ES2203524T3 - Embarcacion de almacenado de gas licuado con estructura flotante de hormigon. - Google Patents

Abstract

Embarcación de almacenado en el mar de gas licuado constituida esencialmente por una estructura flotante (1) de hormigón armado y pretensado que contiene unos depósitos (2) para gas licuado, caracterizada porque dichos depósitos (2) son unos depósitos cilíndricos cuya sección transversal perpendicular a su eje principal longitudinal comprende una porción curvada, preferentemente circular, que corresponde al fondo (3) de dicho depósito, siendo dicha porción preferentemente una semicircunferencia inferior, que descansa directamente sobre el fondo de hormigón de la embarcación (54), el cual fondo presenta una forma de pluralidad de casquetes cilíndricos adyacentes, teniendo cada casquete cilíndrico la misma sección parcialmente curvada, preferentemente circular, con respecto a dicho fondo (3) de cada depósito.

Description

Embarcación de almacenado de gas licuado con estructura flotante de hormigón.

La presente invención se refiere al almacenado de productos líquidos en una estructura de hormigón que puede ser desplazada en flotación.

Más precisamente, la presente invención se refiere a una embarcación de almacenado en el mar de gas licuado, constituida esencialmente por una estructura flotante de hormigón armado y pretensado que contiene unos depósitos para gases licuados mantenidos a unas temperaturas criogénicas, en particular inferiores a -100ºC.

El almacenado de los gases licuados tales como el metano se realiza, o bien en unos depósitos autoportantes, cilíndricos, esféricos o prismáticos, realizados a partir de chapa de acero especial o de aluminio de gran espesor, o también en unos depósitos constituidos por una membrana delgada, que desempeña la función de confinamiento estanco, asociado a un sistema de aislamiento térmico constituido por bloques de espuma, descansando este último de manera continua sobre una estructura portante.

En esta última configuración, la membrana está así dimensionada para asegurar sólo el confinamiento estanco del líquido, estando la resistencia mecánica del conjunto asegurada por la estructura portante exterior no sometida al frío criogénico.

Se conoce en particular por la patente francesa nº 2 271 497 dichos sistemas de confinamiento y de aislamiento adaptados a los buques metaneros y a los almacenados en tierra, desarrollados entre otros por la Sociedad Gaz Transport & Technigaz (Trappes-Francia).

Los buques equipados para recibir unos depósitos de almacenado criogénico están habitualmente construidos en acero por unos astilleros especializados. En el caso del metano líquido, debido a que la densidad del producto es baja (d \cong 0,47), la configuración de dichos buques es muy particular y en razón del coste elevado de la realización de las cisternas aisladas térmicamente, los buques metaneros son de un coste extremadamente elevado. Necesitan además muchas precauciones en su explotación, puesto que en caso de fuga de gas licuado sobre los elementos de estructura del casco de acero del buque, el acero resulta quebradizo y, al no resistir a los esfuerzos del entorno, conduce a la ruina del buque.

Unas estructuras flotantes similares de hormigón han sido previstas en razón del buen comportamiento del hormigón cuando es puesto en contacto con gas licuado a muy baja temperatura, pero dichas estructuras cuyo objetivo es navegar, son mucho más voluminosas y macizas que unos buques de acero, y conducen a unos conjuntos no competitivos económicamente con respecto a su equivalente en acero. Además, su calado necesita para su construcción la utilización de diques secos o de formas de cuenca profundas, de manera que sea posible desplazarlas hacia unas aguas más profundas después de la botadura del dique o de la forma.

Se conocen por los documentos DE 2644856 y FR 2366984 un buque de hormigón que transporta unos depósitos en los compartimentos de hormigón. A fin de minimizar la superficie mojada del buque, éste presenta un fondo plano sobre el cual descansan las paredes de fondo de los compartimentos. Y las paredes laterales de los compartimentos están sostenidas por unas estructuras portantes de tipo cuna.

Se conoce también la embarcación de hormigón que ha sido construida por el campo de Ardjuna (Indonesia) para el almacenado de gas de petróleo licuado. El gas es almacenado en la misma a temperatura de -45ºC en unos depósitos cilíndricos autoportantes, aislados térmicamente, de sección circular de acero de espesor medio. Se trata de gas butano o propano solamente. Los depósitos son almacenados en dos niveles: una serie de seis depósitos es almacenada sobre el puente, una segunda serie de seis depósitos es almacenada en el interior del casco. Cada uno de los depósitos integrados en el casco descansa sobre dos cunas que forman parte de la estructura de hormigón del casco de la embarcación. Estas cunas tienen por función crear un soportado que se aproxima a un sistema isostático, que minimizando así las tensiones generadas por las deformaciones diferenciales entre el depósito y la estructura de la embarcación y permitiendo transferir en buenas condiciones la carga correspondiente al peso del depósito y de su contenido, es decir aproximadamente 3.000 toneladas, hacia el casco de la embarcación, la cual es sometida al empuje de Arquímedes en la totalidad de su superficie mojada.

En esta configuración, dicha carga, repartida a lo largo del depósito es concentrada a nivel de las cunas, y después transferida a través de dichas cunas hacia el casco de la embarcación generando unos esfuerzos concentrados importantes y finalmente la carga es repartida en toda la zona activa del casco sometida al empuje de Arquímedes. Esta embarcación mide aproximadamente 140 m de longitud, 40 m de anchura y 16 m de profundidad y permite almacenar aproximadamente 60.000 m^{3} de gas repartidos en 12 depósitos calorifugados idénticos.

