-
-
Die Erfindung betrifft eine schwimmende Speicheranlage für
-
Flüssigkeiten mit zylindrischen Speicherbehältern, Ballasträumen und
einer über den Speicherbehältern angeordneten Arbeitshühne, bei der die Speicherbehälter
in einem Druckbehälter angeordnet sind, wobei Auftrieb und Gewicht der Speicheranlage
durch Füllen oder Entleeren der Ballasträume so aufeinander abstimmbar sind, daß
sich der Druckbehälter unter und die Arbeitsbühne über der Wasseroberfläche befinden.
-
Schwimmende Speicheranlagen werden beispielsweise bei der Erschließung
von Erdöl- oder Erdgasfeldern in Shelf-oder anderen maritimen Gebieten als Zwischenlager
benötigt.
-
Dabei ist im Fall der Erdgas lagerung die vorausgehende Verflüssigung
notwendig. Auch für dauernde Förderung sind derartige Anlagen interessant, falls
die Errichtung einer untermeerischen Transportleitung aus technischen oder finanziellen
Gründen unzweckmäßig ist.
-
Es sind bereits schwimmende Speicheranlagen bekannt, deren Speicherbehälter
sich unterhalb der Wasseroberfläche befinden. Bei derartigen Vorrichtungen erwies
sich bisher als nachteilig, daß das zur Verfügung stehenden Speichervolumen nur
unter großem Aufwand, beispielsweise durch druckfeste Ausbildung der Speicherbehälter,
genutzt werden konnte. Auch konnten Probleme im Zusammenhang mit der Dichtigkeit
des Druckbehälters bisher noch nicht befriedigend gelöst werden.
-
Weiterhin sind bereits Speicheranlagen der eingangs genannten Art
vorgeschlagen worden (Patentanmeldungen P 27 Ol 242.
-
und P 27 27 082.2), bei denen in einem Druckbehälter zylindrische
Speicherbehälter konventioneller Bauart angeordnet sind. Der Druckbehälter gemäß
der Patentanmeldung P 27 Ol 242.6 weist einen kreisförmigen horizontalen und einen
ovalen vertikalen Querschnitt auf. Aufgrund der Form des Druckbehälters ergeben
sich in dessen Innerem große Hohlräume. Der dadurch bedingte große Auftrieb der
Speicheranlage muß durch Eigengewicht kompensiert werden, was durch eine Uberdimmensionierung
der Wandstärken erreichbar ist. In der Patentanmeldung P 27 27 082.2 wurde dieser
Nachteil dadurch ausgeschlossen, daß der Druckbehälter im wesentlichen der Form
der zylindrischen Speicherbehälter angepaßt ist. Die sich dabei ergebende Form des
Druckbehälters weist jedoch den Nachteil auf, daß sie bei gleicher Wandstä.'.^ weniger
stabil gegen größeren Uberdruck ist als die zuerst vorgeschlagene Form.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speicheranlage
der eingangs genannten Art zu entwickeln, die eine große Lagestabilität aufweist
und eine optimale Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens für die Speicherung
der Flüssigkeit bei möglichst einfacher Bauweise ergibt.
-
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Druckbehälter aus mindestens
drei gleich großen, in einer horizontalen
Ebene angeordneten, teilweise
ineinandergreifenden kugelrrmigen Körpern besteht, in denen außer den Speicherräumen
aucu die Ballasträume angeordnet sind.
-
Der Druckbehälter der erfindungsgemäßen Speichera:-1-lage besitzt
eine Begrenzungswand, die im wesentlichen aus Ausschnitten von Kugeloberflächen
besteht und weist durch diese Ausgestaltung ein großes Widerstandsvermögen gegen
äußeren ueberdruck auf. Lediglich im Bereich der Schnittlinien zweier kugelförmiger
Körper treten erhöhte Belastungen der Druckbehälterwand auf, die durch einfache
und räumlich eng begrenzte Verstärkungsmaßnahmen berücksichtigt werden können. Ein
wesentlicher Vorteil gegenüber den obengenannten, bereits vorgeschlagenen Speicheranlagen
ist darin zu sehen, daß der Druckbehälter sowohl die Speicher als auch die Ballasträume
enthält. Dadurch entfallen außerhalb des Druckbehälters angeordnete Ballasträume,
die zu einer wesentlichen Vergrößerung der Anlage führen und hohe zusätzliche Kosten
verursachen. Außerdem können auf diese Weise unerwünschte, Auftrieb verursachende
Hohlräume innerhalb des Druckbehälters vermieden werden. Derartige Hohlräume verursachen
bei außerhalb des Druckbehälters angeordneten Ballasträumen einen Auftrieb, der
durch Gewichtserhöhung, beispielsweise durch die Überdimmensionierung der Wände,
kompensiert werden muß, was zusätzliche Kosten erfordert.
