TWI761402B

TWI761402B - 液化天然氣充塡設備

Info

Publication number: TWI761402B
Application number: TW106142674A
Authority: TW
Inventors: 山上俊
Original assignee: 日商大阪瓦斯電力工程股份有限公司
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW201925586A

Abstract

本發明的液化天然氣充填設備，由於準備槽15的隔熱層15c的厚度係被設定為在達到設計極限壓力之前能結束自槽車TL朝儲藏槽1卸出之程度的厚度t，因此能抑制隔熱層15c的厚度t，從而可將準備槽15小型化。此外，由於準備槽15的隔熱層15c為常壓，所以可毋需定期的保養。

Description

液化天然氣充填設備

本發明係關於一種具備儲藏供給於消費設備的液化天然氣之儲藏槽的液化天然氣充填設備，尤其關於自槽車朝儲藏槽內卸出液化天然氣時，儲藏用以對槽車內進行升壓的液化天然氣的準備槽的構造。

較小規模的液化天然氣充填設備，係自槽車接受液化天然氣的卸出且儲藏於儲藏槽，然後，利用汽化器將儲藏槽內的液化天然氣汽化後供給於消費設備。自槽車朝儲藏槽內的卸出，通常係藉由自加壓蒸發器將液化天然氣形成為高壓後送入槽車，使槽車的槽內壓力較儲藏槽高，然後利用藉此產生的壓力差而進行。於槽車的槽內壓力為0.5~0.6MPa，且消費設備為工業爐用與鍋爐用燃燒器的情況下，供給壓力為0.2MPa左右，儲藏槽的內壓通常也與此壓力相同。

於加壓蒸發器未被搭載於槽車的情況下，在液化天然氣充填設備側設置槽車用加壓蒸發器。朝此加壓蒸發器供給的液化天然氣，通常自槽車供給，且使以加壓蒸發器進行汽化後的液化天然氣返回槽車內而使槽內升壓，藉此，自槽車卸出液化天然氣。

然而，於此方法中，需要連接加壓用LNG輸液配管、加壓氣體返回配管、LNG輸液配管的三根配管，若還包含前後的閥操作．淨化操作等，則卸出作業勢必變得極為複雜。因此，實用上採用一種具備準備槽的液化天然氣充填設備(例如，參照專利文獻1)，該準備槽係預先儲藏注入槽車用加壓蒸發器的液化天然氣。

於此方式中，當需要自槽車卸出時，只要自儲藏槽對準備槽內注入輸送至加壓蒸發器的液化天然氣即可。因此，由於不需要用以自槽車朝加壓蒸發器輸送液化天然氣的配管，因而能簡化每次連接及/或分離配管的作業。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1 日本國專利第4562673號公報

然而，此準備槽為了與儲藏槽同樣地能儲藏極低溫的液化天然氣，需要作成高隔熱構造。普通的高隔熱構造，係與儲藏槽相同而為金屬雙層構造，且於內槽與外槽之間充填有珍珠岩(Perlite)等隔熱材料。於將被如此構成的隔熱層設為常壓，且僅充填乾燥空氣的代替氣體、即氮氣與隔熱材料而確保隔熱性能的情況下，其厚度會達到500mm~800mm。因此，與可儲藏於準備槽的液化天然氣的容量比較，隔熱材料的量相對地變得更多，因而存在有準備槽的外形尺寸增大以致設置空間變大之類的問題。

因此，通常藉由採用將內槽與外槽之間隔熱層設定為真空狀態的保溫瓶構造，使隔熱層的厚度減小以縮小外形尺寸。然而，若採用此種構造，會存在需要用以設定為真空狀態的處理，並且為了維持真空狀態而需要定期保養的問題。

