ES2234034T3

ES2234034T3 - Sistema de transporte de gas por buque.

Info

Publication number: ES2234034T3
Application number: ES97945342T
Authority: ES
Inventors: David G. Stenning; James A. Cran
Original assignee: WILLIAMS POWER COMPANY Inc
Current assignee: WILLIAMS POWER COMPANY Inc
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2017-09-26
Also published as: DE69740091D1; EP1495960B1; US5839383A; ATE285927T1; CN1231639A; EP1495960A2; AU4656897A; NZ333669A; JP4494532B2; TR199900453T2; EP1495960A3; DE69732137D1; EP0946387A4; HK1022879A1; NO991587D0; CN1088669C; IL127762A0; PL331606A1; CA2259429C; PT946387E

Abstract

SE DESCRIBE UN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE GAS (11), FORMADO POR UN TUBO CONTINUO (10), ENROLLADO EN VARIAS CAPAS, TENIENDO CADA CAPA VARIOS BUCLES. EL TUBO PUEDE SER DISTRIBUIDO DENTRO DE UN RECIPIENTE (12), QUE PUEDE SERVIR COMO CARRUSEL PARA ENROLLAR EL TUBO Y COMO DISPOSITIVO PARA CONTENER UN GAS. CUANDO LOS RECIPIENTES, CONTENIENDO CADA UNO UN TUBO CONTINUO, SE APILAN UNO SOBRE OTRO, EL PESO DE LOS RECIPIENTES SUPERIORES PUEDE SER SOPORTADO POR LAS PAREDES (16, 18) DE LOS RECIPIENTES INFERIORES, IMPIDIENDO ASI QUE LAS CAPAS INFERIORES DEL TUBO SUFRAN ESFUERZOS DEBIDO A APLASTAMIENTO POR LAS CAPAS SUPERIORES. SE DESCRIBE IGUALMENTE UN PROCEDIMIENTO PARA TRANSPORTAR GAS A UNA INSTALACION DE DISTRIBUCION DE GAS, QUE INCLUYE OBTENER UN SUMINISTRO DE GAS EN UN PUNTO DE SUMINISTRO ALEJADO DE LA INSTALACION DE DISTRIBUCION DE GAS, INYECTAR EL GAS EN UN TUBO CONTINUO DOBLADO DE MANERA QUE FORME VARIAS CAPAS, INCLUYENDO CADA CAPA VARIOS BUCLES DE TUBO, TRANSPORTAR EL TUBO CONTINUO JUNTO CON ELGAS A LA INSTALACION DE DISTRIBUCION DE GAS, PREFERENTEMENTE EN UN BUQUE (62), Y DESCARGAR EL GAS.

Description

Sistema de transporte de gas por buque.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y a métodos para el transporte y almacenamiento de fluidos; más particularmente, la invención se refiere al transporte y almacenamiento de gases comprimidos, tales como gas natural.

Antecedentes de la invención

Ésta es una solicitud de continuación en parte de la solicitud de patente de los Estados Unidos 08/550.080 presentada el 30 de octubre de 1995.

En la solicitud principal también se dio a conocer un sistema de transporte de gas por buque en el que una pluralidad de botellas está organizada en celdas de 3 a 30 botellas por celda. Se describió un sistema de válvula y distribuidor para conectar las botellas a terminales en tierra de carga y descarga.

La cantidad de equipamiento y la complejidad de la interconexión del sistema de tuberías de distribución y de valvulería en el sistema de transporte de gas por buque guardan una relación directa con el número de cilindros individuales portados a bordo del buque de transporte. Por consiguiente, en los grandes buques existe un gasto significativo asociado con las tuberías de distribución y la valvulería que conectan las botellas de gas. De este modo, ha surgido la necesidad de encontrar un sistema de almacenamiento para gas comprimido que pueda contener cantidades más grandes de gas comprimido y simplificar el sistema complejo de válvulas y distribuidores.

El documento GB-A-2204390, considerado como la técnica anterior más próxima, describe una botella de almacenamiento de gas formada a partir de un serpentín helicoidal de conductos de taladro estrecho arrollados en una pluralidad de capas alrededor de un carrete o núcleo. El serpentín presenta una entrada de carga de gas y una salida de gas, y puede estar compartimentado en secciones separadas, comunicándose cada una con una entrada de carga común a través de una válvula de retención. El documento DE 2305840 describe un transportador de gas.

Sumario de la invención

Según la presente invención, se proporciona un aparato de almacenamiento de gas comprimido, que comprende:

un recipiente que presenta partes de pared superior, inferior y laterales;

una tubería continua arrollada dentro de dicho recipiente en una pluralidad de capas, incluyendo cada una de dicha pluralidad de capas pluralidad de vueltas de dicha tubería;

ocupando dicha tubería continua arrollada una parte principal del interior de dicho recipiente; y

medios para conectar con flujo dicha tubería arrollada a una fuente de gas comprimido exterior a dicho recipiente,

caracterizado porque dicho recipiente es estanco al gas y el aparato incluye medios de descompresión asociados con dicho recipiente para descargar automáticamente dicho recipiente a la atmósfera en caso de que la presión del interior de dicho recipiente y exterior a dicha tubería arrollada sobrepase un límite preseleccionado.

Cuando unos recipientes, conteniendo cada uno una tubería continua, están apilados unos sobre otros, las paredes de los recipientes inferiores pueden soportar el peso de los recipientes superiores, evitando de este modo que las capas inferiores de la tubería tengan que soportar las fuerzas de aplastamiento del peso de las capas superiores de la tubería, con las resultantes tensiones inducidas que reducen los valores aceptables de presión del gas.