En la zona de almacenado de los depósitos calorifugados, las paredes de hormigón que corresponden al fondo, a los bordes y las paredes están por tanto dotadas de estructuras de refuerzo que comprenden unas vigas gruesas asociadas a unos tabiques de hormigón que es necesario sobredimensionar, por lo menos en la zona de transición, de manera que la repartición de los esfuerzos al resto de la estructura del casco puede efectuarse de forma satisfactoria.

Unas embarcaciones de hormigón no han sido nunca propuestas hasta el presente para almacenar cantidades de gas superiores a 60.000 m^{3} ni para almacenar gases licuados a temperaturas interiores a

\hbox{-50ºC,}

es decir para los gases distintos del butano o el propano licuados, en particular para el metano líquido.

Según las técnicas utilizadas usualmente en las embarcaciones cuya estructura es de hormigón, la construcción de embarcaciones gigantes no podría ser extrapolada a partir de la tecnología utilizada para la embarcación Ardjuna puesto que ello necesitaría o bien la multiplicación de depósitos de tecnología clásica, o bien la realización de depósitos gigantes en número reducido basados en la tecnología autoportante, pero que presentan entonces unas dificultades de realización extremadamente importantes, incluso imposibilidades técnicas, en razón de las cargas consideradas a transferir a nivel de las cunas (soportado isostático).

Dichos depósitos gigantes, para las temperaturas criogénicas del metano licuado (-165ºC) presentan un importante acortamiento de la pared interna del depósito cuando tiene lugar el enfriado, creando así, a nivel de dichos apoyos, unos desplazamientos diferenciales entre dicho depósito y la estructura de la embarcación, la cual permanece a temperatura ambiente. La concepción de los soportes resulta entonces muy delicada puesto que deben ser capaces de absorber estos movimientos sin generar tensiones significativas que podrían crear fenómenos de fatiga en dichos soportes o en el depósito y hacer así peligrosa la explotación de una embarcación de este tipo. Estos fenómenos de contracción existen en los pequeños depósitos que almacenan propano refrigerado a -50ºC, pero pueden ser controladas por unos apoyos de concepción adecuada. La extrapolación de dichos principios a unos depósitos gigantes que trabajan a -165ºC o a unas temperaturas más bajas aún, conduciría a unos sistemas de soportado extremadamente complejos que necesitan refuerzos muy importantes a nivel del casco de hormigón que implican la utilización de cantidades de hormigón pretensado muy importantes.

Además, a pesar del buen comportamiento mecánico del hormigón, en particular cuando está en contacto con los gases licuados, el riesgo de aparición de microfisuras en las zonas de tensión máxima (cunas de soportado) que pueden provocar infiltraciones de agua a través de la masa de la estructura de hormigón, corriendo el riesgo de corroer las armaduras metálicas en el hormigón y de degradar las prestaciones del sistema de aislamiento, había disuadido al experto en la materia de utilizar dichas embarcaciones de hormigón para el almacenado de metano licuado en el mar.

Se recuerda en efecto que estas embarcaciones están sometidas a unos esfuerzos mecánicos importantes bajo el efecto de las condiciones de entorno sobre el casco (oleaje, viento, corriente), así como a esfuerzos considerables y muy localizados creados por el sistema de anclaje, en general situado en las cuatro esquinas de la embarcación.

Además, contrariamente los buques de tipo metanero que no están en general autorizados a navegar a media carga, sino que deben estar o bien prácticamente vacíos (< 10%), o bien prácticamente llenos

\hbox{(> 85%),}

un almacenaje flotante posee un nivel de carga variable de 0% a 100% y debe asegurar, cualquiera que sea el nivel de carga, un nivel de seguridad extremo.

Se conocen por el documento US 4 275 679 unas embarcaciones de hormigón para el almacenado de gas licuado, que presentan unos depósitos de hormigón en forma de casquete semiesférico o de tres cuartos de esfera, eventualmente coronada por los cilindros circulares dispuestos verticalmente. Estas formas de depósito que presentan unas curvaturas en dos direcciones del espacio, son complejas de realizar e imponen también unas estructuras de herraje asociadas más importantes y difíciles de realizar puesto que los depósitos no tienen paredes laterales comunes de apoyo por las cuales unos depósitos uno al lado del otro podrían sostenerse mutuamente. Además, estas formas esféricas implican la utilización de una cantidad de hormigón importante.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una embarcación de almacenado en el mar de gas licuado, en particular de metano, mantenido a unas temperaturas criogénicas, en particular a unas temperaturas inferiores a -100ºC.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar unas embarcaciones que pueden almacenar cantidades importantes, en particular más de

\hbox{100.000 m ^{3} }

preferentemente más de 200.000 m^{3} de gas licuado.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una embarcación que pueda comprender, en particular, sobre el puente superior, una unidad de tratamiento de gas, siendo dicho gas

\bullet

o bien recibido en forma gaseosa proveniente de pozos de petróleo o de pozos de gas, en cuyo caso es tratado y después licuado en unas unidades especializadas, antes de ser almacenado en los depósitos internos de la embarcación,

\bullet

o bien recibido en forma líquida proveniente de un metanero, en cuyo caso es transferido a bordo y almacenado en los depósitos internos de la embarcación, antes de ser o bien reexpedido en forma licuada a otros metaneros; o bien reexpedido en forma gaseosa, después de calentamiento en unas unidades especializadas, a unos conductos submarinos para ser utilizado en un punto alejado de la embarcación de almacenado; o bien finalmente utilizado en el lugar para producir calor, energía eléctrica o energía mecánica. Las energías producidas a partir del gas pueden ser, o bien utilizadas a bordo o bien exportadas hacia un emplazamiento alejado por unos conductos submarinos o unos cables eléctricos.