本發明係鑑於此種情狀而完成，其目的在於提供一種液化天然氣充填設備，其可期待準備槽的小型化，並且可毋需定期保養。

為了達成上述目的，本發明具有以下的構成。

即，本發明的液化天然氣充填設備，係具備：儲藏槽，其儲藏被自槽車充填並供給於消費設備的液化天然氣；準備槽，其與上述儲藏槽連通連接，且自上述儲藏槽供給用以對上述槽車的槽內進行升壓的液化天然氣；及槽車用加壓蒸發器，其與上述準備槽連通連接，當自上述槽車朝上述儲藏槽充填液化天然氣時，將自上述準備槽供給的液化天然氣蒸發汽化而對上述槽車的槽內進行升壓，該液化天然氣充填用設備之特徵在於：上述準備槽係由儲藏液化天然氣的內槽、及隔著隔熱層而包圍上述內槽的外槽構成，上述隔熱層為常壓，於將能維持上述準備槽的氣密性的內壓的上限設為設計極限壓力之情況下，上述隔熱層的厚度，係被設定為在上述內槽的內壓因為經由上述隔熱層進入上述內槽的來自外部空氣的熱量而上升且達到上述設計極限壓力之前可結束用以自上述槽車朝上述儲藏槽充填液化天然氣的卸出之程度的厚度。

根據本發明，由於準備槽的隔熱層的厚度，係被設定為在準備槽達到設計極限壓力之前能結束自槽車朝儲藏槽卸出之程度的厚度，因此能抑制隔熱層的厚度，從而可將準備槽小型化。此外，由於準備槽的隔熱層為常壓，所以可毋需定期的保養。

此外，較佳為，本發明的液化天然氣充填設備，於將達到上述設計極限壓力為止的時間設為極限時間，且將完成自上述槽車朝上述儲藏槽的充填的時間設為充填完成時間之情況下，上述隔熱層的厚度，係被設定為上述極限時間比上述充填完成時間還長的厚度。

由於準備槽的隔熱層的厚度，係被設定為極限時間比充填完成時間還長的厚度，因而可抑制準備槽的隔熱層的厚度。因此，能期待準備槽的小型化。

此外，較佳為，本發明的液化天然氣充填設備，於將上述隔熱層的厚度設為隔熱層厚度t[m]，將自上述內槽的底面至儲藏於上述內槽的液化天然氣之液面的距離設為液層深度H_L[m]，將自儲藏於上述內槽的液化天然氣之液面至上述內槽的頂面為止的距離設為氣層高度H_R[m]，且將修正係數設為k的情況下，上述隔熱層的厚度t，係以t=(H_L/H_R)-k來表示。

藉由使用以t=(H_L/H_R)-k算出的近似值，可將隔熱層的厚度設定為適宜的厚度。

此外，較佳為，本發明的液化天然氣充填設備，於將自上述槽車朝上述儲藏層卸出的液化天然氣的重量設為卸出重量W_LL[噸]之情況下，上述隔熱層的厚度t，係以t={(H_L/H_R)-k}/(W_LL/12)^0.6來表示。

藉由補充液化天然氣的卸出重量，可精度更良好地求得隔熱層的厚度。

根據本發明的液化天然氣充填設備，由於被設定為在準備槽達到設計極限壓力之前能結束自槽車朝儲藏槽卸出之程度的厚度，因此能抑制隔熱層的厚度，從而可將準備槽小型化。此外，由於準備槽的隔熱層為常壓，所以可毋需定期保養。

TL‧‧‧槽車

1‧‧‧儲藏槽

4‧‧‧汽化器

6‧‧‧天然氣供給管

8‧‧‧槽用加壓蒸發器

9‧‧‧壓力調整器

11‧‧‧液化天然氣充填用配管

15‧‧‧準備槽

15a‧‧‧內槽

15b‧‧‧外槽

15c‧‧‧隔熱層

18‧‧‧槽車用加壓蒸發器

圖1為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示一般供給天然氣時的狀態。

圖2為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示自儲藏槽朝準備槽充填液化天然氣的狀態。

圖3為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示自槽車朝儲藏槽充填液化天然氣的狀態。

圖4為顯示求取隔熱層之厚度的算式的模擬所需之準備槽等的各參數之圖。

圖5為顯示根據求取隔熱層之厚度的算式的模擬而得之計算結果等的表。

圖6為變形例的液化天然氣的整體構成圖，顯示一般供給天然氣時的狀態。

以下，參照圖式對本發明的一實施例進行說明。再者，圖1為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示一般供給天然氣時的狀態，圖2為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示自儲藏槽朝準備槽充填液化天然氣的狀態，圖3為實施例的液化天然氣充填設備的整體構成圖，顯示自槽車朝儲藏槽充填液化天然氣的狀態。

