DE2312014A1

DE2312014A1 - Tauchverfahren zum absenken eines betonbehaelters grosser abmessungen und unterwasserbehaelter

Info

Publication number: DE2312014A1
Application number: DE2312014A
Authority: DE
Inventors: Claude R Bremaud
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1973-03-10
Publication date: 1973-10-25
Also published as: FR2181164A5; JPS5632194B2; JPS4916908A; CA979674A; DE2312014C3; DE2312014B2; GB1387374A; US3834337A

Description

Patentanwalt A 23

DFpL-Ing. Waiter Jackisch ⁿ

7. Stuttgart-N, Menzelstraße 40

~9. HSn

EBFI IT IUKG 2312014

Tauohrerfahren zum Absenken eines Betontehälters

großer Abmsssungen*

und Unterwasserbehälter

Society Anonyme dite : SOCISTE EUEOEEEHHE DB FHOPIiLSIOIT

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-*:-'■ .ZJizui'*

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tauch- und Aufstell- ■ verfahren eines TTnterwasserbehälters großer Abmessungen aus Beton, der auf einem Meeres- oder Ozeanboden "zur Lagerung großer Mengen flüssiger, unter· V/asser gewonnener Kohlenwasserstoffe bestimmt ist..Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfaheen zur Regelung des im Behälterinneren herrschenden Auftriebgasdruckes während dem Tauchvox-gang. Gemäß diesem Verfahren wird ein träges Kompensationsgas solange in den Behälter injiziert, bis der im Behälterinneren herrschende Druck zumindest ungefähr gleich groß ist wie der Druck des umgebenden Mediums, in dem der genannte Behälter schwimmt.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen TJnterwasserbeh.älter

aus Beton, der getaucht und auf dem Boden eines Meeres oder eines Ozeans aufgestellt wird.

Es ist bekannt, daß Unterwasserbehälter, die zur Aufstellung auf dem Meeresgrund bestimmt sind, zur Gewährleistung ihrer Schwimmfähigkeit mit einem Auftriebgas, im allgemeinen Luft, gefüllt und vom Werkplatz, an dem sie hergestellt wurden bis zu ihrem Absenkort geschleppt werden. Der Tauchvorgang wird dadurch ermöglicht* fl.aS cLio Schwimmfähigkeit des Behälters praktisch auf Hull reduziert wird, zum Beispiel durch das Einlassen einer entsprechenden Was.se-rmenge in den Behälter, wobei während dem Tauchen seine Schwimmfähigkeit ständig praktisch auf liull zu halten ist. Zu diesem Zweck ist der vom Behälter umschlossene Raum so gestaltet, daß er zum Beispiel mit Hilfe νο:α Ventilen gegen das ihn umgebende Medixim abgeschlossen werden kann. Ein Schliessen dieser Absperrventile ermöglicht, das vom Auftriebgas in Anspruch ^enoiasione Volumen während dem ganzen Tauchvorgang des Behälters konstant su halten« Durch diesen Abschluß sind jedoch die Behälterwände umso stärkeren, differentiellen Drücken ausgesetzt, je tiefer der Behälter beiß Absinken in das Wasser eintaucht, sodaß die Gefahr einer Zerstörung' des genannten Behälters besteht, bevor er den Grund des Wassers erreicht hat» Daher ist es beim Tauchvorgang erforderlich, äen Innendruck des Behälters ständig durch Zuführung eines trägen, dem Druckausgleich dienenden Güses so zu regeln, daß der in Innören des erwähnten, umschlossenen Siituaes herrschende Druck konstant mi.ndestens annähernd gleich groß ist wie der Druck des äußeren, den Behälter umgebenden Ifediunis.

Each einem bekannten Verfahren wird als Druckansgleichsgas Druckluft verwendet, deren Quelle sich an der ¥as serober fläche "befindet und mit einer längenveränderlichen Verbindungsleitung an den Behälter angeschlossen ist. Da im allgemeinen das für einen Tauchvorgaiig erforderliche Ausglerichsgasvolumen sehr groß ist, sind notwendigerweise großcii-

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mensionierte und damit taurc -OruoJcrafiquellen arforderlich. Außerdem stellt die Yerbindungsleitung eins besondere -und deshalb kostspielige Ausrüstung dar, einmal wegen der veränderlichen Entfernung zwischen, dem mit Druckluft zu versorgenden Behälter und der Wasseroberfläche, zum anderen wegen des im allgemeinen sehr hohen Druckes der für die oben erwähnte Druckregelung notwendigen Luft, dem die Verbindungsleitung standhalten muß.