El puente superior de la embarcación según la invención debe presentar una superficie y una resistencia suficientes para recibir el conjunto de las instalaciones de licuación o de regasificación, así como los equipos de producción de energía eléctrica, cuyo peso total puede alcanzar y sobrepasar de 35 a 50.000 toneladas.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una embarcación que pueda ser construida o bien por unos astilleros navales en dique seco, o bien en una forma especialmente vaciada para la ocasión, y esto, en unas condiciones de coste y de tiempo competitivas económicamente con los buques de acero.

En la medida en que la utilización de acero para la construcción de soportes flotantes destinados a almacenar gas natural licuado a temperaturas inferiores a -100ºC, sobre el puente de los cuales están instalados unos equipos de tratamiento de gas aumenta los riesgos ligados a la fragilización de la estructura en caso de expansión de gas licuado a consecuencia de incidentes en las unidades de licuación o de tratamiento de gas, un problema base de la presente invención es también proporcionar una estructura de hormigón que presente una resistencia mecánica suficiente para incidentes similares, y en consecuencia una mejor seguridad de funcionamiento, y que puede ser construida en las mejores condiciones de realización técnica y económica, y en particular minimizando las cantidades de hormigón a utilizar.

Para ello, la presente invención se refiere a una embarcación de almacenado en el mar de gas licuado constituida esencialmente por una estructura flotante de hormigón armado y pretensado que contiene unos depósitos para gas licuado.

Según la invención, dichos depósitos son unos depósitos cilíndricos cuya sección transversal perpendicular a su eje principal longitudinal presenta una porción curvada, preferentemente circular, correspondiente al fondo de dicho depósito, siendo dicha porción preferentemente una semicircunferencia inferior, que descansa directamente sobre el fondo de hormigón de la embarcación, el cual fondo de la embarcación presenta una forma de pluralidad de casquetes cilíndricos adyacentes, teniendo cada casquete cilíndrico la misma sección, parcialmente curvada, preferentemente circular, frente a dicho fondo de cada depósito.

Dicho fondo de los depósitos sigue el contorno de la superficie y por tanto, encaja de forma continua con la forma de dicho fondo de la embarcación, teniendo dichos fondos de los depósitos y de la embarcación una forma de bóvedas invertidas adyacentes.

Bajo el efecto de las corrientes, del oleaje y del viento, los movimientos creados de la embarcación crean unas variaciones de tensiones dinámicas importantes sucesivamente positivas y negativas. Los depósitos de almacenado y la embarcación según la invención tienen una forma cuya parte baja en forma de bóvedas invertidas, en particular de sectores circulares adyacentes, permite utilizar la presión hidrostática del agua ambiente para hacer trabajar la sección transversal de la estructura esencialmente en compresión pura, y ello cualquiera que sea el nivel de la carga de los depósitos, lo que conduce a unas economías considerables de material a nivel del hormigón, de las estructuras de refuerzo y de los medios de pretensado. La embarcación de almacenado según la presente invención permite por tanto minimizar los esfuerzos transmitidos por los depósitos de gas sobre la estructura de hormigón del casco de la embarcación, y evitar las concentraciones de carga que resultan del recurso a unos refuerzos de estructura localizados, los cuales implicarían cantidades de material de hormigón a utilizar muy importantes. La repartición de las tensiones es óptima y permite al conjunto depósito-estructura de hormigón resistir, durante la duración de vida operativa de las instalaciones, por una parte la presión generada por el fluido, por otra parte los efectos dinámicos generados por los movimientos del soporte flotante bajo el efecto de las condiciones del entorno, y finalmente las diversas tensiones térmicas generadas y ello, cualquiera que sea el nivel de carga de los depósitos criogénicos. La transferencia de carga entre el cargamento de gas licuado y la estructura de hormigón del casco de la embarcación se realiza de forma uniforme y las tensiones transversales que resultan en la pared de hormigón son esencialmente unos esfuerzos de compresión, lo que presenta una ventaja considerable con respecto a los riesgos de fisurado y microfisurado que existen en cualquier obra de hormigón, evitando con ello los riesgos de migración de agua a través de la masa de la estructura y los daños asociados, a nivel de la corrosión de dichas armaduras y eventualmente a nivel del sistema de aislamiento si el depósito es un depósito de membrana delgada.

En un modo de realización preferido, dicho depósito es un depósito del tipo membrana delgada recubierta por el exterior por un complejo aislante térmico, descansando dicho complejo aislante directamente sobre el fondo de hormigón de la embarcación, siendo la pared de hormigón de espesor sensiblemente constante y sin estructura complementaria de refuerzo en toda la zona de sostenimiento del depósito.

El gas licuado está por tanto contenido en un depósito cilíndrico constituido por la membrana que descansa sobre un complejo aislante, descansando dicho complejo aislante directamente sobre la pared exterior o sobre las paredes intermedias de la estructura de hormigón de la embarcación. La estructura de hormigón de la embarcación está constituida por una pared de hormigón de espesor sensiblemente constante a nivel de las paredes laterales y del fondo con respecto al de la superficie del depósito considerado.