El frío en el gas puede preservarse canalizando el gas frío a través de un intercambiador de calor, por ejemplo, un flujo de agua marina, y a continuación almacenando el agua marina enfriada en el buque. A continuación, puede enfriarse el gas que se está llenando en el sistema de almacenamiento de tuberías continuas en un punto de suministro de gas utilizando el agua marina enfriada.

El sistema de almacenamiento de gas según la presente invención, que utiliza una tubería continua arrollada para llenar en gran parte un volumen cerrado, presenta varias ventajas. En primer lugar, el diámetro de la tubería puede hacerse más pequeño de 30 cm (12 pulgadas), aumentando de este modo la resistencia a la fractura y reduciendo la probabilidad y gravedad de la rotura. En segundo lugar, también es bien conocida la tecnología para la producción continua de longitudes de tubería, particularmente en la industria petrolera, facilitando de este modo la producción de la tubería continua. En tercer lugar, no se requieren características de diseño complicadas, tales como grandes caperuzas, normalmente soldadas a los extremos de los cilindros. En cuarto lugar, cuando se utiliza una tubería continua se requieren menos válvulas de control, válvulas de descompresión y equipamiento relacionado en comparación con el uso de muchos cilindros. Esto lleva a una reducción de costes. En quinto lugar, el uso de longitudes continuas de tubería de diámetro relativamente pequeño también puede permitir que se retenga más frío en el acero de la tubería tras la descarga del gas, en comparación con cilindros de diámetro más grande. Esta retención del frío en el acero de la tubería facilita rellenar el sistema de almacenamiento de tubería continua con gas procedente del punto de suministro de gas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describirán unas realizaciones preferidas de la invención, con referencia a los dibujos, únicamente a título ilustrativo y sin intención de limitar el alcance de la invención, en los que se utilizan los mismos números de referencia para designar elementos equivalentes y en los que:

la figura 1 muestra un sistema de almacenamiento de gas de tubería continua arrollada a título de ejemplo, según la invención, adaptado para el transporte de gas por buque;

la figura 2A es una vista en perspectiva de una tubería continua arrollada según una primera realización de la invención;

la figura 2B es una vista en perspectiva de un sistema de almacenamiento de gas de tubería continua según una segunda realización de la invención;

la figura 3 es una vista en perspectiva, parcialmente en corte, que muestra una tubería continua arrollada en un recipiente según una realización de la invención y que muestra tanto el agrupamiento hexagonal como el cúbico;

la figura 4 es una vista en planta de una tubería continua arrollada con vueltas de radio mínimo para llenar un recipiente rectangular;

la figura 5 es una vista en perspectiva de una tubería continua con vueltas en forma de U que descansan dorso con dorso para formar una capa única;

la figura 6 es una vista en planta de un buque, parcialmente en corte, con recipientes en carrete que contienen una tubería continua, en la que los recipientes están orientados con ejes verticales y están agrupados en un patrón cúbico entre divisiones transversales;

la figura 7 es una vista en planta de un buque, parcialmente en corte, con recipientes en carrete que contienen una tubería continua, en la que los recipientes están orientados con ejes verticales y están agrupados en un patrón hexagonal dentro de divisiones semi-hexagonales.

la figura 8 es una vista en planta de un buque con recipientes hexagonalmente agrupados con tres filas de recipientes dentro de divisiones semi-hexagonales;

la figura 9 es un corte transversal a través de cinco recipientes en carrete apilados unos sobre otros con una tubería continua arrollada alrededor del carrete (no se muestran todas las tuberías);

la figura 10 es una vista en planta superior de la base de un recipiente según una realización de la invención;

la figura 10A es un corte a través de un recipiente para utilizarlo según la invención;

la figura 11A es un corte radial a través de la base del recipiente de la figura 11;

la figura 11B es un corte a través de la base de un recipiente perpendicular al corte de la figura 11A;

la figura 11C es una vista radial de la base del recipiente de la figura 10;

la figura 12 es una vista en alzado lateral de una pared lateral del recipiente de la figura 10; y

la figura 13 es una vista esquemática de un sistema para la conservación del frío en un gas descargado de, por ejemplo, un buque.

Descripción detallada de realizaciones preferidas

Una vuelta de tubería está definida en la presente memoria para referirse a una longitud de tubería que se dobla sobre sí misma, de manera que los fluidos que circulan dentro de la tubería giran más de 90º. Una capa de tubería está definida en la presente memoria para referirse a un juego de tuberías que están espaciadas lateralmente entre sí y que ocupan una banda cuyo grosor es aproximadamente igual al diámetro de una de las tuberías. Durante el funcionamiento, una capa puede estar horizontal, vertical o en cualquier ángulo intermedio.

Se entiende que el material utilizado para hacer la tubería continua utilizada en la puesta en práctica de la invención será dúctil y no quebradizo a temperaturas y presiones de funcionamiento de transporte de fluido, y que el material es impermeable al gas almacenado dentro de la tubería continua. También se entenderá que aunque lo ideal son longitudes de tubería muy largas, puede ser necesario realizar conexiones intermedias entre secciones largas de tubería para facilitar la fabricación. La tubería continua puede fabricarse de acero de cualquier calidad normal, por ejemplo, X70, pero el acero de la tubería también puede enfriarse y templarse tras haber completado toda la soldadura para una resistencia aumentada. Alternativamente, la tubería continua también puede envolverse con cables de acero muy elásticos.

En la figura 3 se muestra un dispositivo 11 de almacenamiento de gas a título de ejemplo. En la figura 1 se muestran múltiples dispositivos 11 de almacenamiento de gas.

