用于控制氣體從裂口增壓容納系統(tǒng)逃逸的速率的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種降低氣體從裂口的容納系統(tǒng)逃逸的速率的方法，其包括通過向所述容納系統(tǒng)引入多個(gè)物體，所述物體為氣體到達(dá)裂口點(diǎn)形成曲折路徑，由此顯著減少裂口造成的損壞程度。
【專利說明】用于控制氣體從裂口增壓容納系統(tǒng)逃逸的速率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種降低氣體從裂口增壓容納系統(tǒng)如壓力容器或氣體管線逃逸的速率的方法，由此同時(shí)減少因裂口造成的損壞以及所述損壞的擴(kuò)展速率。
[0002]背景
[0003]燃燒石化燃料對(duì)環(huán)境的有害影響日益受到關(guān)注，并引起了對(duì)可替代能源的極大興趣。雖然通過太陽能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮芎推渌茉匆讶〉昧艘恍┻M(jìn)展，但非常清楚的是，可廣泛使用的經(jīng)濟(jì)可替代能源特別對(duì)于使用高能量的應(yīng)用而言是難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。同時(shí)，預(yù)計(jì)石化燃料將在可預(yù)計(jì)的將來主導(dǎo)能源市場(chǎng)。在石化燃料中，天然氣的燃燒最清潔，因此是能源生產(chǎn)的清楚選擇。因此，在進(jìn)行一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)以盡可能的用天然氣補(bǔ)充或取代其它石化燃料例如煤和石油，因?yàn)槿澜缱兊酶忧宄紵剂蠈?duì)環(huán)境的影響。
[0004]因此，天然氣正進(jìn)入各種領(lǐng)域，例如但不限于，發(fā)電；家庭應(yīng)用如家庭取暖和制冷、熱水器、衣服烘干機(jī)、炊事用具(ranges)和烤箱；交通，其中它取代了汽油和柴油燃料；甚至飛機(jī)，其中使用天然氣為噴氣式飛機(jī)提供動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)持續(xù)了 30年以上。
[0005]雖然天然氣的益處是可觀的，但它的應(yīng)用也不是沒有不足的。用來運(yùn)輸天然氣的容納系統(tǒng)易于破裂，主要是因?yàn)橥饬?，但也可能是因?yàn)槌鲇谶@樣或那樣的原因致使內(nèi)部壓力超過容納系統(tǒng)的正常工作壓力而造成。
[0006]在釋放的情況下，后果之嚴(yán)重充滿偶然性:如果逃逸的氣體排出容納系統(tǒng)但沒有破壞該容納系統(tǒng)且沒有形成榴彈以及該氣體沒有遇到點(diǎn)火源，那么氣體只是簡單地?cái)U(kuò)散進(jìn)入環(huán)境中。另一方面，非常值得防止發(fā)生毀滅性事件(即使不大)的可能性。
[0007]待解決的問題是減少氣體從破裂的增壓氣體容納系統(tǒng)的逃逸速率。正是氣體快速運(yùn)動(dòng)并穿過容納系統(tǒng)的裂口可導(dǎo)致爆炸事件。此外，如果逃逸的氣體遇到點(diǎn)火源，燃料被快速地供應(yīng)給火焰可將相對(duì)可控的火焰轉(zhuǎn)變成火災(zāi)。
[0008]本發(fā)明指望能提供這個(gè)問題的解決方案。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，這里提供了一種降低增壓流體如壓縮天然氣從用來容納和運(yùn)輸該增壓流體的系統(tǒng)中逃逸的速率的方法，以及用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的系統(tǒng)和設(shè)備，還提供一種用來降低裂紋在用于容納流體如壓縮天然氣的壓力容器壁之內(nèi)的擴(kuò)展速率的方法，以及用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的系統(tǒng)和設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明，這里提供了一種降低增壓氣體容納系統(tǒng)裂口時(shí)氣體從所述系統(tǒng)中逃逸的速率的方法，(或者用于這樣做的系統(tǒng)和設(shè)備)，其包括在那里于由所述容納系統(tǒng)的內(nèi)表面限定的體積空間之內(nèi)設(shè)置多個(gè)中空物體，其中:
[0011]各中空物體包括表面，該表面限定物體內(nèi)部體積，所述表面包括一個(gè)或多個(gè)通孔，該通孔將所述物體內(nèi)部體積與容納容器的所述體積空間流體結(jié)合；
[0012]所述多個(gè)中空物體填充所述容納系統(tǒng)的所述體積空間；以及
[0013]當(dāng)用氣體對(duì)所述容納系統(tǒng)進(jìn)行加壓時(shí)，所述氣體也填充所述物體的內(nèi)部體積。
[0014]因此，所述中空物體為氣體運(yùn)動(dòng)以到達(dá)任意裂口產(chǎn)生曲折路徑，由此與不含這種中空物體的設(shè)計(jì)相比減緩了逃逸速率。
[0015]所述增壓容納系統(tǒng)通常包括壓力容器。但是，它可以是增壓流體分配管道(pipe)，或者一些其它的增壓容納系統(tǒng)。
[0016]所述壓力容器可以是例如球形、扁球形體、環(huán)形或具有穹頂端部的圓柱形壓力容器。
[0017]所述物體可各自包括三維幾何形狀。
[0018]在所述增壓容納系統(tǒng)的內(nèi)部體積空間之中的各個(gè)中空物體的最大內(nèi)部尺寸例如在其最寬點(diǎn)處，可為所述體積空間的橫向截面直徑的1/100-1/10。
[0019]可提供各物體表面中的通孔的數(shù)目和直徑，從而允許在不少于30秒的時(shí)間之內(nèi)，損失不超過一半體積的物體所容納的氣體。
[0020]所述物體可以是球形的。
[0021]所述物體可設(shè)計(jì)成當(dāng)置于所述體積空間之內(nèi)時(shí)保持它們的形狀?；蛘?，它們可適應(yīng)壓縮并擠壓在一起以形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如蜂窩或開孔泡沫。
[0022]所述物體各自可包括在兩端部密封的一定長度的管道，所述管道的長度小于下述的一種或更多種:
[0023]如果所述壓力容器是球形的，則為該球的直徑；
[0024]如果所述壓力容器是扁球形體，則為沿著限定該橢圓球體的橢圓的短軸的直徑；
[0025]如果所述壓力容器是環(huán)形的則為該圓環(huán)的直徑；或者
[0026]具有穹頂端部部分的圓柱的圓柱部分的長度。
[0027]這樣從而使管道能安裝在所述容器的體積空間之內(nèi)。
[0028]所述管道可以是直的或彎曲的。如果是彎曲的，管道可能比如上所限定的更長，例如纏繞或彎曲以安裝在所述體積空間之內(nèi)。
[0029]各管道的直徑例如在其最寬點(diǎn)處，可為容納該管道的所述體積空間的橫向截面積直徑的 1/100-1/10。
[0030]如上所述，所述增壓氣體容納系統(tǒng)可包括增壓管線(pipeline)。那么，所述物體可包括在兩端開口的一定長度的管道，該長度由組裝管線時(shí)的管線部分的長度決定，或者由穿過該管線的暢通無阻通道的長度決定。
[0031]所述管道的直徑可分別為所述管線之內(nèi)的內(nèi)部空間的橫向截面積直徑的1/100-1/10。
[0032]可將管道插入已經(jīng)到位的管線，即后置-安裝(retro-fit)。
[0033]可在建造時(shí)，將管道插入管線段中。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這里提供一種用于降低用來容納如壓縮天然氣的流體的增壓氣體容納系統(tǒng)壁中裂紋擴(kuò)展速率的方法、設(shè)備或系統(tǒng)，其包括在所述增壓氣體容納系統(tǒng)中提供骨架排布，所述骨架排布連接至所述增壓氣體容納系統(tǒng)的內(nèi)壁，且所述骨架排布是開孔的，以允許氣體流經(jīng)其中的開口，盡管會(huì)增加阻力。
[0035]所述骨架排布可以是在增壓氣體容納系統(tǒng)之內(nèi)的螺旋線圈，或者它可為一系列的環(huán)(hoop)。或者，它可為支架排布，或者蜘蛛網(wǎng)(cob-web)排布。
[0036]所述排布可包括元件或臂，例如從中央柱或多根柱徑向延伸。
