ITMI20072022A1 - Sistema per lo stoccaggio di liquidi criogenici posizionato sotto il fondale marino - Google Patents

Sistema per lo stoccaggio di liquidi criogenici posizionato sotto il fondale marino Download PDF

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ITMI20072022A1
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IT
Italy
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modular
seabed
modular tank
tank
Prior art date
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IT002022A
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Katia Molino
Antonio Taglia
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Eni Spa
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale
La presente invenzione descrive un sistema ed il relativo procedimento di installazione per lo stoccaggio di un liquido criogenico, tipicamente LNG, posizionato sotto il fondale marino.
Per liquidi criogenici si intendono tutti i liquidi ad una temperatura inferiore ai -40 °C .
Lo stoccaggio di LNG, in corrispondenza di terminali di liquefazione o rigassificazione, può avvenire nell'arte nota:
• On-shore in appositi serbatoi (tipicamente cilindrici) ;
• Offshore in strutture GBS (Gravity Based Structure) (W02005043031; US-7100261) oppure in terminali galleggianti .
La soluzione offshore in strutture GBS presenta le seguenti criticità:
• Le GBS tradizionali installate in mare emergono in parte dal livello dell 'acqua. Ciò comporta una maggiore esposizione a rischi quali impatto dei serbatoi con navi, attentati, etc.
• Le GBS sono esposte a notevoli carichi strutturali laterali dovuti a correnti ed onde. Per poter essere stabile, la struttura deve avere un rapporto tra peso e spinta di galleggiamento superiore all'unità. La zavorra necessaria è generalmente costituita da sabbia bagnata, contenuta in appositi cassoni di zavorra integrati nella GBS: ciò comporta un aumento notevole del volume totale della struttura e quindi una diminuzione del rapporto tra il volume utile di stoccaggio ed il volume totale. • Le grandi dimensioni delle strutture GBS comportano delle difficoltà in termini di trasporto: i carichi a cui la struttura viene sottoposta durante il trasporto devono essere presi in considerazione in fase di progettazione. Si è ora trovato un nuovo sistema di stoccaggio di liquido criogenico, tipicamente LNG, connesso a terminali di ricezione o liquefazione, in elementi di serbatoi modulari la cui metodologia di costruzione ed installazione può essere mutuata da quella dei tunnel immersi ( stradali adattati al contenimento del liquido criogenico stesso.
Tali elementi di serbatoio possono essere costruiti modularmente a terra, tipicamente in un bacino allagabile posizionato vicino alla costa, trasportati in mare per galleggiamento ed installati mediante seppellimento sotto il fondo marino precedentemente dragato .
Rispetto all'arte nota i vantaggi sono:
• l'installazione sotto il fondo marino evita l'esposizione della struttura ai carichi laterali dovuti a correnti e ad onde;
• l'installazione sotto il fondo marino permette una minor esposizione a rischi quali impatto con nave o attentato;
• navigabilità delle acque sovrastanti la struttura;
• minore zavorra necessaria (a parità di capacità di stoccaggio) alla stabilità della struttura e di conseguenza minor volume totale della struttura stessa; • la modularità dei serbatoi permette una migliore trasportabilità e facilità di installazione .
Il sistema, oggetto della presente invenzione, per lo stoccaggio di liquidi criogenici posizionato sotto il fondale marino comprende essenzialmente:
• uno o più elementi di serbatoio modulare, preferibilmente a forma di parallelepipedo o di cilindro a sezione circolare o ellittica, costituiti esternamente da una struttura in cemento armato ed internamente completati da una adatta struttura di primo contenimento di liquido criogenico e da una adatta struttura di secondo contenimento di liquido criogenico (necessaria in caso di perdita di liquido del primo contenimento) ;
• mezzi di collegamento del serbatoio con le Utilities di comprendenti condotte di
del liquido criogenico, condotte per la gestione del boil off e canale di accesso per l'ispezione del serbatoio. I liquidi criogenici possono essere preferibilmente scelti fra LNG (gas naturale liquefatto), LN2(azoto liquido), LO2(ossigeno liquido), LH2(idrogeno liquido) e LC02(anidride carbonica liquida), più preferibilmente può essere utilizzato l'LNG. L'adatta struttura di primo contenimento di liquido criogenico può essere scelta fra una di quelle utilizzate nell'arte nota, preferibilmente fra le seguenti:
• membrana (ad esempio del tipo N096 o Mark III di GTT) con isolamento strutturale, supportata da una struttura secondaria;
• struttura autoportante di opportuna geometria (ad esempio struttura autoportante prismatica come descritta nell' US-7100261 o struttura prismatica autoportante del tipoB (SPB tank) ), integrata con adatto isolante.
