NO335960B1 - Flytgasslagringslekter med betongflytekonstruksjon - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en flytgasslagringslekter med betongflytekonstruksjon. Lekteren består hovedsakelig av en forsterket og forspendt betongflytekonstruksjon (1) som innbefatter tanker for flytgass. Tankene (2) er sylindriske tanker hvor tverrsnittet normalt på deres hovedlengdeakse innbefatter et krumt parti (3), fortrinnsvis sirkulært, som samsvarer med tankebunnen, idet partiet fortrinnsvis er en nedre halvomkrets understøttet direkte på betongbunnen av lekteren, hvilken bunn har form av tilstøtende sylindriske kupler (3) hvor hver sylindriske kuppel har det samme delvis krumme tverrsnittet, fortrinnsvis sirkulært, motsatt av bunnen av hver tank.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører lagring av væsker i en betongkonstruksjon som kan bli beveget mens den flyter.

Mer spesifikt vedrører den foreliggende oppfinnelse en lekter for lagring av flytgass til sjøss, hvilken lekter hovedsakelig utgjøres av en flytende konstruksjon av forsterket og forspendt betong som rommer tanker for flytgass som blir holdt ved kryogene temperaturer, og spesielt temperaturer under -100°C.

Flytgasser, slik som metan, blir enten lagret i frittstående tanker som er sylindriske, sfæriske eller prismeformede, laget av plater av spesialstål eller tykk aluminium, eller i tanker utgjort av en tynn membran som tilveiebringer lekkasjesikker innesperring tilknyttet et termisk isolasjonssystem utgjort av blokker av skum, der isolasjonssystemet hviler kontinuerlig på en understøttelseskonstruksjon.

I den andre konfigurasjonen er membranen således dimensjonert utelukkende for å tilveiebringe lekkasjesikker innesperring av væske, og den mekaniske styrken til sammenstillingen er tilveiebragt av den utvendige understøttelseskonstruksjonen som ikke utsettes for kryogen kulde.

Fransk patent nr. 2 271 497 beskriver spesielt slike innesperrings- og isolasjonssystemer som er egnet for flytende naturgass-(LNG)-tankere, og for lagring på land, slik de blant annet har blitt utviklet av Société Gaz Transport & Technigaz (Trappes, France).

Tankere avpasset for å motta kryogene lagringstanker er normalt laget av stål av spesialistskipsverft. For flytende metan, gitt at egenvekten til substansen er lav (d « 0.47), er konfigurasjonen til slike tanker høyst uvanlig, og på grunn av den høye kostnaden ved tilvirkning av termisk isolerte tanker, er LNG-tankere ekstremt kostbare. De krever også at mange forholdsregler tas i operasjon siden det i det tilfellet at flytgass lekker på konstruksjonselementer i tankerens stålskrog, blir stålet skjørt og motstår ikke lenger belastninger fra omgivelsene, som fører til at fartøyet blir tapt.

Flytkonstruksjoner som likner, men er laget av betong, har blitt forutsett fordi betong oppfører seg godt når det settes i kontakt med flytgass ved svært lav temperatur, men slike konstruksjoner har imidlertid blitt konstruert for seglingsformål, og opptar mye mer volum og er massivere enn fartøyer laget av stål, slik at de resulterende fartøyene ikke er økonomisk konkurransedyktige med tilsvarende fartøy laget av stål. Videre krever deres oppdrift (draft) at de bygges i tørrdokker som er dype, for å gjøre det mulig for dem å bli beveget til dypere vann etter at tørrdokken har blitt fylt med vann.

DE 2 644 856 og FR 2 366 984 beskriver et betongfartøy som transporterer tanker plassert i betongrom. For å minimalisere det fuktede overflatearealet til fartøyet, har det en flat bunn på hvilken bunnveggene til rommene hviler. Sideveggene til rommene er understøttet av understøttelseskonstruksjoner av vuggetypen.

Det er også kjent betonglekter som ble bygget for Ardjuna-feltet (Indonesia) for å lagre flytende petroleumsgass. Gass blir lagret deri ved en temperatur på -45°C i frittstående sylindriske tanker som er termisk isolert, med sirkulært tverrsnitt, og laget av stål av middels tykkelse. Gassen innbefatter bare butan og propan. Tankene er lagret på to nivåer: en serie med seks tanker er lagret på dekk og en andre serie med seks tanker er lagret innenfor skroget. Hver av tankene innenfor skroget hvilker på to vugger som danner en del av betongkonstruksjonen til lekterens skrog. Funksjonen til vuggene er å tilveiebringe understøttelser som ligger nært et isostatisk system, og således minimaliserer belastningene som dannes av ulik deformasjon mellom tanken og lekterens konstruksjon, og muliggjør at en last tilsvarende vekten av tanken pluss dens innhold, d.v.s. omtrent 3000 tonn, kan overføres under gode betingelser til lekterens skrog, hvilket skrog er utsatt for oppdriftsskyv over hele dens fuktede overflate.

I den konfigurasjonen blir belastningen fordelt langs tanken konsentrert via vuggene og så overført gjennom vuggene til lekterens skrog, som således gir opphav til store konsentrerte krefter, og så blir til slutt belastningen fordelt over hele den aktive sonen av skroget som er utsatt for oppdriftsskyv. Lekteren måler omtrent 140 meter i lengden, 40 meter i bredden og 16 meter i dybden, og den er i stand til å lagre omtrent 60.000 kubikkmeter gass fordelt mellom tolv identisk isolerte tanker.