<整體構成>

如圖1所示，實施例的液化天然氣充填設備，係具備儲藏槽1。此儲藏槽1係被充填自槽車TL卸出的液化天然氣，並儲藏供給於消費設備的液化天然氣。於此儲藏槽1的下方側連通連接具有第1開閉閥2的第1輸液配管3的一端側，且其另一端側連通連接於二台空溫式的汽化器4。這些空溫式的汽化器4，係藉由利用外部空氣將液化天然氣加熱而進行汽化。於各汽化器4分別連通連接具有第2開閉閥5的天然氣供給管6的一端側，且另一端側連通連接於消費設備(省略圖示)。

於第1輸液配管3之一個部位連通連接第2輸液配管7的一端側。第2輸液配管7的另一端側，係與溫水式的槽用加壓蒸發器8連通連接。此溫水式的槽用加壓蒸發器8，係藉由利用溫水將液化天然氣加熱而進行汽化。槽用加壓蒸發器8與儲藏槽1，係藉由具有第1壓力調整器9(設定壓力，例如為0.70MPa)的第1氣體配管10而被連通連接。

藉由上述構成，將來自儲藏槽1的液化天然氣供給於槽用加熱蒸發器8而進行蒸發汽化，然後將汽化後的天然氣供給於儲藏槽1內的上部而使儲藏槽1內的壓力上升。然後，以此壓力將儲藏槽1內的液化天然氣供給至汽化器4，以汽化器4進行汽化之後，將此汽化後的天然氣供給至消費設備。

於儲藏槽1的下部連通連接供給來自槽車TL的液化天然氣的液化天然氣充填用配管11之一端側。液化天然氣充填用配管11，係具備第3開閉閥12，且於其一端側設置有凸緣13。

於儲藏槽1的下方側連通連接第3輸液配管14的一端側，且在第3輸液配管14的另一端側連通連接準備槽15。於準備槽15連通連接具有第4開閉閥16的第4輸液配管17之一端側，且在第4輸液配管17的另一端側連通連接空溫式的槽車用加壓蒸發器18。於槽車用加壓蒸發器18連通連接第2氣體配管19的一端側，且在第2氣體配管19的另一端側設置有第2凸緣20。於第3輸液配管14安裝有關閉閥21。此關閉閥21係防止液化天然氣自準備槽15朝儲藏槽1側逆流的閥機構。

於第4輸液配管17中之第4開閉閥16與槽車用加壓蒸發器18之間連通連接具有第5開閉閥22的氮氣配管23的一端側。在氮氣配管23的另一端側連通連接充填有氮的氮氣鋼瓶24。

於較液化天然氣充填用配管11的第3開閉閥12位於上流側之槽車TL側連通連接第1蒸發氣體配管27之一端側，該第1蒸發氣體配管27，係具備第2壓力調整器25(設定壓力，例如為0.70MPa)及第6開閉閥26。於第1蒸發氣體配管27中之第2壓力調整器25與第6開閉閥26之間連通連接具有第3壓力調整器28(設定壓力，例如為0.70MPa)的第2蒸發氣體配管29之一端側。第2蒸發氣體配管29的另一端側係連通連接於儲藏槽1的上部。此外，於第1蒸發氣體配管27中之第2壓力調整器25與第6開閉閥26之間還連通連接配管30的一端側，此配管30的另一端側，係與天然氣供給管6連通連接。

於槽車TL具備第1槽車側開閉閥31，且於一端側連通連接具備第1槽車側凸緣32的第1槽車側配管33的另一端側。此外，於槽車TL具備第2槽車側開閉閥34，且於一端側連通連接具備第2槽車側凸緣35的第2槽車側配管36的另一端側。

<朝消費設備供給天然氣>

藉由上述構成，通常於藉由液化天然氣充填設備進行供給天然氣時，如圖1所示，僅開啟二台汽化器4之任一者的第1開閉閥2及第2開閉閥5。並且，將第3開閉閥12、第4開閉閥16、關閉閥21、第6開閉閥26關閉，朝槽用加壓蒸發器8內供給來自儲藏槽1的液化天然氣供給而進行蒸發汽化，且將此汽化後的天然氣供給於儲藏槽1內的上部而使儲藏槽1內的壓力上升。藉此，將儲藏槽1內的液化天然氣供給於汽化器4，且利用汽化器4使液化天然氣汽化，然後將此汽化的天然氣自天然氣供給管6供給至消費設備。再者，圖1中，以塗白表示被開放的閥機構等，且以塗黑表示被關閉的閥機構等。

