本发明涉及用于对处于低温的液化气体进行储存和/或运输的设施的领域。具体而言，本发明涉及包括密封且热隔绝的罐以用于对处于低温的液化气体进行储存和/或运输的设施的领域，所述密封且热隔绝的罐例如为用于运输液态氢的罐，液态氢在大气压下约为-253℃，但液态氢也可以在更高的压力处储存。这些设施可以安装在固定站处或安装在任何陆上车辆或浮动车辆上。
背景技术：
1、已知包括用于对在大气压下的液化天然气进行储存和/或运输的膜式罐的设施。例如，罐包括罐壁，该罐壁沿厚度方向从罐内部向外部依次具有用于与液化天然气接触的初级密封膜、初级热隔绝屏障、次级密封膜、次级热隔绝屏障和对罐的整体形状进行限定的负载支承结构。
2、初级密封膜与次级密封膜在其二者之间限界出初级空间，该初级空间容纳初级隔绝屏障并且通常填充有氮以避免在发生泄漏时发生火灾的风险。
3、氮还供应由次级密封膜与负载支承结构之间的间隔限定出的次级空间。
4、这种罐的密封膜可能存在泄漏，从而导致液化天然气从罐内部流向初级热隔绝屏障和/或次级热隔绝屏障。现在，当低温液化气体进入初级空间时，初级空间和次级空间会非常迅速地冷却。
5、文献wo2015078972a1限定了一种在隔绝气氛低于10kpa且优选低于1kpa的情况下用于分析气体成分的取样方法。
6、文献fr2502289a1指出了对次级空间压力的调节，以便保持高于或等于罐中容纳液化天然气的压力(即约100kpa，甚至95kpa)。罐中容纳的液化天然气处于大气压，这涉及持续供应气体，只要出现冷凝的冷点，该气体就会冷凝。通过监测注入的气体量来检测泄漏。
技术实现思路
1、本发明的某些方面基于以下观察：如果初级空间或次级空间的温度降至氮液化点以下，即大气压下的-196℃，则氮的液化可能造成重大问题，因为液氮可能在重力作用下流动，特别是在次级空间中流动到负载支承结构的内表面。现在，负载支承结构通常不会设计为达到如此低的温度，并且会有不可接受的弱化风险。
2、因此，需要找到一种解决方案，可以防止在用于储存和/或运输低温液化气体、例如氢的设施的初级空间或次级空间中形成冷液体。
3、本发明的一个基本思想是提供一种解决上述问题的设施。
4、本发明的另一个基本思想是在容纳液化气体的密封且热隔绝的罐的次级空间中主要使用二氧化碳(co2)作为惰性气体，特别是当所述罐容纳液态氢时更是如此。
5、本发明的另一个基本思想是提供一种用于使这种密封且热隔绝的罐的次级空间惰化的方法。
6、本发明的另一个基本思想是提供一种用于检测这种密封且热隔绝的罐的泄漏的方法。
7、为此，本发明提出了一种用于对液化气体进行储存和/或运输和/或转移的设施，优选地，所述液化气体是液化氢，所述设施具有密封且热隔绝的容器，所述密封且热隔绝的容器包括：
8、密封的外部壁，
9、次级密封膜，所述次级密封膜定位成与所述外部壁的内侧部间隔开一距离并且在所述外部壁与所述次级密封膜之间限定出次级空间，
10、次级热隔绝屏障和次级气相物，所述次级热隔绝屏障和次级气相物位于所述次级空间中，所述次级空间由所述外部壁限界，所述次级密封膜由所述次级热隔绝屏障支承，
11、初级密封膜，所述初级密封膜定位成与所述次级密封膜的内侧部间隔开一距离，并且在所述次级密封膜与所述初级密封膜之间限定出初级空间，所述初级密封膜用于与所述容器中容纳的所述液化气体接触，优选地，所述初级密封膜用于与所述容器中容纳的液化氢接触，
12、初级热隔绝屏障，所述初级热隔绝屏障设置在所述初级空间中，所述初级密封膜由所述初级热隔绝屏障支承，
13、所述设施具有连接到所述次级空间的惰化装置，以便将所述次级气相物保持为由一种或更多种主要化学物种和可选的一种或更多种残余化学物种组成的气态组合物的形式，
14、所述惰化装置被构造为将所述次级气相物保持在高于10kpa的绝对压力处，其中所述主要化学物种或每种主要化学物种的分压低于所述主要化学物种的三相点，
15、以及其中，所述残余化学物种或每种残余化学物种的分压低于0.14kpa。
16、根据第一目的，本发明提供了用于对液化气体进行储存和/或运输的设施，优选地，所述液化气体是液化氢，密封且热隔绝的容器是密封且热隔绝的罐，所述密封且热隔绝的罐包括：
17、外部壁，外部壁为密封的负载支承结构；
18、次级密封膜，所述次级密封膜定位成与所述负载支承结构的内侧部间隔开一距离并且在所述负载支承结构与所述次级密封膜之间限定出次级空间；
19、次级热隔绝屏障和次级气相物，所述次级热隔绝屏障和次级气相物位于所述次级空间中，所述次级热隔绝屏障锚固至所述负载支承结构，所述次级密封膜由所述次级热隔绝屏障支承；
