液态密封储罐。更具体地，所述储罐可以被用于横跨例如海洋或大洋的大型水体运输液态天然气(LNG)。所述储罐可以承载大约零下163摄氏度(℃)并且接近环境压力的LNG。其他液态气体例如丙烷、乙烷或丁烷可以使用本发明的容器运输。温度可以低于约50℃、低于约100℃或低于约150℃。在一些实施例中，多个储罐被配置为容纳在船舶的船体内侧同时保持独立于所述船体，从而如果所述储罐偏离，则不会在船舶的船体上引起应力。船舶可以是船只、浮式贮存和再气化装置(FSRU)、重力式平台(GBS)、浮式生产储油装置(FPSO)或类似的船舶。

    【0023】还公开了一种制造工艺或方法。本发明的存储容器的一些实施例可以与船舶分离制造，在制造之后安装在所述船舶中。所述容器的顶部和侧板条可以按压成皱褶并且使用自动焊接工艺焊接，之后附连到所述框架和容器的底部，并且之后装配绝缘板条。

    【0024】现在参考附图，图1A-1C说明了船只100中的本发明的多个容器112的示例性位置。虽然图1A说明了船只100中的四个容器112，但可以使用任意数量的容器并且本发明不限于使用在船只100上或与船只100一起使用。注意所述容器只要大致是棱柱形的，则它们可以具有不同形状，即意味着所述容器具有基本平坦的外表面而不是弯曲或圆形的外表面。图1B说明了船只100中的容器112的示例性的横截面图示，该图示示出了船体110的内侧以及船体110的内部底面与容器112之间的多个支撑楔形物114。图1C说明了船只100的船体110的示例性横截面图示，该船只100具有厚度120、具有厚度124的绝缘材料层118的容器112的一个壁以及在船体110和壁112之间具有厚度122的空隙116。注意所述厚度120、122和124是相对和近似的并且仅以说明性目的示出。

    【0025】所述绝缘材料118可以是主要设计用于将船只100的船体与容器112中的材料热绝缘的任意材料。在一个优选实施例中，绝缘材料层118可以由聚苯乙烯和/或聚亚安酯构造。所述绝缘材料可以形成为围绕除楔形物114的放置位置以外部分的容器或储罐112的片或板条。所述绝缘板条例如可以在皱褶之间“架桥”以减小接触绝缘材料118的容器112的表面积，由此减小所需的绝缘板条118的数量并且减小容器112和周围保持物(船体110的内侧部分)之间的热传递。绝缘板条118可以进一步包括围绕其外部具有金属隔板(未示出)形式的第二挡板。在局部容器112泄漏的灾难情况下，容器112的泄漏的内容物可以包含在金属隔板内并且收集在策略上定位于邻近支撑楔形物114的容器112上的低点的槽(未示出)中。

    【0026】在优选实施例中，船体110的厚度120由船舶的设计考虑确定。优选地，不需要加固船体110以容纳来自容器112的内容物的流体静力学负载，因为容器112被设计为独立于船体110。船体110和容器112之间的空间122优选配置为允许容器112扩张、收缩以及在不撞击船体110的情况下偏离。绝缘板条118的厚度124优选为足以避免将大量热量从容器112传递到船体110，但热量的量不足以使其将所述空隙122减小到其有效配置以下。

    【0027】图2说明了包括局部剪切视图的图1A-1C的容器112的一个示例性实施例的等容积视图或透视图。因此，图2可以通过同时观看图1A-1C而被最好地理解。容器112的纵向和横向隔壁或壁201由皱褶材料构成。所述容器112还可以包括至少一个优选为皱褶的中间隔壁201’。所述顶部板条202也优选为皱褶的。所述框架204包括纵向、横向和竖直构件并且可以进一步包括中间纵向、横向和竖直构件204’。所述容器可选地包括用于每个顶部板条202的甲板纵梁206和用于每个侧隔壁或壁201的水平纵梁或纵桁208。所述容器112进一步包括底部组件210。

