DE19745743C2 - Sicherheitssystem für eine Gasspeicherkaverne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für eine Gasspeicherkaverne, wie beispielsweise eine ausgesolte Salzkaverne.

Ausgesolte Kavernen im Salzgestein lassen sich zum Speichern flüssiger oder gasförmiger Stoffe nutzen. Kavernen mit einem nutzbaren Volumen bis 700.000 m³ werden für die Speicherung von Erdgas genutzt und spielen bei der Versorgungssicherheit im Rahmen der Energieversorgung eine große Rolle. Die Nutzbarmachung der Salzkavernen erfolgt durch Aussolen, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift 43 19 941 beschrieben ist.

Nach Beendigung des Aussolprozesses wird die in der Kaverne befindliche Restsole mit dem Speichermedium Gas verdrängt. Das Gas wird dazu in die Kaverne eingepreßt und verdrängt die Sole, die über einen Soleauslage­ rungsstrang nach Übertage gefördert wird. Erdgas, das in die Kavernen­ speicheranlage über eine Gasfernleitung gelangt, wird in einer Übertage be­ findlichen Kompressoranlage auf Kavernenkopfdruck komprimiert und in die Kaverne über eine Gasfeldleitung, über einen Gasförderkopf und über eine Gasfördertour aufweisende Untertageausrüstung eingespeichert.

Über diesen Weg kann das Erdgas auch umgekehrt wieder ausgespeichert werden.

Die gasgefüllten Kavernen, Untertageausrüstungen und Gasförderköpfe sind einem hohen Druck ausgesetzt, der über 200 bar betragen kann. Die hierfür einschlägigen Sicherheitsbestimmungen sehen vor, daß Absperreinrichtun­ gen in den Förderstrang eingebaut sind, um den Förderstrom bei Beschädi­ gung der Bohrlochverschlüsse selbsttätig zu unterbrechen. Hierdurch soll im Havariefall ein ungehindertes Ausströmen von Erdgas aus einer betroffenen Kaverne in die Umwelt verhindert werden.

Alternativ oder ergänzend dazu können die Förderköpfe und Untertageaus­ rüstungen mit verschiedenartigen Ummantelungen umgeben sein, die eine Abdichtung gegen die Umgebung ermöglichen.

So wird in der US-Patentschrift 5 186 577 ein Sicherungssystem für unterir­ dische Mannlöcher und Versorgungsschächte beschrieben, das im wesentli­ chen aus einem verschließbaren Sack aus einer flexiblen Membran besteht, die gegen die jeweiligen Flüssigkeiten und Gase der Föderanlage resistent ist. Dieser Sack umgibt die in den Schacht oder das Mannloch austretenden Födereinrichtungen und kann bei Bedarf geöffnet werden.

Die PCT-Offenlegungsschrift WO 87/04 138 beschreibt eine Vorrichtung zum Zurückhalten und/oder Trennen der Gas-, Wasser- und Öl-Phasen, die sich in dem aus einer unterirdischen Gaskaverne austretenden Förderstrom bil­ den können. Diese Vorrichtung wird im wesentlichen von einem Behälter gebildet, der durch eine Betondecke gegen die Umgebung abgedichtet ist. Die Betondecke kann im Inneren noch zusätzlich eine schließende Membran tragen.

Herkömmliche Sicherheitssysteme bedienen sich verschiedenartiger, in der Gasfördertour in geeigneten Landesitzen eingebauter Absperrventile. Diese Ventile sind, um eine hinreichende Sicherheit gewährleisten zu können, in ausreichender Tiefe angeordnet, um unempfindlich gegen mechanische Übertageeinflüsse zu sein. Die maximale Einbautiefe ist von der Teufenlage der Kaverne und vom Ventiltyp abhängig und kann über 1000 m betragen.

Beispielsweise beschreibt die britische Patentschrift 1 222 496 ein Siche­ rungsventil, das im Katastrophenfall einen automatischen Verschluß eines Förderhahns in einem Öl- oder Gasbrunnen bewirkt. Es beruht auf den Druckverhältnissen der nach oben steigenden Flüssigkeit bzw. des Gases und dem dagegen von außen angelegten Kontrolldruck: Liegt der Kon­ trolldruck über dem Förderdruck, ist das Ventil geöffnet; übersteigt der För­ derdruck, beispielsweise bei einer Havarie, den Kontrolldruck, schließt das Ventil.