[0037]所述排布包括網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)排布在任意這種臂的端部，或者該網(wǎng)絡(luò)排布成連接至或支撐于所述增壓氣體容納系統(tǒng)的內(nèi)壁。
[0038]這些排布的骨架元件可為中空的，且可具有多孔壁，例如如上所述的中空物體。
[0039]發(fā)明詳述
[0040]附圖簡要說明
[0041]提供這些圖片只用于說明性目的，且無意于也不應(yīng)該構(gòu)成以任何方式限制本發(fā)明。
[0042]圖1A-1E顯示了各類壓力容器的等角投影。
[0043]圖1A顯示了球形壓力容器。
[0044]圖1B顯示了扁球形體(有時(shí)稱作“近球狀”)壓力容器。
[0045]圖1C顯示了環(huán)形壓力容器。
[0046]圖1D顯示了具有圓柱中央段和一個(gè)穹頂端部的壓力容器。
[0047]圖1E顯示了具有圓柱中央段和兩個(gè)穹頂端部的壓力容器。
[0048]圖2顯示了遭受穿過該壓力容器的復(fù)合壁的兩裂口的壓力容器。
[0049]圖3顯示了壓力容器，其包括如果形成裂口時(shí)控制氣體從容器逃逸的球形設(shè)備。
[0050]圖4顯示了壓力容器，其包括呈多個(gè)臂、支柱(brace)和網(wǎng)絡(luò)形式的骨架排布。
[0051]圖5顯示了壓力容器，其包括如果形成裂口時(shí)控制氣體從容器逃逸的線圈。
[0052]圖6顯示了壓力容器，其包括如果形成裂口時(shí)控制氣體從容器逃逸的管道狀設(shè)備。纏繞的管道(未顯示)可填充穹頂部分，盡管管道通常具有封閉的端部，但它們可延伸進(jìn)入穹頂部分。封閉的端部可具有多孔性質(zhì)，和管道的側(cè)面類似。
[0053]討論
[0054]應(yīng)理解的是，對(duì)于本說明書和所附權(quán)利要求書，涉及本發(fā)明的任意方面的單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)，反之亦然，除非另有明確說明或者從上下文毫無疑義地明確得到。例如，將涉及一個(gè)“穹頂”構(gòu)造成涉及一個(gè)穹頂或兩個(gè)穹頂，且將涉及“多個(gè)穹頂”構(gòu)成成涉及一個(gè)穹頂以及兩個(gè)穹頂。
[0055]本文所用的任意近似術(shù)語，例如但不限于，接近、約、約為、基本上、主要、略微等，表示通過近似術(shù)語修飾的詞或短語不必須精確地是書寫的值，但是可以發(fā)生一定程度的變化。其變化程度將取決于會(huì)產(chǎn)生的變化有多大，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到修飾的版本仍具有未被近似的術(shù)語修飾的詞或短語所具有的性質(zhì)、特性和能力。通常來說，但考慮到前面的討論，本文通過近似的術(shù)語修飾的數(shù)值可相對(duì)于所列出的值變化± 10%，除非另有明確說明。
[0056]如本文所用，“優(yōu)選”、“優(yōu)選地”或者“更優(yōu)選”等指當(dāng)提交本專利申請(qǐng)時(shí)它們的存在是優(yōu)選的。
[0057]如本文所使用，“增壓”和“壓縮”可互換使用，且簡單地指在封閉環(huán)境中的流體，該封閉環(huán)境中的壓力高于外部環(huán)境的壓力。
[0058]如本文所使用，“增壓容納系統(tǒng)”指將增壓的或壓縮的流體從點(diǎn)A運(yùn)輸?shù)近c(diǎn)B所需的所有互相聯(lián)系的元件。非限制性例子包括，例如裝載了多個(gè)壓力容器的船只、攜帶壓力容器的卡車、包括攜帶壓力容器的一個(gè)或多個(gè)機(jī)車的鐵路列車、以及管線，該管線包括嵌管(piping)本身以及輔助的調(diào)壓設(shè)備例如泵站、隔斷閥等。
[0059]如本文所使用，“壓力容器”指設(shè)計(jì)成將流體保持在顯著不同于常壓的壓力下的封閉容器。在本申請(qǐng)中，它特別指用來保持和運(yùn)輸壓縮天然氣CNG的這種容器。
[0060]壓力容器可具有各種形狀，但在實(shí)際使用中最常見的是球形、扁球形、環(huán)形和在一端或兩端具有穹頂端部的圓柱中央段容器。這種容器的非限制性例子如圖1A-1E所示。盡管這些形狀不是新的，但這些壓力容器的成分或結(jié)構(gòu)是新的。