    【0028】图3A-3G说明了本发明的图1A-1C和图2中的独立的容器112的不同零件的示例性实施例的正视图。因此，图3A-3G可以通过同时观看图1A-1C和图2而被最好地理解。图3A说明了容器112的顶部202的示例性的实施例，示出了框架204和可选的中间框架构件204’。皱褶的轴线优选为如表示船只的船首或前向部分的箭头302所示的横向。注意在一些船舶中，可能没有明显的“前向部分”，因此顶部202皱褶的方向可能并不重要。

    【0029】图3B说明了容器112的底部组件(或部分)210的示例性实施例，示出了用于支撑容器112的楔形物114，但未示出皱褶。注意楔形物和/或块体还可以被置于储罐112的顶部或侧面201以提供对储罐112的侧面支撑。如国际规则所要求的，楔形物还被提供以避免在由于例如碰撞而淹没船舱的情况下储罐112的浮动。虽然可以使用多种构造，但一种示例性构造可以包括纵桁和硬化物(未示出)的传统的硬化布置。底部构造可以进一步包括围绕楔形物114的外围的一个或多个槽304。在液体从容器112中泄漏的情况下，液体可以被收集在槽304中，所述槽304优选为笔直地定位在储罐112上的低点并且邻近支撑块体114。注意，特定的槽304构造可以在始终处于本发明的思想和范围内的同时基于船舶的几何构形、液态货物的类型和其他设计考虑而显著地变化。

    【0030】图3C说明了本发明图2中的一个侧壁或隔壁201的示例性实施例。侧壁201皱褶的轴线优选垂直定向纵向和横向隔壁201，其中纵向和横向隔壁201对容器112提供结构支撑。壁201的皱褶形式还限制晃动负载的影响并且便于壁201在纵向和横向方向上(类似于手风琴)的收缩和扩张(偏离)，同时限制壁201在竖直方向上的偏离，由此减小容器112中的一些热应力。这种作用对较大的并且特别长的容器112最为有利。液化气体的非常低的温度可以引起容器112的显著的热偏离。

    【0031】平面壁将在全部方向上同等地偏离而不是基本仅在一个方向上偏离，由此增大了容器112的相邻部分上的应力。

    【0032】图3D说明了本发明图2中的框架204的一个部分的示例性实施例。框架204可以包括置于主要构件204之间的中间构件204’。所述框架204优选为由箱形梁构成，所述箱形梁构造为固定地附连到容器112的壁201和顶部202。在一种布置中，每个壁201和每个顶部板条202均通过箱形梁204连接到相邻的壁201、顶部板条202或容器底部210。箱形梁204、204’被构造为附连到壁201、201’、储罐顶部202和储罐底部210并且将弯曲应力传送到相邻的储罐结构(例如储罐的皱褶壁201)。箱形梁可以包括基于容器112的构造、成本和其他考虑的多个横截面形状(例如正方形、矩形、三角形等)。箱形梁204的容积可以填充有液体货物以允许额外的货物容量并且允许容器112内更好的温度分布。存储容器112的一些实施例是自支撑的并且因此独立于船舶的船体结构110。同样，储罐112优选为不因受热或外部负载而扩张和收缩。

    【0033】图3E说明了本发明图2中的一个中间壁201’的示例性实施例。如果容器112包括中间隔壁或壁201’，则这些壁201’优选为包括穿孔或洞306以允许液体的通过，同时提供结构完整性并减小晃动负载。这些壁201’还可以被称为“摇晃”的隔壁201’。类似于隔壁201，中间隔壁201’优选为包括具有垂直定向的轴线的皱褶。

    【0034】图3F说明了本发明图2中的中间甲板纵梁206的示例性实施例。基于容器112的尺寸，可能不存在中间甲板纵梁206，或者可能存在一个、两个、三个或更多个甲板纵梁206。中间甲板纵梁206被构造为利用最小的额外构造和材料以及对晃动负载提供额外阻力而给予容器112额外的结构完整性。甲板纵梁206的内部形状308可以包括基于容器112的尺寸和形状、可用的材料数量、制造工艺和其他工程设计考虑的多种构造。