El dispositivo 11 de almacenamiento de gas de la presente invención se forma distribuyendo o arrollando una tubería continua 10 dentro de un recipiente 12 en una pluralidad de capas, estando formada cada capa de una pluralidad de vueltas de tubería. Cualquier abertura en la tubería continua 10 que permita el flujo de gas dentro o fuera de la tubería 10, tal como en los extremos de la tubería 17, 19, está dotada con válvulas, por ejemplo, las válvulas 21 de la figura 1. Las válvulas permiten cerrar herméticamente la tubería continua 10 para el almacenamiento y transporte de gas. Cada longitud de tubería 10 también debería estar dotada con una válvula de seguridad de presión (no mostrada) para permitir la liberación de gas por encima de una presión prefijada.

El recipiente 12 presenta una base 14, una pared lateral exterior de contención 16, una pared lateral interior de contención 18 y una parte superior 20. La pared lateral interior de contención 18 forma un núcleo central cuando el recipiente está en forma de un carrete. El recipiente 12 también puede proporcionar una función de transportador, particularmente puede proporcionar un soporte, dentro del cual puede arrollarse la tubería continua 10 y, a continuación, elevarse, haciendo de este modo que la tubería sea más fácil de manejar y cargar, por ejemplo, en un buque. Además, el recipiente 12 distribuye la carga de la tubería continua 10 a las paredes exteriores de los recipientes 12 subyacentes, tal como la pila de recipientes 12 ilustrada en la figura 9, en la que las paredes laterales 16 y 18 soportan el peso de la tubería continua 10.

Los extremos 17, 19 de la tubería continua 10 se extienden preferiblemente a través de una abertura estanca al gas en la pared interior 18 del recipiente 12. Tal como se muestra en la figura 1, las tuberías 23A verticales pueden conectarse a los extremos 17 de la tubería continua 10 para conectarlos a distribuidores 25A, 25B y 25C de presión alta, media o baja respectivamente, para cargar la tubería continua 10 con gas en un punto de suministro de gas y para descargar gas desde la tubería continua 10 en una instalación de distribución de gas. Los distribuidores 25A, 25B y 25C están preferiblemente sobre la cubierta 63 de un buque, mientras que los recipientes 12 se almacenan en la bodega. Para controlar el flujo de gas procedente de los distribuidores 25A-25C hasta y desde las tuberías continuas 10 pueden utilizarse unas válvulas 27 en las tuberías 23A. Las tuberías verticales 23B pueden conectarse a los extremos 19 para conectarlas a líneas 29A y 29B de fluido de alta y baja presión. Las válvulas 31 de las líneas 23B pueden utilizarse para controlar el flujo de fluido dentro y fuera de las tuberías continuas 10. Alternativamente, los extremos 17, 19 pueden extenderse a través de la pared exterior 16 del recipiente 12, en lugar de a través de la pared interior 18.

Preferiblemente, la base 14, las paredes laterales 16 y 18 y la parte 20 superior del recipiente 12 están herméticamente cerradas para estar así estancas al aire. Este cierre hermético estanco al aire confiere al recipiente 12 una función de contención en relación con los fluidos portados por la tubería continua 10 o por el recipiente 12, o ambos. El recipiente 12 también puede llenarse con una matriz de soporte de material, tal como un polvo inerte seco, un cemento, un líquido, tal como agua, o un lodo convencional, tal como se utiliza en los pozos de perforación. El material de la matriz de soporte puede presentar una gravedad específica superior a 1, para ayudar a soportar la carga de la tubería continua 10. Llenar el recipiente 12 con una matriz de soporte puede ser particularmente ventajoso cuando la gravedad específica de la tubería y la combinación de gas almacenado es aproximadamente igual a la gravedad específica de la matriz de soporte. En este caso, pueden apilarse más capas de tubería continua 10 una sobre otra sin aumentar el riesgo de tensiones excepcionales obre las paredes interiores de la tubería continua.

Alternativamente, en casos en los que la tubería continua 10 no necesita soporte, el recipiente 12 puede llenarse con un gas inerte seco, tal como nitrógeno, aire o gases de escape. Preferiblemente, un ventilador o medio similar (no mostrado) puede proporcionarse para hacer circular la atmósfera dentro del recipiente 12 por medio de conductos (no mostrados) que entran y salen del recipiente 12 a través de aberturas selladas (no mostradas). También es preferible que se compruebe periódicamente la presencia de gas de escape en la atmósfera en el recipiente 12.

Por ejemplo, también pueden colocarse monitores acústicos en los recipientes 12. Tales monitores acústicos detectarán, o bien el ruido realizado por el gas de escape, o bien el sonido del metal cristalino en la tubería continua 10 si se produce un fallo y aumenta posteriormente en el acero para tuberías. Además, la atmósfera dentro del recipiente y fuera de la tubería continua 10 puede ser inhalada con un equipo de inhalación comúnmente disponible para detectar la presencia de gas de escape.

Se cree que las fugas en la tubería continua 10 comenzarán siendo pequeñas. Una vez detectadas, el serpentín afectado de la tubería continua 10 se vaciará rápidamente y la fuga se reparará. Si la fuga crece rápidamente hasta un tamaño significativo, la presión aumentará dentro del recipiente 12. Las paredes del recipiente 12, por ejemplo, la pared superior del núcleo central, deberían estar dotadas con discos de ruptura convencionales o paneles 33 plegables, fijados para abrirse antes de que la presión del interior del recipiente 12 alcance un nivel en el que podría dañar algunas de las otras partes de las paredes del recipiente 12. El flujo de gas procedente de una fuga rápida de este tipo se alejará a continuación por los conductos 35 de ventilación y se descargará a través de una chimenea de altura aprobada. Se cree que dicha contención doble de gas a presión será, y así lo reconocerán los organismos reguladores, tan extremadamente segura que, con la aprobación del organismo regulador, puedan utilizarse valores inferiores para el factor de seguridad de la tubería con respecto a la ruptura.