Die Erfindung"hilft diesen IT achteilen ab. und verfolgt insbesondere das Ziel, ein wirtschaftliches und sicheres Verfahren zur Innendruckregelung des Behälters zu liefern.

Für ein Verfahren der oben erwähnten Art ist nach der Erfindung dieses Ziel erreicht, daß vorhergehend das Ausgleiciisgas in flüssigem Zustand in einem mit dem Behälter verbundenen, umschlossenen Hilfsraum gelagert ist, bevor es in &en Behälter eingespritzt wird.

Hit Hilfe diases neuen Verfahrens ist somit das Druckausgleichsgas in kompakter Form gelagert und eine Verbindung des Betonbehältors mit einer an der Wasseroberfläche befindlichen Ausgleichsgas-Quelle ist nicht mehr erforderlich. Aus diesen Vorteilen resultiert eine weitgehende Vereinfachung des 'Tauchvorganges,

Gemäß einem vorteilhaften Charakteristikuni der Erfindung wird das Ausgieichsiyas in flüssigem Zustand in eine wässerige lösung injiziert. Diese sogenannte Hilfslösung befindet sich in einem zum Behälter gehörenden, umschlossenen Raum, der ständig mit dem vom Auftriebgas gefüllten Raum des Behälters in Verbindung steht. Die Hilfslösung kann einfach durch öe-s- Heerwasser gebildet werden, das zuvor in den Behälter eingelassen wurde, um diesem eine Schwimmfähigkeit mit dem Wert praktisch gleich Null zu erteilen. Diese Hilfsflüssigkeit dient als Kalorienquelle und als thermische Steuerung. Sie ist in der Lage, die -notwendigen Kalorien zu liefern, Vielehe für eine Umwandlung zu Ausgleichsgas der in die Hilfslösung injizierten Flüssigkeit benötigt werden. Vorteilhafterweise wird die Hilfslösung aus Salzwasser hergestellt, dessen Basis aus dem in den Behälter eingeleiteten ileerwasser besteht, dem eine entsprechend zusätzliche Menge an l-Ieeressalasn beizufügen ist. Man erhält dadurch eine Hilfslösung mit relativ niedrigem Gefrierpunkt, der tiefer als der Gefrierpunkt des normalen Meerwassers ist.

Das Ausgleichsgas besteht vorteilhafterweise aus COp* ^^e~ kenntlich läßt sich dieses Gzs leicht verflüssigen und kann "bei niedriger Cemperatirr und %mter Drück \*irtschaftuch vorrätig gehalten werden. Außerdem ist CO₂ sehr gut ir Wasser, in ,Meer- oder in Salzwasser üöslich,

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Benützt man, wie in der Erfindung· empfohlen wird, COp als Ausgleichsgas, dann iöt die als Medium zwischen der. COp-Quelle und dem Gasvolumen im umschlossenen Raum des Behälters dienende Hilfslösung ständig mit gelöstem COp übersättigt und läßt gasförmiges C0_p in das genannte Gasvolumen freiwerden, sobald eine flüssige COp-Menge in die Hilfslösung an eine:- eingebracht und aufgelöst wird, der tiefer als der maximale Spiegel dieser Hilfslösung liegt. Dadurch wird "eine Vereisung oder die Bildung von kohlesaurem Schnee verhindert, die bekanntlich bei einer adiabatischen Druckentspannung von Kohlensäure entstehen kann.

Das COp wird vorzugsweise bei einer Temperatur von -20 C und einem Druck von 20 Bar gelagert.