La utilización de depósito de membrana delgada contribuye a mejorar la transferencia de carga y reducir las tensiones mecánicas a nivel del depósito, puesto que este tipo de depósito presenta una rigidez despreciable en comparación con la de la estructura de hormigón de la embarcación y por ello, dicha membrana posee una mayor capacidad de deformación lo que le permite seguir, sin incremento significativo de las tensiones, todas las deformaciones del casco de hormigón, ya sean flexiones longitudinales, flexiones transversales o unas torsiones.

La asociación de un sistema de estructura de hormigón resistente, es decir que conduce a un casco con estructura de hormigón que presenta una relación flotabilidad/peso propio elevada, con un sistema de confinamiento-aislamiento ultraligero y con muy altas prestaciones, presenta la ventaja de necesitar para la construcción de la embarcación un dique seco o una forma menos profunda, lo que permite una construcción en dicho dique o en dicha forma, hasta una fase mucho más adelantada que en la técnica anterior.

Se podrá así instalar "en seco", una cantidad más importante de equipos ponderales, tales como los conjuntos y subconjuntos requeridos sobre el puente superior para asegurar el funcionamiento futuro de las instalaciones. Será aportada así una mayor libertad en la planificación de ejecución de la construcción y la puesta a flote de la estructura podrá ser retrasada hasta más tarde, lo que permite limitar las operaciones de acabado a flote, en general más costosas que en puesto fijo. Esto resulta particularmente interesante cuando la forma está vaciada especialmente para la construcción de la embarcación, puesto que es entonces posible vaciarla a una profundidad mínima, por tanto a un coste mínimo y además su utilización no está en general limitada por el imperativo de tener que ser liberada para la construcción del buque siguiente, como es habitualmente el caso en un dique seco de astillero naval.

En un modo de realización, la embarcación comprende por lo menos dos, preferentemente por lo menos tres depósitos dispuestos longitudinalmente uno al lado del otro en unos compartimentos separados por unas paredes verticales laterales de hormigón de constitución y de espesor por lo menos iguales a las de la pared de hormigón del fondo, y sin estructura suplementaria de refuerzo.

Ventajosamente, las paredes laterales de los depósitos quedan contra la superficie de las paredes laterales verticales de los compartimentos de la estructura de hormigón de la embarcación, en las cuales dichos depósitos están confinados, de manera que las paredes de dos depósitos adyacentes que quedan en apoyo lateral sobre una misma pared intermedia vertical de sus compartimientos, se sostienen mutuamente.

Según otra característica de la presente invención, los puntos de anclaje de los cables de pretensado de dicho hormigón pretensado están situados fuera de dicha pared de fondo curvado de la estructura de hormigón, y preferentemente fuera de las paredes laterales verticales de hormigón que rodean el depósito.

Preferentemente, los puntos de anclaje de los cables de pretensado según el plano transversal de la embarcación están situados en el extremo superior de las paredes verticales laterales de hormigón que rodean los depósitos. En esta posición son fácilmente accesibles, y los cables de pretensado pueden ser puestos en tensión en el momento más oportuno de la construcción de la embarcación de hormigón, lo que permite la puesta en marcha de la fabricación del sistema de aislamiento y del depósito mucho antes de que la estructura de hormigón esté terminada. Los puntos de anclaje de los cables de pretensado paralelos al eje de la embarcación están, en cuanto a ellos, situados en las zonas de almacenado no criogénicas adyacentes, reservadas a los consumibles, al agua dulce, a los lastres, o también reservados a algunos locales técnicos. En el caso de las embarcaciones gigantes, el espesor de las paredes de los compartimientos de la estructura de hormigón en los cuales están confinados dichos depósitos, el cual espesor no exceda en general de 70 cm, permite asimismo superponer las capas de armaduras metálicas y las vainas de los diversos cables de pretensado, de tal manera que los cables que sirven para el pretensado de la bóveda sean elevados a nivel de la parte superior de la estructura de hormigón de la embarcación. Procediendo así, cuando tiene lugar la construcción de la estructura de hormigón, es posible liberar muy pronto la zona de los almacenajes criogénicos en los que deben estar instalados los depósitos y en particular las membranas de confinamiento y los sistemas de aislamiento térmico, lo que permite reducir de forma muy significativa el tiempo global de construcción de la embarcación, puesto que la instalación del sistema de aislamiento, que constituye el elemento más delicado y, siendo largo de realización puede ser iniciado en una fase mucho más precoz de la construcción. En efecto, el sistema de aislamiento asociado a su membrana debe ser ensamblado en el lugar a partir de paneles prefabricados unitarios que miden en general algunos m^{2} cada uno. La membrana así constituida es ensamblada por soldadura directamente en el lugar, mientras que en la técnica anterior los depósitos son prefabricados y colocados en un número mínimo de paquetes y por tanto de elevaciones, lo que necesita una libertad de acceso y por consiguiente implica la instalación de dichos depósitos antes de que pueda ser construida la parte superior de la embarcación.

En un modo de realización ventajoso, dichos depósitos cilíndricos y dichos compartimentos de la estructura de hormigón en los cuales están confinados tiene una sección transversal perpendicular a su eje longitudinal principal que comprende en su parte superior dos caras cortadas laterales inclinadas que corresponden a unas paredes planas laterales inclinadas de dichos compartimentos que descansan sobre el extremo superior de dichas paredes laterales verticales de dichos compartimentos y aseguran la unión entre dichas paredes laterales verticales y una pared horizontal superior de dichos compartimentos.