[0061]如本文所使用，“管線”指公認(rèn)的用于陸上或海上運(yùn)輸流體的系統(tǒng)，例如油(跨阿拉斯加(Trans-Alaska)輸油管線和泛歐(Pan-European)輸油管線)、氣體(跨加拿大(TransCanada)輸氣管線LP和設(shè)想的阿拉斯加天然氣輸送管線(Alaskan Natural GasPipeline))和水(在澳大利亞西部的摩根-懷亞拉(Morgan-Whyalla)管線)。
[0062]如本文所使用，“增壓”和“壓縮”可互換使用，且簡單地指在封閉環(huán)境中的流體，該封閉環(huán)境中的壓力高于外部環(huán)境的壓力。
[0063]如本文所使用，增壓流體容納系統(tǒng)例如但不限于壓力容器或管線的“裂口 ”指允許將所容納的流體釋放至環(huán)境的該系統(tǒng)的任意損壞。例如，參見圖2，其中顯示了兩處大的裂口 10。它們各自與一種卷繞內(nèi)襯12中對(duì)齊，存在許多不同的卷繞內(nèi)襯12，因?yàn)橛糜谛纬伤鰤毫θ萜鞯膹?fù)合結(jié)構(gòu)的卷繞工藝，包括設(shè)計(jì)成不平行地相互疊加但反而相互交錯(cuò)的卷繞多層。
[0064]導(dǎo)致裂口 10的損壞原因可為許多事情中的一種或更多種。例如但不限于，彈體例如子彈或石頭的沖擊可導(dǎo)致形成裂口，機(jī)械化運(yùn)輸裝載機(jī)的尖叉也可導(dǎo)致形成裂口，或者甚至掉落(如放下)或者撞擊(如重?fù)暨M(jìn)入某物)也可形成損壞。
[0065]如本文所使用，“中空物體”指任意方式的構(gòu)造，其包括限定并完全封閉物體內(nèi)部體積的殼。它通常涉及多孔壁物體。
[0066]容納系統(tǒng)的“表面”指限定和完全封閉體積空間的系統(tǒng)的殼。體積空間由所述殼的內(nèi)壁限定。
[0067]不作為限制，壓力容器可包括外殼，該外殼限定和密封0.1立方米或100立方米的體積空間。還設(shè)想了更小和更大得多的容器。
[0068]不作為限制，管線包括管壁，該管壁限定和密封處于壓力下的管線的整個(gè)長度，或者處于壓力下的任意段但所述段通過壓力閥等與管線其余部分分離。
[0069]通孔指完全延伸穿過壁或殼的縫隙，從而在壁或殼兩側(cè)的環(huán)境形成流體結(jié)合，SP在一個(gè)環(huán)境中的流體能通過通孔移動(dòng)進(jìn)入另一環(huán)境中。這可通過壁的孔隙率來實(shí)現(xiàn)，或者可通過開孔壁來實(shí)現(xiàn)。
[0070]如本文所使用，“三維幾何形狀”具有對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言通常所具有的意思。幾何形狀的示例包括，但不限于:球、錐、圓柱、金字塔和棱柱。三維幾何形狀還包括無規(guī)形狀的物體，其不符合任意通常理解的這種形狀分類之內(nèi)，但仍然封閉內(nèi)部體積。
[0071]如本文所使用，物體的“最大內(nèi)部尺寸”指從三維幾何形狀物體的壁或殼上的一點(diǎn)到壁或殼上的另一點(diǎn)的、沿直線所測(cè)的距離。例如但不限于，球的最大內(nèi)部尺寸是球的直徑，立方體的最大內(nèi)部尺寸是從一角穿過立方體的對(duì)稱點(diǎn)到相對(duì)的角的距離。關(guān)于扁球形體，最大內(nèi)部尺寸是限定該橢圓球體的橢圓的長軸。基于這些示例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可易于決定任意三維物體的最大內(nèi)部尺寸。
[0072]出于本發(fā)明之目的，用來填充增壓容納系統(tǒng)的體積空間的物體的最大內(nèi)部尺寸，應(yīng)為該容納系統(tǒng)的橫截面直徑的1/100-1/10。本發(fā)明的容納系統(tǒng)具有定義明確的橫截面。例如但不限于，球的橫截面直徑簡單地為球的直徑。環(huán)的橫截面直徑是形成該環(huán)的管狀構(gòu)造的直徑，以及具有穹頂端部的圓柱壓力容器的橫向截面直徑簡單地為沿著垂直于容器的縱向?qū)ΨQ線的線所測(cè)的距離。出于本發(fā)明之目的，扁球形體的橫截面直徑是相關(guān)橢圓的長軸的長度。