I lagringssonen til de isolerte tankene er således betongveggene som tilsvarer bunnen, sidene og skottene således tilveiebragt med forsterkningskonstruksjoner som inkluderer tykke bjelker tilknyttet betongskall eller plater som må være overdimensjonerte, i det minste i overgangssonen, slik at kraftfordelingen til resten av skrogkonstruksjonen kan finne sted på tilfredsstillende måte.

Det har ennå ikke blitt foreslått betonglektere for lagring av gassmengder over 60.000 m<3>, ei heller for lagring av flytgass ved temperaturer lavere enn -50°C, d.v.s. annen gass enn flytende metan eller propan, og spesielt for flytende metan.

Med de vanligvis benyttede teknikkene for tilvirkning av lektere med betongkonstruksjon, kan ikke bygging av gigantiske lektere bli ekstrapolert fra teknologien benyttet for Ardjuna-lekteren siden det enten vil kreve at antallet konvensjonelle tanker må multipliseres eller at det må lages tanker som er få i antall, men med gigantisk størrelse, basert på frittstående teknologi, men i det tilfellet ville det være store vanskeligheter med implementering, eller til og med teknisk umulig, på grunn av de betraktelige belastningene som må overføres via vuggene (isostatisk understøttelse).

Slike gigantiske tanker for de kryogene temperaturene til flytende metan (-165°C) gir betydelig forkortelse av den innvendige veggen til tanken når den blir nedkjølt, og skaper således ulike forskyvninger i understøttelse mellom tanken og lekterkonstruksjonen, siden konstruksjonen forblir ved omgivelsestemperatur. Understøttelsene blir svært vanskelige å konstruere, siden de må være i stand til å oppta disse bevegelsene uten å gi opphav til vesentlige spenningsnivåer som kan skape utmattingsfenomener i nevnte understøttelser eller i tanken, og således gjør en slik lekter farlig å operere. Disse krympingsfenomenene finnes i små tanker som lagrer propan kjølt til -50°C, men de kan bli overvunnet ved bruk av understøttelser med passende konstruksjon. Ekstrapolering av slike prinsipper til gigantiske tanker som arbeider ved -165°C eller enda lavere temperaturer vil føre til understøttelsessystemer som er ekstremt komplekse og krever stor forsterkning av betongskroget og således at svært store mengder forspendt betong blir benyttet.

Videre, til tross for den gode mekaniske oppførselen til betong, spesielt i kontakt med lytgass, kan faren for mikro-krakelering som oppstår i soner med maksimal spenning (understøttelsesvugger) føre til vanninntrengning gjennom den massive betongkonstruksjonen, som fører til fare for korrosjon av metallforsterkningen inne i betongen og til forringet ytelse for isolasjonssystemet, og dette har holdt fagpersoner innen området fra å benytte slike betonglektere for lagring av flytende metan til sjøss.

Slike lektere er utsatt for store mekaniske belastninger fra miljøforhold som virker på skroget (dønninger, vind og strømninger), og også til krefter som er store og svært lokaliserte, slik de skapes av ankersystemet, som generelt er plassert i de fire hjørnene av lekteren.

Videre, ulikt fartøy av LNG-tankertypen som generelt ikke har lov til å segle når de er halvlastede, og ofte enten må være praktisk talt tomme (mindre enn 10%) eller praktisk talt fulle (mer enn 85%), kan et flytende lagringsanlegg bli fylt til et nivå som ligger hvor som helst i området 0% til 100%, og den må tilveiebringe svært høye sikkerhets-nivåer uavhengig av til hvilket nivå den er fylt.

US 4 275 679 beskriver betonglektere for lagring av flytgass med betongtanker i form

av henisfæriske skall eller tre-fjerdedels sfæriske skall, muligens anbragt oppå sirkulære sylindere som rager vertikalt. Tanker med den formen som har krumning i to retninger samtidig er vanskelig å lage, og de krever også tilknyttede metallarbeidskonstruksjoner som er større og vanskelige å lage siden tankene ikke har felles sidevegger som gjør det mulig for tankene å ligge an mot hverandre og tilveiebringe gjensidig understøttelse når de er plassert side-ved-side. I tillegg innebærer slike sfæriske former at en stor mengde betong må benyttes.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en lekter for lagring av flytgass til sjøss, spesielt metan, idet gassen blir holdt ved kryogene temperaturer, spesielt temperaturer under -100°C.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe lektere som er i stand til lagring av store mengder, spesielt mer enn 100.000 m<3>og fortrinnsvis mer enn 200.000m<3>flytgass.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en lekter som er i stand til å bære, spesielt på et toppdekk, en gassbehandlingsenhet, idet gassen blir: enten mottatt i form av gass som kommer fra en olje- eller gassbrønn, i hvilket tilfelle den blir behandlet, så gjort flytende i spesialenheter, før den blir lagret i lekterens innvendige tanker;

eller at den blir mottatt i flytende form fra en tanker, i hvilket tilfelle den blir overført ombord og lagret i lekterens innvendige tanker før den enten blir levert i flytende form ved bruk av andre tankere eller blir oppvarmet i spesialenheter og levert i gassform i undervannsrør for bruk på steder fjernt fra lagringslekteren; eller at den blir benyttet på stedet for å produsere varme, elektrisitet eller mekanisk kraft. Energien produsert ved bruk av gassen kan enten bli benyttet ombord, eller eksportert til et fjernt sted via undervannsrør eller elektriske kabler.