En un modo de realización preferido, las paredes de dichos depósitos están aplicadas contra las paredes de dichos compartimentos en los cuales están confinados, es decir que todas las paredes de dichos depósitos siguen el contorno y encajan de forma continua con la forma de la superficie interna de las paredes correspondientes de los compartimentos de la estructura de hormigón de la embarcación.

Dichos compartimentos y preferentemente, dichos depósitos comprenden por tanto:

-

en su parte inferior: un casquete cilíndrico de sección, preferentemente semicircular,

-

en su parte superior:

\bullet

dos paredes laterales verticales,

\bullet

dos paredes laterales inclinadas,

\bullet

una pared superior horizontal.

Esta configuración permite reducir las agitaciones del gas líquido en el depósito cuando éste no esta completamente lleno.

Los puntos de anclaje de los cables transversales de pretensado están ventajosamente situados en la base de las paredes inclinadas, siempre en el exterior de los compartimentos de los depósitos, estando los cables longitudinales de pretensado ventajosamente situados en los depósitos o zonas de almacenado adyacentes no criogénicas.

Ventajosamente, la estructura de hormigón comprende unas quillas antibalanceo a nivel de sus bordes.

Ventajosamente también, la estructura de hormigón comprende en su parte superior, por encima de los compartimentos que contienen dichos depósitos, una zona constituida por cajas paralelepipédicas que forman la estructura principal de la embarcación y que aseguran la rigidez del conjunto.

El puente superior de la embarcación presenta una resistencia suficiente para recibir el conjunto de las instalaciones de licuación o de regasificación, así como los equipos de producción de energía eléctrica, cuyo peso total puede sobrepasar 50.000 toneladas.

En un modo de realización preferido, las paredes de hormigón alrededor del depósito, preferentemente las paredes laterales verticales intermedias entre dos de dichos depósitos comprenden un sistema de calefacción integrado en la masa del hormigón. Esto permite limitar el enfriado de la pared. En efecto, las pérdidas frigoríficas a través del sistema de aislamiento del depósito, tienen por efecto enfriar el hormigón, estando éste enfriado solamente limitado por la aportación de calorías que provienen, o bien de la parte baja del casco de hormigón de la embarcación en contacto con el agua de mar, o bien de la parte alta en contacto con el aire ambiente, o bien finalmente por una aportación complementaria de calorías directamente en el seno de la masa de hormigón. Es imperativo limitar el enfriado del hormigón, puesto que antes de un cierto valor, las armaduras de acero resultan frágiles y disminuyen de manera significativa la resistencia de la estructura. Dichas armaduras pueden ser seleccionadas para resistir unas temperaturas muy bajas, pero su coste resulta entonces muy elevado, se prefiere por tanto limitar los descensos excepcionales de temperatura a unos valores del orden de -10º a -20ºC, obteniendo la temperatura habitual de la estructura situarse preferentemente alrededor de 0ºC a +5ºC.

La aportación de calorías puede ser realizada por incorporación en el hormigón de cables eléctricos calefactores, de tubos que conducen un fluido caliente, o también por inyección de corriente eléctrica directamente en los cables de pretensado, en particular los que se desee proteger en prioridad. Una aportación de calorías de este tipo puede también ser realizada pasivamente por simple conducción de calor a lo largo de cables embebidos en la masa de hormigón y en conexión con el agua de mar ambiente.

En una versión preferida de la invención, el sistema de calefacción es un dispositivo autónomo de calefacción por ciclo termodinámico sin aportación de energía térmica exterior, que comprende unas conducciones en la masa de hormigón que desembocan en el depósito que presenta una gran superficie de intercambio de calorías con el agua de mar en la parte baja en el exterior, bajo la estructura de hormigón, comprendiendo dichas conducciones y dicho depósito de intercambio de calorías con el agua un fluido frigorígeno que circula y efectúa la transferencia de calorías entre una fuente fría constituida por la masa de hormigón a calentar y una fuente caliente que constituye el agua de mar ambiente.

La embarcación de hormigón pretensado para gases licuados criogénicos según la invención está destinada preferentemente a los almacenados gigantes más de 100.000 m^{3} de gases licuados a temperaturas inferiores a -100ºC y que pueden alcanzar y sobrepasar un volumen global de 300.000 m^{3}. Una embarcación de este tipo mide aproximadamente 250 a 300 m de longitud, por 60 a 70 m de anchura y 25 a 30 m de altura.

La embarcación según la invención puede comprender un puente superior que puede recibir unas instalaciones de licuación o de regasificación, o unos equipos de producción de energía eléctrica.

Otras características y ventajas de la presente invención aparecerán a la luz de la descripción detallada que sigue, con referencia a las figuras siguientes, en las cuales:

\bullet la figura 1 es una sección transversal en vista lateral de una embarcación de hormigón según la invención, para el almacenado criogénico;

\bullet la figura 2 es una sección vista en planta de una embarcación correspondiente a la figura 1 que detalla las diversas cisternas de almacenado criogénicas,

\bullet la figura 3 es una sección de la pared de la embarcación según la figura 1, sobre la cual está aplicado un depósito de membrana delgada,

\bullet la figura 4 es una vista en sección de la pared vertical lateral intermedia de los compartimientos que contienen los depósitos criogénicos de gas licuado, equipada con un enmallado de calefacción mixta con electricidad y por circulación de agua caliente,

\bullet la figura 5 es una vista en sección del tabique intermedio de hormigón de la figura 4, pero que comprende un sistema de calefacción autónoma por ciclo termodinámico.