[0073]當(dāng)在容納系統(tǒng)的橫截面直徑的1/100-1/10范圍之內(nèi)時(shí)，用于填充容納系統(tǒng)的物體的最大內(nèi)部尺寸應(yīng)取決于容納系統(tǒng)的橫向截面直徑而降低。對(duì)于較小橫截面系統(tǒng)，例如但不限于，橫截面直徑最高達(dá)約1米的那些系統(tǒng)，1/10的比例應(yīng)非常湊效，但當(dāng)容納系統(tǒng)的橫截面直徑增加時(shí)，物體的尺寸變得不實(shí)用和可能的不可行。例如，橫截面直徑為6米的容器將需要最大內(nèi)部尺寸為0.6米的物體，這非常明顯太大而沒有用。因此，最大內(nèi)部尺寸和橫截面直徑的比例應(yīng)相應(yīng)地降低。一般來說，本發(fā)明的用于填充容納系統(tǒng)的物體的最大的“最大內(nèi)部尺寸”將為約5厘米。
[0074]作為本發(fā)明的非限制性例子，考慮具有一個(gè)穹頂端部的圓柱形壓力容器，該容器的壁限定體積空間。容器的圓柱部分具有橫截面直徑。然后，選定球形物體(為了簡潔在本文中稱為“球”)使其具有約為容器圓柱部分的橫截面直徑的十分之一的直徑。這些球可由對(duì)待容納于壓力容器的壓縮氣體呈惰性的任意已知材料制成，即例如鋼、鋁、聚合物、陶瓷等的材料。必須決定球的壁厚，從而避免當(dāng)壓力容器形成裂口時(shí)，球自身發(fā)生破壞?；诒景l(fā)明，這種決定對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是熟知的。因素例如用來制造球的材料的固有強(qiáng)度、放置球的容器的預(yù)期操作壓力、以及最大ΛΡ，即當(dāng)容器破裂時(shí)球中壓力和球外側(cè)壓力之間的最大預(yù)期差異。對(duì)于除球以外的物體，還需考慮物體的幾何形貌。當(dāng)然，可經(jīng)驗(yàn)性地決定厚度，即通過制備具有不同厚度的球，然后將它們暴露于它們將遭遇的預(yù)期條件下。一旦形成了合適的球尺寸，必須決定通孔的尺寸和數(shù)目。該決定基于下述要求:在不少于30秒內(nèi)，不多于50%的氣體可從球的內(nèi)部逃逸，該氣體處于壓力容器的初始操作壓力下。同樣地，最好可經(jīng)驗(yàn)性地進(jìn)行這種測(cè)定，但這種實(shí)驗(yàn)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是較容易進(jìn)行的，且無需過多努力。準(zhǔn)備好完全表征的球，然后簡單地將它們倒入壓力容器直到接近充滿。用“接近充滿”來指不必用球填充容器的體積空間的每一個(gè)細(xì)小空間或者數(shù)學(xué)精確地堆積球，但應(yīng)盡力將盡可能多的球裝入容器。然后，準(zhǔn)備用壓縮氣體填充容器。
[0075]如上所述的含球的壓力容器的示意圖見圖3所示。壓力容器1在其頂部具有極開口，球形物體即球22穿過該開口，該球形物體中各自具有一個(gè)或多個(gè)通孔或孔，或者具有多孔壁特征。雖然形狀并不重要，但球通常是圓的。特別地，應(yīng)注意球無需全部具有相同的直徑。當(dāng)然，優(yōu)選地符合本文其它地方所述的對(duì)物體直徑的限制。
[0076]還應(yīng)注意，球不是完美地堆積進(jìn)入容器。雖然緊密堆積在一起的球是優(yōu)選地，從而用球大約裝載整個(gè)壓力容器，但這種堆積是沒有必要的。
[0077]如果和當(dāng)容器形成裂口時(shí)，在壓力容器中但還沒有限制在球的內(nèi)部體積之內(nèi)的壓縮氣體快速地(總而言之即時(shí)地)從容器釋放。但是，在球中的氣體根據(jù)如上所述的方式釋放，所述球包括開始時(shí)加入壓力容器中的大多數(shù)氣體。氣體的這種顯著減緩的釋放，不僅防止形成伴隨爆炸的極端壓力、沖擊波等，而且還會(huì)顯著減少提供至因初始時(shí)釋放的氣體與點(diǎn)火源接觸而弓I起的火焰的燃料。
[0078]取決于裂口的尺寸和球的尺寸，球可留在或不留在容器中。不管它們是否留在容器中，都與本發(fā)明關(guān)系不大。關(guān)鍵因素是與在壓力容器中但不在球中的流體的釋放相比，流體從球的極端減緩的釋放。即，如果因?yàn)榱芽谔∫灾劣谇虿荒芡ㄟ^該裂口排出使得球留在容器中，那么以上描述適用，但是即使裂口是大的并且球從壓力容器彈出，如本文所述制造的球應(yīng)仍然保持它們的完整性并因此繼續(xù)緩慢地釋放它們中所容納的流體，即使它們自身與壓力容器具有一定距離。
[0079]可基于本文所述方便地修改上面的描述以容納任意中空物體，特別是對(duì)使用而言可能是理想的任意三維幾何形狀的物體。