20、初级密封膜，所述初级密封膜定位成与所述次级密封膜的内侧部间隔开一距离，并且在所述次级密封膜与所述初级密封膜之间限定出初级空间，所述初级密封膜用于与所述罐中容纳的所述液化气体、优先液化氢接触；
21、初级热隔绝屏障，所述初级热隔绝屏障设置在所述初级空间中，所述初级密封膜由所述初级热隔绝屏障支承，
22、所述设施具有连接到所述次级空间的惰化装置，以便将所述次级气相物保持为由一种或更多种主要化学物种和可选的一种或更多种残余化学物种组成的气态组合物的形式，
23、所述惰化装置被构造为将所述次级气相物保持在高于10kpa的绝对压力处，其中所述主要化学物种或每种主要化学物种的分压低于所述主要化学物种的三相点，
24、以及其中，所述残余化学物种或每种残余化学物种的分压低于0.14kpa。
25、凭借这些特征，发明人发现，在次级气相物中使用这种气态组合物使得在发生液态氢泄漏的情况下，能够防止或强烈限制次级空间中形成冷液体。具体而言，响应于次级膜处的温度下降，最初处于气相物的一种或更多种主要化学物种可以凝结成固相，以或多或少多孔的固体形式存在，例如以雪或冰柱的形式存在，而无需经过液态。此外，这种固相倾向于粘附至其形成的位置，例如次级膜，并且不会流入次级空间。因此，到达负载支承结构和/或通过次级空间形成热桥的风险大大降低。
26、次级气相物的总压力可以等于大气压或更高或更低的压力，但不得超过密封膜的机械强度所规定的限度。0.14kpa的阈值是分子氧的三相点，确保了残留的分子氧(如果适当)不会凝结成液相，并且降低了液氧固有的危险，例如腐蚀、氧化、燃烧或爆炸。
27、凭借这些特点，负载支承结构受损的风险大大降低。
28、此外，如果在初级空间发生液态氢泄漏，一种或更多种主要化学物种在与次级膜接触时可能会从气态转变为液态。由于一种或更多种主要化学物种在固态时比气态时密度大得多，因此这种状态变化反映在压力降低上。这种现象可用于检测泄漏。
29、根据实施方式，这种用于对液化氢进行储存和/或运输的设施可以具有以下一个或更多个特征。
30、根据实施方式，惰化装置被构造为将次级气相物保持在严格低于95kpa的绝对压力处。
31、次级气相物的绝对压力的该特定范围使得能够：
32、-将气态组合物保持在气态，同时保留湍流至层流特性，以便不增加由于分子流朝向瞬态流动状态的通道而导致的隔绝空间中气态组合物自由循环的阻力，以及
33、-在次级隔绝空间中相对于大气压设置负相对压力，以便能够通过监测压力上升超过标准来设置有关密封的外部壁的密封的检测系统。该标准可以是不能超过的阈值最大压力。本领域技术人员可以根据希望实施的密封检测水平来限定该标准，例如基于次级隔绝空间中的压力p相对于时间的导数，即δp/δt，其中δp表示在时间增量δt期间次级空间中的压力变化，其持续时间至少为30分钟，并且可以组合直到滑动持续时间达到48小时或更长。优选地，该标准应考虑次级空间中存在的材料(例如增强聚氨酯泡沫)的排气和/或o2浓度的增加，以及与昼夜循环和/或天气相关的外部温度变化对次级隔绝空间的平均温度的影响，从而对次级隔绝空间中的压力p产生影响。
34、根据实施方案，所述气态组合物包括选自下述各项的至少一种主要化学物种：氮、二氧化碳和氩。
35、根据实施方案，所述主要化学物种或每种主要化学物种选自：氮、二氧化碳和氩。
36、氮的三相点为64k时的12.5kpa。二氧化碳的三相点位于217k时的519kpa。氩的三相点位于83.75k时的68.7kpa。
37、初级热隔绝屏障必须确保次级膜的使用温度保持高于一种或更多种主要化学物种在使用压力处的凝结点。特别是，如果主要化学物种是二氧化碳，对于接近大气压力的工作压力，该凝结点接近-80℃。例如，可以设计初级热隔绝屏障，使得次级膜的工作温度通常接近-50℃。
38、根据一个实施方式，所述主要化学物种包括二氧化碳，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少33％，优选地，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少89％，更优选地，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少99.4％。例如，二氧化碳按体积计占所述次级气相物的90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。
39、因此，次级气相物中二氧化碳的体积百分比越高，相应于温度下降，次级气相物中存在的其他气体凝结成液相的风险就越低。