-
Innerhalb des Druckbehälters der erfindu.gsgemäßen Speicheranlage
lassen sich somit die Speicherbehälten und die Ballasträume in besonders platzsparender
Weise untcrbringen.
-
Da die Speicherbehälter sich in einem Raum befinden, der unter Atmosphärendruck
steht, können sie aus konventionellen, im Landtankbau bewährten Konstruktionen bestehen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Druckbehälter
aus drei kugelförmigen Körpern, die derart in einer Ebene angeordnet sind, daß jeder
horizntale Querschnitt durch den Druckbehälter eine dreizählige 1otationssymmetrie
aufweist. Die Verwendung von drei kugelförmigen Körpern rührt zu einer besonders
einfachen und kompakken Speicheranlage. Die symmetrische Anordnung der kugelförmigen
Körper ist im Hinblick auf eine stabile Schwimmlage stets günstig, wenn die Arbeitsbühne
über dem Mittelpunkt des Druckbehälters angeordnet ist. Bei einer seitlichen Anordnung
der Arbeitsbühne uiid einer dadurch verursachten unsymmetrischen Gewichtsverteilung
kann es jedoch erforderlich sein, von einer symmetrischen Anordnung der kugelförmigen
Körper abzusehen, um eine günstige Schwimmlage zu erhalten.
-
Als günstig erweist es sich, die kugelförmigen Körper soweit ineinandergreifen
zu lassen, daß der Durchmesser der kugelförmigen Körper etwa das 1,4fache des Abstandes
der Mittelpunkte der kugelförmigen Körper beträgt. Bei dieser Anordnung
wird
eine besonders günstige Nutzung des Volumens innerhalb de-Druckbehälters hinsichtlich
der Speicher und der Ballasträume ermöglicht.
-
Um die notwendige Stabilität des Druckbehälters zu erreichen, sind
im Innern des Druckbehälters Stützen erforderlich. Diese werden in günstiger Weise
durch senkrechte kreiszylindrische Stützwände gebildet, die den kugelförmigen Körpern
konzentrisch zur senkrechten Mittelachse einbeschrieben sind.
-
Dabei ist es günstig, den Außendurchmesser der kreiszylindrischen
Stützwände so zu wählen, daß er etwa dem Abstand der Mittelpunkte zweier kugelförmiger
Körper gleich ist, so daß sich die Stützwände benachbarter kugelförmiger Körper
im Bereich der Schnittebene dieser kugelförmigen Körper berühren. Auch ist es günstig,
den Druckbehälter mit horizontalen Stützwänden zu versehen, auf denen die Speicherbehälter
angeordnet sind. Die Anordnung der Stützwände stellt neben der Stützfunktion noch
ein Sicherheitselement für die Anlage dar, da der Druckbehälter in mehrere voneinander
getrennte Räume unterteilt ist. So kann beispielsweise bei einem Leck des Druckbehälters
jeweils nur ein begrenzter Teil der Anlage geflutet werden, womit die Gefahr des
Sinkens reduziert wird.
-
Als günstig erweist es sich bei einer derartigen Anordnung der Stützwände,
die Räume, die innerhalb der senkrechten kreiszylindrischen Stützwände angeordnet
sind, als
Speicherräume zu verwenden. Dabei kann mit Vorteil in
jedem Speicherraum ein zylindrischer Speicherbehälter angeordnet sein, dessen Abmessungen
dem Speicherraum angepaßt sind. Dadurch wird jeder Speicherraum im bestmöglicher
Weise genutzt.