[0080]關(guān)于管道的應(yīng)用，過程和上述非常類似。可以與球材料相同的方式來選定管道材料。在端部密封管道，以提供類似于球的內(nèi)部體積的內(nèi)部體積。類似地，以相同的方式?jīng)Q定各管道中通孔的尺寸和數(shù)目，且目的與在球中的相同-在不少于30秒內(nèi)，不多于50%的氣體可從球的內(nèi)部逃逸，該氣體處于壓力容器的初始操作壓力下。
[0081]管道和球的差異只在于管道的長度和將它們裝載進(jìn)入壓力容器的方式?？煞奖愕貨Q定長度:長度應(yīng)該使得各管道完全安裝在壓力容器之內(nèi)，且從壓力容器的填充端延伸至相對(duì)端，并盡可能地緊密。即，可使用不同長度的管道，從而容納圓柱容器的穹頂端部區(qū)域的圓柱容器的額外長度。然而，這不是必需的。具有由壓力容器的圓柱中央段的長度決定的單一長度的管道就足夠了。
[0082]圖6顯示了壓力容器，其在頂部具有極開口，分別包含一個(gè)或多個(gè)通孔、孔或多孔壁特征的管道插入所述極開口中。應(yīng)注意，所示管道全部具有相同的長度，并具有對(duì)齊的頂部。因此，它們沒有完全填充壓力容器。即，長度沒有延伸進(jìn)入穹頂，如通過虛擬窗口 36(僅作為參考顯示)所示。但是，管道長度可以不同，從而填充進(jìn)入穹頂?；蛘?，可用球或纏繞的管道或者其它多孔元件填充穹頂。
[0083]這種用具有相同長度的管道裝載壓力容器是使用嵌管的最簡單方法，因?yàn)橹圃炀哂泻愣ㄩL度的管道是簡單的。但是，不同的長度將更加緊密地符合放入該管道的特定容器的輪廓，簡化對(duì)管道輪廓的填充-無需依靠其它形式的物體。
[0084]如上所述，密封管道的端部從而管道以與如上所述的球相同的方式操作。S卩，如果壓力容器形成裂口，容納在管道中的氣體將以比只由壓力容器壁容納但沒有容納于管道中的氣體慢得多的速率釋放，后一種氣體在形成裂口時(shí)立即釋放。
[0085]當(dāng)增壓容納系統(tǒng)是管線時(shí)，情況略有不同。這里，使用開口端部的管道是因?yàn)槭褂脙啥硕挤忾]的嵌管是不理想的，因?yàn)槟菢訒?huì)阻止氣體通過管線的自然流動(dòng)。因此，嵌管由何種材料制成較不重要，因?yàn)榍豆軣o需遭受壓力容器的球和嵌管所將遭受的極端壓力，因?yàn)闅怏w將通過端部開口的嵌管自由流動(dòng)。但是，將根據(jù)與壓力容器中的球和管道相同的基礎(chǔ)來決定管道的直徑，即管道的直徑應(yīng)不大于管線的橫截面直徑的約十分之一。管道的長度隨管線的長度和它的構(gòu)造段而變化。例如但不限于，可簡單地在沿包括檢修點(diǎn)的管線長度的任意點(diǎn)將一定長度的柔性嵌管插入一卷管道，將本發(fā)明的減速嵌管后安裝(after-fit)至存在的管線。插入多種長度的嵌管，從而用嵌管基本上填充管線。只要管線是暢通無阻的，就可將嵌管推進(jìn)入管線中，直到阻止進(jìn)一步推進(jìn)的輔助管線內(nèi)部配件。在某些情況下，嵌管只推進(jìn)約幾百英尺或更少，而在其它情況下，可將嵌管在管線內(nèi)推進(jìn)數(shù)英里。一旦沒有容納在保護(hù)性嵌管的氣體通過裂口排出，該保護(hù)性嵌管通過強(qiáng)迫氣體橫貫該保護(hù)性嵌管的長度然后折回裂口，來降低管線中其余氣體的釋放速率。這本質(zhì)上具有與在壓力容器中增壓氣體從球或嵌管的降低的釋放速率有相同的效果。
[0086]還可在建造管線時(shí)，將本發(fā)明的嵌管插入管線。在這種情況下，各插入的管道的長度將與設(shè)置到位的管線的各段的長度一致。例如但不限于，通常使用33英尺長度的管線段。在這種情況下，本發(fā)明的各片嵌管的長度將類似地為約33英尺長。對(duì)于壓縮天然氣管線，可使用約50英尺的管線段；在這種情況下，本發(fā)明的嵌管將為50英尺長。
[0087]圖3顯示了用球22填充的壓力容器20，各球都是多孔的，從而它們充滿了增壓流體。
[0088]圖4也顯示了壓力容器20，但這次它具有骨架排布，其中形成多個(gè)含孔的、中空臂24，各自從中心脊柱30輻射。還提供交叉支柱26和網(wǎng)絡(luò)28，來為骨架結(jié)構(gòu)提供額外的強(qiáng)度。網(wǎng)絡(luò)用于為壁提供結(jié)構(gòu)剛性，由此減緩裂紋擴(kuò)展-不能容易地將壁段撕碎。此外，臂提供沖擊剛性，從而沖擊不會(huì)引起容器20的局部壓縮，盡管當(dāng)處于來自壓縮流體的壓力下時(shí)，通常難以以任何方式實(shí)現(xiàn)局部變形。