L'adatta struttura di secondo contenimento di liquido criogenico è realizzata con uno strato di materiale resistente alle temperature criogeniche (ad esempio acciaio inossidabile, alluminio) .
In fig.l viene schematizzata la sezione verticale dell'elemento di serbatoio modulare a forma di parallelepipedo il quale è costituito da una struttura esterna in cemento (1), un sistema di isolamento (2) , una struttura di primo contenimento (3) ed una struttura di secondo contenimento (4).
Gli elementi di serbatoio modulare possono essere installati, a seconda della capacità totale necessaria per lo stoccaggio del liquido criogenico, con una configurazione a singoli elementi di serbatoio modulare indipendenti oppure con una configurazione unica ottenuta connettendo i singoli elementi di serbatoio con metodologia simile a quella impiegata nella realizzazione dei tunnel immersi.
Il procedimento per l'installazione degli elementi di serbatoio modulare, costituenti il sistema in accordo all 'invenzione , con una configurazione a singoli elementi indipendenti di serbatoio modul are comprende essenzialmente i seguenti stadi in successione:
• trasporto di detti elementi di serbatoio modulare in mare, per galleggiamento con boe fino al sito di installazione;
• immersione di detti elementi di serbatoio modulare tramite dei serbatoi di zavorra e successivo posizionamento sul fondo marino precedentemente dragato;
• ricoprimento di detti elementi di serbatoio modulare posizionati sul fondo marino con pietre e/o parte del materiale precedentemente dragato per assicurare stabilità a tutta la struttura .
Nella configurazione a singoli elementi di serbatoio modulare indipendenti ogni elemento è connesso indipendentemente alle Utilities esterne tramite i detti mezzi di collegamento e gestione del serbatoio.
In fig.2 è schematizzata una configurazione con 4 elementi di serbatoio modulare (1), connessi indipendentemente alle uti esterne tramite i canali di raccordo (2) ed il canale verticale di connessione con I 'esterno (3).
II procedimento per l'installazione degli elementi di serbatoio modulare, costituenti il sistema in accordo all'invenzione, con una configurazione unica connettendo i singoli elementi di serbatoio, con configurazione del tipo tunnel immerso, marino comprende essenzialmente i seguenti stadi in successione:
• trasporto di detti elementi di serbatoio modulare in mare per galleggiamento con boe fino al sito di installazione;
• immersione, posizionamento in sequenza e collegamento di detti elementi di serbatoio modulare sul fondo marino precedentemente dragato, in modo da un unico serbatoio;
• ricoprimento di detti elementi di serbatoio modulare posizionati sul fondo marino con pietre e/o parte del materiale precedentemente dragato per assicurare stabilità a tutta la struttura .
In fig.3 viene schematizzata tale configurazione con gli elementi di serbatoio connessi tra loro a formare un unico serbatoio (1) . Tutto il sistema è collegato alle Utilities esterne tramite un canale verticale (2).
La differenza fra i due procedimenti sta nel metodo di installazione che si rifà più propriamente alla tecnologia dei tunnel immer s i .
La tecnologia dei tunnel immersi è utilizzata in tutto il mondo nel settore delle opere stradali e ferroviarie.
La particolarità di tali tunnel consiste nel fatto che vengono costruiti on shore in singoli moduli, (ad esempio di dimensioni intorno ai 100 m x 40 m x 9 m.), e poi trasportati in mare, posizionati in sequenza sul fondo dragato, collegati in modo da ottenere la configurazione della galleria, ed infine ricoperti di pietre e materiale di dragaggio per assicurare stabilità e pr otez ione .
