DE2243369A1 - Versenkbarer speicher fuer erdoel oder aehnliche fluessigkeiten - Google Patents

Description

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DlPL.-ING. WILFRID RAECK PATENTANWALT

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 2243369

1. September 1972 / k

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CAMPENON BERNARD EUROPE, 42, Avenue de Friedland, 75-PARIS, Frankreich

Versenkbarer Speicher für

Erdöl oder ähnliche Flüssigkeiten

Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung von Flüssigkeiten und betrifft im einzelnen zu versenkende Speicher für Erdöl oder eine ähnliche Flüssigkeit. Die Planung und praktische Ausführung solcher Speicher ist bekannt, z.B. aus "Civil Engineering", Ausgabe August 1970, Seiten 57 - 60.

Der Bedarf an ein- oder untergetauchten Erdöllagerbehältern ist darauf zurückzuführen, daß einerseits unterseeische Erdölvorkommen ausgebeutet werden und man andererseits immer größere Tankschiffe benutzt, die aufgrund ihrer Größe in einer bestimmten Entfernung von dem Ufer bsw_e der Küste verbleiben müssen«

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Zur Zeit ist es üblich, Erdöl in Tanklagern zu speichern, die sich meistens an Land befinden. Deshalb sind lange Leitungen erforderlich, die von der Erdölquelle über den Boden bis an Land verlegt werden müssen. Im Fall einer Lande- bzw. Verladebrücke müssen Rohrleitungen mit ausreichend großem Querschnitt vorgesehen werden, um ein Tankschiff innerhalb annehmbarer Zeiten be- oder entladen zu können.

Aus diesem Grund beabsichtigt man, in relativer Nähe sowohl bezüglich der Förderstelle als auch der Verladebrücke einen oder mehrere eingetauchte Erdölbehälter vorzusehen, die als Zwischenspeicher dienen sollen. Im ersteren Fall (in der Mähe der Förderstelle) wird das Erdöl kontinuierlich gefördert und beaufschlagt den Speicher oder die Folge von Speicherbehältern bis zu deren Füllung. Wenn ein Tankschiff ankommt, kann es seine Erdölladung in kurzer Zeit aufnehmen. Am Bestimmungsort erfolgt die Entladung in gleicher Weise sehr schnell in einen eingetauchten oder versengten Speicher, wobei die gelöschte Ladung später mit relativ geringer Fördermenge und kleinen Rohrleitungen an Land befördert wird.

Die Vorteile dieser Lade- und Speichertechnik liegen auf der Hand, Der Ausführung von versenkten oder eingetauchten Speichern steht jedoch eine Anzahl von Schwierigkeiten entgegen. Zunächst sind die Abmessungen moderner Tankschiffe zu berücksichtigen, wobei die Speicher, selbst unter Benutzung einer Gruppenanordnung, ein großes Aufnahmevermögen besitzen müssen, z.B. in der Größenordnung zwischen 100 000 bis 200 000 m , was einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 100 m entspricht.

Man hat bereits vorgeschlagen, solche Speicher vollständig in Beton auszuführen, z.B. in Form zylindrischer Türme. Solcher Beton muß vorgespannt und verstärkt sein, um die

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durch STrömungen, Dünung, Stürme u.dgl. hervorgerufenen Beanspruchungen aushalten zu können. Eine entsprechende vollständig an Land hergestellte Ausführung ist jedoch sehr schwer und läßt sich nur mit Mühe an Ort und Stelle bringen, v/eil die große Abmessungen besitzenden Wandungen nicht dem hydrostatisden Druck widerstehen und verhindern, dein Speicher ein geringes und gleichbleibendes Gewicht in eingetauchtem Zustand zu verleihen.

Lin anderer Vorschlag ist aus der eingangs erwähnten Literaturstelle bekannt und besteht aus einer Betonbasis, die durch eine metallische Kuppel oder Schale abgedeckt ist. Auf diese Weise erzielt man eine leichtere Ausführung. Es ist jedoch erforderlich, die Haube oder Kuppel mit Versteifungselementen zu versehen, da sie veränderlichen Drücken ausgesetzt ist, die aus den oben aufgezählten Ursachen resultieren, und auch Veränderungen der Füllmenge, wodurch ein Teil der Gewichtsersparnis verlorengeht. Darüber hinaus widerstehen die Wandungen nicht dem hydrostatischen Druck, und der Eintauch- oder Versenkungsvorgang eines solchen Speichers erfordert umständliche Techniken. Ferner müssen besondere sehr sorgfältige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, damit das Metall der Kuppel oder der Haube nicht durch das Meereswasser angegriffen wird.