Toppdekket til lekteren i henhold til oppfinnelsen må ha et overflateareal og en styrke som er tilstrekkelig til å motta alle flytendegjørings- eller regassifiserings-installasjoner, og også utstyret for produksjon av elektrisitet, og den totale vekten derav kan nå eller overskride 35.000 til 50.000 tonn.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en lekter som er i stand til å bli bygget enten i en tørrdokk i et skipsverft, eller i en tørrdokk gravd spesielt for formålet, under kostnads- og tidsbetingelser som er økonomisk konkurranse-dyktig med fartøy laget av stål.

Forsåvidt som bruken av stål for bygging av flytende understøttelser for lagring av flytende naturgass ved temperaturer under -100°C og med gassbehandlingsutstyr installert på dekket derav, øker risikonivået forbundet med at konstruksjonen blir skjør i tilfelle flytgass unnslipper grunnet et uhell i en flytendegjøringsenhet eller en gassbehandlingsenhet, er et problem bak den foreliggende oppfinnelse også å tilveiebringe en betongkonstruksjon som fremviser tilstrekkelig mekanisk styrke i tilfelle slike hendelser, og følgelig tilveiebringer bedre sikkerhet ved operasjon, og som kan bli bygget under bedre betingelser med hensyn til teknisk implementering og kostnad, spesielt ved å minimalisere mengden betong som benyttes.

For dette formålet tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en lekter for lagring av flytgass til sjøss, hvilken lekter er utgjort hovedsakelig av en flytkonstruksjon av forsterket og forspendt betong som inneholder tanker for flytgass.

I henhold til oppfinnelsen er tankene sylindriske tanker med et tverrsnitt som er normalt på deres hovedlengdeakser som inkluderer en fortrinnsvis sirkulær krum del tilsvarende bunnen derav, hvilken del fortrinnsvis er en nedre halvomkrets som hviler direkte på betongbunnen til lekteren, hvor bunnen av lekteren er i form av et flertall tilstøtende delsylindriske gjennomganger, idet hver delsylindriske gjennomgang har den samme fortrinnsvis sirkulært delvis krumme seksjonen som vender mot bunnen av hver tank.

Tankbunnene følger således konturen av overflaten, og motsvarer således kontinuerlig formen av lekterbunnen, idet tankbunnene og lekterbunnen er i form av tilstøtende omvendte hvelv.

Under påvirkningen av strømninger, dønninger og vind, gir bevegelsene påført lekteren opphav til dynamiske spenningsvariasjoner som er store, og både positive og negative etter hverandre. I sine bunnpartier har lagringstankene og lekteren i henhold til oppfinnelsen en form i form av omvendte hvelv, og spesielt i form av tilstøtende sirkulære sektorer, som gjør det mulig å benytte det hydrostatiske trykket til det omgivende vannet for å sikre at tverrsnittet til konstruksjonen blir belastet hovedsakelig i rent trykk, uavhengig av til hvilket nivå tankene er fylt, og dette fører til betraktelige besparelser i materialene med hensyn på betongen, forsterkningskonstruksjonene og forspenningsmidlene. Lagringslekteren i henhold til oppfinnelsen gjør det således mulig å minimalisere kreftene som overføres av gasstankene til lekterskrogets betongkonstruksjon, og å unngå de belastningskonsentrasjonene som resulterer fra bruk av lokalisert konstruksjonsforsterkning, som ville kreve at svært store mengder betong ble benyttet. Spenningsfordelingen er optimal, og gjør det mulig for sammenstillingen innbefattende betongkonstruksjonen og tanken å, gjennom hele arbeidslevetiden til installasjonen, å motstå for det første trykket generert av fluidet, og for det andre de dynamiske effektene som genereres av bevegelsen av den flytende understøttelsen under påvirkning av miljøbetingelsene, og til slutt de ulike termiske belastningene som blir generert uavhengig av til hvilket nivå de kryogene tankene er fylt. Belastninger blir overført fra flytgasslasten til lekterskrogets betongkonstruksjon på uniform måte, og tverrspenningene som oppstår i betongplaten er hovedsakelig trykkrefter, som blir en betraktelig fordel med hensyn til faren for krakelering og mikrokrakelering som finnes i enhver betongkonstruksjon, og med dette unngås faren for vanninntrengning gjennom betongen i konstruksjonen og for skade tilknyttet dette med hensyn til at forsterkningen blir korrodert, og muligens også isolasjonssystemet hvis tanken er en tynnmembrantank.

I en foretrukket utførelsesform er tanken av typen som har en tynnmembrandekket på utsiden av et termisk isolerende kompleks, hvilket kompleks hviler direkte mot betongbunnen til lekteren, idet betongveggen til lekterbunnen har en i det vesentlige konstant tykkelse, og uten noen ytterligere forsterkningskonstruksj on over hele tankunderstøttel-sessonen.

Den flytendegjorte gassen blir således rommet i en sylindrisk tank utgjort av en tynn membran dekket på utsiden av et termisk isolerende kompleks, hvilket kompleks hviler direkte mot betongbunnen til lekteren, idet betongveggen til lekterbunnen har en i det vesentlige konstant tykkelse, og uten noen ytterligere forsterkningskonstruksj on over hele tankunderstøttelsessonen.