[0089]因?yàn)槌手锌盏暮投嗫妆诘模M管球/臂/支柱/網(wǎng)絡(luò)占據(jù)壓力容器20之內(nèi)的大量空間，但它們不會(huì)顯著降低壓力容器的體積儲(chǔ)存容量。
[0090]最后參考圖5和6,顯不了兩種其它排布。圖5具有一系列纏繞的、中空的兀件，全部具有多孔壁，由此它們可包含壓縮流體并形成通過任意裂口的降低的流動(dòng)速率。另一方面，圖6在壓力容器之內(nèi)包括一系列的管狀元件，如通過想象的窗口 36所見。
[0091]一般來說，用來容納和運(yùn)輸幾乎任意流體的所有的容納系統(tǒng)例如壓力容器和管線可受益于本發(fā)明。但是，容納系統(tǒng)可用于容納和傳輸壓縮天然氣，不管是純凈狀態(tài)還是“原料氣”(其指直接來自油井的天然氣)，是本發(fā)明的明示實(shí)施方式。應(yīng)記住，本發(fā)明的壓力容器可運(yùn)載各種氣體，例如直接來自鉆井的原料氣體，包括原料天然氣，例如當(dāng)壓縮時(shí)，原料CNG或者RCNG，或者H2或C02，或者加工的天然氣(甲烷)，或者原料或部分加工的天然氣，例如包括C02限額最高至14摩爾％，H2S限額最高至1000 ppm,或者H2和C02氣體雜質(zhì)，或者其他雜質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)。但是，優(yōu)選的用途是CNG運(yùn)輸，無論是原料CNG、是部分加工的CNG或者是干凈的CNG-加工成可運(yùn)輸至終端用戶的標(biāo)準(zhǔn)物，例如商用、工業(yè)用或民用。
[0092]用于CNG的儲(chǔ)存/運(yùn)輸壓力可為任意值，最高至例如400巴，但通常最高至300巴(bar),且通常超過100巴。
[0093]CNG可以以各種混合物比例包括各種潛在的組分部分，它們中有些是氣相，其他的是液相，或者是兩者的混合。那些組分部分通常包括下述化合物中的一種或更多種:c2h6，c3h8, c4h10, c5h12, c6h14, c7h16, c8h18, c9+烴，co2和h2s，以及潛在的液相甲苯、柴油和辛烷，和其它雜質(zhì)/物質(zhì)。
[0094]上面完全通過舉例的方式已經(jīng)描述了本發(fā)明。在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可實(shí)施關(guān)于上述實(shí)施方式的細(xì)節(jié)變化。
【權(quán)利要求】
1.一種降低增壓氣體容納系統(tǒng)裂口時(shí)氣體從所述系統(tǒng)中逃逸的速率的方法，所述方法包括在由所述容納系統(tǒng)的表面限定的體積空間之內(nèi)設(shè)置多個(gè)中空物體，其中各個(gè)中空物體包括表面，該表面限定物體內(nèi)部體積，所述表面包括一個(gè)或多個(gè)通孔，該通孔將所述物體內(nèi)部體積與所述容納容器的所述體積空間流體結(jié)合，其中: 所述多個(gè)中空物體填充所述容納系統(tǒng)的所述體積空間； 當(dāng)用氣體對(duì)所述容納系統(tǒng)進(jìn)行增壓時(shí)，所述氣體也填充所述物體的所述內(nèi)部體積，以及 所述物體為所述氣體運(yùn)動(dòng)以到達(dá)裂口產(chǎn)生曲折路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增壓容納系統(tǒng)包括壓力容器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述壓力容器是球形、扁球形體、環(huán)形或具有穹頂端部的圓柱形壓力容器。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述物體各自包括三維幾何形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，各個(gè)物體在其最寬點(diǎn)的最大內(nèi)部尺寸是所述容納容器的橫截面直徑的1/100-1/10。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，各個(gè)物體表面中的通孔的數(shù)目和直徑允許在不少于30秒的時(shí)間之內(nèi)，損失不多于一半體積的物體所容納的氣體。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述物體是球形的。
