NO316045B3 - Fremgangsmate, anordning og system for kondensering av damper og gasser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte, en anordning og et system for kondensering av gasser/damper og særlig en anordning og et system for kondensering av gasser under fylling og lagring av fluider i væskeform.

Ved lagring og påfylling av væsker i tanker, er det et problem at det unnslipper damper eller gasser fra væsken som håndteres eller lagres. Dette er spesielt frem-tredende med flyktige væsker og nedkjølte, flytende gasser. Tradisjonelt, har disse gassene eller dampene blitt sluppet ut i atmosfæren. Dette har ført til tap av væske, luftforurensning og dårlige arbeidsforhold forde som befinner seg i nærheten av der væsken håndteres eller lagres. Eksempler på slike væsker er råolje, flytende naturgass (LNG) og andre hydrokarboner.

Ved lagring av flyktig væske, begynner væsken å avgi damp eller gass, og dette resulterer i en trykkoppbygning i tanken der væsken lagres. Blir dette trykket for høyt, må trykket avluftes for at ikke belastningen på tanken der væsken lagres, skal bli for stor.

Ved påfylling av tanker, vil væsken som fylles i tanken fortrenge den dampen/- gassen som finnes i tanken, slik at denne vil måtte kunne unnslippe for at det ikke skal bli overtrykk i tanken.

Det har tidligere blitt foreslått forskjellige løsninger på disse problemene, og løs-ningene har omfattet forskjellige kompliserte avsug og kondenseringsinnretninger. Liknende innretninger har særlig blitt brukt i forbindelse med lagring og transport av flytende gasser. Eksempler på dette fremgår av de nedenfor viste publika-sjoner.

NO 305525, viser en "Fremgangsmåte og anordning ved lagring og transport flytendegjort naturgass". Avkok tas fra tanken og kondenseres i en kondenserings-innretning med kjøler, og føres tilbake til tanken. Innretningen separerer metan og nitrogen, og nitrogenet slippes ut i atmosfæren.

US 2,784,560 viser en "fremgangsmåte og en anordning for lagring og håndtering av flytende gass". Avkok fra den flytende gassen sirkuleres i en innretning som kjøler, ved hjelp av en annen flytende gass, og kondenserer avkoket og fører dette tilbake til bunnen av tanken.

US 3,733,838 viser et "System for på ny å gjøre avkoket fra en flytende gass flytende". Systemet omfatter en isolert lagringstank, en venturi, en pumpe og en varmeveksler. Systemet er tenkt brukt i forbindelse med lagring av flytende gass. En del av den flytende gassen komprimeres og ekspanderes i en varmeveksler for å fremskaffe kjøling. Lagringstanken kjøles ved ekspansjon av en delvis konden-sert strøm som føres inn i den delen av lagringstanken som inneholder damp.

US 3,921,412 viser en "dampgjennvinningsanordning som tar i bruk en konden-serende dispenseringsdyse". Dysen settes i påfyllingsåpningen og kjøler damp/- gass som strømmer ut ved påfylling slik at denne kondenserer og drypper tilbake i tanken som fylles.

Med unntak av den siste, viser disse publikasjonene til dels omfattende systemer for lagring av nedkjølt flytende gass. Ingen av disse publikasjonene søker å løse problemer i forbindelse med håndtering og lagring av flyktige væsker i større målestokk.

For øvrig er det kjent forskjellige avsugsinnretninger som suger damp/gass fra en tank som fylles, kondenserer dampen/gassen og fører kondensatet tilbake til en tank det fylles fra.

Følgelig vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for kondensering av damper eller gasser fra en tank med flyktig væske der fremgangsmåten omfatter trinnene: føring av væske inn i en venturi for å danne et lavt og høy fluidhastighet trykk ved venturien, anbringelse av åpninger i venturien ved området med lavt trykk og høy fluidhastighet, føring av gassen/dampen til åpningene i venturien ved områdene med lavt trykk og høy fluidhastighet slik at væsken trekker med seg dampen/gassen og danner et fluid, føring av fluidet med gass/damp inn i et utvidet område slik at hastigheten avtar og trykket øker for kondensering av gassen/dampen, og utforming av venturien med en konisk overgang som danner en utvidelse av et rør, der et konisk stempel plasseres i den koniske overgangen, der den koniske overgangen går over i det utvidete området og der det utvidete området danner et kammer.