A continuación, con referencia a la figura 2A, la tubería continua puede estar arrollada en la base 14 del recipiente 12 en capas alternantes desde el exterior al interior y desde el interior al exterior. La capa 11A en la figura 2A está arrollada desde el interior al exterior, mientras que la capa 11B está arrollada desde el exterior hacia el interior en la parte superior de la capa 11A. De esta forma, la tubería continua 10 puede instalarse en el recipiente 12 arrollando la tubería alrededor del núcleo central definido por la pared interior 18, comenzando preferiblemente con el interior y terminando en el exterior. Muchas capas de tubería continua 10 pueden arrollarse en el núcleo ya que las capas inferiores de la tubería 10 son capaces de soportar las capas superiores de tubería sin riesgo de que la tubería 10 sufra una tensión adicional significativamente aumentada debido a la presión interna de gas a presión. El máximo número de capas de tubería que puede soportarse sobre cualquier capada de tubería se averigua fácilmente a partir de cálculos de la resistencia de la tubería. Como ejemplo, una tubería de diámetro exterior de 15 cm (6 pulgadas) puede arrollarse en un recipiente de 12,2 metros (40 pies) de ancho aproximadamente 3,1 metros de altura (10 pies), por tanto, con aproximadamente 20 capas y aproximadamente 30 vueltas (estando constituida cada vuelta en este caso por una vuelta de 360º de tubería), dando como resultado una longitud de tubería continua del orden de 14,5 km (9 millas). El núcleo central puede ser del orden de 3,1 metros (10 pies) de ancho para una tubería de 15 cm (6 pulgadas). Se prefieren diámetros exteriores de la tubería de entre 2,54 cm
(1 pulgada) y 25,4 cm (10 pulgadas).

El tamaño del núcleo interior del recipiente 12 depende del codo mínimo de la tubería, que a su vez depende de la temperatura a la que se dobla la tubería continua y del material a partir del cual se hace la tubería continua. Por ejemplo, el doblado en frío de la tubería continua hecha de planchas de acero soldadas X70 da como resultado aproximadamente un radio mínimo de 10 D (diámetro de la tubería). El doblado en caliente puede reducir el radio mínimo a 3D.

Arrollar una tubería continua de la forma mostrada en la figura 2A da como resultado un agrupamiento en parte cúbico y en parte hexagonal, tal como se muestra en la figura 3, que muestra un corte a través de las capas de tubería continua. En el agrupamiento cúbico, cada sección de tubería colinda con otras cuatro secciones de tubería, una encima, una debajo y una a cada lado. En el agrupamiento cúbico, la tubería 10 llena aproximadamente el 78,5% del espacio en el recipiente 12. En el agrupamiento hexagonal, cada sección de tubería presenta seis puntos que entran en contacto con la tubería adyacente. Esto da como resultado una ocupación del espacio de aproximadamente el 90,7% del recipiente 12. El agrupamiento hexagonal es superior al agrupamiento cúbico tanto en términos de ocupación de espacio, como en términos de reducir el efecto de las fuerzas de aplastamiento transversales sobre la tensión circunferencial de las partes inferiores de la tubería 10. En el caso del serpentín mostrado en las figuras 1 y 3, a lo largo de las líneas, a 90º entre sí, se produce un agrupamiento perfectamente cúbico y perfectamente hexagonal. Si los ejes del agrupamiento hexagonal perfecto se giran lentamente alrededor del serpentín, entonces se cree posible obtener una densidad media de agrupamiento de aproximadamente el 84,6%.

Tal como se muestra en la realización en la figura 2A, si el eje del serpentín está orientado verticalmente durante el funcionamiento, puede garantizarse que los fluidos en la tubería continua 10 se drenarán hacia un extremo de la tubería, por ejemplo, el extremo 13 mostrado. La base 14 del recipiente 12 no necesita ser plana, sino que puede estar elevada o hundida por el centro, por ejemplo, para formar o bien una forma piramidal, o bien cónica, para facilitar el drenaje de fluidos desde la tubería continua. En el caso de una parte central elevada de la base 14 del recipiente 12, el extremo con válvula de la tubería 10 debería estar en el exterior del recipiente 12.

En la realización mostrada en la figura B, la tubería 10 está arrollada en un núcleo 22. El arrollamiento se realiza axialmente desde una placa extrema 24 hasta la otra placa extrema 26. Esto forma un tipo de arrollamiento de carrete. El núcleo 22 y las placas extremas 24 y 26 forman conjuntamente un soporte para la tubería continua 10. Las mismas consideraciones de arrollamiento se aplican a la realización de la figura 2B respecto a la figura A.

En la realización de la figura 4, secciones rectas 32 alternan con codos 34 para formar en este caso un cuadrado, pero también podrían formarse rectángulos, hexágonos u otras formas poligonales. Las mismas consideraciones de arrollamiento se aplican para la realización de la figura 2A. Una realización de este tipo podría utilizarse para llenar toda la bodega de un buque. Sin embargo, una configuración con secciones rectas y dobladas es más difícil de arrollar y, por tanto, se prefiere cuando está justificado por un agrupamiento significativamente mejorado de los serpentines en la bodega del buque.