La embarcación según la invención representada en las figuras 1 y 2 comprende una estructura de hormigón 1 realizada en hormigón armado con unas armaduras metálicas y pretensado con la ayuda de cables. La misma comprende, tal como se ha representado, seis depósitos 2 de almacenado criogénicos dispuestos en los compartimentos 14. La pared de los depósitos 2 está representada esquemáticamente en la figura 3 y descrita a continuación.

La embarcación según la invención presenta un perfil de sección transversal representado en la figura 1, constante a todo lo largo de la zona de almacenado del gas licuado, con unos tabiques transversales 19 que delimitan, en su parte inferior parcialmente sumergida, como se ha representado en la figura 2:

-

unos compartimentos 14 destinados a contener los depósitos criogénicos 2,

-

unos compartimentos 15 que pueden ser de forma similar a los compartimentos 14 o de forma paralelepipédica para el almacenado de otros fluidos tales como gasóleo, agua dulce o cualquier otro producto tal como los condensados o los butanos y propanos que pueden ser almacenados o bien en depósitos refrigerados autoportantes o en depósitos a presión a temperatura ambiente, y

-

unos lastres 16, de forma cualquiera, llenos de agua.

La parte inferior de la embarcación que constituye el casco de hormigón parcialmente sumergido contiene unos compartimentos 14 para depósitos de gas licuado 2 cuyo fondo 3 presenta la forma de casquetes cilíndricos adyacentes que constituyen unas bóvedas invertidas adyacentes. Las paredes de los depósitos 2 están directamente aplicadas contra las paredes 4_{1}, 4_{2}, 5_{1}, 5_{2}, 5_{3}, 5_{4} de los compartimentos 14 de hormigón. Las paredes de los compartimentos 14 comprenden por tanto:

-

una pared de fondo 5_{4} en forma de casquete cilíndrico de sección circular,

-

unas paredes laterales verticales que pueden ser las bordas 4_{1} de la embarcación un tabique intermedio 4_{2} entre dos compartimentos adyacentes,

-

unas paredes superiores 5_{1}, 5_{2}, 5_{3} planas representadas por unas caras cortadas en la sección de la figura 1 que comprenden:

\bullet

unas paredes laterales superiores 5_{1}, 5_{2} inclinadas hacia el plano de simetría vertical de los compartimentos 14 y depósitos 2,

\bullet

unas paredes superiores horizontales 5_{3} que se unen a los extremos superiores de las paredes superiores laterales inclinadas 5_{1}, 5_{2}.

Las paredes intermedias 4_{2} pueden estar dobladas por razones de inspección o para mejorar el control de la temperatura de los tabiques de hormigón. De la misma manera, las bordas 4_{1} de la embarcación pueden estar dobladas para asegurar una protección mecánica contra los choques externos provocados, por ejemplo, por unos buques de trabajo o unos buques de transporte de gas licuado que pasan a acoplarse con la embarcación para cargar o descargar dicho gas licuado.

Los puntos de anclaje 66 de los cables de pretensado 6 están situados en la base de las paredes laterales superiores inclinadas 5_{1}, 5_{2} en el extremo superior de las paredes laterales verticales 4_{1}, 4_{2} de los compartimentos 14 y en el interior de los compartimentos 26.

En la parte inferior de la embarcación y preferentemente a nivel de las bordas de la embarcación, se instalan ventajosamente unas extensiones de estructura, continuas o no en toda la longitud de la embarcación, que desempeñan la función de quilla antibalanceo 21. Las quillas antibalanceo tienen por función crear una amortiguación del balanceo de la embarcación, por una parte por el aumento de la inercia global del sistema por masa de agua añadida, y por otra parte por disipación de energía por creación de turbulencias hacia el extremo de dicha quilla antibalanceo. Se puede aumentar ventajosamente el nivel de energía creado por las turbulencias efectuando unos orificios en la quilla antibalanceo. Siendo la técnica de las quillas antibalanceo conocida por el experto en la materia en el campo de la construcción naval, no será desarrollada más en detalle aquí.

La forma en bóvedas invertidas adyacentes de las paredes de fondo 5_{4} de los compartimentos 14 permite limitar también el calado necesario cuando tiene lugar la botadura, después de llenado completo del dique seco o de la forma, inyectando aire bajo el casco. Dicho aire se encontrará entrampado en los puntos altos 20 existentes entre dos depósitos cilíndricos y los puntos altos 22 que existen entre un depósito cilíndrico lateral y la quilla antibalanceo 21. El aumento de flotabilidad así creado permite evacuar la embarcación hacia un emplazamiento en el que el calado es suficiente para asegurar una flotabilidad aceptable después de evacuación de dicho aire inyectado.

La parte superior de la embarcación por encima de los compartimentos 14 que contienen los depósitos criogénicos 2 comprende un puente superior 23 soportado por unos elementos en forma de segunda cajas paralelepipédicas 17 cuyas paredes verticales 18 constituyen unos refuerzos longitudinales de estructura y permiten soportar unas instalaciones tales como unos equipos de licuación, unos equipos de regasificación o también unos equipos de transferencia o de producción de energía eléctrica así como todos los equipos necesarios para la logística de las instalaciones y del personal, instalados sobre el puente superior 23, cuyo peso total acumulado puede sobrepasar las 50.000 toneladas.