Das Verfahren nach der Erfindung wird vorteilhafterweise bei einem Betonbehälter angewendet, der zumindest einen umschlossenen Raum besitzt, dessen Volumen gleichmäßig über die Peripherie des Behälterkörpers aus Beton angeordnet und mit einer wässerigen Hilfslösung gefüllt ist und dazu mindestens einen zweiten umschlossenen Raum enthält, der sich in einer zentral gelegenen Zone des iBetoiibehäiter-EÜrpers befindet, mit dem Auftriebgas gefüllt tuid in ständiger Verbindung mit dem ersten, umschlossenen R₃'um ist. AußerdenT'ist ein mit flüssigem COp gefüllter Kessel am Betonbehält er-Körper _m . befestigt. Sr ist über eine mit einem Ventil ausgerüstete Versorgungsleitung mit dem ersten umschlossenen Raum verbunden, die dort an einem tiefer als der maximale Spiegel der Hilfsflüssigkeit liegenden Punkt einmündet.

Ein derartiger Behälter besitzt ein großes, polares Trägheitsmoment, weil die Ballastmasse, die im vorliegenden 3?all von der wässerigen Hilfclösung gebildet, wird und sich im ersten, umschlossenen Raum befindet, gleichmäßig über die Peripherie des Behälters verteilt ist. Die Werte der Heigungswinkel des Behälters in Bezug auf eine horizontale Ebene sind,daher sehr konstant und der Behälter kann während dein TKuchvorgang leicht in der Horizontalen gehalten werden.Außerdem bildet in diesem neuartigen Behälter die Ballastflüssigkeit gleichzeitig die Hilfst lösung, in der flüssiges COp aufgenommen und als gasförmiges CO₂ in denzweiten umschlossenen Raum injiziert wird. .-...-

Weitere Charakteristiken und Vorteile ergeben sich aus der Lektüre der nachstehenden Beschreibung, in der lediglich als Beispiel und ohne jede einsehränkende Absicht eine mögliche Ausführungsart eines für den Tauchvorgang ausgerüsteten Behälters nach der Erfindung dargestellt ist. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung, deren einzige Abbildung den Aufriß eines Teilachsschnittes 'durch eine bevorzugte Ausführungsart des Behälters nach der Erfindung wiedergibt. , ..-·..

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Wie aus der Zexchnung ersichtlich ipc, besteht der Behälter aus einem Betonkörper, der einen zylinderförmigen, flachen Hauptteil 1 enthält, an dessen Peripherie gleichmässig verteilte, umschlossene und mit Salzwasser gefüllte Räume 2 angeordnet sind. In der zentralen Zone des Behälters befinden sich umschlossene und mit Luft gejiillts Räume 3» die durch Trennwände von den Räumen 2 abgeteilt sind. Me im;: oberen Bereich dieser Trennwände angebrachten Öffnungen 5 stellen eine ständige Verbindung zwischen den Räumen 2 und 3 her. Weiterhin gehört zu dsm Betonkörper des Behälters ein Kamin 4»' dessen Höhe gleich oder etwas größer als die Tiefe des TJnterv/asserstandortes ist, auf den der Behälter abgesetzt werden soll.

Mit Hilfe von Schrauben S- die durch Sprengung gelöst werden können, ist auf dem Hr.uptteil des Behälters ein Untergestell 7 befestigt, das einen Kasten 8 mit der COp-Vorratseinheit trägt. Im Tasten 8 ist horizontal ein zylindrischer Kessel 9 angsordnet, der mit flüssigem COg gefüllt ist, dessen Druck 20 Bar bei einer Temperatur von -20° C beträgt. Der Kessel 9 ist aus Stahl und außen mit einer Wärmedämmschicht versehen, die deia timgebenden Druck widerstehen kann und beispielsweise aus einer Schicht Polyurethan-Schaum bestehen"kann, auf die eine Polyester- y schicht aufgebracht wird. Der Kessel 9 ist an wiegenförinigen Konsolen befestigt, die mit dem untergestell 7 fest verbunden sind..