Videre omfatter oppfinnelsen en anordning for kondensering av damp eller gasser som kommer fra én eller flere tanker for lagring av flyktig væske ved påfylling eller lagring av væsken i tanken eller tankene. Anordningen omfatter et tilførselsrør for tilførsel av væske til anordningen. Vider omfatter anordningen et hus for oppsamling og føring av gassen/dampen som skal kondenseres. En venturi med innsugsåpninger, tilveiebrakt for innføring av dampen/gassen i væsken, er utformet med en konisk overgang dannet som en utvidelse av tilførselsrøret. Et konisk stempel er plassert i den koniske overgangen. Videre omfatter anordningen et kammer for kondensering av dampen/gassen ved et høyere trykk, en eller flere gassinnløpsporter for overføring av dampen/gassen fra tanken eller tankene til huset, og et utgående rør for overføring av væske og gass/damp til tanken. Tilførselsrøret går inn i venturien, venturien går over i kammeret, og kammeret går over i det utgående røret som videre ender ut i tanken eller tankene. Huset omkapsler venturien med innsugsåpninger, slik at en overgang mellom tilførselsrøret og huset er gasstett og slik at gassinnløpsporten er tilknyttet tanken eller tankene og huset. Huset og tanken eller tankene står derved i gass-strømningsmessig forbindelse.

Videre omfatter oppfinnelsen et system for kondensering av gasser som dannes ved lagring av væske i en tank eller tanker. Systemet omfatter en anordning for kondensering av damp eller gasser som angitt i over og en pumpe for sirkulering av væsken fra tanken eller tankene, gjennom kondenseringsanordningen for innføring av dampen/gassen i væsken og tilbake i tanken.

Videre omfatter oppfinnelsen at anordningen anvendes på et tankfartøy, et tankkjøretøy eller et lagringsanlegg.

Nedenfor følger punktvis beskrivelse av en avsugs- og kondenseringsenhet for behandling av uønsket avdamping fra flyktige vesker. Med flyktig væske menes i denne sammenhengen en væske som er sammensatt av flere fraksjoner med for-skjellig kokepunkt og damptrykk slik at avdamping skjer ved trykk og temperatur som finnes i omgivelsene. Eksempler kan være bensin, råolje og kondensat.

Ved lagring av flyktig væske dannes det et overtrykk i tanken eller tankene der væsken lagres. Dette overtrykket vil ifølge oppfinnelsen reduseres ved å pumpe ut væske fra tanken ved hjelp av en pumpe. Denne væsken føres så via et rørsystem eller tilsvarende til kondenseringsanordningen. Inne i kondenseringsanordningen går væsken inn i en venturi slik at det dannes et lavere trykk inne i venturien, sett i forhold til det omgivende trykket i tanken. Venturien omfatter ett eller flere hull eller åpninger ved de stedene det er dannet det ovenfor beskrevne lave trykk. Venturien kan eventuelt omfatte midler for å variere venturieffekten eller gjennom-strømningshastigheten for å få optimale parametere ved alle forhold. Disse midlene kan eksempelvis omfatte et konisk stempel som vil virke som en dyse i venturien. Kondenseringsanordningen står i forbindelse med gassen/dampen mellom væskespeilet og toppen av tanken. Dampen/gassen vil således kunne passere fra mellomrommet mellom væskespeilet og toppen av tanken og til venturianordningen med åpninger, slik at dampen/gassen trekkes gjennom åpningen eller hullene i venturianordningen og inn i den sirkulerende væsken. Væsken, som nå inneholder gass/dampbobler går så inn i et kammer der væsken med gass/dampbobler får en redusert hastighet, og følgelig et høyere trykk. Dette trykket hjelper til å kondensere gassen/dampen. Denne kondenseringen kan ved behov økes ytterligere ved hjelp av et kjøleelement. Fra kammeret føres væsken i et utløpsrør som ender ved bunnen av tanken der det hydrostatiske trykket bidrar til ytterligere kondensering. Kondensering av denne type kan kalles boblekondensering. Utløpsrøret kan omfatte en eller flere innsnevringer for å regulere trykkene for å oppnå best mulig kondensering. Denne innsnevringen kan om ønskelig være variabel. Eventuelt kan det brukes andre midler, eksempelvis en proporsjonal-ventil, for å regulere disse trykkene.

Ved påfylling av tanken vil den ovenfor nevnte pumpe stanses, og et ventil/rør-system vil sjalte ut pumpen og la væsken som fylles på, gå gjennom kondenseringsanordningen.

