Системы наземной транспортировки сжиженного природного газа

Системы наземной транспортировки сжиженного природного газа

Реферат

 

Изобретение относится к системам наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123^oС до примерно -62^oС. Системы включают, по меньшей мере, один резервуар, который изготовлен путем соединения множества листов из материалов, включающих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую менее 9 вес. % никеля и имеющей предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73^oС, при этом соединения между отдельными листами имеют предел прочности и вязкость, необходимые для содержания под давлением в указанных условиях сжиженного природного газа. 5 с. и 9 з.п.ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение относится к системам наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД), а более конкретно к таким системам, включающим резервуары, которые выполнены из сверхвысокопрочной низколегированной стали, содержащей меньше 9 вес.% никеля и имеющей предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и температуру перехода от пластичного разрушения к хрупкому (ТППРХ) ниже, чем примерно -73^oС.

В нижеследующем описании даны определения различных терминов. Для удобства, непосредственно перед формулой изобретения приведен словарь терминов.

Большое количество источников природного газа расположено в отдаленных районах на больших расстояниях от коммерческих рынков газа. Иногда существует трубопровод для транспортировки добытого природного газа на коммерческий рынок. Когда транспортировка по трубопроводу на коммерческий рынок экономически нецелесообразна, добытый природный газ часто перерабатывают в сжиженный природный газ (СПГ) для транспортировки на рынок. СПГ обычно транспортируют посредством специально построенных танкеров, а затем хранят и повторно испаряют в терминале для импорта, расположенном около рынка. Оборудование, используемое для сжижения, транспортировки, хранения и повторного испарения природного газа, как правило, является довольно дорогим, а обычный типовой проект по СПГ может стоить от 5 миллиардов долларов США до 10 миллиардов долларов США, включая затраты на разработку месторождения. Типовой "долгосрочный" проект по СПГ требует наличия минимального источника природного газа мощностью примерно 280 Гм³, и потребителями СПГ являются, как правило, крупные предприятия. Однако часто ресурсы природного газа, открытые в отдаленных районах, меньше минимума 280 Гм³. Даже для баз ресурсов природного газа, которые удовлетворяют минимуму 280 Гм³, необходимо привлекать очень долгосрочные капиталовложения на 20 лет и более, т.е. для экономичной обработки, хранения и транспортировки такого природного газа, как СПГ, нужны поставщик СПГ, перевозчик СПГ и потребитель СПГ, имеющий крупные предприятия. Когда потенциальные потребители СПГ имеют альтернативный источник газа, например газ из трубопровода, обычная цепочка поставок СПГ часто экономически неконкурентоспособна. Обычная установка для производства СПГ вырабатывает СПГ при температурах порядка -162^oС и при атмосферном давлении. Обычный поток природного газа поступает в обычную установку для производства СПГ при давлениях от примерно 4830 кПа до примерно 7600 кПа и температурах от примерно 21^oС до примерно 38^oС. Мощность охлаждения примерно до 261,1 МВт требуется для снижения температуры природного газа до очень низкой температуры выпускаемого газа, примерно -162^oС, в обычной двухконтурной установке для производства СПГ. Воду, диоксид углерода, серосодержащие соединения, такие, как сероводород, другие кислые газы, n-пентан и более тяжелые углеводороды, включая бензол, должны быть по существу удалены из природного газа при обычной обработке СПГ до уровней, находящихся в частях на миллион (ч/млн), или эти соединения будут заморожены, вызывая проблемы закупоривания в технологическом оборудовании. В обычной установке для производства СПГ необходимо оборудование для обработки газа, чтобы удалить диоксид углерода и кислые газы. Оборудование для обработки газа обычно использует химический и/или физический процесс регенерации растворителя и требует значительных капиталовложений. Кроме того, эксплуатационные затраты являются высокими по сравнению с эксплуатационными затратами для другого оборудования, имеющегося в установке. Для удаления паров воды необходимы водоотделители с сухим слоем, например молекулярные сита. Для удаления углеводородов, которые создают проблемы закупоривания, используют очищающие колонны и оборудование для фракционирования. В обычной установке для производства СПГ также часто удаляют ртуть, поскольку она вызывает повреждения в оборудовании, выполненном из алюминия. Кроме того, большую часть азота, который может присутствовать в природном газе, удаляют после обработки, поскольку азот не будет оставаться в жидкой фазе во время транспортировки обычного СПГ, а наличие паров азота в резервуарах для СПГ в пункте поставки нежелательно.