40、根据一个实施方式，主要化学物种包括氩，氩按体积计可以占次级气相物的至少50％，优选按体积计占次级气相物的至少99％。这意味着氩按体积计例如占次级气相物的至少60％、70％、80％、90％或95％。在所有情况下，次级气相物的氩分压低于氩的三相点，即低于68.7kpa。
41、根据一个实施方式，主要化学物种包括二氮，二氮的分压低于二氮的三相点，即12.5kpa。
42、根据一个实施方式，惰化装置包括至少一个气体源，该气体源具有填充有一种所述主要物种的气体储存器或能够生成一种所述主要物种的气体生成器。
43、根据一个实施方式，该气体源是氮源。
44、根据一个实施方式，该气体源是氩源。
45、根据一个实施方式，该气体源是二氧化碳源。
46、根据一个实施方式，二氧化碳源包括能够从大气空气中生成二氧化碳的二氧化碳生成器和碳氢化合物源，或者优选地是加压二氧化碳储存器。
47、根据一个实施方式，惰化装置包括：第一气体源，该第一气体源具有填充有第一所述主要物种的气体储存器或能够生成第一所述主要物种的气体生成器；以及第二气体源，该第二气体源具有填充有第二所述主要物种的气体储存器或能够生成第二所述主要物种的气体生成器。
48、根据一个实施方式，第一气体源是二氧化碳源，第二气体源是氮源。
49、根据一个实施方式，第一气体源是二氧化碳源，第二气体源是氩源。
50、根据一个实施方式，第一气体源是氮源，第二气体源是氩源。
51、根据一个实施方式，初级空间容纳具有低于次级气相物的压力的初级气相物。
52、根据一个实施方式，初级空间容纳具有低于1pa的绝对压力的初级气相物。通过将初级空间置于真空下，可以获得非常好的热隔绝性能。
53、根据一个实施方式，用于对液化氢进行储存和/或运输的设施还具有能够检测次级空间中的压力的压力传感器和警报装置，警报装置能够响应于压力传感器检测到的次级气相物的压力低于压力阈值而产生警报。
54、凭借这些特征，可以检测到可能由液态氢泄漏引起的次级空间中的压降。
55、根据一个实施方式，初级热隔绝屏障具有多个支撑柱，这些支撑柱沿初级热隔绝屏障的厚度方向延伸，以保持次级密封膜与初级密封膜之间的距离。凭借这些特征，可以牢固地支撑初级密封膜，从而在初级空间中产生增强的真空，而不会有破坏初级密封膜的风险。
56、可以以不同的方式生产次级密封膜。根据一个实施方式，次级膜具有多个次级波纹部和位于次级波纹部之间的平坦部分，平坦部分设置在次级热隔绝屏障上。
57、根据一个实施方式，次级膜具有第一系列波纹部以及与第一系列波纹部垂直的第二系列波纹部，第一系列波纹部是平行的。
58、根据一个实施方式，次级波纹部在次级密封膜的内侧部上突出。
59、次级热隔绝屏障可以以不同的方式生产。根据一个实施方式，次级热隔绝屏障具有多个并置的热隔绝面板，隔绝面板支承次级密封膜。
60、根据一个实施方式，隔绝面板是自支撑的，即隔绝面板维持真空。根据一个实施方式，隔绝面板包括由胶合板制成的盒，该盒容纳热隔绝材料，例如聚氨酯(pu)泡沫，可选地用纤维增强。
61、根据一个实施方式，该设施还具有：
62、至少一个供应管线，所述至少一个供应管线连接到所述气体源并且通向所述次级空间，以及
63、通向次级空间的至少一个排放管线。例如，供应管线和/或排放管线穿过负载支承结构以通向次级空间。真空泵可以临时连接到排放管线以进行初始清洗阶段，例如通过柔性连接器临时连接到排放管线，然后断开连接。
64、根据一个实施方式，用于对液化气体、优选液化氢进行储存和/或运输的设施还具有测量装置，该测量装置能够测量：
65、通过至少一个供应管线注入所述次级气相物中的所述主要化学物种或每种主要化学物种的量，
66、通过至少一个排放管线从所述次级空间提取的气体的量，
67、以及能够响应于检测到注入的所述主要化学物种或每种主要化学物种的量与提取的气体的量之间的差超过正量阈值而发出警报。
68、根据实施方式，罐可以具有球形、圆柱形、多面体或棱柱形的整体形状。
69、根据第二目的，本发明提供了一种用于操作上述设施的方法，所述方法包括：
70、注入步骤，在所述注入步骤中，将所述主要化学物种或每种主要化学物种以气相物注入，直到所述次级气相物的绝对压力高于10kpa，其中所述主要化学物种或每种主要化学物种的分压低于所述主要化学物种的三相点，并且其中所述残余化学物种或每种残余化学物种的分压低于0.14kpa。
71、根据一个实施方式，注入步骤还包括在严格低于95kpa的绝对压力处注入一种或更多种主要化学物种。
72、次级气相物的该特定绝对压力范围使得能够：
73、-将气态组合物保持在气态，同时保留湍流至层流特性，以便不增加由于分子流朝向瞬态流动状态的通道而导致的隔绝空间中气态组合物自由循环的阻力，以及
