DE19726440C2

DE19726440C2 - Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser

Info

Publication number: DE19726440C2
Application number: DE19726440A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Stockmann; Helmut Reitmeier; Lothar Link; Christian Pfeiffer; Pentti Paurola
Original assignee: Linde GmbH; Den Norske Stats Oljeselskap AS
Current assignee: Linde GmbH; Equinor ASA
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: NO996396L; NO334251B1; DE19726440A1; WO1998059116A1; NO996396D0; AU8800798A

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser, wobei das See- und/oder Meerwasser vorzugsweise als Kühl- und/oder Heizmedium für unterschiedlichste Prozesse verwendet wird.

Prinzipiell kann das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellte See- und/oder Meerwasser für jeden beliebigen Prozeß bzw. Anwendungszweck als Kühl- und/oder Heizmedium, sei es für Kraftwerke, Kernkraftwerke, petrochemische Anlagen, Raffinerien, Erdgasverflüssigungsanlagen, etc. verwendet werden. Bei der Verflüssigung von Erdgas werden große Mengen an Kühlmedien benötigt.

Gegenwärtig sind sowohl sog. onshore- als offshore-Erdgasverflüssigungsanlagen mit einem der nachfolgenden Kühlsysteme ausgestattet:

- Luftkühlsystem
- Kühlturm-System
- direktes Meerwasser-System
- indirektes Meerwasser-System

Für die beiden letztgenannten Systeme ist es von Vorteil, wenn See- und/oder Meerwasser mit möglichst geringer Temperatur, d. h. < 15°C, zur Verfügung steht. Oftmals ist es jedoch der Fall, daß die Temperaturen der oberen Schichten eines Sees oder Meeres zu warm sind, um als Kühlmedien verwendet werden zu können. Hingegen weist das See- oder Meerwasser aus größeren Tiefe die erforderliche geringe Temperatur auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser anzugeben, mit dem ein energiefreier Transport von See- und/oder Meerwasser aus großer Wassertiefe realisiert werden kann.

Dies wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser dadurch erreicht, daß das See- und/oder Meerwasser mittels des Siphonprinzips hochgepumpt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser umfaßt:

a) wenigstens eine See- und/oder Meerwasserentnahmeleitung (1, 2), deren Einlaßöffnung in einer Tiefe h 3 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, deren höchster Punkt in einer Tiefe h 1 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, und deren Auslaßöffnung in einer Tiefe h 2 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, wobei h 1 < h 2 < h 3,
b) wenigstens ein Becken, in der die See- und/oder Meerwasserentnahmeleitung (1, 2) mündet, und
c) Mittel zum Regeln (a, b) des Wasserstandes in dem Becken.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben, die Gegenstände von Unteransprüchen darstellen, seien anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem sog. onshore- Erdgasverflüssigungsprozeß, während die Fig. 3 und 4 - jeweils in Verbindung mit Fig. 2 - die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem sog. offshore-Verflüssigungsprozeß zeigen.

Über eine Entnahmeleitung bzw. Pipeline 1 - im folgenden nurmehr Entnahmeleitung genannt - wird das See- oder Meerwasser aus einer Tiefe h 3, die relativ zu dem See- bzw. Meeresspiegel 11 gemessen wird, entnommen. See- oder Meerwasser aus einer Tiefe h 3 bis zu einigen hundert Metern weist eine gleichmäßige Temperatur zwischen 4 und 15°C auf. Die Entnahmeleitung 1 besteht aus einem Polymer-Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, PVC, oder mit Glasfieber verstärkter Polyester. Über die Entnahmeleitung 1 wird das See- oder Meerwasser bis auf eine Tiefe h 1 unterhalb des See- bzw. Meeresspiegels 11 geführt.

Der See- bzw. Meerwassereintritt der Entnahmeleitung 1 ist mit einem in der Fig. 1 nicht dargestellten Filter versehen, der verhindert, daß See- oder Meeresfauna und/oder -flora in die Entnahmeleitung 1 gelangt. Um das Wachstum einer Fauna und/oder Flora innerhalb der Entnahmeleitung 1 zu beschränken bzw. zu behindern, kann über eine Leitung 8 ein geeignetes Gegenmittel, wie z. B. Hypochlorite, in die Entnahmeleitung 1 eingebracht werden. Aus diesem Grunde ist die Entnahmeleitung 1 mit einer zusätzlichen, vorzugsweise in der Entnahmeleitung 1 geführten, kleineren Leitung, über die das Gegenmittel gefördert wird, versehen.