Резервуары, трубы и другое оборудование, используемое в обычной установке для производства СПГ, обычно выполнены, по меньшей мере, частично из алюминия или никельсодержащей стали (например, содержащей 9 вес.% никеля), чтобы обеспечить необходимую вязкость разрушения и исключительно низкие технологические температуры. Для содержания СПГ на судах для перевозки СПГ и в терминалах для импорта используют дорогие материалы с необходимой вязкостью разрушения при низких температурах, включая алюминий и полученную промышленным способом никельсодержащую сталь (например, содержащую 9 вес.% никеля), помимо того, что их используют в обычной установке.

На типовом обычном судне для перевозки СПГ используют большие сферические резервуары, известные как сферы Мосса, для хранения СПГ во время транспортировки. Эти суда в настоящее время стоят значительно больше 230 миллионов долларов США каждое. Обычный типовой проект по производству СПГ на Среднем Востоке и транспортировке его на Дальний Восток может потребовать 7-8 таких судов общей стоимостью от примерно 1,6 миллиардов долларов США до 2,0 миллиардов долларов США.

Как можно установить из вышеизложенного, существует потребность в более экономичной системе для обработки, хранения и транспортировки СПГ на коммерческие рынки, чтобы эффективнее обеспечить конкурентоспособность отдаленных ресурсов природного газа с альтернативными источниками энергии. Кроме того, необходима система для коммерческого освоения меньших ресурсов природного газа, разработка которых в противном случае была бы неэкономичной. Необходима также более экономичная система газификации и распределения, чтобы сделать СПГ экономически привлекательным для меньших потребителей.