Den flytendegjorte gassen blir således rommet i en sylindrisk tank utgjort av en membran som hviler på en isolerende kompleks, hvilket isolerende kompleks hviler direkte mot den utvendige veggen eller de mellomliggende veggene til lekterens betongkonstruksjon. Lekterens betongkonstruksjon utgjøres av en betongplate med i det vesentlige konstant tykkelse i sideveggene og bunnen, og i flukt med hele overflaten til den aktuelle tanken.

Bruken av en tynnmembrantank bidrar til å forbedre lastoverføringer og å redusere mekaniske spenninger i tanken, siden denne type tank fremviser en stivhet som er neglisjerbar i forhold til stivheten til lekterens betongkonstruksjon, og som et resultat innehar membranen en svært stor evne til deformasjon som således gjør det mulig for den å følge enhver deformasjon av betongskroget uten noen vesentlig spenningsøkning, og uavhengig av om deformasjonen er bøying i lengderetningen, bøying på tvers, eller vridning.

Å tilknytte et høyytelses-betongkonstruksjonssystem, d.v.s. å gi opphav til et betongkonstruksjonsskrog hvis forhold mellom oppdrift og sin egen vekt er stort, med et ultralettvekts innesperrings- og isolasjonssystem tilveiebringer også en svært høy ytelse, og fremviser mens lekteren blir bygd fordelen av å kreve en tørrdokk som er grunnere og som dermed gjør det mulig for konstruksjonen å fortsette i tørrdokken inntil et trinn som ligger mye lengere frem enn det som har vært mulig i den tidligere kjente teknikk.

En større mengde tungt utstyr kan således bli installert "tørt", for eksempel sammenstillingene og under-sammenstillingene som kreves på toppdekket for å muliggjøre fremtidig operasjon av installasjonene. Større frihet gis derfor i planleggingen av konstruksjonen, og konstruksjonen kan bli sjøsatt på et senere tidspunkt, som således reduserer antallet ferdiggjøringsoperasjoner som må gjøres flytende, hvor slike operasjoner generelt er mer kostbare enn om de ble gjort før sjøsetting. Dette er spesielt fordelaktig når tørrdokken blir gravd spesielt for konstruksjon av lekteren, siden det da er mulig å grave bare til en grunn dybde, som således minimaliserer gravekostnadene, og i tillegg er bruk av denne generelt ikke begrenset til frigjøring av tørrdokken for å bygge det etterfølgende fartøyet, slik tilfellet vanligvis er med en tørrdokk i et skipsverft.

I en utførelsesform har lekteren minst to, og fortrinnsvis minst tre, tanker anbragt i lengderetningen side-ved-side i rom i betongkonstruksjonen til lekteren, og adskilt med vertikale sidevegger av betong, med en konstruksjon og tykkelse som ikke er mindre enn for betongveggen til lekterens betongbunn, og uten noen ytterligere forsterkningskonstruksjon.

Fordelaktig kommer sideveggene til tankene mot overflatene til de vertikale sideveggene til rommene i lekterens betongkonstruksjon som tankene er innestengt i, slik at veggene til to tilstøtende tanker som sideveis ligger an mot den samme vertikale mellomveggen mellom sine rom understøtter hverandre gjensidig.

I henhold til et annet karakteristisk trekk ved den foreliggende oppfinnelse, er ankerpunktene for forspenningskablene til den forspendte betongen plassert utenfor den krumme bunnveggen til betongkonstruksjonen, og fortrinnsvis utenfor de vertikale sideveggene av betongen som omgir tankene.

Fortrinnsvis er ankerpunktene til forspenningskablene, i lekterens tverrsnittsplan, plassert i toppendene av de vertikale sideveggene til betongen som omgir tankene. I denne posisjonen er de enkelt tilgjengelig, og forspenningskablene kan bli satt under strekk i det mest optimale øyeblikket under bygging av betonglekteren, som således tillater tilvirkningen av isolasjonssystemet og av tanken å starte lenge før betongkonstruksjonen har blitt gjort ferdig. Ankerpunktene til forspenningskabene parallelt med lekterens akse er plassert i tilstøtende ikke-kryogene lagringssoner som er reservert for forbruksvarer, ferskvann, ballast, eller tekniske anlegg.

For gigantiske lektere gjør veggtykkelsen til rommene i betongkonstruksjonen som innesperrer tankene, hvilken tykkelse generelt ikke overskrider 70 cm, det ikke desto mindre mulig å overlagre plater av metallforsterkning og plater for ulike forspennings-kabler på en slik måte at kablene benyttet for forspenning av hvelvet kan bli hevet til toppartiet av lekterens betongkonstruksjon. Ved å gjøre det på denne måten ved bygging av betongkonstruksjonen er det mulig å svært tidlige frigjøre den kryogene lagringssonen i hvilken tankene skal bli installert, og spesielt der innesperrings-membranet og de termiske isolasjonssystemene skal installeres, som således gjør det mulig å svært betraktelig redusere totaltiden som kreves for bygging av lekteren, siden isolasjonessystemet som utgjør elementet som er det vanskeligste og mest tidkrevende å installere, kan bli begynt på et mye tidligere trinn under konstruksjonen. Isolasjonssystemet tilknyttet dens membran må bli montert på stedet ved bruk av individuelt prefabrikerte paneler som hvert måler generelt noen få kvadratmeter. Membranen laget på denne måten blir montert ved sveising mens den er direkte i posisjon, mens den i tidligere kjente tanker har blitt prefabrikkert og installert ved bruk av et minimum antall pakninger og således vinsjer, som kreves fri adkomst, og følgelig innebærer at tankene må bli installert før toppartiet av lekteren kan bli bygget.