    【0035】图3G说明了本发明图2中的中间水平纵桁或纵桁208的示例性实施例。对于甲板纵梁206，可以不需要纵桁208，所述纵桁208被构造为提供额外的结构整体性并且减小容器112内的晃动负载。纵桁208的内部形状310可以包括基于容器112的尺寸和形状、可用的材料数量、制造工艺和其他工程设计考虑的多种构造。

    【0036】图4说明了本发明图2、3A、3C和3E中在隔壁201、顶部202和中间隔壁201’中的皱褶400的横截面的示例性实施例。因此，图4可以通过同时查看图2、3A、3C和3E而被最好地理解。皱褶400包括宽度402、具有长度404的网状物和具有长度406的凸缘。在一个示例性实施例中，皱褶的单个板条可以包括焊接408，例如凸缘长度406的中间向下的对接焊缝。注意其他自动工艺也可以用于提供两个皱褶400之间的金属结合。

    【0037】皱褶400的尺寸和形状可以基于容器112的尺寸和形状、可用的材料数量、制造工艺和其他工程设计考虑而显著地变化。随着网状物长度404和凸缘长度406的增大，皱褶400的尺寸也在增大，这应该导致增大的结构支撑和减小的晃动负载。在一些实施例中，皱褶400可以足够大以消除对中间纵桁206或纵梁208的需要。然而，较大的皱褶400可能要求更宽的框架构件204并且增大全部材料和构造的成本。在一个优选实施例中，宽度402大于约1,000毫米(mm)，或者大于约1,200mm，或者大于约1,300mm；所述网状物长度404大于约800mm，大于约850mm，大于约900mm，大于约950mm，或者大于约1,000mm；并且所述凸缘长度406大于约800mm，大于约850mm，大于约900mm，大于约950mm，或者大于约1,000mm。

    【0038】图5说明了制造本发明图2、图3A-3G和图4中的容器112的一种工艺的示例性实施例的示意图。因此，图5可以通过同时查看图2、图3A-3G和图4而被最好地理解。最初，皱褶400可以使用压力机502或其他自动机器而形成，之后皱褶400可以使用自动工艺504结合以形成板条201和202。框架204可以单独地被装配506，之后固定附连508到板条201和202。底部组件210可以被单独地制造510并且之后被固定附连到框架204。例如隔壁201’、框架构件204’、纵桁206和纵梁208的中间元件还可以被适当地附连到框架204。其次，绝缘板条118被安装512并且支撑楔形物114被附连514到船舶和/或容器112，之后容器112被安装516到船舶中。

    【0039】在一些优选实施例中，板条201和202在安装到框架204前被预先制造。单个皱褶400的全长优选由一个单一金属板制造，其具有沿皱褶400的长度延伸的折叠或“铰链连接处”。由于板材的宽度通常被测量在4至5米之间，因此将制造多个皱褶400并且之后使用高度自动工艺焊接在一起，例如对焊。因此，皱褶的隔壁板条201和202将在无硬化物的情况下制造。这种预先制造工艺优选为高度自动的，由此导致比标准的独立储罐设计更低的劳动力成本。例如，优选的工艺应该减小例如角焊等制造其他独立储罐所要求的劳动密集型制造工艺的数量。例如，IHI SPB储罐所要求的角焊可能是本发明中的储罐所要求的角焊的近两倍。

    【0040】在一些优选实施例中，用于容器112的材料是在低温下提供良好材料性质的材料。具体地，容器112可以由含9％镍(Ni)的钢或铝构成。更具体地，容器112可以由不锈钢(SUS304)构成。

    【0041】由于本发明可以允许多种修改和可替换形式，因此上述示例性实施例仅作为示例的方式显示。然而，应该被再次理解的是本发明不意于被限制为本文公开的特定实施例。实际上，本发明包括落入所附权利要求的真实思想和范围内的全部可替换形式、修改和等价物。