Следовательно, основные задачи данного изобретения состоят в том, чтобы создать более экономичную систему для обработки, хранения и транспортировки СПГ из отдаленных источников на коммерческие рынки и существенного уменьшения порогового размера резерва и рынка, необходимого для того, чтобы сделать проект по СПГ экономически целесообразным. Одним решением этих задач могла бы стать обработка СПГ при более высоких давлениях и температурах, чем те, при которых это выполняется в обычной установке для производства СПГ, т. е. при давлениях выше, чем атмосферное давление, и температурах выше -162^oС. Хотя универсальная идея обработки, хранения и транспортировки СПГ при повышенных давлениях и температурах уже рассматривалась в промышленных публикациях; в этих публикациях, как правило, рассматривается сооружение транспортных резервуаров из никельсодержащей стали (например, содержащей 9 вес.% никеля) или алюминия, а оба этих материала могут удовлетворять требованиям конструирования, но являются очень дорогими. Например, на с. 162-164 своей книги "МОРСКИЕ ПЕРЕВОЗКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА - Разработка новой технологии" (NATURAL GAS BY SEA The development of New Technology), опубликованной "Витерби энд Ко. , Лтд." (Witherby & Co., Ltd.), первое издание - 1979 г., второе издание - 1993 г., Роджер Ффукс (Roger Ffooks) обсуждается реконструкция судна "Сигальфа" типа "Либерти" для перевозок либо сжиженного газа средних кондиций (СГСК) при 1380 кПа и -115^oС, либо сжатого природного газа (СжатПГ) при 935 кПа и -60^oС. Г-н Ффукс указывает, что хотя это технически обосновано, ни одна из этих двух идей не нашла "покупателей", главным образом, вследствие высокой стоимости хранения. В соответствии с докладом по вопросу, о котором говорил г-н Ффукс, для обслуживания СжатПГ, т.е. при -60^oС, задачей конструкторов было создание низколегированной, свариваемой стали, улучшенной закалкой и отпуском, с необходимым пределом прочности 760 МПа и необходимой вязкостью разрушения в рабочих условиях. (См. доклад "Новый способ транспортировки природного газа" Р.Дж. Брокера на Международной конференции по СПГ ("New process for the transportation of natural gas" by R. J. Broeker, International LNG Conference) в Чикаго, 1968 г.). В этом докладе также указано, что сплав алюминия был самым дешевым сплавом для обслуживания СПГ, т. е. при гораздо более низкой температуре -115^oС. Кроме того, г-н Ффукс рассматривает на с.164 в разделе, описывающем конструкцию океанского транспортного судна типа "Феникс", работу при гораздо более низком давлении примерно 414 кПа с цистернами, которые могут быть выполнены из стали, содержащей 9% никеля, или сплава алюминия, и указывает, что и эта идея оказалась не в состоянии обеспечить предложение достаточных технических или финансовых выгод для того, чтобы стать экономически целесообразной. См. также: (i) патент США 3298805, в котором рассматривается использование стали с содержанием никеля 9% или высокопрочного сплава алюминия для изготовления резервуаров для транспортировки сжатого природного газа; и (ii) патент США 4182254, в котором рассматриваются цистерны из стали с содержанием никеля 9% или аналогичной стали для транспортировки СПГ при температурах от -100^oС до -140^oС и давлениях от 4 до 10 атм, т.е. от 407 кПа до 1014 кПа; (iii) патент США 3232725, в котором рассматривается транспортировка природного газа в состоянии одной текучей среды в плотной фазе при такой низкой температуре как -62^oС или в некоторых случаях 68^oС, и давлениях, по меньшей мере, на 345 кПа выше давления при температуре кипения газа при рабочих температурах, с использованием резервуаров, выполненных из таких материалов, как сталь, содержащая 1-2% никеля, которая улучшена закалкой и отпуском, чтобы гарантировать минимальный предел прочности при растяжении, приближающийся к 830 МПа; и (iv) доклад "Морская транспортировка СПГ при промежуточной температуре" К. П. Беннета на Конференции по морскому оборудованию (КМЕ) ("Marine Transportation of LNG at Intermediate Temperature", CME), март, 1979 г., в котором рассматривается исследование вопроса транспортировки СПГ при давлении 3,1 МПа и температуре -100^oС с использованием цистерны для хранения, выполненной из стали, содержащей 9% Ni или 3,5% Ni, улучшенной закалкой и отпуском и имеющей толщину стенок 241,3 мм.

Несмотря на то, что эти идеи рассматриваются в промышленных публикациях, в настоящее время СПГ не обрабатывают, не хранят и не транспортируют промышленным способом при давлениях выше атмосферного давления и температурах значительно выше -162^oС. Вероятно, так происходит потому, что до сих пор в коммерческой эксплуатации не было экономичной как морской, так и наземной системы для обработки, хранения, транспортировки и распределения СПГ при таких давлениях и температурах.

Никельсодержащие стали, обычно используемые для конструкционных применений при криогенных температурах, например, стали с содержанием никеля больше, чем примерно 3 вес.%, имеют низкую температуру перехода от пластичного разрушения к хрупкому (ТППРХ, мера вязкости, см. определение ниже), но также имеют относительно низкие пределы прочности при растяжении. Как правило, поставляемые промышленностью стали, содержащие 3,5 вес.% Ni, 5,5 вес.% Ni и 9 вес. % Ni, имеют ТППРХ примерно -100^oС, -155^oС и -175^oС соответственно, и пределы прочности при растяжении до примерно 485 МПа, 620 МПа и 830 МПа соответственно. Чтобы добиться этих сочетаний предела прочности и вязкости, такие стали, как правило, подвергают дорогостоящей обработке, например двойному отжигу. В случае применений при криогенных температурах, в промышленности в настоящее время используются такие имеющиеся в продаже никельсодержащие стали ввиду их подходящей вязкости при низких температурах, но необходимо искать конструкторские методы нивелирования их относительно низких пределов прочности при растяжении. Такие конструкции, как правило, требуют исключительной толщины стали для применений при криогенных температурах с выдерживанием нагрузок. Таким образом, использование этих никельсодержащих сталей в применениях при криогенных температурах с выдерживанием нагрузок является дорогостоящим из-за высокой стоимости стали в сочетании с требуемой толщиной стали.