74、-在次级隔绝空间中设置负相对压力，以便通过监测压力上升是否超过标准来检测密封的外部壁的密封缺陷。该标准可以是不能超过的最大压力阈值。
75、根据一个实施方式，操作方法还包括排放次级气相物的步骤，在此期间，连接到排放管线的真空泵被启用。优选地，在这种情况下，在排放次级气相物的步骤中，启用真空泵以使次级空间处于低于10kpa、优选低于1kpa的绝对压力，注入步骤在排放次级气相物的步骤之后执行。
76、根据操作方法的一个实施方式，在吸入次级气相物和注入的步骤中，次级气相物的绝对压力低于40kpa。
77、根据操作方法的一个实施方式，排放次级气相物的步骤和注入的步骤以重复的方式执行。
78、因此，排放次级气相物和注入例如二氧化碳的步骤可以根据需要例如根据连接到次级空间的气体分析仪提供的测量值而经常执行。
79、根据操作方法的一个实施方案，注入步骤的执行是为了产生次级气相物的循环，从而可以更新次级气相物。
80、这样的操作方法可以在操作该设施的温度和压力条件下进行，即罐中装有液化气，并且优选地罐中装有液化氢的条件下进行。根据一个实施方式，该方法是在液态氢填充罐体积的至少10％、例如该体积的50％时进行的。
81、这样的设施可以构成陆上储存设施或水下储存设施的一部分，或者安装在浮动、沿海或深水结构中，特别是船舶、浮动储存和再气化装置(fsru)、浮动生产储存和卸载装置(fpso)等中。这样的设施还可以用作任何类型的陆上车辆或船舶中的燃料储存器。
82、根据一个实施方式，用于对液化气体、优选液态氢进行运输的船舶具有双船体和布置在双船体中的上述设施。
83、根据一个实施方式，本发明还提供了一种用于转移液化气体的系统，优选地，所述液化气体是液态氢，所述系统具有：这样的船舶；隔绝管路，所述隔绝管路布置成将设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐联接到浮动式储存设施或陆上储存设施；以及泵，所述泵用于驱动液化气体、优选液态氢通过所述隔绝管路从所述浮动式储存设施或陆上储存设施流动到设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐、或从设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐流动到所述浮动式储存设施或陆上储存设施。
84、根据一个实施方式，本发明还提供了一种用于对这样的船舶进行装载或卸载的方法，其中，液化气体、优选液态氢通过隔绝管路而被从浮动式储存设施或陆上储存设施输送到设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐，或从设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐输送到浮动式储存设施或陆上储存设施。
1.一种用于对液化气体进行储存和/或运输和/或转移的设施，优选地，所述液化气体是液化氢，所述设施具有密封且热隔绝的容器(1、201)，所述密封且热隔绝的容器包括：
2.根据权利要求1所述的设施，其中，所述密封且热隔绝的容器是密封且热隔绝的罐，所述外部壁是负载支承结构(2)，并且所述次级热隔绝屏障(3)被锚固至所述负载支承结构(2)。
3.根据权利要求1或2所述的设施，其中，所述气态组合物包括选自下述各项的至少一种主要化学物种：氮、二氧化碳和氩。
4.根据权利要求3所述的设施，其中，所述主要化学物种或每种主要化学物种选自：氮、二氧化碳和氩。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的设施，其中，所述主要化学物种包括二氧化碳，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少33％，优选地，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少89％，甚至更优选地，所述二氧化碳按体积计占所述次级气相物的至少99.4％。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的设施，其中，所述主要化学物种包括氩，所述氩的分压低于所述氩的三相点，即低于68.7kpa。