-
In günstiger Weise werden die Ringräume zwischen den kreiszylindrischen
Stützwänden und der Begrenzungswand des Druckbehälters sowie die Räume zwischen
den horizontalen Stützwänden und der Begrenzungswand des Druckbehälters als Ballastwasserräume
ausbebildet. Dabei erweist es sich als besonders günstig, die horizontale Stützwand
innerhalb des Druckbehälters so anzuordnen, daß das Verhältnis zwischen dem Speichervolumen
und dem Ballastvolumen etwa dem Verhältnis zwischen den Dichten von Meerwasser und
dem Speichermedium entspricht. Bei einer derartigen Raumaufteilung ist das Gewicht
der Speicheranlage bei völlig entleerten Speicherbehältern und vollständig gefüllten
Ballasträumen dem Gewicht bei völlig gefüllten Speicherbehältern und vollständig
entleerten Ballasträumen gleich. Während eines Be-oder Entladevorgangs der Anlage
kann somit bei einer gleichzeitigen Entleerung bzw. Füllung der Ballastwasserräume
die Schwimmlage stets unverändert beibehalten werden, wobei lediglich darauf zu
achten ist, daß die jeweilige Zufuhrrate der einen Flüssigkeit das gleiche Gewicht
wie die Entnahmerate der anderen Flüssigkeit aufweist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Speicherräume
mit einer Drainagevorrichtung für Leckwasser versehen. Das Leckwasser kann mit Vorteil
einem zentralen Bodenraum, der durch eine druckfeste Bodenplatte und der Wand des
Druckbehälters begrenzt ist, zugeführt werden. Auf diese Weise kann eventuell durch
die senkrechten kreiszylindrischen Stützwände sickerndes Wasser gesammelt und mittels
Pumpen wieder abgegeben werden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an einem Ausführungsbeispiel
erläutert, das in den Figuren schematisch dargestellt ist.
-
Es zeigen: Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße
Speicheranlage entsprechend der Linie I-I aus Figur 5, Figur 2 einen Vertikalschnitt
durch die gleiche erfindungsgemäße Speicheranlage entsprechend der Linie II-II aus
Figur 3, Figur 3 einen Horizontalschnitt durch die gleiche erfindungsgemäße Speicheranlage
entsprechend der Linie III-III aus Figur 1 und Figur 4 einen Horizontalschnitt durch
die gleiche erfindungsgemäße Speicheranlage entsprechend der Linie IV-IV aus Figur
1.
-
Die Speicheranlage ist für die Speicherung von flüssigen tiefsiedenden
Gasen, beispielsweise von flüssigem Erdgas, vorgesehen. Sie weist einen Druckbehälter
1 auf, der aus drei gleichen, in einer horizontalen Ebene angeordneten kugelförmigen
Körpern besteht, die teilweise ineinandergreifen. Die Wand 2 des Druckbehälters
1 besteht aus Beton. Die Mittelpunkte der kugelförmigen Körper bilden die Eckpunkte
eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Seitenlänge sich zum Durchmesser der kugelförmigen
Körper etwa wie 1 : 1,4 verhält. Die Stabilität des Druekbehälters 1 wird durch
senkrechte Stützwände 3, die kreiszylindrisch und konzentrisch zu den senkrechten
Mittelachsen der kugelförmigen Körper im Druckbehälter 1 angeordnet sind, erhöht.
Der Durchmesser der Stützwände 3 ist so gewählt, daß jede Stützwand 3 die Stützwände
3 der anderen kugelförmigen Körper berührt.
-
Weitere senkrechte Stützwände 4 sind im Bereich der Schnittebenen
von zwei kugelförmigen Körpern zwischen der Wand 2 des Druckbehälters 1 und den
kreiszylindrischen Stützwänden 3 vorgesehen. Sie nehmen die Kräfte auf, die infolge
des von außen wirkenden Wasserdrucks im Bereich der Schnittlinien 5 zweier kugelförmiger
Körper in verstärktem MaBe auf die Wand 2 des Druckbehälters 1 wirken. Dagegen zeigen
die übrigen Bereiche der Wand 2 infolge aer kugelflächigen Ausgestaltung ein gegen
äußeren Uberdruck besonders stabiles Verhalten. Im Bereich der unteren Einmündung
der senkrechten Stützwände 3 in die Wand 2
des Druckbehälters 1
sind horizontale Stützwände 6 angeoruiiet.