Im Kessel 9 befindet sich ein Verdampfor 11, der über eine starre Leitung an eine im Inneren des Kastens 8 angeordnete Kältegruppe angeschlossen ist. Die starren Leitungen sind mit in der Abbildung nicht dargestellten Ventilen versehen. Die Kältegruppe 12 hat die Aufgabe, die Temperatur des im Kessel -9 enthaltenen, flüssigen CO₂ in der Zeit zwischen dem Füllen des Kessels und dom Absenken des Behälters av£ -20 C zu halten. Eine Schaltvorrichtung mit doppelter Inversion, die aus einem elektrischen Dreiweg-Ventil 15, einem Sicherheitsventil 16 und aus Trenneletaenten 17 besteht, ist ebenfalls· mit dem Inneren des Kessels 9 verbunden. Diese Elemente 15, 16 und 17 bilden eine Sicherheitsvorriclrtamg, die ein Ansteigen des Druckes im Kessel 9 durch Erwärmung des CO« während der Lagerung verhindert. Die im Kessel 9 vorgesehenen Sinfüllventile und Ausgleichsventile 14 ermöglichen die Versorgung des Kessels 9 mit ""flüssigem CO₂ durch nicht dargestellte Tankfahrzeuge, die auf dem Behälter verkehren, solange er αφ Kai liegt.-

•Jeder der umschlossenen ·

Räume 2 des Betonbehälters siai mit dem Inneren des COg-Kessels 9 durch Versorgungsleitungen verbunden, in denen von Slektro-Ventilen 18 gesteuerte, pneumatische Ventile 19 sowie pyrotechnische Abschervorrichtungen 22 zwischengoschaltet sind. ¹JQOOZ¹S/iftCI

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Die jeweils in einen der uus chlos solion Räume 2 einmündenden Endstücke' der Versorgungsleitungen sind mit Einspritzdüsen 20 versehen, die vollständig in die Salswasserlösung eintauchen. Der Kessel 9 ist außerdem mit einer Tiefensonde 25 und einem Druckfühler 24 ausgestattet.

Im Kasten 8 ist auch ein elektrischer Schaltschrank vorgesehen, der mit Hilfe eines Versorgungs- und Steuerkabels 26 die elektrischen Organe der COg-Einhedt mit einer Stromerzeugungsgruppe 27 und der Steuersteile 28 verbindet. Die Stromerzeugungsgruppe 27 und die Steuerstelle 28 "befinden sich auf einer am oberen Ende des Behälterkamins 4 angebrachten Plattform. ITach dem Absenken des Behälters liegt diese Plattform demzufolge auf einem ITiveau oberhalb des Meeresspiegels. Um .die Wiedergewinnung der COp-Einheit durch Hochschwimiae,n zu gewährleisten, enthält der Kasten 8 zu beiden· Seiten des Kessels 9 angeordnete. Lufträume, in denen die Ventile 15 bis 19» die Kältegruppe 12 und der elektrische Schaltschrank 25 eingebaut sind. Der Druckausgleich zwischen dem Inneren des Kastens 8 und dem umgebenden Medium wird durch ein ständiges Ausströmen des C0p~Gases aus dem Rohrstutzen 29 und eine aussen gelegene Spülrohrlcitung 50 bewirkt. Each Entleerung des' flüssigen COp aus dem Kessel 9 erfolgt das Auffüllen cLes. Ie tat genannten mit Meerwasser mittels einem pyrotechnischen Ventil 51» während ein weiteres pyrotechnisches Ventil 52, das auf einem im Kessel 9 mit einem Schwimmerventil endenden Rohr montiert ist, die Entlüftung gewährleistet«

Die Verwendungsart des in der Zeichnung dargestellten Behälters ist folgende;

Der Behälter wird stufenweise in Richtung des ünterwasserstand» ortes abgesenkt, an dem er aufgesetzt werden soll. Nachdem der ±m !roteren des Kessels 9 herrschende Druck auf 18 Bar abgesenkt worden ist. wird die elektrische Versorgungsleitung der Kaitegruppe 12 abgeschaltet.

Bei jeder Tauchstufe des Behälters wird durch Betätigung der Elektro-Ventile 18 eine entsprechende Menge flüssigen GOg in das Salzwasser der umschlossenen Räume 2 eingespritzt, sodaß der im Inneren des Behälters herrschende Druck etwas über dem Druck des umgehenden Mediums liegt, in dem der Behälter schwimmt.