I en fordelaktig utførelsesform har de sylindriske tankene og rommene i betongkonstruksjonen som de er innesperret i et tverrsnitt som er normalt på deres langsgående hovedakser, idet toppartiene til tverrsnittene innbefatter to skrånende sidekanter av skråplanveggene til rommene, hvilke skrå vegger hviler på toppendene av vertikale sidevegger i rommene og forbinder de vertikale sideveggene med en horisontal toppvegg for hvert av rommene.

I en foretrukket utførelsesform er tankens vegger påført direkte mot veggene til rommene innenfor hvilke de er innesperret, d.v.s. at hele veggen til hver av tankene følger konturen, og samsvarer kontinuerlig med formen til de innvendige overflaltene av de korresponderende veggene til dens rom i lekterens betongkonstruksjon.

Hvert av rommene, og fortrinnsvis hver av tankene, innbefatter således:

i dens bunnparti: en sylindrisk gjennomgående seksjon som er

fortrinnsvis halvsirkelformet; og

i dens topparti:

to vertikale sidevegger;

to skrånende sidevegger; og

en horisontal toppvegg.

Denne konfigurasjonen gjør det mulig å redusere skvulpingen av flytgass i tanken når den ikke er fullstendig full.

Ankerpunktene til de tverrgående forspenningskablene er fordelaktig plassert i bunnendene av de skrå veggene, mens fremdeles utenfor tankrommene, med de langsgående forspenningskablene fordelaktig plassert i de tilstøtende ikke-kryogene tankene eller lagringssonene.

Fordelaktig har betongkonstruksjonen sidekjøler langs sine sider.

Fordelaktig innbefatter også betongkonstruksjonen, i sitt topparti, over rommene som inneholder tankene, en sone utgjort av rektangulære senkekasser (caissons) som danner hovedkonstruksjonen til lekteren, og tilveiebringer stivheten for totalkonstruksjonen. Lekterens toppdekk har tilstrekkelig styrke til å motta alle flytendegjørings- eller regassifiserings-installasjoner, sammen med utstyret for å produsere elektrisitet, og totalmassen til disse kan overskride 50.000 tonn.

I en foretrukket utførelsesform inkluderer rommenes betongvegger, fortrinnsvis de mellomliggende vertikale sideveggene mellom to tanker, et oppvarmingssystem innkapslet i betongen. Dette gjør det mulig å begrense i hvor stor utstrekning veggen blir avkjølt. Varme strømmer gjennom isolasjonssystemet til tanken med den effekt å kjøle betongen, og denne kjølingen er begrenset til bare å tilføre varme tatt enten fra bunnpartiet til lekterens betongskrog som er i kontakt med sjøvann, eller fra toppartiet som er i kontakt med omgivelsesluft, eller ved å ellers tilføre tilleggsvarme direkte innenfor betongmassen. Det er nødvendig å begrense i hvor stor grad betongen blir avkjølt, siden stålforsterkningene blir sprø og styrken til konstruksjonen blir redusert svært betraktelig under en viss temperatur. Forsterkningen kan bli valgt til å mostå svært lave temperaturer, men da blir imidlertid kostnaden svært høy, slik at det er foretrukket å begrense eksepsjonelle temperaturfall til verdier i størrelsesorden -10°C til -20°C, mens den vanlige temperaturen til konstruksjonen fortrinnsvis ligger omkring 0°C til +5°C.

Varme kan bli tilveiebragt ved å inkorporere elektriske varmekabler i betongen, eller rør som fører med seg et varmt fluid, eller ved å innføre elektrisitet direkte i forspenningskablene, spesielt de kablene som må beskyttes utfra et prioritetsgrunnlag. Slik tilleggsvarme kan også bli tilveiebragt passivt ved en varmeledning langs kablene som er innkapslet i betongen og i kommunikasjon med det omgivende sjøvannet.

I en foretrukket versjon av oppfinnelsen er varmesystemet en komplett oppvarmingsanordning som benytter en termodynamisk syklus uten at noen ytre varme-energi blir tilført denne, idet anordningen innbefatter røropplegg innkapslet i betongen, og som åpner ut i en tank med et stort varmevekslerareale med sjøvannet i bunnen, og på utsiden under betongkonstruksjonen, idet røropplegget og tanken for varmeveksling med vannet inneholder et kjølemiddel som sirkulerer og overfører varme mellom en varm kilde utgjort av det omgivende sjøvannet og en kald kilde utgjort av betongmassen som skal oppvarmes.

Den forspendte betonglekteren for kryogen flytgass i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis tiltenkt gigantiske lagringsanlegg med en kapasitet på mer enn 100.000 m<3>flytgass ved temperaturer under -100°C, og som muligens når eller overskrider et totalt volum på 300.000 m<3>. En slik lekter måler omtrent 250 til 300 m i lengden, 60 til 70 m 1 bredden, og 25 til 30 m i dybden.

Lekteren i henhold til oppfinnelsen kan ha et toppdekk som er egnet for å motta flytendegjørings- eller regassifiseringsinstallasjoner, eller utstyr for produksjon av elektrisitet.