-
Die Stützkonstruktion wird durch senkrechte Stützwände 7 zwischen
der horizontalen Stützwand 6 und der Wand 2 des Druckbehälters 1 sowie durch waagrechte
8 und senkrechte 9 Stützwände zwischen der senkrechten kreiszylindrischen Stützwand
3 und der Wand 2 des Druckbehälters 1 vervollständigt.
-
Innerhalb der senkrechten kreiszylindrischen Stützwände 3 befinden
sich die Speicherräume 10. Sie stehen, wie der gesamte Innenraum des Druckbehälters
1, unter atmosphärischem Druck. Deshalb ist es möglich, Speicherbehälter 11 zu verwenden,
die sich nicht von im Landtankbau bewährten Konstruktionen zu unterscheiden brauchen.
Um eine maximale Ausnutzung des Volumens der Speicherräume 10 zu erreichen, ist
in jedem Speicherraum 10 ein zylindrischer Speicherbehälter 11 angeordnet, der dem
Durchmesser und der Höhe des Speicherraumes 10 angepaßt ist. Bei der beschriebenen
Anordnung der Stützwände 3 und 6 ergibt sich damit ein Speicherbehälter 11, dessen
größter Querschnitt, abgesehen von einer etwa gewölbten oberen Abdeckung, in einer
senkrechten Ebene näherungsweise quadratisch ist.
-
Da bei einer Speicherung tiefsiedender verflüssigter Gase auch bei
Speicherbehältern 10 mit einer guten Wärmeisolierung ein Kältefluß durch die Speicherbehälter
10 nicht vollständig unterdrückt werden kann, ist es erforderlich, die senkrechten
kreiszylindrischen Stützwände 3 und die horizontalen Stützwände 6,
auf
denen die Speicherbehälter 10 angeordnet sind, mit einer Heizung zu versehen, um
eine starke Abkühlung und damit verbunden ein Verspröden der Wände zu vermeiden.
Die Beheizung kann in einfacher Weise durch Meerwasser erfolgen. Dazu sind eine
Vielzahl von Rohren innerhalb der Stützwände 3 bzw. 6 angeordnet. Die innerhalb
der senkrechten Stützwände 3 in gleichmäßigen Abständen angeordneten Rohre durchlaufen
dabei den gesamten Druckbehälter 1 und münden sowohl oberhalb als auch unterhalb
des Druckbehälters 1 im umgebenden Meerwasser und werden von diesem ausgefüllt.
Die Heizwirkung dieser einfachen Anordnung beruht auf der Ausbildung einer Konvektionsströmung
in den Rohren, sobald das Wasser durch die Stützwand 3 gekühlt wird. Innerhalb der
waagrechten Stützwände 6 kann ein System von Rohrleitungen angeordnet sein, durch
das Meerwasser gepumpt wird und dabei die Stützwände 6 beheizt.
-
Die Räume zwischen den Stützwänden 3 und 6 und der Wand 2 des Druckbehälters
1 sind als Ballastwasserräume ausgebildet. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Kammern
12, die von Stützwänden 3, 4, 6, 7, 8 oder 9 sowie der Wand 2 des Druckbehälters
1 begrenzt sind. Die waagrechten und senkrechten Stützwände 7, 8 und 9 weisen dabei
vorteilhaft Öffnungen für den Durchtritt von Ballastwasser auf, weil dadurch eine
Vielzahl von Pumpen eingespart werden kann. Auch ist dadurch mit einfachen Mitteln
ein gleichmäßiger Wasserstand in jedem Ballastwasserraum erreichbar. Die Ballastkammern
12 zwischen der Wand 2 des Druck-
behälters 1 und der senkrechten
kreiszylindrischen Stützwand 3 stehen dabei über Öffnungen oder über Leitungen mit
den Elastkammern 12 unterhalb der Stützwand 6 in Verbindung.
-
Die senkrechten Stützwände 4 in der Schnittebene zweier kugelförmiger
Körper weisen dagegen keine Öffnungen auf.