再者，圖1中，雖然顯示有槽車TL，但與一般供給天然氣時並無關係。

<來自槽車TL的充填>

另一方面，當自槽車TL朝儲藏槽1充填液化天然氣時，首先，將液化天然氣充填於準備槽15內。具體而言，如圖2所示，以螺絲(省略圖示)等連結第1凸緣13與第1槽車用凸緣32，將液化天然氣充填用配管11與第1槽車側配管33連接。接著，以螺絲(省略圖示)等連結第2凸緣20與第2槽車側凸緣35，將第2氣體配管19與第2槽車側配管36連接。並且，開放關閉閥21。藉此，自儲藏槽1朝準備槽15內充填液化天然氣。關閉閥21只要於準備槽15內被儲藏達既定量的液化天然氣時關閉即可。再者，關於此準備槽15，容待後續詳述其構造。

接著，如圖3所示，將關閉閥21關閉，並開放第3開閉閥12及第4開閉閥16、與第1槽車側開閉閥31及第2槽車側開閉閥34。

藉此，可將準備槽15內的液化天然氣供給於槽車用加壓蒸發器18而使其蒸發汽化。因此，可將此汽化的加壓用的天然氣供給於槽車TL，使槽車TL的槽內的壓力上升至既定壓力(例如為0.7MPa左右)，而使儲藏在槽車TL的槽內的液化天然氣卸出且充填至儲藏槽1。再者，即使於此充填作業之期間，仍無須暫時停止天然氣的供給，而可對消費設備供給液化天然氣。

<淨化作業>

充填結束後，雖有省略圖示，但將開閉閥12關閉，並開放第5開閉閥22及第6開閉閥26。藉此，自氮氣鋼瓶24朝槽車用加壓蒸發器18、第2氣體配管19、槽車TL的槽、液化天然氣充填用配管11流動氮氣，並且使天然氣通過第1蒸發氣體配管27及配管30而流動，利用氮氣對殘留於槽車用加壓蒸發器18、第2氣體配管19、槽車TL及液化天然氣充填用配管11的天然氣進行更換。此淨化作業結束之後，將槽車TL與第2配管19及液化天然氣充填用配管11的連接分離，結束上述液化天然氣充填作業。

<準備槽的構造>

在此，參照圖4及圖5，對上述準備槽15的構造詳細地進行說明。再者，圖4為顯示求取隔熱層之厚度的算式的模擬所需之準備槽等的各參數之圖。圖5為顯示根據求取隔熱層之厚度的算式的模擬而得之計算結果等的表。

如圖4所示，上述準備槽15，係由內槽15a、外槽15b及隔熱層15c構成。內槽15a係儲藏液化天然氣。外槽15b係隔著隔熱層15c而包圍內槽15a整體。隔熱層15c不被減壓而維持常壓。此外，於隔熱層15c充填有珍珠岩(Perlite)而作為隔熱材料，且充填有乾氮(dry N₂)或乾氧(dry O₂)。

內槽15a與外槽15b，例如由厚度10mm的不鏽鋼板構成。作為不鏽鋼板，例如可列舉SUS304。於此種構成的準備槽15中，於進行上述<自槽車TL的充填>時，至少迄至結束朝儲藏槽1充填液化天然氣為止的期間係決定準備槽15中用以使準備槽15不超過設計極限壓力的上限之隔熱層15c的厚度。再者，在此所稱的設計極限壓力，係指能維持準備槽15的內槽15a之氣密性的內壓的上限。