Die Entnahmeleitung 1 ist mittels geeigneter Vorrichtungen 12, wie z. B. Zementblöcken bzw. -stützen, am See- oder Meeresgrund 13 befestigt. Der Wärmeeintrag aus dem umgebenden See- bzw. Meerwasser ist aufgrund der o. g. gewählten Materialien gering.

Über ein Notfallventil a wird das See- oder Meerwasser über Leitung 2 in ein - lediglich in der Fig. 2 im Detail dargestellten - "Becken" geführt. Unter dem Begriff "Becken" ist sowohl ein Becken im eigentlichen Sinne des Wortes zu verstehen als auch, wie in den Fig. 3 und 4 ersichtlich, eine Räumlichkeit innerhalb z. B. einer Bohr- bzw. Förderinsel (Fig. 3) oder eines Schiffes (Fig. 4). Das bereits erwähnte Notfallventil a dient der Verhinderung der Überflutung der Becken durch See- oder Meerwasser bei einer Notfallsituation.

Das untere Ende der Leitung 2 befindet sich in einer Tiefe h 2 unterhalb des See- bzw. Meeresspiegels 11. Während die Tiefe h 1 typischerweise zwischen 2 und 3 m beträgt, wird die Tiefe h 2 in einem Bereich zwischen 5 und 15 m unterhalb des See- bzw. Meeresspiegels 11 gewählt. Dadurch wird der Druckabfall innerhalb der Entnahmeleitung 1 kompensiert und das über die Entnahmeleitung 1 entnommene See- oder Meerwasser strömt, ohne daß der Einsatz einer Pumpe notwendig wäre, in das Becken. Der Stand des See- oder Meerwassers in dem Becken ist selbstregelnd. Allerdings kann alternativ mittels eines Regelventils b, das mit einer Meßvorrichtung 3 für den Wasserpegel in der Becken verbunden ist (dargestellt durch die strichpunktierte Linie), wird der Pegelstand des See- oder Meerwassers 4 innerhalb des Beckens geregelt.

Die Abmessungen des in der Fig. 2 dargestellten Beckens sind sowohl vom benötigten Platzbedarfs des Equipments - auf das im folgenden noch näher eingegangen wird - innerhalb des Beckens, als auch von dem Erfordernis des Ausgleichs des Druckverlustes innerhalb der Entnahmeleitung 1 abhängig. Dies bedeutet, daß bei einer entsprechenden Tiefe h 3, in die die Entnahmeleitung 1 hinabreicht, eine entsprechende Tiefe h 2 zur Kompensation des Druckverlustes innerhalb der Entnahmeleitung 1 zu wählen ist.

Innerhalb des Beckens ist eine Reinigungsvorrichtung 5 vorgesehen, bei der es sich vorzugsweise um einen rotierenden Korbfilter oder Korbrechen, der mögliche Partikel von einem Eintritt in das noch zu beschreibende Kühlsystem abhält, handelt. Mittels wenigstens einer Pumpe 7 wird das See- oder Meerwasser über Leitung 6 den Wärmetauschern 9, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind, mit dem benötigten Druck, typischerweise zwischen 2 und 5 bar, zugeführt. In diesen Wärmetauschern 9 - wobei es sich unter Umständen auch um lediglich einen Wärmetauscher handeln kann, wird das gepumpte See- oder Meerwasser gegen ein oder mehrere abzukühlende Medien angewärmt. Prinzipiell kann das gepumpte See- oder Meerwasser bzw. ein Teilstrom desselben selbstverständlich auch zum Anwärmen von Medien, die eine niedrigere Temperatur als das See- oder Meerwasser aufweisen, verwendet werden.

Neben der erwähnten Abkühlung von z. B. zu verflüssigendem Erdgas kann das See- oder Meerwasser auch der Abkühlung der Verbrennungsluft von Gasturbinen dienen. Durch eine derartige Abkühlung der Verbrennungsluft wird die Leistung der Gasturbinen erhöht, was eine Erhöhung der Produktionskapazität zur Folge hat.