Die US Patentschrift 4 949 749 offenbart den Verschluß einer Salzkaverne, indem ein direkt unterhalb der Oberfläche im Hals der Kaverne befindliches Ventil über eine von außen zugängliche, oberirdische Vorrichtung reguliert und kontrolliert wird. Die Verbindung zwischen dem Ventil und der regulie­ renden Armatur kann entweder pneumatisch, elektrisch, mechanisch oder hydraulisch gewählt sein.

Einbau und Betrieb der untertägig eingesetzen Absperrventile verursachen beim Betreiber erhebliche technische Aufwendungen und Risiken sowie Ko­ sten. Um einen im Hinblick auf die Versorgungssicherheit ungestörten Spei­ cherbetrieb gewährleisten zu können, muß das Absperrventil in regelmäßi­ gen Zeitabschnitten für Wartungs- und Inspektionsarbeiten je nach Typ ganz oder teilweise ein- und ausgebaut werden. Bei den hierfür erforderlichen Zieh- und Setzarbeiten mit dem Absperrventil im Gasförderstrang über einer gasgefüllten Kaverne sind Beschädigungen der Untertageausrüstung ein­ schließlich der Landesitze nicht auszuschließen. Darüber hinaus können Verschmutzungen, Beschädigungen sowie Verschleiß an den Landesitzen oder an den eingebauten Absperrventilen den Setz- oder Ziehvorgang be­ einträchtigen oder gar verhindern. Dies kann eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Kaverne zur Folge haben.

Für eine in Betrieb befindliche Gasspeicherkaverne besteht generell die Gefahr einer Beschädigung des Gasförderkopfes und der Bohrlochver­ schlüsse durch äußere mechanische Einwirkungen, wie beispielsweise durch fehlgesteuerte Fahrzeuge, Kräne oder Winden, die den Gasförderkopf im Wege einer Kollision abreißen können. Dies kann bei einem Speicherdruck von über 200 bar fatale Folgen haben.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Sicherheitssystem zu schaffen, das für Gasspeicherkavernen geeignet ist, eine sichere Funktion gewährleistet, gegen Abreißen durch mechanische Übertageeinwirkungen gesichert ist und den Speicherbetrieb nicht beeinflußt.

Das Problem wird dadurch gelöst, daß eine Sollbruchstelle, die oberhalb eines Sicherheitsventils angeordnet ist, das Sicherheitsventil vor mechani­ schen Einflüssen schützt, die oberhalb der Sollbruchstelle angreifen.

Die Sollbruchstelle kann durch einen Abknickkragen definiert sein, an des­ sen Umlaufkante die auf das Rohr einwirkenden Kräfte konzentriert werden. Durch Fixieren des Rohrabschnitts oberhalb des Sicherheitsventils oder Fi­ xieren des Abknickkragens wird diese Wirkung verstärkt.

Um die Schutzwirkung weiter zu erhöhen, kann im Bereich des Austritts des Gasförderkopfes aus der Bohrung eine Rampe angeordnet sein, die den An­ griffspunkt einer mechanischen Kraft in Richtung des Gasförderkopfendes verlagert.

Zur Verwirklichung dieses Systems eignet sich besonders die bei jeder Ka­ vernenverrohrung vorhandene Hauptabsperrarmatur. Diese ist üblicherweise unterhalb des Y-Stücks des Kavernenkopfes angeordnet und läßt sich in ein selbsttätiges Sicherheitsventil umbauen. Die Sollbruchstelle wird dann oberhalb des umgebauten Hauptabsperrventils, beispielsweise mit Hilfe des Abknickkragens festgelegt.