Puede obtenerse un agrupamiento hexagonal perfecto con la tubería distribuida dentro de, por ejemplo, un recipiente rectangular, tal como la bodega de un buque, de la forma mostrada en la figura 5. Cada capa de la tubería 42 está formada de vueltas 44 que adoptan una forma de U, con secciones rectas 46 que alternan con codos 48. La tubería se adelgaza en los codos arrollando la tubería de forma convencional y, a continuación, doblándola en codos de 180º. Pueden formarse capas adicionales de la forma ilustrada por el extremo 49 de la tubería continua que cubre la capa subyacente en un patrón de agrupamiento hexagonal. El extremo 47 está rebordeado para recibir una válvula (no mostrada). Aunque esta realización presenta la ventaja del agrupamiento hexagonal, el flujo de gas estará limitado en la tubería continua por los codos, haciendo que sea una realización preferida cuando se desee que la carga y descarga de gas en la tubería continua sea a una velocidad relativamente lenta.

La tubería continua arrollada en un recipiente con un serpentín, como, por ejemplo, la mostrada en la figura 2A, donde el serpentín presenta un eje vertical, puede transportarse en una bodega 60 de un buque 62, tal como se muestra en las figuras 6, 7 y 8. Una bodega de un buque puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 30,5 metros (100 pies) de ancho y de 213,4 metros (700 pies) de largo, y está preferiblemente herméticamente cerrada con una atmósfera controlada, similar a la selladura de los recipientes 12. Los recipientes 12 pueden estar uno junto a otro en un patrón cúbico, tal como se muestra en la figura 6. Esto resulta en una utilización del espacio de aproximadamente el 75,4% para veintiocho recipientes 12 de 5,2 metros (50 pies) de diámetro. Los recipientes 12 también pueden estar dispuestos en un patrón hexagonal de dos filas o tres filas, tal como se muestra en las figuras 7 y 8. Las bodegas 60 en las figuras 7 y 8 respectivamente, están separadas por divisiones 64, 66 hexagonales. En la figura 7, la utilización del espacio para veintiséis recipientes de 16,3 metros (53,6 pies) es de aproximadamente el 81,25% y, en la figura 8, para cincuenta y siete recipientes de 11,2 metros (36,603 pies) de diámetro es de aproximadamente el 79,81%.

Preferiblemente, los recipientes 12 se apilarán en la bodega del buque, tal como se muestra en la figura 9, por ejemplo, con una pila de cinco recipientes 12 cada uno de aproximadamente 3,4 metros (11 pies) de alto, para una altura total de aproximadamente 16,8 metros (55 pies). La altura total de la pila de recipientes 12 está limitada por las consideraciones de estabilidad del buque. Alternativamente, los recipientes 12 pueden estar orientados con sus ejes horizontales. En una alternativa adicional, la bodega del buque puede estar construida para formar una base cilíndrica en la que pueden disponerse un serpentín o serpentines que presentan un eje horizontal paralelo al eje longitudinal del buque. Aunque puede ser ventajoso un serpentín único que se extiende por la longitud del buque, puede resultar difícil de instalar para algunos astilleros. Instalar varios serpentines más pequeños conectados en serie, comprendiendo cada uno varias capas y teniendo ejes horizontales, puede resultar más sencillo de manejar para algunos astilleros sin dañar la tubería continua 10.

Preferiblemente, los recipientes 12 se apilan de manera que haya, por ejemplo, aproximadamente cinco recipientes 12 apilados, tal como se ilustra en la figura 9, con las paredes 16, 18 de recipientes 12 inferiores soportando los recipientes superiores. Los recipientes 12 pueden fabricarse de cualquiera de las diversas formas, tan largos como sean capaces de soportar y alojar la tubería continua 10. Tal como se ilustra en las figuras 10-12, el recipiente 12 puede formarse de 24 columnas verticales 52 en el interior y 24 columnas verticales 53 en el exterior, estando encabezadas las columnas verticales exteriores 53 con una viga hueca anular 54 y separadas en separaciones de 36 pulgadas de un centro a otro. La base o suelo 14 del recipiente 12 está soportada por 24 vigas en I 56 cubiertas con placas 58. Las vigas en I 56 conectan con unas respectivas de las columnas interiores 52 y las columnas exteriores 53. Como un ejemplo, las columnas exteriores 53 pueden estar formadas de un alma de 12 x 4 con alas de 8 x 6, teniendo las columnas interiores 52 alas ligeramente más pequeñas. Las vigas en I de suelo 56 pueden presentar un alma de 12 x 3 y alas de 8 x 7. Las paredes 16, 18 y el suelo 14 están cubiertos con placas planas 58, 59 y están cerradas herméticamente para ser impermeables a los fluidos en el recipiente. Los recipientes 12 formados de este modo están preferiblemente dotados con una tapa 20, tal como se muestra en la figura 3, y cerrados herméticamente durante el funcionamiento. Excepto para el recipiente superior, la tapa del siguiente recipiente 12 inferior puede estar proporcionada por la base del recipiente 12 superior.

Cuando se transportan juntas múltiples tuberías continuas 10, pueden conectarse entre sí en serie, de manera que por todas las tuberías continuas 10 de una bodega de un buque, por ejemplo, pueda circular gas al mismo tiempo, y de manera que un rascador pueda desplazarse a través de ellas en una pasada para servicios de limpieza e inspección. Las tuberías continuas 10 en la bodega del buque pueden estar dotadas con una atmósfera controlada y con paredes aisladas.

Cuando el transporte se ha completado, las tuberías continuas 10 en una bodega de un buque pueden conectarse a continuación a un terminal de boya en tierra o tierra afuera mediante distribuidores 25A, 25B y 25C de alta, intermedia y baja presión (figura 1), tal como se describe también en la solicitud pendiente de tramitación junto con la presente 08/550.080 presentada el 30 de octubre de 1995, cuyo contenido se incorpora en la presente memoria como referencia.