В пяти одновременно находящихся на рассмотрении заявках на патент США ("Заявках на патенты по СПГД"), каждая из которых имеет название "Усовершенствованная система для обработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа", описаны резервуары и танкеры для хранения и морских перевозок находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД) при давлении в широком диапазоне от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре в широком диапазоне от примерно -123^oС до примерно -62^oС. Самая последняя из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 14 мая 1998 г., идентификационный 97006Р4 и зарегистрирована Ведомством по патентам и товарным знакам США (ВПТЗ США) под 60/085467. Первая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 20 июня 1997 г. и зарегистрирована под 60/050280. Вторая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 28 июля 1997 г. и зарегистрирована под 60/053966. Третья из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 19 декабря 1997 г. и зарегистрирована под 60/068226. Четвертая из указанных заявок на патенты по СПГД имеет приоритет от 30 марта 1998 г. и зарегистрирована под 60/079904. Однако, в этих заявках на патенты по СПГД не описаны системы наземной транспортировки СПГД. В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "наземная транспортировка СПГД" означает перевозку СПГД от центральных предприятий обработки или хранения на предприятия конечных потребителей или хранения преимущественно по земле, например, грузовыми автомобилями, вагонами по существующим сетям автомобильных дорог, железных дорог или баржами по окруженным сушей водным путям.

СПГ обычно перевозят от центральных предпритий обработки или хранения на предприятия хранения или в пункты местонахождения конечных потребителей грузовыми автомобилями, вагонами по существующим сетям автомобильных дорог, железных дорог или баржами по окруженным сушей водным путям. С помощью этих средств обычно перевозят и другие криогенные текучие среды, такие, как жидкий кислород, жидкий водород и жидкий гелий. В частности, рынок для СПГ вырос за последние годы ввиду присущих природному газу характеристик полноты сгорания. Чтобы удовлетворить этот спрос растущего рынка, поставки добытого природного газа в виде СПГД можно сделать выгодными для конечного потребителя, по сравнению с СПГ, поскольку обработка СПГД экономичнее, при условии, что появляется экономичные средства для транспортировки и подачи СПГД. Кроме того, более высокая, по сравнению со СжатПГ, плотность жидкости СПГД трансформируется в большую массу или энергию продукта для заданного объема.

Углеродистые стали, которые широко используются при сооружении поставляемых промышленностью резервуаров для текучих сред, не имеют необходимой вязкости разрушения при криогенных температурах, т.е. температурах ниже, чем примерно -40^oС. Для выполнения поставляемых промышленностью резервуаров, которые подвергаются воздействию криогенных температур, обычно используются другие материалы с более подходящей вязкостью при криогенных температурах, чем углеродистая сталь, например, поставляемые промышленностью никельсодержащие стали (от 3,5 вес.% Ni до 9 вес.% Ni) с пределами прочности при растяжении до примерно 830 МПа, алюминий (А1-5083 или А1-5085) или нержавеющую сталь. Кроме того, иногда используются специальные материалы, такие как сплавы титана и специальные композиционные материалы из тканого стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Однако резервуары, выполненные их этих материалов, часто не имеют необходимого предела прочности при обычных толщинах стенок, примерно 2,5 см, для того, чтобы в них можно было содержать находящиеся под давлением текучие среды при криогенных температурах, так что приходится увеличивать толщины стенок таких резервуаров для дополнительного увеличения предела прочности. Это придает дополнительный вес резервуарам, которые необходимо снабжать опорами и транспортировать при значительных дополнительных затратах на проект. Кроме того, эти материалы, как правило, дороже, чем стандартные углеродистые стали. Дополнительные затраты на снабжение опорами и транспортировку толстостенных резервуаров, увеличенные повышенной стоимостью конструкционного материала, часто делают проекты коммерчески невыгодными. Эти недостатки делают современные поставляемые промышленностью материалы экономически невыгодными для сооружения резервуаров и систем наземной транспортировки СПГД. Изобретение резервуаров, пригодных для морских перевозок СПГД, рассматриваемых в заявках на патенты по СПГД, в совокупности с современными возможностями обработки СПГД делают настоятельной необходимость создания систем для экономически выгодной наземной транспортировки СПГД. Значительной частью затрат на наземную транспортировку являются капиталовложения в конструирование и изготовление транспортных резервуаров. Значительное уменьшение затрат, выражаемых в стоимости резервуаров транспортных средств, должно, в конечном счете, трансформироваться в общее повышение экономичности наземной транспортировки СПГД, а также СПГ и других криогенных текучих сред.