Unos compartimentos en forma de sección triangular 26 por encima de las paredes laterales verticales 4_{2} están delimitados por las paredes laterales inclinadas 5_{1}, 5_{2} de dos compartimentos 14 adyacentes y el suelo de dichas segundas cajas 17. Estos compartimentos 26 permiten acceder a los puntos de anclaje de los cables de pretensado y pueden ser utilizados parcialmente para almacenados.

La embarcación representada en las figuras 1 y 2 contiene seis depósitos de 50.000 m^{3} cada uno y su tamaño es de 250 a 300 m de longitud para 60 a

\hbox{70 m}

de ancho y 25 a 30 m de altura. La pared de hormigón tiene un espesor de aproximadamente 60 a 70 cm en la parte correspondiente al tabique que soporta los depósitos criogénicos. Los otros depósitos comprenden unos tabiques de espesor variable asociados eventualmente a unas vigas de refuerzo.

En la figura 3 se ha representado esquemáticamente la configuración de las paredes de un tipo de depósito con membrana delgada conocido por el experto en la materia. La membrana delgada 23, preferentemente de acero inoxidable, es una chapa delgada de 0,5 a 2 mm de espesor que presenta, preferentemente, unas ondulaciones destinadas a absorber las deformaciones debidas a las variaciones extremas de temperatura. Esta membrana descansa sobre un complejo aislante constituido por bloques de material sintético, en particular espuma de poliuretano 24, entre dos placas de material semirrígido 25 de tipo contrachapado.

En las figuras 4 y 5, se han representado diversos sistemas de calefacción de las paredes intermedias 4_{2} de los compartimentos 14 de los depósitos criogénicos 2, puesto que estas paredes no están nunca en contacto directo con el agua de mar y tienen tendencia a enfriarse teniendo en cuenta su entorno criogénico.

En la figura 4 se ha representado en la parte izquierda un enmallado de tubos 9 en los cuales circula un fluido portador de calor y en la parte derecha un enmallado de cables eléctricos 8 dispuestos al tresbolillo.

En la figura 5, se ha representado un dispositivo de calefacción por ciclo termodinámico que comprende unas conducciones verticales 10 incorporadas en las paredes intermedias 4_{2} de los compartimentos 14, comprendiendo el tabique 10 unas ramificaciones en forma de extensión tubular 13 en el seno de la pared intermedia 4_{2}. En la parte baja de la conducción 10, sumergido en el agua, se encuentra un depósito de intercambio calórico 11 que presenta unas aletas 12 que constituyen así una gran superficie de intercambio con el agua ambiente.

El conjunto conducción 10 depósito 11 está dispuesto de tal manera que sólo presenta un punto bajo situado en la parte baja del depósito. Está lleno de un fluido frigorígeno seleccionado de manera que se licue a una temperatura correspondiente al valor mínimo deseado para la protección del tabique. La transferencia de calorías se efectúa entonces de la manera siguiente: a) el gas presente en la tubería 10 se condensa en las zonas frías 130 aportando calorías al hormigón y, por la reducción de volumen se crea una depresión; b) el condensado chorrea a lo largo de la tubería 10 y por simple gravedad se dirige hacia el depósito 11 en razón de la ausencia de punto bajo a lo largo del recorrido; c) el condensado en contacto con la pared de dicho depósito, a su vez en contacto con el agua ambiente 12, se calienta y se evaporiza; d) el fluido así revaporizado compensa la pérdida de presión y empuja el gas hacia las zonas frías a calentar. Se selecciona el tipo de fluido frigorígeno en función de la temperatura mínima del agua ambiente así como de la temperatura de protección que se desea para el tabique de hormigón. A título de ejemplo, el butano permite realizar la función de fluido frigorígeno y permite una transferencia de calorías entre la fuente caliente (agua ambiente) y la fuente fría (tabique de hormigón). Numerosos fluidos han sido desarrollados por la industria frigorífica para adaptarse de forma óptima a diversas configuraciones de fuentes calientes y de fuentes frías. La disposición es auto-adaptativa y funciona de manera continua sin otra aportación de energía exterior que el agua ambiente, lo que presenta una ventaja considerable con respecto a la tecnología de calefacción que utiliza la corriente eléctrica o un fluido caliente, los cuales generan en general, para su producción, unos gases con efecto de presión tales como los CO/CO_{2}.

La capacidad de transferencia de calorías está condicionada principalmente por las superficies de intercambio en la zona fría del tabique de hormigón y las superficies de intercambio en la zona caliente del agua ambiente. A este fin, el haz tubular embebido en el hormigón está ventajosamente ramificado, no debiendo cada una de dichas ramificaciones presentar ningún punto bajo de manera que los condensados descienden de nuevo hacia el depósito inferior por simple gravedad. De la misma manera, la superficie de intercambio con el agua ambiente está mejorada, o bien por múltiples aletas o también por circulación forzada del agua por medio de agitadores o de bombas, por ejemplo a nivel de un intercambiador de calor.

Este nuevo concepto de embarcación está adaptado a todos los tipos de almacenado criogénicos, en particular al almacenado de los hidrocarburos licuados, tales como el metano, el butano y el propano, pero también cualquier otros gases tales como el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, los gases raros, o también los gases producidos por la industria química tales como el etileno o el amoníaco.