In allen genannten Fällen erfolgt das Einfüllen von Erdöl in die Speicherbehälter mit nicht verformbaren Wandungen in der Weise, daß dabei das im Inneren des Behälters befindliche Meerwasser verdrängt wird, wobei man das Vorhandensein einer Berührungsfläche zwischen den beiden, sich teilweise miteinander vermischenden Flüssigkeiten in Kauf nimmt und somit auch eine Verschmutzung des Meeres.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbeschriebenen Unzulänglichkeiten zu beseitigen und einen neuartigen Aufbau für einen eingetauchten Speicher anzugeben.

Bei einem Speicher gemäß der Erfindung zur Aufnahme von Erdöl oder einer ähnlichen Flüssigkeit, der versenkt oder eingetaucht wird, und einen steifen beispielsweise aus Beton bestehenden, direkt oder indirekt auf den Meeresboden horizontal aufgelegten Ringkörper umfaßt, bestehen die obere und/oder untere Grenzwandungen des Speichers aus einer Membran aus elastischem abgedichteten und deformierbarem Material, die über ihren gesamten Umfang an dem Ringkörper abgedichtet befestigt ist. Auf diese Weise erhält man eine oder zwei scheibenförmige Membranen mit geringem Scheingewicht, die innerhalb des horizontal liegenden Ringes gespannt und an ihrem Umfang abgedichtet an dem Ring befestigt sind. Diese Membranen bilden das Dach oder den Boden des Speichers. Uer z.B. aus Beton befertigte Ring ist dazu vorgesehen, in der Nähe des Bodens horizontal gelegt zu werden; er bildet die Umfangsmauer des Speichers, wobei sein Gewicht die vertikale Komponente der Spannung der Membranen im Gleichgewicht hält. Sein Druckwiderstand nimmt aufgrund des gewölbten Wandungsverlaufes die horizontale Komponente der Membranspannung auf. Der Ringkörper wirkt somit als Wandung, als Ballast und als Einspannrahmen für die Membranen.

Aufgrund dieses Vorschlages werden verschiedene Vorteile erzieltt Wenn das Dach des Speichers aus einer Membran besteht, ist es nicht mehr Biegemomenten oder üblichen bei solchen Abdeckungen oder Dächern auftretenden Druckspannungen ausgesetzt, sondern nur noch Zugbeanspruchungen, die hauptsächlich aus dem Auftrieb des Erdöls resultieren. Diese Beanspruchungen können durch synthetische Fasern mit geringem Scheingewicht abgestützt bzw. aufgenommen werden, die einen hohen Zugwiderstand aufweisen. Außerdem kann

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ein herkömmlicher fester Speicherboden zugeordnet sein. Das verformbare Dach führt zu einem Speicher mit veränderlichem Volumen, wobei die Volumenveränderung durch Flüssigkeitsverdrängung erfolgt, ohne jedoch das Meer zu verschmutzen.

Wenn der Boden des Speichers aus einer Membran besteht, so erfolgt die Speicherfüllung durch Verdrängung des Meerwassers ohne daß eine Berührung zwischen Erdöl und Wasser besteht und somit keine Verschmutzung stattfindet. Eh Membranboden kann einem herkömmlichen festen Speicherdach oder einem Membrandach gemäß der Erfindung zugeordnet sein.

Der Ringkörper ist wie die herkömmlichen Speicher schwer und besitzt einen großen Durchmesser. Im Gegensatz zum Bekannten besitzt jedoch sein Querschnitt geringe Abmessungen, wobei das gesamte gewichtsmäßig in Erscheinung tretende Material (Beton oder Metall) des Speichers derart verteilt angeordnet ist, daß es besonders den auftretenden Druckbeanspruchungen standhält. Die Wandungen des Ringkörpers sind in der Lage, dem hydrostatischen Druck zu widerstehen. Ein mit Luft gefüllter Ringkörper verleiht dem Speicher ein sehr geringes Scheingewicht und ermöglicht somit die Durchführung sehr einfacher Eintauchmanöver mit Hilfe herkömmlicher Hilfseinrichtungen. Sobald der Speicher auf dem Meeresboden liegt, wird durch Füllung des Ringkörpers mit Wasser oder Sand oder Beton der Gesamtanordnung das erforderliche Scheingewicht erteilt, das dem Auftrieb des Erdöls entgegenwirkt und die Stabilität des Speichers mit Bezug auf die äußeren Einwirkungen des Meeres sicherstellt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei™ spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

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Fig. 1 einen Speicher gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einem axialen Halbschnitt,

Fig. 2 ebenfalls in einem axialen Halbschnitt einen Speicher gemäß einer zweiten Ausführungsform in entleertem Zustand,

Fig. 3 und 4 den gleichen Speicher wie in Fig. 2 in halbgefülltem bzw. ganz gefülltem Zustand und

Fig. 5 eine Ausführungsform einer Verankerung der Membran am Basisring des Behälters nach der Erfindung in einem Radialschnitt.