El gas que se suministra a las tuberías 10 puede refrigerarse antes de ser bombeado en las tuberías continuas 10. Para un transporte en frío, se prefiere que los recipientes 12 estén aislados con aislamiento 41
aplicado a todas las paredes exteriores de los recipientes 12.

Para su uso en el transporte de gas, por ejemplo, de gas natural, desde un punto de suministro de gas, por ejemplo, un terminal en tierra o una boya tierra afuera, hasta una instalación lejana de distribución de gas, por ejemplo, otro terminal en tierra o una boya tierra afuera, debe facilitarse en primer lugar un suministro de gas en el punto de suministro de gas. Por ejemplo, podría transportarse gas al punto de suministro de gas en tierra o tierra afuera mediante una canalización. A continuación, el gas se comprime en las tuberías continuas 10 y, por ejemplo, se apilan en un buque 62, tal como se muestra en las figuras 6, 7 u 8, a través de los distribuidores 25A, 25B y 25C (figura 1) a una presión, por ejemplo, de aproximadamente 3000 psi. Esta presión podría elevarse, por ejemplo, desde 800 psi hasta 1500 psi y, a continuación, desde 1500 psi hasta 3000 psi para hacer la compresión más eficaz. Las tuberías continuas 10 se transportan a continuación, por ejemplo, mediante el buque 62, hasta la instalación lejana de distribución de gas, donde el gas es descargado a través de los distribuidores 25A, 25B y 25C.

Preferiblemente, el gas es descargado a la instalación de distribución de gas de forma que enfría la tubería continua 10. Esto puede conseguirse, por ejemplo, permitiendo que el gas se expanda fuera de las tuberías 10, en un proceso de laminación en el que se vacía una primera tubería 10, inicialmente a través del distribuidor de alta presión 25A, a continuación, a través del distribuidor de presión media 25B y después a través del distribuidor de baja presión 25C. Cuando la primera tubería 10 se está vaciando a través del distribuidor a media presión 25B, la siguiente tubería 10 puede vaciarse a través del distribuidor a alta presión 25B y así hasta vaciar todas las tuberías 10. La expansión del gas en las tuberías continuas 10 enfría la tubería continua, por ejemplo, hasta 0ºF, pero no menos que la temperatura a la que la propia tubería se vuelve quebradiza. A continuación, la tubería enfriada puede transportarse de vuelta al punto remoto de suministro de gas para volver a cargar nuevamente las tuberías con gas. Dado que las tuberías ya están enfriadas, puede cargarse un peso más grande de gas mientras se llenan las tuberías en el punto de suministro de gas hasta una presión dada. Para sacar una ventaja máxima de esta forma de funcionamiento, las tuberías 10, recipientes 12 y la bodega 60 del buque pueden cubrirse con aislamiento 41. El enfriamiento de la tubería continua 10 puede aumentarse disminuyendo la presión en un intercambiador de calor en la cubierta del buque frente al gas inerte que puede circular a través de los recipientes 12 pero fuera de las tuberías 10, o frente a un gas a media presión que puede expandirse y hacerse circular a través de las tuberías continuas 10 que ya se han vaciado. Además, podría utilizarse la refrigeración para enfriar el gas antes de la inyección en las tuberías continuas 10.

El gas en las tuberías continuas 10 puede descargarse inyectando un fluido incompresible no corrosivo, no acuoso que no es miscible con el gas (por ejemplo, un hidrocarburo líquido que presenta más de aproximadamente 7 átomos de carbono, en el caso de transporte y almacenamiento de gas natural) en un extremo de la tubería continua 10 y empujando el gas fuera del otro extremo. Un líquido de este tipo puede almacenarse en un recipiente 80 de almacenamiento de líquido y empujarse al interior de las tuberías 10 a través de líneas de suministro de fluido a alta y baja presión 29A y 29B utilizando una bomba 82. El recipiente 80 de almacenamiento puede estar conectado a través de la línea 81 para aumentar el suministro (no mostrado) de combustible a un buque dado que, tras utilizar el fluido, contendrá gas disuelto que saldrá fuera de la solución dentro del recipiente 80.

De una forma similar, las tuberías 10 pueden cargarse llenando la tubería con un gas a alta presión, por un extremo, procedente, por ejemplo, del distribuidor 25A, y empujando el líquido incompresible fuera de las tuberías 10, por el otro extremo, a una presión constante. El líquido a presión empujado puede pasar a continuación a través de una unidad 86 de extracción de energía, tal como una turbina para generar electricidad o refrigeración en una línea 88 controlada por la válvula 90 que conecta las líneas 29A y 29B de suministro de fluido a alta y baja presión, y a continuación utilizarse para llenar la siguiente en una serie de tuberías continuas 10 inyectándolo en la parte inferior de la siguiente tubería. Una vez se ha completado el llenado de las tuberías continuas 10, el líquido vuelve a través de la línea 29A y de la línea 84 al recipiente 80 de almacenamiento de líquido. Durante el llenado de la tubería 10, ésta se llena primero con un líquido incompresible. El flujo continuo del líquido incompresible debería regularse con válvulas, por ejemplo, las válvulas 31, y con la unidad de extracción de energía 86 para mantener la presión aproximadamente constante del gas entrante, evitando de este modo una ganancia de calor innecesaria debido a la expansión y re-compresión del gas durante el llenado de la tubería continua 10.