Наличие более эффективного в смысле затрат источника природного газа, транспортируемого и распределяемого в виде жидкости, должно обеспечить значительный прогресс в возможностях использования природного газа в качестве источника топлива. Ниже приведены краткие описания существующих и последующих применений, в которых используется природный газ для получения энергии и которые должны приобрести значительное преимущество вследствие наличия более экономичной системы наземной транспортировки природного газа в виде СПГД.

Во-первых, СПГ обычно перевозят грузовым транспортом для удовлетворения потребностей в топливе в отдаленных пунктах, где отсутствует инфраструктура для транспортировки природного газа. Кроме того, местные условия все в большей и большей степени делают транспортируемый СПГ конкурентоспособной экономической альтернативой газопроводам для нескольких основных энергетических проектов. Газовая компания Аляски предложила проект на 200 миллионов долларов США для создания систем с основной нагрузкой в виде СПГ для подачи газа в отдаленные районы в семнадцати общинах юго-восточной Аляски. Также ожидается, что эта компания займется перевозками СПГ грузовым автотранспортом с завода по сжижению природного газа, расположенного в заливе Кука, в Фэрбенкс, начиная с ноября 1997 г. Проведенный недавно в восточной Аризоне анализ экономической целесообразности показал, что предприятия по поставке газа с основной нагрузкой в виде СПГ в отдаленные районы могут предложить эффективное в смысле снижения затрат решение для ряда изолированных общин без необходимости немедленного доступа к газопроводам. Помимо грузовых автомобилей и барж для транспортировки СПГ можно также использовать вагоны. Эти средства отражают новые тенденции в крупномасштабной транспортировке и использования СПГ с потенциалом для существенного роста. Таким образом, СПГД-технология могла бы сделать экономически целесообразным использование СПГД в качестве топлива в этих и других аналогичных наземных применениях, если бы имелись более экономичные средства наземной транспортировки СПГД.

Во-вторых, перевозки СПГ грузовым автотранспортом для удовлетворения потребностей в топливе некоторых производственных предприятий также стали конкурентоспособной экономической альтернативой. Таким примером является компания в Хэмптоне, Нью-Хэмпшир, которая переключилась с контракта на поставку газа, связанного с пропаном, в качестве резервного на исключительное использование СПГ для эксплуатации двигателя мощностью 2,984 МВт (4000 лошадиных сил) для выработки электроэнергии и для эксплуатации двух технологических котлов, работающих на испаренном СПГ. И здесь дополнительные улучшения в затратах на распределение должны, по всей видимости, привести к возросшему количеству аналогичных применений.

Кроме того, имеет место увеличивающийся рост использования систем "портативных трубопроводов" - транспортируемых испарителей СПГ - для поддержания постоянной непрерывной подачи газа. Это должно обеспечить газовым компаниям избежать перерывов в обслуживании и продолжить приток природного газа потребителям во время периодов пиковой нагрузки, например, в холодные зимние дни, во время аварии из-за поврежденной подземной трубы, во время технического обслуживания в системе газоснабжения и т.д. В зависимости от конкретного применения испаритель СПГ может быть установлен или размещен в стратегическом пункте в системе распределения природного газа и, когда рабочие условия гарантированы, в этот пункт посылаются наливные грузовые транспортные средства с СПГ, чтобы обеспечить СПГ, который испаряется. По сведениям авторов, в настоящее время нет поставляемых промышленностью наливных грузовых транспортных средств для транспортировки СПГД вместо СПГ к такому испарителю для обеспечения дополнительного газа в периоды пиковой нагрузки.