Alternativt kan tanken eller tankene omfatte en eller flere kondenserings - og sirkuleringsanordninger, og påfyllingsinnretningene omfatte en egen kondenseringsanordning. Antallet og størrelsen på kondenseringsanordningene vil avhenge av nødvendig kapasitet, som igjen vil avhenge av tanken/tankenes størrelse og utforming, klima der tanken/tankene er i drift, beskaffenheten til væsken som lagres, hvor lenge væsken skal lagres, påfyllingshastighet etc.

Nedenfor er det en kort angivelse av hva figurene viser.

Figur 1 viser et tverrsnitt i perspektiv av kondenseringsanordningen ifølge oppfinnelsen,

figur 2 viser et tverrsnitt fra siden av kondenseringsanordningen fra figur 1,

figur 3 viser et perspektivriss av et system ifølge oppfinnelsen,

figur 4 viser et sideriss av systemet på figur 1 og

figur 5 viser et tankskip som fyller væske der anordningen ifølge oppfinnelsen er i bruk.

Under følger et utførelseseksempel av oppfinnelsen med henvisning til de ved-lagte figurer.

Fra figur 1 og 2 fremgår det en av kondenseringsanordning ifølge oppfinnelsen. Anordningen er koblet til et rør eller en ledning 10 for fylling av flyktig væske. I avslutningen av røret eller ledningen 10 er det feste et stempel 12 med fasong som en avkuttet kon. Hensikten med denne er å lage et smalt tverrsnitt med høy væskehastighet i overgangen mellom rør 10 og konisk overgang 14 i røret. Hastighetsøkning i væskestrømmen gir trykkreduksjon. Ved riktig kalibrering blir denne trykkreduksjonen stor nok til å trekke inn gass fra omgivelsene gjennom små åpninger 21 i den koniske overgangen 14. Innfestingen av det koniske stempelet 12 er gjort slik at tverrsnittsarealet kan justeres avhengig av væske-volumstrømmen slik at man får det ønskede undertrykk i forhold til omgivelsene.

I et kammer 13, etter den koniske utvidelsen av røret 10, med venturieavsug av gass fører redusert hastighet til trykkøkning slik at gassboblene som ble trukket inn gjennom hullene i ventilsetet kan kondenseres dersom de termodynamiske tilstands-parametrene er riktig. Potensialet for kondensering er styrt av termodynamisk likevekt. Effektiviteten for kondensering er styrt av boblestørrelsen og turbulensintensiteten. Små bobler og mye turbulens øker kondenseringshastig-heten.

I overgangen mellom rør eller ledning og avsugs- og kondenseringsenheten, utvides røret i den koniske overgangen 14.1 denne koniske overgangen er det en ring av små åpninger 21, som gass fra omgivelsene suges gjennom.

I tilfeller der termodynamisk likevekt tilsier at potensialet for boblekondensering er for lite, kan dette potensialet økes ved kjøling av gassen med et kjøleelement 15. Plassering av kjøleelementet kan være som vist på figuren, eller inne i boblekammeret 13 plassert slik at det får størst mulig kontaktflate med gassboblene. Et tredje, mer energikrevende alternativ er kjøling av væskestrømmen.

For å suge damp som fortrenges fra tanken ved fylling inn i kondenseringsanordningen utstyres den med en gassnette 16 som danner et mest mulig tett kammer mellom fylleåpning i tank og hullene 21 i det koniske tverrsnittet der gassen suges inn i boblekammeret. Inne i gasshetten 16 er det et rom 17 som styrer fortrengt damp fra tanken til kondenseringsanordningen. Kondenseringsanordningen er installert på tanktoppen eller eventuelt skipsdekket 18. Innsnevringen 19 øker trykket i boblekammeret i de tilfeller hvor det kan øke potensialet for kondensering i væske strømmen 11.

Figurene 3 og 4 viser et system der kondenseringsanordningen fra figur 1 og 2 tas i bruk. Systemet er ment brukt ved lagring og transport, og fungerer ved at olje kjøres i loop med avsug fra toppen av oljespeilet, gjennom kondenseringsanordningen og ned gjennom et langt rør til bunnen av tanken. Oljen kan hentes fra toppen av oljespeilet og fylles på i bunnen. I bunnen av tanken er det større trykk (hydrostatisk) som gjør at større mengder lette fraksjoner kan være i likevekt i væskeform.

Flens 1 tilkobles en ledning ved lasting og lossing. Ventilen 2 åpnes ved lossing og ved kjøring i loop for kondensering av oljedamp gjennom kondenseringsanordningen 4.