Andre karakteristikka og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå i lys av den følgende detaljerte beskrivelse gitt med henvisning til de medfølgende figurer, i hvilke: figur 1 er et enderiss i tverrsnitt av en kryogen-lagringsbetonglekter i

henhold til oppfinnelsen;

figur 2 er et planriss i snitt av en lekter tilsvarende figur 1, og som viser

de ulike kryogene lagringsrommene;

figur 3 er et snitt gjennom veggen til lekteren i figur 1, og viser en tynn

membrantank påført mot denne;

figur 4 er et snittriss gjennom den vertikale sideveggen mellom rommene som inneholder de kryogene tankene for flytgass, og utstyrt med et kombinert elektrisitets- og varmtvannsoppvarmingsnettverk; og

figur 5 er et snittriss av den mellomliggende betongskilleveggen i figur 4,

men inkludert et komplett oppvarmingssystem som gjør bruk av termodynamisk syklus.

Lekteren i henhold til den foreliggende oppfinnelse, som vist i figurene 1 og 2, innbefatter en betongkonstruksjon 1 laget av forsterket betong med metallforsterkning

og forspendt ved bruk av kabler. Som vist innbefatter den seks kryogene lagringstanker 2 anbragt i rom 14. Tankveggene er vist skjematisk i figur 3, og er beskrevet nedenfor.

Lekteren i henhold til oppfinnelsen, vist i tverrsnitt i figur 1, fremviser en profil som er konstant langs hele flytgasslagringssonen, med tverrgående skott 19 i sitt delvis nedsenkede bunnparti som, som vist i figur 2, definerer: rom 14 for å romme de kryogene tankene 2;

rom 15 som kan ha en form som likner rommene 14 eller en rektangulær form, for lagring av andre fluider slik som gassolje, ferskvann, eller en hvilken som helst annen substans, slik som kondensater eller butaner og propaner som kan bli lagret enten i frittstående avkjølte tanker, eller i tanker under trykk ved romtemperatur; og

ballasttanker 16 med en hvilken som helst form, og fylt med vann.

Lekterens bunnparti, som utgjør dens delvis nedsenkede betongskrog, inneholder rom 14 for flytgasstankene 2, hvor bunnen 3 i hvert rom er i form av en halvsylindrisk gjennomgang, slik at skroget utgjør tre tilstøtende, omvendte hvelv. Veggene til tankene 2 blir påført direkte mot veggene 4i, 42, 5i, 52, 53og 54til betongrommene 14. Veggene til hvert rom 14 innbefatter således: en bunn vegg 54i form av en halvsylindrisk gjennomgang med sirkulært

snitt;

vertikale sidevegger som kan være sidene 4i av lekteren eller

mellomliggende skillevegger 42mellom par med tilstøtende rom; og

plane toppvegger 5i, 52, 53representert av kanter i snittet i figur 1, og

innbefattende:

sidetoppvegger 51og 52som skråner mot det vertikale symmetriplanet til

rommet 14 og dens tank 2; og

en horisontal toppvegg 53som sammenkopler toppendnene til de skrånende sidetoppveggene 5i og 52.

De mellomliggende veggene 42kan være doble vegger for inspeksjonsformål, eller for å forbedre temperaturreguleringen av betongplatene. Tilsvarende kan lekterens sidevegger 4i være doble vegger for å tilveiebringe mekanisk beskyttelse mot ytre sjokk som for eksempel kan forårsakes av hjelpefartøy eller av fartøy for transport av flytgass som ligger langsmed lekteren for å laste flytgassen på eller av.

Ankerpunktene 66 for forspenningskablene 6 er plassert i bunnen av de skrånende sidetoppveggene 5i, 52i toppendene av de vertikale sideveggene 4i, 42av rommene 14, og innenfor rommene 26.

I lekterens bunnparti, og fortrinnsvis i sidene av lekteren, er det fordelaktig å installere konstruksjonsforlengelser som valgfritt er kontinuerlig langs lengden av lekteren, og som virker som sidekjøler 21. Funksjonen til sidekjølene er å dempe lekterens rulling, for det første ved å øke totaltregneten til systemet ved å tilføye en vannmasse, og for det andre ved å spre energien ved å danne turbulens mot endene av sidekjølene. Mengden energi som skapes av turbulensen kan fordelaktig bli øket ved å lage hull i sidekjølene. Siden sidekjølteknikken er kjent for fagpersoner innen skipsbyggingsområdet, blir den ikke beskrevet nærmere her.

Bunnveggene 54av rommene 14 som er i form av tilstøtende omvendte hvelv, gjør det mulig å ytterligere begrense trekket som kreves under sjøsetting, straks tørrdokken har blitt fullstendig fylt, ved å injesere luft under skroget. Luften blir så fanget i de høye punktene 20 som finnes mellom to sylindriske tanker og de høye punktene 22 som finnes mellom en sylindriske sidetank og sidekjøler 21. Den ytterligere oppdriften som skapes på denne måten gjør det mulig å føre lekteren til et sted hvor draftet er tilstrekkelig for å tilveiebringe akseptabel oppdrift etter at den injeserte luften har blitt fjernet.

Lekterens topparti over rommene 14 som inneholder de kryogene tankene 2 innbefatter et toppdekk 23 understøttet av elementer i form av andre senkekasser 17 som er rektangulære, med vertikale vegger 18 som utgjør langsgående forsterkninger for konstruksjon, og som tjener til å understøtte installasjoner, slik som flytendegjørings-utstyr, regassifiseringsutstyr, eller utstyr forå overføre eller produsere elektrisitet sammen med alt annet utstyr som kreves for logistikken ved installasjonene og mannskapet, alt installert påtoppdekket 23 og med en total vekt som kan overskride 50.000 tonn.