Nach erfolgter Kühlung und/oder Erwärmung des bzw. der zu kühlenden und/oder anzuwärmenden Medien in dem oder den Wärmetauschern 9 wird das erwärmte und/oder abgekühlte See- oder Meerwasser über Leitung 10 wieder in den See bzw. das Meer zurückgeführt. Die Rückführleitung 10 besteht im wesentlichen aus den gleichen Materialien wie die Entnahmeleitung 1. Die Rückführleitung 10 reicht bis zu einer Tiefe h 4, die vorzugsweise zwischen 10 und 30 m beträgt, unterhalb des See- bzw. Meeresspiegels. Am Ausgang dieser Rückführleitung 10 ist im Regelfall ebenfalls eine in der Fig. 1 nicht dargestellte Schutzvorrichtung, die das Eindringen von See- oder Meeresfauna und/oder -flora verhindert, vorgesehen.

In der Fig. 3 ist eine sog. offshore-Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Bohr- bzw. Förderinsel dargestellt. Das in der Fig. 2 dargestellte Becken ist hierbei z. B. an einer der Stelzen der Bohr- bzw. Förderinsel unterhalb des Meerwasserspiegels vorzusehen.

Wie in der Fig. 4 dargestellt, können das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls z. B. auf einem Tankschiff für verflüssigtes Erdgas, das einen Erdgasverflüssiger aufweist, angewendet werden. Das in der Fig. 2 dargestellte Becken ist in diesem Falle innerhalb des Schiffes, jedoch unterhalb des Meerwasserspiegels vorzusehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sind vor allem dann vorteilhaft anwendbar, wenn die Oberflächentemperatur des Wassers relativ hoch ist. Auch im Hinblick auf ökologische Gesichtspunkte weisen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung Vorteile gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Verfahren und Vorrichtungen auf, da die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur und der Temperatur des zurückgeführten Wassers vergleichsweise gering ist. Desweiteren hat die Verwendung von kälterem Wasser als Kühl- und/oder Heizmedium den Vorteil, daß aufgrund der niedrigeren Wassertemperatur sowohl die Korrosion als auch die Verschmutzung innerhalb der Leitungen und Wärmetauscher verlangsamt bzw. reduziert werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich bei bestehenden Anlagen die Produktionskapazität erhöhen, während bei Neuanlagen eine deutliche Reduzierung der Investitionskosten erzielt werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser, wobei das See- und/oder Meerwasser vorzugsweise als Kühl- und/oder Heizmedium für unterschiedlichste Prozesse verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das See- und/oder Meerwasser mittels des Prinzips der kommunizierenden Röhren über wenigstens eine aus einem Polymer-Kunststoff bestehende See- und/oder Meerwasserentnahmeleitung (1, 2) hochgepumpt wird.

2. Verfahren zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das See- und/oder Meerwasser mittels des Siphonprinzips hochgepumpt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgepumpte See- und/oder Meerwasser vor der Verwendung als Kühl- und/oder Heizmedium von See- und/oder Meeresfauna und/oder -flora gereinigt wird.

4. Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser, umfassend

a) wenigstens eine aus einem Polymer-Kunststoff bestehende See- und/oder Meerwasserentnahmeleitung (1, 2), deren Einlaßöffnung in einer Tiefe h 3 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, deren höchster Punkt in einer Tiefe h 1 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, und deren Auslaßöffnung in einer Tiefe h 2 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, wobei h 1 < h 2 < h 3,
b) wenigstens ein Becken, in der die See- und/oder Meerwasserentnahmeleitung (1, 2) mündet, und
c) Mittel zum Regeln (a, b) des Wasserstandes in dem Becken.

5. Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Pumpen (7) des See- oder Meerwassers aus dem Becken auf ein Niveau oberhalb des Wasserstandes in dem Becken und des See- oder Meeresspiegels vorgesehen sind.

6. Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine See- und/oder Meerwasserrückführleitung (10), deren Auslaßöffnung in einer Tiefe h 4 unter dem See- oder Meeresspiegel liegt, vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zum Bereitstellen von See- und/oder Meerwasser nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Reinigen (5) des hochgepumpten See- und/oder Meerwassers vorgesehen sind.