-
Sie bewirken eine Unterteilung der Ballasträume entsprechend der Unterteilung
des Druckbehälters 1 in die drei kugelförmigen Körper. Somit ist der Wasserstand
in jedem, einem kugelförmigen Körper zugeordneten Ballastraum unabhängig vom Wasserstand
in den Ballasträumen der anderen kugelförmigen Körper regelbar. Er kann über eine
Regleinrichtung mit dem Flüssigkeitsstand im darüberliegenden Speicherbehälter 11
gekoppelt werden. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Speicherbehälter 11 unabhängig
voneinander zu füllen oder zu entleeren, ohne daß dadurch die Schwimmlage der Speicheranlage
beeinflußt wird. Das Ballastwasser wird mittels Tauchpumpen, beispielsweise mittels
Kreiseltauchpumpen, gefördert, die am Boden der Ballasträume angeordnet sind.
-
Bei der beschriebenen Anordnung der Stützwände 3 und 6 ist das Volumen
der Speicherbehälter 11 etwa doppelt so groß wie das Volumen der Ballasträume. Da
sich die Dichten der Speicherflüssigkeit und des Meerwassers etwa umgekehrt verhalten,
weist die Speicheranlage bei leeren Speicherbehältern 11 und gefüllten Ballasträumen
das gleiche Gewicht auf wie bei gefüllten Speicherbehältern 11 und entleerten Ballasträumen.
Durch eine geeignete
Regelung wird dieses Gewicht auch in jedem
Zwischenzustand eingehalten, so daß die Schwimmlage der Speicheranlage vom Füllstand
der Speicherbehälter 11 unabhängig ist.
-
Wird dagegen eine Speicheranlage für andere Flüssigkeiten gebaut,
so kann es erforderlich sein, durch eine andere Anordnung der Stützwände 3 und/oder
6 die Volumina der Speicherbehälter 11 und der Ballasträume so zu verändern und
aufeinander abzustimmen, daß sie wieder im umgekehrten Verhältnis zu den Dichten
der Flüssigkeiten stehen.
-
Durch die Wand 2 des Druckbehälters 1 oder durch die Stützwände 3,
6 in die Speicherräume 10 eintretendes Wasser wird durch ein Drainagesystem aus
den Speicherräumen 10 abgeführt und in einem Bodenraum 13 gesammelt. Der Bodenraum
13 befindet sich unterhalb der kugelförmigen Körper und ist durch eine druckfeste
Begrenzungswand 14, durch die Wand 2 des Druckbehälters 1 und durch eine Verlängerung
15 der senkrechten kreiszylindrischen Stützwand 3 bis zur Bodenwand 14 begrenzt.
Das gesammelte Leckwasser wird mittels Tauchpumpen aus dem Bodenraum 13 abgepumpt.
-
Von einer zentral auf dem Druckbehälter 1 angeordneten BetonkonstruktWon
wird die Arbeitsbühne 16 unterstützt.
-
Die Unterstützung besteht aus einer ringförmigen Wand 17, die in der
Wand 2 des Druckbehälters 1 endet. Im Bereich der Schnittebenen zwischen zwei kugelförmigen
Körpern sind oberhalb des Druckbehälters 1 senkrechte Verstrebungswände 18 angebracht,
die
die Stabilität der Gesamtkonstruktion erhöhen. Sie münden in
den Stützwänden 4 und in der ringförmigen Wand 17. Die Wa11d 17 wird weiter durch
drei kreisbogenförmige Wände 19 gestützt und in vier voneinander getrennte Schächte
20, 21 geteilt. Die Wände 19 sind dabei auf den kreiszylindrischen Stützwänden 3
errichtet.
-
Durch die Schächte 20, 21 führen Versorgungsleitungen von der Arbeitsbühne
16 zu den Speicherbehältern 11, den Ballasträumen und der Drainageeinrichtung. Außerdem
kann Bedienungspersonal durch die Schächte 20, 21 in den Druckbehälter 1 gelangen.
-
Sämtliche Pumpen für die gespeicherte Flüssigkeit, für Leckwasser
und für Ballastwasser können für Wartungs- oder Reparaturzwecke mit einem Hebezeug
durch die senkrechten Schächte 20, 21 leicht auf die Arbeitsbühne 16 gebracht werden.
-
Die Schächte 20, 21 sind lediglich von der Arbeitsbühne 16 zugänglich.
Sie sind aus Sicherheitsgründen dicht verschließbar.