Rom 26 med triangulært snitt over de vertikale sideveggene 42er definert av de skrånende sideveggene 5i og 52til to tilstøtende rom 14, og av bunndekkene til nevnte andre senkekasser 17. Disse rommene 26 gir adkomst til ankerpunktene til forspenningskablene, og de kan bli benyttet delvis for lagringsformål.

Lekteren vist i figurene 1 og 2 innholder seks tanker som hver har en kapasitet på 50.000 m<3>, og dens totale størrelse er 250 til 300 m lengde ganger 60 til 70 m bredde, og 25 til 30 m høyde. Tykkelsen til betongveggen er omtrent 60 til 70 cm i dens del som tilsvarer platen som understøtter de kryogene tankene. De andre rommene har plater med varierende tykkelser, muligens tilknyttet forsterkningsbj eiker.

Figur 3 er et diagram som viser konfigurasjonen av veggene for en type tynnmembrantank kjent for fagpersoner innen området. Tynnmembranet 23 er fortrinnsvis laget av rustfritt stål i form av plater som er 0,5 til 2 med mer tykke, og som fortrinnsvis fremviser korrugeringer for det formål å oppta deformasjonen grunnet de ekstreme variasjonene i temperatur.

Denne membranen hvilker på et isolerende komplekt utgjort av blokker av syntetisk materiale, spesielt polyuretanskum 24 mellom to plater med halvstivt materiale 25 av finertypen.

Figurene 4 og 5 viser ulike systemer for oppvarming av mellomveggene 42til rommene 14 som inneholder de kryogene tankene 2, siden disse veggene aldri er i direkte kontakt med sjøvann og de har en tendens til å avkjøles på grunn av deres kryogene miljø.

Venstre side av figur 4 viser et nettverk av rør 9, i hvilke det sirkulerer et oppvarmings-fluid, og den høyre siden av figuren viser et nettverk av elektriske kabler 8 anbragt i en parallell forskjøvet (staggered) konfigurasjon.

Figur 5 viser en oppvarmingsanordning som opererer ved hjelp av en termodynamisk syklus, hvilken anordning innbefatter vertikale rør 10 inkorporert i mellomveggene 42til rommene 14, idet hvert rør 10 har forgreninger i form av rørforlengelser 13 som strekker seg inne i den mellomliggende veggen 42. Bunnen av røret 10 er under vann, og kommuniserer med en varmevekslertank 11 med finner 12 som således tilveiebringer et stort varmevekslingsareale med det omgivende vannet.

Sammenstillingen innbefattende røret 10 og tanken 11 er anbragt på en slik måte at den bare har et lavt punkt som er plassert i bunnen av tanken. Den er fylt med et kjølefluid som er valgt for å bli flytende ved en temperatur som samsvarer med minimums-temperaturen som ønskes for å beskytte platen. Varmeoverføringen finner så sted som følger: a) gassen tilstede i røropplegget 10 kondenserer i de kalde soner 130, og overfører dermed varme til betongen, og etablerer også et sug ved å reduseres i volum; b) kondensatet sildrer så ned gjennom røropplegget 10 under tyngdekraftens virkning, og går til tanken 11 på grunn av at det ikke er noen lave punkter langs dens vei; c) kondensatet i kontakt med veggen til tanken, som selv er i kontakt med omgivelsesvannet 12, blir oppvarmet og fordampet; og d) fluidet som blir fordampet på nytt på denne måten kompenserer for trykktapet og tvinger gass tilbake til de kalde sonene som skal oppvarmes. Typen kjølefluid blir valgt som en funksjon av minimums-temperaturen til omgivelsesvannet og også som en funksjon av beskyttelsestemperaturen som er ønskelig for betongplaten. Som et eksempel er butan egnet som kjølefluid, og tjener til å overføre varme mellom den varme kilden (omgivelsesvann) og den kalde kilden (betongplaten). Mangfoldige fluider har blitt utviklet innen kjøleindustrien for optimalt å passe til ulike vannkilde- og kaldkilde-konfigurasjoner. Anordningen er selvtilpassende, og opererer kontinuerlig uten at noe ytre energi blir tilført bortsett fra med omgivelsesvannet, som representerer en betraktelig fordel i forhold til oppvarmingsteknologiene som benytter elektrisitet eller en varm fluid siden slike teknologier generelt innebærer produksjon av drivhusgasser som slik CO/C02.

Kapasiteten til å overføre varme avhenger hovedsakelig av varmevekslerarealene i den kalde sonen av betongplaten, og av varmevekslerarealene i den varme sonen med omgivelsesvann. Rørbunten innkapslet i betongen har fordelaktig forgreninger, og hver av forgreningene må unngå å ha et lavt punkt, slik at kondensatene alltid beveger seg ned til bunntanken bare under tyngdekraftens påvirkning. Tilsvarende blir varme-vekslerarealet med omgivelsesvannet øket enten ved å benytte multiple finner eller ved tvunget vannsirkulasjon ved bruk av propeller eller pumper, for eksempel i nærheten av en varmeveksler.

Denne nye lekterkonstruksjonen er tilpasset alle typer kryogenlagring, og spesielt lagring av flytendegjorte hydrokarboner slik som metan, butan og propan, og også for lagring av enhver annen gass slik som hydrogen, nitrogen, oksygen, spesielle gasser, eller gasser produsert av den kjemiske industrien, slik som etylen eller ammoniakk.