И наконец, все проекты, предлагаемые несколькими основными в настоящее время и в будущем импортерами СПГ в Азии, обладают большим потенциалом для использования СПГ в качестве топлива для транспортных средств (20% импорта). Перевозки СПГ грузовым транспортом на станции дозаправки топливом могут быть наиболее эффективным экономическим вариантом, в зависимости от местных условий. В частности, при отсутствии уже существующей инфраструктуры для распределения газа экономичная в смысле затрат конструкция наливных грузовых транспортных средств может сделать распределение СПГД (грузовыми автомобилями, вагонами по существующим сетям автомобильных дорог, железных дорог или баржами по окруженным сушей водным путям) более экономичной альтернативой.

Существует потребность в экономичных системах для наземной транспортировки СПГД для более эффективного обеспечения конкурентоспособности отдаленных ресурсов природного газа с альтернативными источниками энергии. Кроме того, существует потребность в более экономичных системах наземной транспортировки СПГ и других криогенных текучих сред. В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин "наливное грузовое транспортное средство" означает любые средства для наземной транспортировки СПГД, СПГ и других криогенных текучих сред, включая без ограничений автоприцепы, вагоны и баржи.

Следовательно, основная задача данного изобретения заключается в создании экономичных систем наземной транспортировки СПГ при значительно увеличенных давлениях и температурах по сравнению с обычными СПГ-системами. Другая задача данного изобретения заключается в создании таких систем, которые включают резервуары и другие конструктивные элементы, выполненные из материалов, имеющих необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа.

В соответствии с вышеуказанными задачами данного изобретения, предложены системы наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД) при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123^oС до примерно -62^oС. Системы, соответствующие этому изобретению, имеют резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля, и имеющую необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания в них находящегося под давлением сжиженного природного газа. Эта сталь имеет сверхвысокий предел прочности, например предел прочности при растяжении (см. определение ниже), превышающий 830 МПа, и ТППРХ (см. нижеследующее определение) ниже, чем примерно -73^oС.

Преимущества данного изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых: фиг. 1 изображает резервуар для хранения и транспортировки на наливном грузовом транспортном средстве в соответствии с данным изобретением; фиг.2 изображает систему подвески для резервуара для хранения и транспортировки на наливном грузовом транспортном средстве в соответствии с данным изобретением; фиг. 3А изображает инфраструктуру наземной транспортировки СПГД в соответствии с данным изобретением; фиг. 3В изображает инфраструктуру наземной транспортировки СПГД в соответствии с данным изобретением; фиг. 4А изображает график критической глубины трещины для заданной длины трещины в зависимости от вязкости разрушения при раскрытии в вершине трещины (РВТ) и остаточного напряжения; фиг.4В изображает геометрию (длину и глубину) трещины.

Хотя изобретение будет описано в связи с предпочтительными конкретными вариантами его осуществления, является очевидным, что изобретение ими не ограничивается. Наоборот, следует считать изобретение охватывающим все варианты, модификации и эквиваленты, которые могут быть заключены в рамках сущности и объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Данное изобретение относится к системам наземной транспортировки СПГД. Системы используются для распределения находящегося под давлением сжиженного природного газа (СПГД) при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123^oС до примерно -62^oС, причем системы имеют резервуары и другие составные части, которые выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73^oС. Кроме того, предложены системы наземной транспортировки находящегося под давлением сжиженного природного газа при давлении от примерно 1725 кПа до примерно 4830 кПа и при температуре в диапазоне от примерно -112^oС до примерно -79^oС, причем системы имеют резервуары для хранения топлива и другие составные части, которые (i) выполнены из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля, и (ii) имеют необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания в них находящегося под давлением сжиженного природного газа. Кроме того, предложено наливное грузовое транспортное средство для транспортировки СПГД, причем наливное грузовое транспортное средство имеет, по меньшей мере, один резервуар для хранения, который выполнен из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73^oС, или, по меньшей мере, один резервуар для хранения, который (i) выполнен из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля, и (ii) имеет необходимые предел прочности и вязкость разрушения для содержания находящегося под давлением сжиженного природного газа.