Mit Hilfe der Rampe sowie zusätzlicher Zwischenflansche ober- und unter­ halb des Abknickkragens zur Aufnahme von Kräften im Haveriefall kann die Hauptabsperrarmatur darüber hinaus gegen direkte Krafteinwirkung ge­ schützt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die Hauptabsperrarmatur in ein hydraulisch an­ gesteuertes Sicherheitsventil umzubauen, das bei Druckabfall infolge der Beschädigung beim Abknicken einer im Abknickbereich angeordneten Hy­ draulikleitung automatisch schließt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung;

Fig. 2 eine Stützkonstruktion der Anordnung der Fig. 1.

Bei einem Gasförderkopf 1 ist ein Sicherheitsventil 2 unterhalb einer Soll­ bruchstelle 3 zugeordnet. Durch diese Anordnung knickt der Gasförderkopf 1 bei mechanischer Einwirkung an der Sollbruchstelle 3 ab, wobei das Si­ cherheitsventil 2 unbeschädigt bleibt und die Verrohrung absperren kann.

Ein Abknicken des Gasförderkopfs unterhalb des Sicherheitsventils ist durch die Lage der Sollbruchstelle ausgeschlossen.

Das Sicherheitsventil 2 ist über eine Hydraulikleitung 7 mit einer Pumpe 9 verbunden, deren Druck das Sicherheitsventil geöffnet hält. Beim Abknicken des Gasförderkopfes 1 oberhalb der Sollbruchstelle 3 wird die Hydrau­ likleitung 7 beschädigt, wodurch der Druck in der Leitung abfällt und das Sicherheitsventil 2 schließt.

Der Bereich des Sicherheitsventils 2 ist von einer Rampe 4 umgeben, so daß eine Übertagekrafteinwirkung nur oberhalb des Sicherheitsventils, z. B. an dem Y-Stück des Gasförderkopfes 1 angreifen kann.

Das Rohrstück oberhalb des Sicherheitsventils ist im Bereich der Sollbruch­ stelle 3 an der Rampe 4 oder an der Wand des Bohrlochkellers mittels einer Stützkonstruktion 5 fixiert. Dadurch wird die Sollbruchstelle 3 eindeutig definiert und jegliche beschädigende Krafteinwirkung auf das Sicherheits­ ventil 2 ausgeschlossen.

Die Sollbruchstelle ist als Abknickkragen 3 ausgebildet.

Zwischenflansche 8 ober- und unterhalb des Abknickkragens können Ver­ formungskräfte aufnehmen und somit einen zusätzlichen Schutz für das Si­ cherheitsventil 2 bieten.

Die Rampe 4 ist durch Poller 6 ergänzend abgesichert.

Die Erfindung gewährleistet somit ein ungehindertes Absperren der Unterta­ geausrüstung im Falle einer mechanischen Beschädigung des Gasförder­ kopfes durch Übertagekrafteinwirkung. Die Erfindung erfordert keinerlei tech­ nische Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, die zu einer Unterbrechung des Speicherbetriebs mit der betroffenen Gasspeicherkaverne führt und Kosten verursacht.

Claims (9)

1. Sicherheitssystem für Kavernenrohre mit einer oberhalb eines Sicher­ heitsventils (2) angeordneten Sollbruchstelle (3).

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stützkonstruktion im Bereich der Sollbruchstelle (3).

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstelle durch einen Abknickkragen (3) definiert ist.

4. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Abknickkragens (3) Zwischenflan­ sche (8) angeordnet sind.

5. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Rampe (4) Schutzpoller (6) ange­ ordnet sind.

6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (2) aus einer unterhalb des Kavernenkopfes angeordneten, umgebauten Hauptabsperrarmatur (Mastervalve) besteht.

7. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Bereich des Sicherheitsventils (2) durch eine Rampe (4) abgeschirmt ist.

8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsventil (2) über eine Hydrauliklei­ tung (7) mit einer Pumpe (9) verbunden ist, wobei die Hydraulikleitung (7) im Bereich der Sollbruchstelle (3) verläuft, beim Abknicken des För­ derkopfes (1) beschädigt und das Sicherheitsventil (2) durch den resul­ tierenden Druckabfall absperrt wird.

9. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abknickkragen (3) an einer Rampe (4) oder der Bohrlochkellerwand fixiert ist.