8.如權(quán)利要求1-4和6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述物體各自包括在兩端部密封的一定長度的管道，所述管道的長度小于下述: 如果所述壓力容器是球形的則為該球的直徑； 如果所述壓力容器是扁球形體，則為沿著限定該橢圓球體的橢圓的短軸的直徑； 如果所述壓力容器是環(huán)形的則為該圓環(huán)的直徑；或者 具有穹頂端部的圓柱的圓柱段的長度， 從而使管道能安裝在所述容器的體積空間之內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，各管道在其最寬點(diǎn)的直徑是壓力容器的截面直徑的1/100-1/10。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述增壓氣體容納系統(tǒng)包括增壓管線。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述物體包括在兩端開口的一定長度的管道，該長度由組裝管線時(shí)的管線部分的長度決定，或者由穿過該管線的暢通無阻通道的長度決定。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述管道的直徑分別為所述管線的橫截面直徑的1/100-1/10。
13.如權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述管道插入已經(jīng)到位的管線中。
14.如權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在建造時(shí)將所述管道插入所述管線段中。
15.一種用于降低用來容納如壓縮天然氣的流體的增壓氣體容納系統(tǒng)壁中裂紋擴(kuò)展速率的方法，所述方法包括在所述增壓氣體容納系統(tǒng)中提供骨架排布，所述骨架排布連接至或排布至與所述增壓氣體容納系統(tǒng)的內(nèi)壁嚙合，且所述骨架排布是開孔的，以允許氣體流經(jīng)其中的開口。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述骨架排布是在所述增壓氣體容納系統(tǒng)中的螺旋線圈。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述骨架排布是一系列的環(huán)。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述骨架排布是支架排布。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述骨架排布是蜘蛛網(wǎng)排布。
20.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述排布包括從中央柱或多根柱徑向延伸的元件或臂。
21.如權(quán)利要求15-20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述排布包括網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)排布成連接至或支撐于所述增壓氣體容納系統(tǒng)的內(nèi)壁。
22.如權(quán)利要求15-21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述骨架排布包括具有多孔壁的中空元件。
23.采用上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法形成的壓力容器。
【文檔編號(hào)】F17C13/12GK104254487SQ201180076337
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】F·內(nèi)蒂斯, B·斯班賽, Z·斯班賽 申請(qǐng)人:藍(lán)波股份有限公司