Durante la descarga del gas a la instalación de distribución de gas, cuando el gas se descarga por primera vez, éste puede descargarse a través de la línea 25A a alta presión a la costa (en dirección A). El extremo B de las líneas 25A, 25B y 25C puede conectarse a otros recipientes 12 en otras bodegas del buque. Una parte del gas a alta presión en la línea 25A puede dirigirse a través de la válvula 43 y el intercambiador de calor 72 a la línea 25B de presión media. El gas reduce de forma adiabática la presión a través del intercambiador de calor 72 y se enfría. Además, una parte del gas a alta presión procedente de la línea 25A puede recircularse de vuelta a las tuberías continuas 10 a través de la válvula 45, el intercambiador de calor 72, la línea 51 y la línea 29A sin una reducción en la presión. Sin embargo, dado que el gas dirigido desde la línea 25A de alta presión hasta la línea 25B se reduce en presión, con una caída, por ejemplo, del orden de 1500 psi, enfría el gas dirigido de vuelta a las tuberías continuas 10 a través del intercambiador de calor 72. Este enfriamiento puede ser sustancial, y puede enfriar el gas a -50ºF o más. A medida que la presión cae en las tuberías, las líneas 25A, 25B y 25C pueden seleccionarse secuencialmente para descargar el gas procedente de las tuberías. Tras el enfriamiento, el buque 62 puede volver a la instalación de carga del punto de suministro de gas para otra carga de gas, continuando frías las tuberías 10.

Se espera que mediante el enfriamiento de las tuberías continuas 10 con gas frío procedente del intercambiador de calor 72, las tuberías continuas 10 en la trayectoria de retorno tengan una temperatura del orden de -45ºC (-50ºF). Tras la carga de las tuberías 10 con gas, y la vuelta al punto de descarga, la temperatura del gas en las tuberías 10 aumentará hasta aproximadamente -17ºC (0ºF). Es deseable recuperar este frío procedente del gas durante la descarga del gas a la instalación de distribución de gas. Para ese propósito, con referencia a la figura 13, a medida que el gas se está descargando desde las tuberías continuas 10, a través de las líneas 25A, 25B ó 25C y conexiones del barco a la costa utilizando compresores 90 en tierra, el gas es canalizado a través de un intercambiador de calor 92 contra un flujo, preferiblemente a contracorriente, de un fluido apropiado transportable, tal como agua marina. El agua marina es bombeada a través del intercambiador de calor 92 con, por ejemplo, una bomba 94. Durante la descarga del gas, el agua marina es bombeada desde el mar por 93 a través del intercambiador de calor 92 y de la línea 95 al interior de depósitos de almacenamiento a bordo del buque, que pueden ser, por ejemplo, depósitos 96 aislados de contrapeso situados dentro de un casco doble o de una parte inferior doble del buque. De esta manera, el agua marina se enfría pero no al punto en que se forma el hielo, y forma un almacén de fluido frío de alta capacidad de calor. Durante un llenado posterior de las tuberías 10 en la instalación de carga, utilizando nuevamente compresores en tierra, el agua fría del mar puede bombearse desde los depósitos 96 de contrapeso, a través del intercambiador de calor 92, y de vuelta al mar, enfriando de este modo cualquier gas que fluya a través de las líneas 25A, 25B, 25C al interior de las tuberías 10. Un buque puede llevar del orden de 17.000 toneladas de gas para el viaje cargado hasta la instalación de distribución de gas, y puede llevar en sus depósitos de contrapeso de 10.000 a 15.000 toneladas de agua marina enfriada en el viaje de retorno de vuelta al punto de suministro de gas.

Este aspecto de la invención puede utilizarse particularmente de forma ventajosa con los serpentines de tubería continua 10, pero también pueden utilizarse con otros recipientes de almacenamiento de gas, tales como botellas rectas, tal como se da a conocer en la solicitud de patente anterior. Un recipiente de almacenamiento de gas frío en este contexto significa un recipiente cuya temperatura está por debajo de las temperaturas ambientales (la temperatura del aire a través de la cual se mueve el vehículo, por ejemplo, el buque), pero es preferiblemente más baja que las temperaturas ambientales. Además, cuando se están transportando por tierra grandes volúmenes de gas, la técnica también puede utilizarse en principio, aunque el fluido frío de almacenamiento pueda, en este caso, ser algún otro fluido, tal como agua común.

Los buques utilizados para el transporte de gas según está invención deberían ser de doble casco y cumplir todos los requisitos de seguridad para el transporte de material peligroso.

Se espera que, para el transporte de gas natural, pueda descargarse aproximadamente un 95% del gas mientras se reduce la presión en las tuberías continuas 10 a aproximadamente 150 psi. Esta cantidad de gas proporciona una parte de residuo o suministro de gas no descargado que puede utilizarse como combustible para los motores del buque en la siguiente etapa del viaje del buque de vuelta al punto de suministro de gas.

Cualquier gas que pueda transportarse con seguridad puede transportarse con el dispositivo de almacenamiento de gas de la invención, tal como gas natural, gas ciudad, cloro, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, argón, etano y etileno.

En una realización adicional, el dispositivo de almacenamiento de la invención puede colocarse dentro de una gabarra y amarrarse cerca de una ciudad junto con un compresor y conectarse a una canalización principal de suministro de gas para proporcionar un suministro de gas durante horas de máxima demanda. Durante periodos de baja demanda, el dispositivo de almacenamiento puede reponerse. El dispositivo de almacenamiento también podría colocarse en un edificio en tierra o subterráneo para proporcionar una función similar, por ejemplo, para el almacenamiento de gas natural para una planta eléctrica o gas ciudad para una ciudad. En tamaños más pequeños, el dispositivo de almacenamiento de la invención podría utilizarse para almacenar gas natural comprimido (GNC) en una estación de abastecimiento de GNC para vehículos.