上述隔熱層15c的厚度，係被設定為在假設為準備槽15的設計極限壓力的情況下，內槽15a的內壓因為經由隔熱層15c進入內槽15a的來自外部空氣的熱量而上升且達到設計極限壓力之前能結束用以自槽車TL對儲藏槽1充填液化天然氣的卸出之程度的厚度。或者，於將內槽15a的內壓因為經由隔熱層15e進入內槽 15a的來自外部空氣的熱量而上升且內槽15a達到設計極限壓力為止的時間設為極限時間，且將完成自槽車TL朝儲藏槽1的充填之時間設為充填完成時間的情況下，被設定為極限時間比充填完成時間還長的厚度。

其次，求取隔熱層15c的具體厚度。在此，將內槽15a內的溫度設為接近液化天然氣的溫度(-162℃)的-165℃，且將外槽15b的環境溫度設為40℃。此外，藉由模擬而對自槽車TL的槽卸出之液化天然氣的重量(圖5的表中的槽車容量W_LL[噸])，例如設定為一般被利用的12噸或14噸，且將藉由自儲藏槽1卸出的液化天然氣的重量假定為槽車TL1台的量(12噸或14噸)、2台的量(14噸的2倍，28噸)、3台的量(14噸的3倍，42噸)、5台的量(12噸的5倍，60噸)的情況時之隔熱層15c的厚度進行估算。

此外，預計卸出14噸的液化天然氣所需時間為1小時，且將儲藏槽1的壓力設定為0.2MPa左右。預計自槽車TL卸出液化天然氣所需的加壓氣體在0.6MPa下約為30m³，且作為其來源的液化天然氣的重量為0.2噸，且0.4kl左右。假若將準備槽15的內槽15a的直徑設為1m，則液層深度約為0.5m。雖然內槽15a內的氣層的壓力會因為利用來自外部空氣的供熱而汽化的蒸發氣體而逐漸上升，但這需要以成為比卸出所需的時間、即1小時還略長的時間的方式來確保隔熱層15c的厚度、及氣層的容積(即高度)。於此種條件下，將加壓氣體的壓力為所接受的儲藏槽1的壓力之2倍以上的情況下總容積最小的直徑的高度比率最佳化，且依以下的方式對封入有珍珠岩與氮氣而作為隔熱層15c的隔熱材料的準備槽15，求取其隔熱層15c的厚度。

模擬係首先將隔熱層15c的厚度t[m]假定為較在先前例中單純地將隔熱層設為常壓的情況所需的0.50~0.80更薄的0.10、0.15、0.20、0.25、0.30，且於將自內槽15a底面至儲藏於內槽15a的液化天然氣的液面之距離設為液層深度H_L[m]，將自儲藏於內槽15a的液化天然氣之液面至內槽15a的頂面的距離設為氣層高度H_R[m]，將修正係數設為k的情況下，以下面的(1)式模擬隔熱層的厚度t的結果，為圖5的表中的Sim1。

再者，表中的公稱壓力Pn，係於內槽15a儲藏有液化天然氣，且無來自外部的供熱之狀態下的內槽15a內的壓力，最高壓力Ph係於設為隔熱層t之情況下，內槽15a內的液化天然氣在卸出槽車容量W_LL的液化天然氣之期間因供熱而汽化上升之內槽15a內的壓力，且是比設計極限壓力還低的值。再者，其中將修正係數k設定為0.1。

t=(H_L/H_R)-k……(1)

經比較此(1)式的模擬結果即Sim1的值、與假定之隔熱層15c的厚度t，可知雖然大致一致，但仍有偏差大的部分。

因此，為了抑制偏差，以下面的(2)式進行模擬的結果，為圖5之表中的Sim2。

t=((H_L/H_R)-0.1)/(W_LL/12)^0.6……(2)

經比較此(2)式的模擬結果即Sim2的值、與假定之隔熱層15c的厚度t，可知與(1)式的結果Sim1比較，精度變高。

其次，為了進一步抑制偏差，以(3)式進行模擬的結果，為圖5之表中的Sim3及Sim4。其中，Sim3為(2)式-0.02，Sim4為(2)式+0.02。

t=(((H_L/H_R)-0.1)/(W_LL/12)^0.6)±0.02……(3)

經比較此(3)式的模擬結果即Sim3及Sim4、與假定之隔熱層15c的厚度t，可知一部分精度被提高。

根據上述各模擬結果，於將準備槽15的隔熱層15c設為常壓之情況下，只要設為以(1)~(3)式之任一者求得的隔熱層15c的厚度，即可於維持準備槽15的功能的狀態下完成自槽車TL朝儲藏槽1之充填。