Pumpe 5 driver oljen i loop under frakt og brukes eventuelt til lossing av oljetank 7. Kondenseringsanordningen 4 kan være montert på skipsdekket 6 eller oljetank 7. Rør 8 fører oljen til bunnen av tanken 7. Ventilen 9 stenger mellom t-rør og kondenseringsanordningen ved lossing.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for kondensering av damper eller gasser fra en tank (7), med flyktig væske omfattende følgende trinn: føring av væske inn i en venturi for å danne et lavt trykk og høy fluidhastighet ved venturien, anbringelse av åpninger (21) i venturien ved området med lavt trykk og høy fluidhastighet;, føring av gassen/dampen til åpningene (21) i venturien ved områdene med lavt trykk og høy fluidhastighet slik at væsken trekker med seg dampen/gassen og danner et fluid; føring av fluidet med gass/damp inn i et utvidet område slik at hastigheten avtar og trykket øker for kondensering av gassen/dampen; og, utforming av venturien med en konisk overgang (14) som danner en utvidelse av et rør (10), der et konisk stempel (12) plasseres i den koniske overgangen (14), der den koniske overgangen (14) går over i det utvidete området og der det utvidete området danner et kammer (13).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, videre omfattende kjøling av fluidet med et kjøleelement (15).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, videre omfattende regulering av trykkene over venturien ved hjelp av en variabel venturiåpning.

4. Anordning for kondensering av damp eller gasser som kommer fra én eller flere tanker (7) for lagring av flyktig væske ved påfylling eller lagring av væsken i tanken eller tankene (7), der anordningen omfatter et tilførselsrør (10) for tilførsel av væske til anordningen, karakterisert vedat anordningen videre omfatter, et hus (16) for oppsamling og føring av gassen/dampen som skal kondenseres; en venturi med innsugsåpninger (21) for innføring av dampen/gassen i væsken, utformet som en konisk overgang (14) dannet som en utvidelse av tilførselsrøret (10), og der et konisk stempel (12) er plassert i den koniske overgangen (14); et kammer (13) for kondensering av dampen/gassen ved et høyere trykk; én eller flere gassinnløpsporter for overføring av dampen/gassen fra tanken eller tankene til huset (16); og et utgående rør (8) for overføring av væske og gass/damp til tanken (7), der tilførselsrøret (10) går inn i venturien,, venturien går over i kammeret (13), og kammeret går over i det utgående røret (8) som videre ender ut i tanken eller tankene (7), og der huset (16) omkapsler venturien med innsugsåpninger (21), slik at en overgang mellom tilførselsrøret (10) og huset (16) er gasstett samt at gassinnløpsporten er tilknyttet tanken eller tankene (7) og huset (16), slik at huset (16) og tanken eller tankene (7) står i gasstrømningsmessig forbindelse.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert vedat venturien er variabel for å regulere trykkene over venturien ved at det koniske stempelet (12) kan justeres i forhold til den koniske overgangen (14).

6. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert vedat deler av anordningen kjøles ved hjelp av ett eller flere kjøleelementer (15).

7. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert vedat utløpsrøret (8) omfatter en strupning (19) for å danne et visst mottrykk.

8. Anordning i henhold til krav 7, karakterisert vedat strupningen (19) er variabel for å kunne regulere mottrykket i utløpsrøret (8).

9. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert vedat anordningen videre omfatter en pumpe (5) for sirkulering av væske fra tanken eller tankene (7), gjennom huset (16) med en venturi, og tilbake i tanken (7).

10. System for kondensering av gasser som dannes ved lagring av væske i en tank eller tanker (7), karakterisert vedat systemet omfatter: en anordning for kondensering av damp eller gasser som angitt i krav 4 og en pumpe (5) for sirkulering av væsken fra tanken eller tankene (7), gjennom kondenseringsanordningen for innføring av dampen/gassen i væsken og tilbake i tanken (7).

11. System for kondensering av gasser som dannes ved lagring av væske i henhold til krav 10, karakterisert vedat væsken som sirkuleres pumpes opp ved over-flaten av væsken, og føres tilbake ved bunnen av væsken.

12. Anvendelse av anordningen i henhold til krav 4 på et tankfartøy.

13. Anvendelse av anordningen i henhold til krav 4på et tankkjøretøy.

14. Anvendelse av anordningen i henhold til krav 4 i et lagringsanlegg.

15. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert vedat væsken er flytende hydrokarboner.

16. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat væsken er råolje.