Fig. 1 erläutert den grundlegenden Aufbau eines Speichers nach der Erfindung. Der Speicher umfaßt einen Kreisringkörper 1 aus Beton, der auf dem Meeresboden 2 aufliegt, wobei an der Stelle 3 die Wasseroberfläche oberhalb des Speichers angedeutet ist. Am oberen Abschnitt des Ringkörpers ist eine Membran 4 befestigt, die das Dach des Speichers bildet und über den gesamten Umfang mit dem Ring fest verbunden ist. Wenn der Speicher leer ist, befindet sich die Membran 4 in dem mit ausgezogener Linie gezeigten Verlauf. Der Speicher enthält außerdem eine Rohrleitung 5 zum Einfüllen von Erdöl sowie öffnungen 6 und 7, um die Verdrängung von Meereswasser zu erleichtern.

Der aus Ringkörper und Membran bestehende Speicher wird mit Hilfe von Schwimmeinrichtungen auf der Wasseroberfläche bis zum Aufstellungsort abgeschleppt, wobei die öffnungen 6 und 7 verschlossen sind und der Ringkörper mit Luft gefüllt ist. Die Wandungen des Ringkörpers, die dem hydrostatischen Druck widerstehen, ermöglichen einen Eintauchvorgang mit geringem Scheingewicht, wobei herkömmliche Handhabungseinrichtungen verwendet werden. Auf dem Heeresboden 2 wird die Lage der Basis des Ringkörpers durch einen ringförmigen Damm aus Geröll oder Steinen oder gegebenenfalls durch Rammpfähle o.dgl. festgelegt. Die einstoßbaren Verschlüsse werden von den öffnungen 6 und 7 beseitigt, so daß der Speicher mit seinem Gesamtgew <' ht auf dem Meeres-

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boden aufliegt.

Beim Einfüllen von Erdöl durch die Leitung 5, mit Hilfe geeigneter Pumpeinrxchtungen verdrängt das Erdöl das Meereswasser, und die nachgiebige und verformbare Membran 4 gelangt dabei in den mit strichpunktierter Linie angegebenen Verlauf 4', wobei sie sich umso mehr nach oben wölbt, je mehr Erdöl eingepumpt wird. Man erkennt, daß die Zugbeanspruchung in Radialrichtung zum Umfang der Membran an den Befestigungsstellen der Membran am Ringkörper nach Richtung und Größe veränderlich ist. Die vertikale Komponente dieser Beanspruchung wird durch das Gewicht des Ringkörpers aufgenommen, während die horizontale Komponente durch den Ringkörper selbst bzw. durch dessen Wölbung aufgenommen wird.

In Fig. 1 ist an der Stelle a als Beispiel der Spiegel des Erdöls ax^^ycben, wobei das Volumen des Erdöls sich zwischen den Linien a und 4¹ befindet. Unterhalb der Linie a befindet sich Meereswasser. Das durch dan Druck des Erdöls verdrängte Meerwasser entweicht über die öffnungen 6 und 7.

Die verwendete Membran enthält als Seele ein Gewebe aus Kunstfasern mit einer Dichtungsschicht aus Neopren. Diese Membran kann auch ein metallisches Gewebe einschließen, oder auch aus Kautschuk oder ähnlichen Materialien bestehen, Der Aufbau der Membran ist im übrigen anhand des zweiten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung weiter erläutert.

Wie bereits angedeutet, hat die vorbeschriebene Ausführungsform den Kachteil der Berührungsfläche a zwischen Wasser und Erdöl, so daß sich diese beiden Flüssigkeiten teilweise vermischen und bei jeder Füllung des Speichers eine geringe Lrdölmenge in das Meer verdrängt wird, selbst wenn

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man die Füllung des Speichers durch Beobachtung von geeigneten Meßeinrichtungen sorgfältig überwacht. Es sind deshalb Maßnahmen notwendig, um eine Verschmutzung zu vermeiden.