Резервуары Основным элементом для создания систем согласно данному изобретению являются резервуары, используемые на наливном грузовом транспортном средстве для транспортировки СПГД при давлении от примерно 1035 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -123^oС до примерно -62^oС. Предпочтительно СПГД получают и транспортируют при давлении от примерно 1725 кПа до примерно 7590 кПа и при температуре от примерно -112^oС до примерно -62^o. Более предпочтительно СПГД получают и транспортируют при давлении от примерно 2415 кПа до примерно 4830 кПа и при температуре в диапазоне от примерно -101^oС до примерно -79^oС. Еще более предпочтительно, нижние границы диапазонов давления и температуры для СПГД составляют примерно 2760 кПа и -96^oС. Предложен резервуар для хранения и транспортировки СПГД, который выполнен из материалов, содержащих сверхвысокопрочную низколегированную сталь, содержащую меньше 9 вес.% никеля и имеющую предел прочности при растяжении, превышающий 830 МПа, и ТППРХ ниже, чем примерно -73^oС.

Резервуар согласно данному изобретению предпочтительно выполнен с возможностью уменьшения притока тепла в хранящийся СПГД, т.е. минимизации испарения хранящегося СПГД, так что большинство хранящегося СПГД остается в жидком состоянии для подачи. В одном варианте осуществления, где используется идея Дьюара, резервуар состоит из внутреннего сосуда, подвешенного внутри внешнего сосуда и отделенного от внешнего сосуда полостью, которая вакуумирована или содержит изоляцию. На фиг.1 показано, что резервуар 10 в этом варианте осуществления содержит внутренний сосуд 11, содержащий СПГД 12 и заключенный во внешний сосуд 13. Полость 14 между внутренним сосудом 11 и внешним сосудом 13 вначале вакуумируют и предпочтительно поддерживают в ней вакуум для уменьшения притока тепла вследствие конвекции. Вакуум поддерживают главным образом за счет обеспечения непроницаемости для утечек с использованием способов, известных специалистам в данной области техники. На внешней поверхности 15 внутреннего сосуда 11 предусмотрено обладающее высокой излучательной способностью покрытие или другая обработка поверхности для уменьшения теплопередачи вследствие излучения во внутренний сосуд 11. Только в качестве примера, а не с целью ограничения данного изобретения таким образом, отмечается, что внешняя поверхность 15 может быть покрыта однослойной оболочкой из алюминированного майлара для уменьшения теплопередачи вследствие излучения во внутренний сосуд 11. В альтернативном случае полость 14 может быть заполнена набивкой из многослойной изоляции (не показанной на фиг. 1) для уменьшения теплопередачи как вследствие излучения, так и вследствие конвекции во внутренний сосуд 11. Кроме того, приток тепла вследствие теплопроводности предпочтительно уменьшают: (i) посредством уменьшения общего количества проникновениq во внутренний сосуд 11 и, следовательно, количества теплопроводных путей; (ii) посредством использования изоляционных материалов высокого класса; и (iii) посредством разумного конструирования элементов опорной системы подвески. Как показано на фиг.1, необходимо выполнить как минимум два проникновения во внутренний сосуд 11. Наполнительная и сливная труба 17 и отверстие 16, выполненное в ней, необходимы для загрузки и выгрузки жидкого продукта во внутренний сосуд 11 и из него. Выпускная труба 19 и отверстие 18, выполненное в ней, необходимы для выпуска пара, образовавшегося в результате притока тепла во внутренний сосуд 11. Эти отверстия 16 и 18, наполнительная и сливная труба 17 и выпускная труба 19 являются источниками притока тепла во внутренний сосуд 11. Чтобы уменьшить приток подводимого тепла, наполнительная и сливная труба 17 и выпускная труба 19 предпочтительно выполнены с уменьшенными толщинами стенок и увеличенными длинами. Для осмотра и технического обслуживания предусмотрен люк для персонала 20. Люк 20 предпочтительно закрыт надежно прикрепленной болтами крышкой 20а. Полость 14 между внутренним сосудом 11 и внешним сосудом 13 предпочтительно выполнена минимальной. Стенка внутреннего сосуда 11 предпочтительно изолирована от стенки внешнего сосуда 13, например, таким образом, что эти стенки не контактируют друг с другом. Один способ обеспечения этой изоляции состоит в размещении прокладок 14а, предпочтительно изоляционных прокладок, между стенкой внутреннего сосуда 11 и стенкой внешнего сосуда 13. В одном варианте осуществления необходимая длина выпускной трубы 19 достигается посредством выполнения выступа 23 на внешнем сосуде 13 для продолжения полости 14 вокруг выпускной трубы 19. В альтернативном случае может быть выполнено колено в выпускной трубе 19 для увеличения длины выпускной трубы 19, а также для усадки во время охлаждения. Для гашения движения СПГД 12 во время транспортировки предпочтительно предусмотрены демпфирующие перегородки (не показаны на фиг.1).