Habiendo dado a conocer la invención, se entiende que un experto en la materia podría realizar modificaciones a la invención dada a conocer, sin apartarse por ello de la esencia de la invención que está cubierta por el alcance y el significado de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Aparato de almacenamiento de gas comprimido, que comprende:

un recipiente (12) que presenta unas partes de pared superior (20, 14, 16), inferior y laterales;

una tubería continua (10) arrollada dentro de dicho recipiente en una pluralidad de capas, incluyendo cada una de dicha pluralidad de capas una pluralidad de vueltas de dicha tubería;

ocupando dicha tubería (10) continua arrollada una parte principal del interior de dicho recipiente (12); y

unos medios (23, 25) de conexión del flujo de dicha tubería arrollada a una fuente de gas comprimido exterior a dicho recipiente,

caracterizado porque dicho recipiente (12) es estanco al gas y el aparato incluye medios de descompresión asociados con dicho recipiente (12) para descargar automáticamente dicho recipiente a la atmósfera en caso de que la presión del interior de dicho recipiente y exterior a dicha tubería arrollada sobrepase un límite preseleccionado.

2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende medios adicionales de válvula (27) asociados con dicha tubería arrollada para controlar el flujo de gas comprimido entre dicha fuente de gas comprimido y dicha tubería arrollada.

3. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además una matriz de soporte en dicho recipiente (12) adaptada para soportar, al menos parcialmente, el peso de dicha tubería (10) arrollada dentro de dicho recipiente (12).

4. Aparato según la reivindicación 3, en el que dicha matriz de soporte es un líquido.

5. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además unos medios para proporcionar una atmósfera de gas inerte en dicho recipiente (12).

6. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente (12) es llevado por uno de entre un navío y un vehículo.

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho recipiente (12) es una bodega de un navío.

8. Aparato según la reivindicación 7, en el que dicha bodega de dicho navío está aislada.

9. Aparato según la reivindicación 2, en el que un gas comprimido puede recibirse a través de dichos medios de válvula (27) almacenados en dicha tubería arrollada y ser descargado a continuación desde dicha tubería arrollada a través de dichos medios de válvula (27).

10. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichos medios de conexión de flujo comprenden un primer distribuidor que puede conectarse con flujo a un terminal.

11. Aparato según la reivindicación 10, que comprende además un segundo distribuidor, incluyendo dicho segundo distribuidor medios adaptados para una conexión con flujo a dicho terminal y en el que dichos medios de conexión con flujo y dichos medios de válvula están adaptados para cooperar adicionalmente con dicho segundo distribuidor, de tal modo que dichos serpentines (10) pueden conectarse con flujo selectivamente a cada uno de dichos primer y segundo distribuidores.

12. Aparato según la reivindicación 10, que comprende además una fuente (80) de líquido a presión, unos medios (29A, 29B) para conectar con flujo cada uno de dichos serpentines (10) a dicha fuente de líquido a presión, y unos medios de válvula para controlar selectivamente el flujo de líquido a presión entre dicha fuente de líquido a presión y cada uno de dichos serpentines, de tal modo que puede utilizarse líquido a presión para llenar dichos serpentines a medida que se evacua gas comprimido desde los mismos, y puede desplazarse desde dichos serpentines a medida que se añade gas a presión a los mismos, limitando de este modo la expansión del gas en dichos serpentines a medida que el gas se extrae de los mismos y se añade a los mismos.

13. Aparato según la reivindicación 10, que comprende además:

unos medios de intercambiador de calor (72) que presentan una primera y una segunda trayectorias de flujo a través de los mismos;

un depósito (96) aislado para alojar un fluido portador de calor;

unos medios para conectar selectivamente con flujo dicho depósito aislado a una de dichas primera y segunda trayectorias del flujo a través de dicho intercambiador de calor; y

unos medios (95) para conectar selectivamente con flujo dicho primer distribuidor (25A) a la otra de dichas primera y segunda trayectorias de flujo de dicho intercambiador de calor;

de tal modo que un gas comprimido evacuado de dichos serpentines (10) puede hacerse circular a través de dicho intercambiador de calor para enfriar dicho fluido portador de calor y dicho fluido portador de calor enfriado puede almacenarse a continuación en dicho depósito aislado y ser utilizado a continuación para enfriar gas comprimido que está siendo suministrado a dichas celdas de almacenamiento de gas comprimido.

14. Aparato según la reivindicación 1, en el que a medida que se evacua gas comprimido desde el extremo de dicho serpentín (10), puede añadirse un líquido al otro extremo de dicho serpentín, dicho líquido puede extraerse desde dicho otro extremo de dicho serpentín, limitando de este modo la expansión de dicho gas en dicho serpentín a medida que se extrae y se añade gas comprimido desde y al mismo.

15. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada una de dichas capas de tubería (10) está formada de una espiral continua de tubería arrollada en una dirección radial para formar un serpentín de tubería.

16. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha tubería continua (10) está orientada y dispuesta de manera que un líquido se drene a un extremo del mismo.

17. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha tubería continua (10) está arrollada en un patrón hexagonal en el corte transversal.

18. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha tubería continua (10) está arrollada en un patrón cúbico en el corte transversal.

19. Aparato según la reivindicación 1, en el que cada una de dichas vueltas de tubería (10) está formada de una serie de secciones en forma de U, presentando cada una de dichas secciones conectadas en forma de U un codo entre secciones rectas de la misma.

20. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha tubería continua (10) presenta un diámetro interno uniforme para facilitar la inspección interna mediante un raspador de tubería que puede bombearse.

21. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicha tubería continua (10) presenta un diámetro externo superior a 2,54 cm (una pulgada) y un diámetro interno de menos de 25,4 cm (diez pulgadas).

22. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichas capas de tubería (10) son colindantes.

23. Aparato según la reivindicación 1, en el que dichas vueltas de tubería (10) son colindantes.