Este nuevo tipo de embarcación puede ser un soporte flotante mantenido en flotación en el lugar por un sistema de anclaje, pero puede también ser fabricado y después remolcado al lugar y finalmente ser lastrado para descansar sobre un fondo previamente preparado y permanecer fijo con respecto al suelo durante toda la duración de vida operativa. Cuando tiene lugar la desmovilización de la embarcación es suficiente entonces ponerla de nuevo en flotación por inyección de aire comprimido en la zona de las partes abovedadas bajo el casco. La embarcación puede entonces ser remolcada para ser instalada en otro lugar.

Claims (12)

1. Embarcación de almacenado en el mar de gas licuado constituida esencialmente por una estructura flotante (1) de hormigón armado y pretensado que contiene unos depósitos (2) para gas licuado, caracterizada porque dichos depósitos (2) son unos depósitos cilíndricos cuya sección transversal perpendicular a su eje principal longitudinal comprende una porción curvada, preferentemente circular, que corresponde al fondo (3) de dicho depósito, siendo dicha porción preferentemente una semicircunferencia inferior, que descansa directamente sobre el fondo de hormigón de la embarcación (5_{4}), el cual fondo presenta una forma de pluralidad de casquetes cilíndricos adyacentes, teniendo cada casquete cilíndrico la misma sección parcialmente curvada, preferentemente circular, con respecto a dicho fondo (3) de cada depósito.

2. Embarcación de almacenado de gas licuado constituida esencialmente por una estructura flotante de hormigón según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho depósito es un depósito (2) del tipo con membrana delgada (23) recubierta por el exterior por un complejo aislante térmico (24, 25), descansando dicho complejo directamente sobre el fondo de hormigón (5_{4}) de la embarcación, siendo la pared de hormigón de dicho fondo de la embarcación (5_{4}) de espesor sensiblemente constante y sin estructura suplementaria de refuerzo en toda la zona de sostenimiento del depósito.

3. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque comprende por lo menos dos, preferentemente por lo menos tres depósitos (2) dispuestos longitudinalmente uno al lado del otro en unos compartimentos (14) de la estructura de hormigón de la embarcación separados por unas paredes verticales laterales de hormigón (4_{1}, 4_{2}), de constitución y de espesor por lo menos iguales a las de la pared de hormigón (5_{4}) de dicho fondo de hormigón de la embarcación, y sin estructura suplementaria de refuerzo.

4. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque dichos depósitos (2) cilíndricos y los compartimentos (14) de la estructura de hormigón en los cuales están confinados, tienen una sección transversal perpendicular a su eje longitudinal principal que presenta en su parte superior dos caras cortadas laterales inclinadas que corresponden a unas paredes planas inclinadas (5_{1}, 5_{2}) de dichos compartimentos, descansando dichas paredes inclinadas sobre el extremo superior de las paredes laterales verticales (4_{1}, 4_{2}) de dichos compartimentos (14) y asegurando la unión entre dichas paredes verticales laterales (4_{1}, 4_{2}) y una pared horizontal superior (5_{3}) de dichos compartimentos (14).

5. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las paredes de dichos depósitos (2) están aplicadas directamente contra las paredes (4_{1}, 4_{2}, 5_{1}, 5_{2}, 5_{3}, 5_{4}) de dichos compartimentos (14) en el interior de los cuales están confinados.

6. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los puntos de anclaje (66) de los cables de pretensado (6) de dicho hormigón pretensado están situados fuera de dicha pared de fondo curvado (5_{4}) de la estructura de hormigón, y preferentemente fuera de las paredes laterales verticales (4_{1}, 4_{2}) de hormigón que rodean los depósitos.

7. Embarcación de almacenado según la reivindicación 6, caracterizada porque los puntos de anclaje (66) de los cables de pretensado (6) según el plano transversal de la embarcación están situados en el extremo superior de las paredes verticales laterales (4_{1}, 4_{2}) de hormigón que rodean los depósitos (2).

8. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las paredes de hormigón de dichos compartimentos, preferentemente las paredes verticales laterales intermedias (4_{2}) entre dos depósitos, comprenden un sistema de calefacción integrado en la masa del hormigón.

9. Embarcación de almacenado según la reivindicación 8, caracterizada porque el sistema de calefacción está realizado por incorporación en el hormigón de cables eléctricos calefactores (8), o por inyección de corriente eléctrica en los cables de pretensado, o unos tubos que conducen un fluido caliente (9), o por conducción de calor a lo largo de cables embebidos en la masa del hormigón y en conexión con el agua de mar.

10. Embarcación de almacenado según la reivindicación 9, caracterizada porque el sistema de calefacción es un dispositivo autónomo de calefacción por ciclo termodinámico sin aportación de energía térmica exterior, que comprende unas conducciones (10) en la masa del hormigón que desembocan en un depósito (11) que presenta una gran superficie de intercambio (12) de calorías con el agua de mar en la parte baja en el exterior, bajo la estructura de hormigón, comprendiendo dichas conducciones (10) y dicho depósito de intercambio (11) de calorías con el agua un fluido frigorígeno que circula y efectúa transferencia de calorías entre una fuente fría constituida por la masa del hormigón a calentar y una fuente caliente que constituye el agua de mar ambiente.

11. Embarcación de almacenado según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque permite almacenar más de 100.000 m^{3} de gas licuado a temperatura inferior a -100ºC.

12. Embarcación según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque comprende un puente superior que puede recibir unas instalaciones de licuación o de regasificación, o unos equipos de producción de energía eléctrica.