Zu diesem Zweck sind bei der Ausführungsform nach Fig. 2 bis 4 nach ihrem Umfang am Ringkörper befestigt, so daß das eingefüllte Erdöl gewissermaßen in einem Sack aufgefangen wird. Die obere Membran 4 ist an der Stelle 4a am Ringkörper 1 befestigt, der hier beispielsweise einen polygonalen Querschnitt besitzt, und zwar einen Querschnitt entsprechend einem Zehneck, wodurch sich die Betonschalung vereinfacht. Eine zweite Membran 9 ist an der Stelle 9a unterhalb eines Polygonvorsprunges des Ringkörpers 1 umfangsmäßig genau wie die Membran 4 befestigt. Diese zweite untere Membran ist so ausgebildet und so gerichtet, daß sie sich bei entleertem Speicher entsprechend Fig. 2 an die obere Membran anlegt.

An der Oberseite der Membran 4 ist in der Nähe deren Zentrums eine Öffnung 10 vorgesehen, die mit einer Vorrichtung zum Abfühlen und zum Ableiten von freigesetztem Gas aus dem Erdöl sowie mit einem Druckmesser 11 versehen ist.

Fig. 3 zeigt den halb gefüllten Speicher, und Fig. 4 den vollständig gefüllten Speicher, wobei die Membran 9 auf dem Meeresboden 2 aufliegt. Das Meerwasser wird durch die Öffnungen 6 und 7 des Ringkörpers verdrängt, wobei man erkennt, daß bei dieser Ausführungsform das Erdöl nicht mit dem Meerwasser in Berührung steht und somit die oben beschriebenen Schwierigkeiten beseitigt worden sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführung des Speichers gemäß der Erfindung muß eine Membran einen geeigneten Aufbau, Zusammensetzung und auch eine Form aufweisen, die besonders die

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umfangsmäßige Verankerung berücksichtigt. Um einen Speicher mit einem Fassungsvermögen von 100 000 m herzustellen, verwendet man einen Ringkörper aus Beton, dessen mittlerer Durchmesser 105 m beträgt, während der Durchmesser des Zehnecks bei etwa 10,5 m liegt* Unter diesen Bedingungen besitzen die beiden Membranen im Ruhezustand eine Scheibenform mit einem Durchmesser von 96 m, deren Umfang mit einem Wulst 12 zu Befestigungszwecken versehen ist«

Die untere Membran 9 bildet eine nachgiebige, elastische und abgedichtete Trennwand zwischen Erdöl und Meerwasser. Die auftretenden Zugbeanspruchungen in dieser Membran sind vernachlässigbar. Die Membran kann aus einer Folie aus Neopren bestehen, die mit einem Gewebe aus Kunstfaser armiert ist und eine Gesamtdicke von etwa 8 bis 10 mm aufweist.

Die obere Membran 4 hat demgegenüber mehr zu arbeiten bzw. auszuhalten und ist einerseits dem pruck des Erdöls und andererseits den Einwirkungen des Meeres (Dünung, Wellen, Strömungen usw.) ausgesetzt; sie muß deshalb eine ausreichende Widerstandsfestigkeit insbesondere Zugfestigkeit besitzen. Zweckmäßig hat sich eine Ausführung mit zwei übereinander gelegten Schichten erwiesen, von denen die eine Schicht 13 die eigentliche Membran bildet und die erforderliche Widerstandsfestigkeit aufweist und aus Nylon, Polyester oder einem anderen ähnlichen Material besteht, das eine Dichte in der Nähe derjenigen des Meerwassers besitzt, mit einer Dehnung von 15 % bis 25' % bis zum Bruch bzw. zum Reißen, während die zweite Schicht 14 die Funktion der Abdichtung übernimmt.

Wenn der Speicher gefüllt ist, erfährt die Membran 13 eine Dehnung von etwa 3 %, somit einen Wert weit unter der Bruchdehnung, während die Spannung der Fasern bei etwa 1200 bar

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liegt. Unter Berücksichtigung der Kreuzung der Fasern in dein Gewebe liegt die Dicke dieser Membran in der Größenordnung von etwa 30 nun. Unterhalb der Membran 13 ist eine dünne Schicht 14 von etwa 8 mm Dicke vorgesehen, die die Dichtigkeit gewährleistet und beispielsweise aus Neopren besteht.