Система подвески Кроме резервуаров для хранения, предназначенных для хранения и транспортировки СПГД, другой необходимой составной частью наливных грузовых транспортных средств согласно данному изобретению является система подвески. Система подвески предпочтительно обеспечивает выдерживание внутренним сосудом и его содержимым статических нагрузок, когда наливное грузовое транспортное средство неподвижно, и динамических нагрузок, когда наливное грузовое транспортное средство находится в движении. Типичными нагрузками, задаваемыми в конструкции систем подвески для больших резервуаров для хранения криогенных текучих сред на наливном прицепном или основном грузовом транспортном средстве, являются: одно g для направления вертикально вверх, четыре g для направления вертикально вниз, два g для поперечного направления и четыре g для продольного направления (где g - ускорение силы тяжести в конкретной местности). Одним способом обеспечения предела прочности, необходимого для того, чтобы выдержать такие нагрузки, является увеличение площади поперечного сечения конструктивных опорных элементов; однако увеличение площади поперечного сечения, как правило, приводит к нежелательному увеличению интенсивности теплопроводности во внутренний сосуд. Таким образом, разумное конструирование опорной системы важно для уменьшения притока тепла вследствие теплопроводности во внутренний сосуд.

На фиг.2 показано, не в качестве ограничения данного изобретения, что в системе подвески для резервуара 10 используются опорные штанги 21, находящиеся под натяжением. В этом конкретном примере материалы с низкой теплопроводностью, но высоким пределом прочности (такие как пластики G-10), используются для изготовления опорных штанг 21 для поддерживания внутреннего сосуда 11, и эти штанги предпочтительно нагружены только натяжением. Опорные кольца 22 предусмотрены для крепления опорных штанг 21 к внешней стенке внутреннего сосуда 11 и к внутренней стенке внешнего сосуда 13. В одном варианте осуществления пластмассовые шайбы (не показанные на фиг.2), предназначенные для теплоизоляции, используются вместе с опорными кольцами 22, чтобы обеспечить теплоизоляцию, когда теплопроводность опорных штанг 22 слишком велика для того, чтобы уменьшить приток тепла во внутренний сосуд 11, или для того, чтобы, по меньшей мере, ограничить приток тепла во внутренний сосуд 11 величиной, не превышающей порогового значения. Способы определения порогового значения для притока тепла и того, как добиться ограничения притока тепла величиной, не превышающей это пороговое значение, специалисты в данной области техники могут определить, воспользовавшись этим описанием и справочниками промышленных нормативов. В случае типовых транспортных прицепов для больших резервуаров динамические нагрузки на опорные штанги 21, вероятно, будут переменными и значительными. Эти факторы, а также другие факторы, известные специалистам в данной области техники, предпочтительно учитываются при конструировании резервуара согласно данному изобретению.

Система защиты На фиг. 1 показано, что на резервуаре 10 согласно изобретению предпочтительно предусмотрены устройства защиты. Как правило, на выпускной трубе 19 предусмотрены встроенные предохранительный клапан 24 и узел 25 разрывной м