根據本實施例，準備槽15的隔熱層15c的厚度，係被設定為在準備槽15達到設計極限壓力之前能結束自槽車TL朝儲藏槽1卸出之程度的厚度t，因此能抑制隔熱層15c的厚度t，從而可將準備槽15小型化。此外，準備槽15的隔熱層15c，因為是常壓，因而可毋需定期保養。

本發明不限於上述實施形態，可如下述實施變形。

(1)上述實施例中，以圖1的構成為例對液化天然氣充填設備進行了說明，但本發明不限於如此的構成。本發明，例如也可為如圖6所示的構成。再者，圖6為變形例的液化天然氣的整體構成圖，顯示一般供給天然氣時的狀態。

雖省略詳細的說明，但此變形例係將準備槽15配置於儲藏槽1與槽用加壓蒸發器8之間，於充填液化天然氣時，準備槽15經由自槽用加壓蒸發器8的上部分歧的第3氣體配管45對槽車TL的槽進行加壓。於此種構成的準備槽15中，藉由依上述方式設定隔熱層15c的厚度t，可獲得同樣的功效。

(2)上述實施例中，例示了(1)~(3)式，但只要以使用其等中的任一個而獲得的厚度t來設定準備槽15的隔熱層15c的厚度即可。

(3)上述實施例中，雖然假定之厚度為0.10、0.15、0.20、0.25、0.30，但也可以更細小的等級設定厚度。

1‧‧‧儲藏槽

11‧‧‧液化天然氣充填用配管

14‧‧‧第3輸液配管

15‧‧‧準備槽

15a‧‧‧內槽

15b‧‧‧外槽

15c‧‧‧隔熱層

21‧‧‧關閉閥

TL‧‧‧槽車

W_LL‧‧‧槽車容量[噸]

t[m]‧‧‧厚度

H_L[m]‧‧‧液層深度

H_R[m]‧‧‧氣層高度

Claims

一種液化天然氣充填設備，係具備：儲藏槽，其儲藏被自槽車充填並供給於消費設備的液化天然氣；準備槽，其與上述儲藏槽連通連接，且自上述儲藏槽供給用以對上述槽車的槽內進行升壓的液化天然氣；及槽車用加壓蒸發器，其與上述準備槽連通連接，當自上述槽車朝上述儲藏槽充填液化天然氣時，將自上述準備槽供給的液化天然氣蒸發汽化而對上述槽車的槽內進行升壓，該液化天然氣充填設備之特徵在於：上述準備槽係由儲藏液化天然氣的內槽、及隔著隔熱層而包圍上述內槽的外槽構成，上述隔熱層為常壓，於將能維持上述準備槽的氣密性的內壓的上限設為設計極限壓力之情況下，上述隔熱層的厚度，係被設定為在上述內槽的內壓因為經由上述隔熱層進入上述內槽的來自外部空氣的熱量而上升且達到上述設計極限壓力之前能結束用以自上述槽車朝上述儲藏槽充填液化天然氣的卸出之程度的厚度，於將達到上述設計極限壓力為止的時間設為極限時間，且將完成自上述槽車朝上述儲藏槽的充填的時間設為充填完成時間之情況下，上述隔熱層的厚度，係被設定為上述極限時間比上述充填完成時間還長的厚度。
如請求項1之液化天然氣充填設備，其中於將上述隔熱層的厚度設為隔熱層厚度t[m]，將自上述內槽的底面至儲藏於上述內槽的液化天然氣之液面的距離設為液層深度H_L[m]，將自儲藏於上述內槽的液化天然氣之液面至上述內槽的頂面為止的距離設為氣層高度H_R[m]，且將修正係數設為k的情況下，上述隔熱層的厚度t，係以t=(H_L/H_R)-k來表示。
如請求項2之液化天然氣充填設備，其中於將自上述槽車朝上述儲藏層卸出的液化天然氣的重量設為卸出重量W_LL[噸]之情況下，上述隔熱層的厚度t，係以t={(H_L/H_R)-k}/(W_LL/12)^0.6來表示。