Man erkennt, daß in allen Ausführungsformen keine besonders großen Herstellungskosten anfallen, insbesondere wenn man einen Vergleich mit herkömmlichen Speichern aus Metall oder aus Beton heranzieht.

Die umfangsmäßige Verankerung der Membran 13 erfolgt entsprechend Fig. 5 mit Hilfe von metallischen Klemmplatten 15, 16, die am Ringkörper 1 mit Hilfe von Augbolzen 17 und befestigt sind. In den Klemmplatten ist eine Vertiefung oder Ausnehmung 19 vorgesehen, um den Ringwulst 12 der Membran 13 festzuhalten. Andererseits ist die Abdichtfolie 14, die praktisch keine Beanspruchungen auszuhalten hat, einfach mittels einer Klemm- bzw. Abdichtverbindung und mit Hilfe von Schrauben 20 am Ringkörper festgehalten.

tine andere Ausfuhrungsform, die nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, leitet sich auch aus den vorausgehenden Beispielen ab. Sie umfaßt einen Speicher mit einem herköiunlichen, beispielsweise metallischen Dach und einer unteren Membran , die der Membran 9 der zweiten Ausführungsform entspricht und als nachgiebige und dichte Trennung zwischen dem Meerwasser und dem Erdöl dient. Da die Spannungsbeanspruchung dieser unteren Membran gering ist, ergibt sich ein vereinfachter Gesamtaufbau insbesondere auch im Hinblick auf die Verankerung der Membran. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch solche Varianten, die sich durch Ersatz technischer Gleichwerte ergeben.

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Claims (12)

Patentansprüche

1. ^Speicher zur Lagerung von Erdöl oder ähnlicher Flüssig-Tceit in vollständig eingetauchtem Zustand innerhalb einer

ausreichend tiefen Wasserschieht, bestehend aus einem Ringkörper aus starrem, schwerem und widerstandsfestem Material _t z.B. Beton, der horizontal auf den Boden der Wasserschicht
auflegbar ist_f dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzungswand (4) und / oder die untere Begrenzungswand (9) des Speichers aus einer elastischen dichten und nachgiebig verformbaren l-lembran bestehen, die über ihren gesamten Umfang
an dem Ringkörper abgedichtet befestigt sind.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ringkörper (1) ein kreisringförmiger hohler Ringkörper ist, dessen Wandstärke dem hydrostatischen Druck
an der Eintauchstelle gewachsen ist.

3. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Innenvolumen des hohlen Ringkörpers so dimensioniert
ist, daß das Scheingewicht des gesamten Speichers im wesentlichen gleich KuIl ist, wenn das Volumen mit Luft gefüllt
ist.

4. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der hohle Ringwulst des Ringkörpers einen polygonalen, beispielsweise dekagonalen Querschnitt aufweist.

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5. Speicher nach Anspruch l,oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper Öffnungen (6, 7) zum Durchgang von Meerwasser enthält, und daß die Öffnungen mit Verschlußeinrichtungen versehen sind.

6. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführungsleitung (5) für Erdöl oder ähnliche Flüssigkeit vorgesehen ist, die durch den Ringkörper hindurch verläuft und unterhalb der oberen Membran (4) mündet.

7. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige obere Membran (4) vorgesehen ist, die das Dach oder die Abdeckung des Speichers bildet, während die untere Begrenzung des Speichers durch den Meeresboden gebildet ist.

8. Speicher nach ANspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die obere oder die untere Begrenzungswand (4 bzw. 9) aus der Membran besteht, während die andere Begrenzungswand aus einem steifen Material besteht.

9. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die eine Begrenzungswand bildende Membran an ihrem Umfang einen Ringwulst (12) aufweist, und daß der Ringkörper (1) mit Anschlußstücken (15, 16) versehen ist, um den Ringwulst festzuhalten bzw. einzuspannen.

IU. Speicher nach Anspruch 1, u*curch gekennzeichnet, daß die die eine Begrenzungswand bildende Membran aus mindestens zwei übereinander liegenden Schichten (13, 14) besteht, von aenen die eine aie Festigkeit gegenüber Zugbeanspruchungen una die andere die Abdichtung übernimmt.

11. Speicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, oaß die die Zugbeanspruchungen aufnehmende Schicht (13) aus einem Polyamid oder einem Polyester besteht, und daß die Abdichtschicht aus Neopren besteht.

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12. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die untere Begrenzungswand bildende Membran (9) aus einer Neoprenfolie besteht, die durch ein Gewebe aus Kunstfasern verstärkt ist.

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