Denne nye lektertypen kan være en flytende understøttelse holdt flytende på stedet av et ankersystem, eller den kan bli bygget og tauet til stedet før den blir fylt med balast, for å hvile på en tidligere forberedt bunn og forbli festet i forhold til bunnen gjennom sin arbeidsdriftstid. Når lekteren blir tatt ut av drift, er det således tilstrekkelig å få den til å flyte igjen ved å injesere trykkluft inn i sonene mellom de hvelvede delene av skroget. Lekteren kan så bli tauet for installasjon på et annet sted.

Claims (12)

1. Lekter for lagring av flytgass til sjøss, hvilken lekter er i det vesentlige utgjort av en flytende konstruksjon (1) av forsterket og forspendt betong som inneholder tanker (2) for flytgass,karakterisert vedat tankene (2) er sylindriske tanker med tverrsnitt normalt på deres hovedlengdeakser som inkluderer et fortrinnsvis sirkulært krumt parti som korresponderer med bunnen (3) derav, hvilket parti fortrinnsvis er en bunnhalvomkrets som hvilker direkte på betongbunnen (54) til lekteren, hvor bunnen av lekteren er i form av et flertall tilstøtende delsylindriske gjennomganger, idet hver delsylinderisk gjennomgang har den samme, fortrinnsvis sirkulære, delvis krumme seksjonen vendende mot bunnen (3) av hver tank.

2. Lekter for lagring av flytgass, og konstruert i det vesentlige av en betongflytekonstruksjon i henhold til krav 1,karakterisert vedat nevnte tank er en tank (2) av typen med en tynn membran (23) dekket på utsiden av et termisk isolerende kompleks (24, 25), hvilket kompleks ligger direkte an mot betongbunnen (54) av lekteren, idet betongveggen til lekterbunnen (54) har en i det vesentlige konstant tykkelse, og uten noen ytterligere forsterkningskonstruksjon over hele tankunder-støttelsessonen.

3. Lagringslekter i henhold til krav 1 eller 2,karakterisertv e d at den har minst to, og fortrinnsvis minst tre, tanker (2) anbragt i lengderetningen side-ved-side i rom (14) i lekterens betongkonstruksjon, og adskilt av vertikale sidevegger av betong (4], 42), med en konstruksjon og tykkelse som ikke er mindre enn for betongveggen (54) til lekterens betongbunn, og uten noen ytterligere forsterkningskonstruksjon.

4. Lagringslekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3,karakterisert vedat de sylindriske tankene (2) og rommene (14) i betongkonstruksjonen som de er innesperret i har et tverrsnitt normalt på deres hovedlengdeakse, idet toppartiene til tverrsnittene innbefatter to skrånende sidekanter som korresponderer med de skrånende plane veggene (5i, 52) til rommene, idet de skrånende veggene hviler på toppendene av vertikale sidevegger (4i, 42) til rommene (14), og forbinder de vertikale sideveggene (4i, 42) med en horisontal toppvegg (53) for hver av rommene (14).

5. Lagringslekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 4,karakterisert vedat veggene til tankene (2) blir påført direkte mot veggene (4i, 42, 5i, 52, 53, 54) av rommene (14) som de er innesperret i.

6. Lagringslekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 5,karakterisert vedat ankerpunktet (66) for forspenningskabelene (6) til den forspendte betongen er plassert utenfor den krumme bunnveggen (54) til betongkonstruksjonen, og fortrinnsvis utenfor de vertikale sideveggene (4i, 42) av betong som omgir tankene.

7. Lagringslekter i henhold til krav 6,karakterisert vedat ankerpunkter (66) til de forspendte kablene (6) i lekterens tverrsnittsplan er plassert i toppenden av de vertikale sideveggene (4i, 42) av betong som omgir tankene (2).

8. Lagringslekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 7,karakterisert vedat betongveggene til rommene, fortrinnsvis de mellomliggende vertikale sideveggene (42) mellom to tanker, inkluderer et oppvarmingssystem innkapslet i betongen.

9. Lagringslekter i henhold til krav 8,karakterisert vedat oppvarmingssystemet er utført ved å inkorporere elektriske varmekabler (8) i betongen, eller ved å føre elektrisitet inn i forspenningskablene, eller ved rør som frakter et varmt fluid (9), eller ved å lede varme langs kablene innkapslet i betongen, og i forbindelse med sjøvannet.

10. Lagringslekter i henhold til krav 9,karakterisert vedat oppvarmingssystemet er en komplett oppvarmingsanordning som benytter en termodynamisk syklus uten at noen ytre varmeenergi blir tilført til denne, idet anordningen innbefatter røropplegg (10) innkapslet i betongen og som munner ut i en tank (11) med et stort varmevekslerareale (12) med sjøvannet i bunnen og på utsiden under betongkonstruksjonen, idet røropplegget (10) og tanken for varmeveksling med vannet inneholder et kjølemiddel som sirkulerer og overfører varme mellom en varm kilde utgjort av det omgivende sjøvannet og en kaldkilde utgjort av betongmassen som skal varmes opp.

11. Lagringslekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 10,karakterisert vedat den gjør det mulig å lagre mer enn 100.000 m<3>flytgass ved en temperatur på mindre enn -100 °C.

12. Lekter i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 11,karakterisert vedat den har et toppdekk som er egnet for å motta flytendegjørings- eller regassifiseringsinnstallasjoner, eller utstyr for produksjon av elektrisitet.