Al momento della costruzione, ogni modulo viene fornito di 2 pareti laterali provvisorie, utili solo per la fase di installazione, che vengono successivamente rimosse quando il posizionamento di tutti gli elementi è terminato.
Il rapporto peso/spinta di galleggiamento per ogni modulo è circa pari a 1.
La giunzione tra i moduli è idraulica. Quando il modulo arriva in posizione, esattamente a contatto con la parte di tunnel già installata, l'acqua che resta tra le due paratie viene aspirata, generando così del vuoto che permette la giunzione definitiva delle estremità, grazie anche ad un sistema di guarnizioni.
Nel caso degli elementi di serbatoio modulare, questi dovranno invece essere costituiti da pareti permanenti. Il metodo di giunzione tra un modulo e l'altro può essere lo stesso di quello descritto sopra per i tunnel immersi, unica differenza sta nel sistema di comunicazione tra 2 moduli successivi. Le pareti laterali tra un modulo e l'altro non verrebbero rimosse, e la comunicazione sarebbe assicurata da un sistema di tubazioni che permettano la comunicazione separatamente del liquido (nella parte e del gas (nella parte superiore) .
Il tunnel di stoccaggio così costituito sarà dotato di tutti i collegamenti con l'esterno, quali tubazioni di input e output di liquido, tubazioni del boil-off, canali per la manutenzione delle pompe sommerse e del serbatoio stesso.
In fig.4 è riportato il sistema di giunzione e collegamento tra gli elementi di serbatoio modulare nella configurazione a serbatoio unico. La giunzione tra le strutture esterne di cemento (1) avviene tramite sistema di guarnizioni (4). Le tubazioni di collegamento tra un elemento ed un altro (2) e (3) servono rispettivamente per la comunicazione del liquido e del gas di boil-off.
Vengono riportati due esempi di realizzazione della presente invenzione di cui il primo effettuato con configurazione a singoli moduli indipendenti, il secondo con configurazione unica somma dei singoli moduli.
Esempio 1
Configurazione a singoli moduli indipendenti Si ipotizza in questo esempio di stoccare una quantità totale di liquido criogenico di 30.0 0Om<3>.
A tale scopo può essere sufficiente un solo elemento di serbatoio modulare, qui di seguito descritto e schematizzato in sezione non in scala in fig.l.
Partendo da possibili dimensioni interne del modulo di 29 m di larghezza e 9 m di altezza (abbastanza tipica dei tunnel immersi) , si ottiene che la lunghezza necessaria per la capacità totale suddetta è di 112,2 m, che può essere raggiunta da un solo elemento di serbatoio .
L'isolante necessario per ottenere un BOR (boil off rate) di 0,05% al giorno corrisponde ad uno spessore di circa 1,8 m di perlite. Considerando un contenimento interno di acciaio 9%Ni di circa 2cm di spessore e delle pareti esterne di circa 1 m di spessore, si ottengono le seguenti dimensioni per il modulo.
Tabella I - DATI GENERALI Modulo di stoccaggio Capacità del modulo 30.000 m<3>
Dimensioni interne 29m x 9m x 1 12,2m (b x h x I) serbatoio
Dimensioni esterne 35m x 15m x 1 18,2m (b x h x I) Rapporto peso/spinta 0,95
Spinta idrostatica 63.300 t
Peso necessario modulo 60.100 t
Esempio 2
Configurazione unica somma dei singoli moduli dipendenti
Si ipotizza in questo esempio di stoccare una quantità totale di LNG di 180.000m<3>. A tale scopo sono necessari più elementi di serbatoio modulare, che si immagina di installare così come descritto precedentemente e schematizzato in fig.3.
Partendo da possibili dimensioni interne dell'elemento di 29 m di larghezza e 9 m di altezza (abbastanza tipica dei tunnel immersi) , si ottiene che la lunghezza necessaria per la capacità totale suddetta è di 775, 8m. Tale capacità totale può essere raggiunta con 7 elementi, ognuno di 110,8 m di lunghezza.