7.根据权利要求6所述的设施，其中，氩按体积计占所述次级气相物的至少50％，优选地，氩按体积计占所述次级气相物的至少99％。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的设施，其中，所述主要化学物种包括二氮，所述二氮的分压低于所述二氮的三相点，即低于12.5kpa。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的设施，其中，所述初级空间容纳初级气相物，所述初级气相物具有比所述次级气相物的压力低的压力。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的设施，其中，所述初级空间容纳绝对压力低于1pa的初级气相物。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的设施，所述设施还具有压力传感器(18)和警报装置(10)，所述压力传感器能够检测所述次级空间中的压力，所述警报装置能够响应于所述压力传感器检测到所述次级气相物的压力低于压力阈值而产生警报。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的设施，其中，所述初级热隔绝屏障(5)具有多个支撑柱(25)，所述支撑柱在所述初级热隔绝屏障(5)的厚度的方向上延伸，以保持所述次级密封膜(4)与所述初级密封膜(6)之间的距离。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的设施，其中，所述次级密封膜(4)具有多个次级波纹部(24)和位于所述次级波纹部之间的平坦部分，所述平坦部分设置在所述次级热隔绝屏障(3)上，其中所述次级波纹部在所述次级密封膜(4)的内侧部上突出。
14.根据权利要求1所述的设施，其中，所述惰化装置包括：第一气体源(12)，所述第一气体源(12)具有被填充有第一所述主要物种的气体储存器或能够生成第一所述主要物种的气体生成器；以及第二气体源(120)，所述第二气体源(120)具有被填充有第二所述主要物种的气体储存器或能够生成第二所述主要物种的气体生成器。
15.一种用于对根据权利要求1所述的设施进行操作的操作方法，所述操作方法包括：
16.根据权利要求15所述的操作方法，所述操作方法还包括排放所述次级气相物的步骤，在排放次级气相物的步骤期间，将真空泵(7)连接到所述排放管线(8)并且将真空泵(7)启用，其中，在所述排放次级气相物的步骤中，启用所述真空泵(7)以使所述次级空间处于低于10kpa的绝对压力，优选地，启用所述真空泵(7)以使所述次级空间处于低于1kpa的绝对压力，在排放所述次级气相物的步骤之后执行所述注入步骤。
17.根据权利要求16所述的操作方法，其中，以反复的方式进行排放所述次级气相物的步骤和所述注入步骤。
18.根据权利要求15所述的操作方法，其中，执行所述注入步骤，以产生所述次级气相物的循环，从而能够更新所述次级气相物。
19.根据权利要求16所述的操作方法，其中，在吸入所述次级气相物和注入所述次级气相物的步骤期间，所述次级气相物的绝对压力低于40kpa。
20.一种用于运输液化气体的船舶(70)，优选地，所述液化气体是氢，所述船舶具有双船体(72)和设置在所述双船体中的根据权利要求1至14中的一项所述的设施，以及其中，所述密封且热隔绝的容器是密封且热隔绝的罐，所述外部壁是负载支承结构(2)，并且所述次级热隔绝屏障(3)被锚固至所述负载支承结构(2)。
21.一种用于转移液化气体的系统，优选地，所述液化气体是液态氢，所述系统具有：根据权利要求20所述的船舶(70)；隔绝管路(73、79、76、81)，所述隔绝管路(73、79、76、81)被布置成将设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐(71)连接到浮动式储存设施或陆上储存设施(77)；以及泵，所述泵用于驱动液化气体穿过所述隔绝管路而从所述浮动式储存设施或陆上储存设施流动到设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐，或者所述泵用于驱动液化气体穿过所述隔绝管路而从设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐流动到所述浮动式储存设施或陆上储存设施，优选地，所述液化气体是液态氢。
22.一种对根据权利要求20所述的船舶(70)进行装载或卸载的方法，其中，将液化气体穿过隔绝管路(73、79、76、81)从浮动式储存设施或陆上储存设施(77)输送到设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐(71)，或者将液化气体穿过隔绝管路(73、79、76、81)从设置在所述船舶的所述船体中的所述密封且热隔绝的罐(71)输送到浮动式储存设施或陆上储存设施(77)，优选地，所述液化气体是液态氢。