Sobald der Behälter den Boden des Wassers erreicht hat, wird nach Entleerung des CO₂ der Kessel 9 mit Meerwasser gefüllt. Durch Betätigung der pyrotechnischen Abschervorrichtung 22 und durch Sprengung der Schrauben 6 wirct der Kasten 8 vom Behälter 1 gelöst. Der Kasten 8 schwimmt hoch, wobei die Entlüf tungsvorrichtung 50 den Ausgleich der inneren und äußeren Drücke, die währen dem Aufsteigen auf die Wände des Kastens 8 einwirken, gewährleistet.

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Claims

- 1

\J Verfahren zur Regelung des Druckes, der im Inneren eines mit Auftriebgas versehenen Behälters während dem Tauchvorgang des genannten Behälters herrscht, "bei dem ein träges Koiapensations-

gas solange in den Behälter injizie-rt wird, Ms der im Inneren des Behälters herrschende Druck zumindest ungefähr gleich dem Druck des umgebenden Mediums ist, in dem der genannte Behälter schwimmt, dadurch gekennzeichnet, daß vorhergehend das Kocpensationsgas in flüssigem Zustand in einem umschlossenen, mit dem Behälter verbundenen Hilfsraum lagert, bevor es in den Behälter injiziert'wird. ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ko'mpensationsgas in flüssigem Zustand in eine als Hilf slösung_ bezeichnete wässerige Lösung injiziert wird, die sich in einem zuaBehälter gehörenden, umschlossenen R-um befindet, der ständig mit jenes Eauia des Behälters in Verbindung steht, in dem das Auftriebgas vorhanden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurclfgekennzeichnet, daß άίο Hilf slöstuig, in welche das Kompensationsgas in flüssigen Zustand injiziert wird, aus Meer- oder Salzwasser besteht, "

4. . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß das Koiapensationsgas aus C0_? besteht.

5.: Verfahren nach Anspruch 1 und 4» dadurch gekennzeichnet, dass das COp bevorzugt bei einer Temperatur in der Größenordnung von wird.

von - 20 -C und einem Druck in der Größenordnung von 20 Bar gelagert

6. Betonbehälter großer Abmessungen, der getaucht und auf einem Meeres- oder Ozeanboden abgesetzt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß er

- zumindest einen umschlossenen Raum enthält, dessen Volumen gleichmäßig über die Peripherie des Betonbehälter-Xörpers verteilt und mit einer wässerigen Hilfslösung gefüllt ist,

- mindestens einen weiteren umschlossenen, in der zentralen Zone des Betonbehälter-Körpers angeordneten Raum enthält, der mit dem Auftriebgas gefüllt ist und in ständiger Verbindung mit dem erstgenannten, umschlossenen Raum steht,

außerdem einen mit flüssigem CO₂ gefüllten, am . Betonbehälter-Körper . befestigten Kessel enthält, der über eine mit einem Ventil

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versehene COp-Versorgungsleitung mit dem ersten, umschlossenen Rcum in Verbindung steht, wobei diese Versorgungsleitung dort in einem Punkt einmündet, der.tiefer als der maximale Spiegel der Hilfsflüssigkeit liegt.

7· Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Lagerung des flüssigen C0_? bestimmte Kessel durch Sprengung der Befestigungsschrauben vom Betonbehälterkörper abtrennbar ist , daß die Versorgungsleitung mit einer pyrotechnischen Absehervorrichtung und der genannte ÖCU-Kessel mit einer Vorrichtung versehen ist, derart,, daß ein Hochschwimmen bei veränderlicher Schwimmfähigkeit gewährleistet ist.

8. Behälter nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß das in der COp-Versorgungsleitung zwischengeschaltete Ventil^, die Vorrichtung zur Wiedergewinnung des COp-Kesse.ls, die durch Sprengung lösbaren Befest schrauben und die pyro te elin is ehe Abschervorrichtung mit .elektnroraagiie tischen Steuerorganen ausgerüstet sind, die über ein ICabel mit einer höher als das Koeresniveailiegenden Steuerstelle verbunden sind-

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original Inspected