L'isolante necessario per ottenere un BOR (boil off rate) di 0,05% al giorno corrisponde ad uno spessore di circa l,8m di perlite. Considerando un contenimento interno di acciaio 9%Ni di circa 2 cm di spessore e delle pareti esterne di circa 1 m di spessore, si ottengono le seguenti dimensioni per il singolo elemento di serbatoio modu lare.
Tabella II-DATI GENERALI Modulo stoccaggio Capacità dell’elemento 25.715 m<3>
Dimensioni interne serbatoio 29m x 9m x 1 10, 8m (b x h x I) Dimensioni esterne 35m x 15m x 1 16,8m (b x h x I) Rapporto peso/spinta 0,95
Spinta idrostatica 62.300 t
Peso necessario modulo 59.200 t
Considerando un valore del rapporto peso/spinta pari a circa 0,95, si ottiene che ognuno degli elementi sopra descritti deve pesare almeno 59.200 t.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per lo stoccaggio di liquidi criogenici posizionato sotto il fondale marino comprendente : • uno o più elementi di serbatoio modulare esternamente da una struttura in cemento armato ed internamente completati da una adatta struttura di primo contenimento di liquido criogenico e da una adatta struttura di secondo contenimento di liquido criogenico ; mezzi di collegamento del serbatoio con le Utilities di comprendenti condotte di del liquido criogenico, condotte per la gestione del boil off e canale di accesso per l'ispezione del serbatoio.
  2. 2. Sistema come da rivendicazione 1 dove gli elementi di serbatoio modulare sono a forma di parallelepipedo o cilindro a sezione o
  3. 3. Sistema come da rivendicazione 1 dove la struttura di primo contenimento di liquido criogenico è una membrana con isolamento strutturale, supportata da una struttura secondaria.
  4. 4. Sistema come da rivendicazione 1 dove la struttura di primo contenimento di liquido criogenico è una struttura autoportante di opportuna geometria
  5. 5.Sistema come da rivendicazione 1 dove gli elementi modulari sono installati con configurazione a singoli elementi di serbatoio modulare indipendenti.
  6. 6.Sistema come da rivendicazione 1 dove gli elementi modulari sono installati con configurazione unica ottenuta connettendo i singoli elementi di serbatoio.
  7. 7. Procedimento per l'installazione degli elementi di serbatoio modulare costituenti il sistema come da riv. 1 con configurazione a singoli elementi di serbatoio modulare indipendenti come da rivendicazione 5, da posizionare sotto il fondale marino, comprendente essenzialmente i seguenti stadi in successione : • trasporto di detti elementi di serbatoio modulare in mare per galleggiamento con boe fino al sito di installazione; • immersione di detti elementi di serbatoio modulare tramite dei serbatoi di zavorra e successivo posizionamento sul fondo marino precedentemente dragato; • ricoprimento di detti elementi di serbatoio modulare posizionati sul fondo marino con pietre e/o sabbia per assicurare stabilità a tutta la struttura .
  8. 8. Procedimento per l'installazione degli elementi di serbatoio modulare costituenti il sistema come da riv. 1 con configurazione configurazione unica ottenuta connettendo i singoli elementi di serbatoio come da rivendicazione 6, da posizionare sotto il fondale marino, comprendente essenzialmente i seguenti stadi in successione: • trasporto di detti elementi di serbatoio modulare in mare per galleggiamento con boe fino al sito di installazione; • immersione, posizionamento in sequenza e collegamento di detti elementi di serbatoio modulare sul fondo marino precedentemente dragato, in modo da costituire un unico serbatoio; • ricoprimento di detti elementi di serbatoio modulare posizionati sul fondo marino con pietre e/o sabbia per assicurare stabilità a tutta la struttura .
  9. 9. Procedimento come da rivendicazione 7 o 8 dove il fluido criogenico è scelto fra LNG, LN2,L02,LH2e LC02.
  10. 10. Procedimento come da rivendicazione 9 dove il fluido criogenico è LNG.
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