KR20010090789A - 액화 가스용 저장 장치 - Google Patents

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KR20010090789A
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스베인 엠. 하우그
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추후제출
노컨설트 에이에스
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Abstract

암석 또는 콘크리트로 제작된 외부 셀(10)에 의하여 형성된 캐비티에 액화 가스를 저장하기 위한 장치는 가스용 탱크(2)를 포함한다. 콘크리트로 제작되고 단열되는 탱크(2)는 탱크(2)와 암석 또는 콘크리트 셀(10) 사이의 공간을 충전하기 위한 물질(5)에 의하여 완전히 또는 부분적으로 둘러싸인다. 물질(5)은 자체적으로 밀폐, 즉 낮은 투과성을 가지며 물질(5), 또는 외부 또는 내부 물질내에 하나 이상의 밀폐 막(13)과 조합될 수 있다. 이 장치는 셀(10)을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸거나 지표면위에 위치되는 루스 소일(8)에 완전히 또는 부분적으로 위치될 수 있다.

Description

액화 가스용 저장 장치{STORAGE INSTALLATION FOR LIQUIFIED GASES}
이 같은 가스는 소위 지반 저장소(ground depot)를 형성하는 굴착된 암석 캐비티(excavated rock cavities)에 저장될 수 있다. 이같은 지반 저장소에 대한 실시예는 지반에 배치되는 탱크이며 이러한 탱크는 지반면위로 완전히 돌출되거나, 부분적으로 지반면 위로 돌출되고 부분적으로 지반면 아래에 있다. 이러한 장치가 지반면 아래 완전히 또는 부분적으로 배치되는 경우, 저장소는 지하수면(ground-water level) 아래 또는 위에 있을 수 있다. 액화 가스상의 압력은 절대압력으로 약 1바아(1bar abs.) 일 수 있으며, 절대압력 1.1 바아와 같이 보통 약간 높다. 액화 가스에서 물론 압력은 액체의 표면으로부터 하방으로 증가하지만 이러한 압력은 둘러쌀 수 있는 지하수(ground-water) 보다 낮다. 가스의 낮은 온도는 액체의 표면 상의 가스(가스 상태)를 냉각기로 공급하여 보편적인 기술에 따라 탱크로 역 공급되는 액체를 재응축시킴으로써 유지될 수 있다.
이러한 종류의 저장을 위한 암석 캐비티에는 암석에 콘크리트 라이닝(concrete lining)을 이용하는 것이 시도되었다. 저장소는 콘크리트 라이닝에 단열부재를 부착하거나, 임의의 경우 강철 라이닝(steel lining)의 이용없이 암석상에 직접 단열부재를 부착함으로써 단열된다. 냉각하는 동안 부동 수축에 의하여, 부착 문제가 상이한 재료 사이에서 발생하여, 그 결과로서 단열부재가 이탈되는 큰 위험이 존재한다. 또한, 특수 강철의 막에 의하여 밀폐되지 않는 경우, 이 같은 저장 장치는 누출될 수 있으며, 그 결과로서 과도한 비용이 초래된다.
강철 탱크 또는 강철이 라이닝된 콘크리트 탱크는 지반 상의 또는 지반 아래의 탱크로서 적용된다. 낮은 온도 레벨때문에 높은 비용의 특수 강이 이용되어야 하며, 이는 더욱 전형적인 타입의 강철이 낮은 온도에서 부셔지기 때문이다. 이같은 장치를 생산하기 위한 비용은 중대한 단점이 된다.
본 발명은 LNG와 같은 액화 가스용 저장 장치에 관한 것으로, 상기 가스는 대기압, 0℃이하에서 끓으며 추가적인 냉각에 의하여 액화될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 일실시예를 도시한 수평 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 도시한 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 다소 다른 실시예를 도시한 수직 단면도이다.
도 4는 하나의 막이 콘크리트 탱크를 둘러싸는 물질내에 위치되는 본 발명에 따른 장치의 수평 단면도이다.
도 5는 도 4의 장치의 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예의 수평 단면도이다.
도 7은 도 6의 장치의 수직 단면도이다.
도 8은 하나의 막이 콘크리트 탱크를 둘러싸는 물질내에 위치되는 본 발명에 따른 장치의 수평 단면도이다.
도 9는 도 8의 장치의 수직 단면도이다.
본 발명에 의한 장치는 상기 문제점을 해결하고 (강철 탱크에서) 약 -45℃ 아래 온도에서 액화 가스를 저장하기 위한 종래 기술 장치보다 비용이 상당히 적게 든다.
외부 콘크리트 셀 또는 암석에 의하여 형성된 캐비티에 가스를 저장하기 위한 본 발명에 따른 장치는 가스용 탱크를 포함하며, 상기 탱크는 콘크리트로 제작되고 단열되며, 이러한 장치는 탱크가 탱크와 암석 또는 콘크리트 셀 사이의 공간에 충전되는 물질에 의하여 완전히 또는 부분적으로 둘러싸이며, 단열될 수 있으며 상기 물질은 자체적으로 밀폐시키는 것을 특징으로 한다.
밀폐는 공간 또는 보이드(void)를 충전하는 물질에 의하여, 이와 같은 물질에 의하여 또는 물질내에 배치되는 하나 이상의 막에 의하여, 또는 막의 내부 표면또는 외부 표면에 의하여 수행된다.
본 발명은 굴착된 암석 캐비티 또는 루스 소일에, 상기 루스 소일내에 부분적으로 그리고 지표면상에 부분적으로 있는, 또는 지표면상으로 완전히 돌출되어 있도록 이와 같은 장치를 제작하는 것이 가능하다. 여기서, 용어 루스 소일(loose soil)은 고체 물질이 아닌 임의의 물질을 의미한다. 루스 소일은장치 주위에 배치될 수 있으며 또는 장치가 배치되는 루스 소일에 함몰(depression)이 형성될 수 있다. 외부 셀이 탱크를 캡슐화하는 위치에서, 이러한 셀은 공간을 충전하는 물질내로부터의 압력을 흡수하여 상기 장치는, 표시된 바와 같이 루스 소일, 부분적으로 루스 소일이고 부분적으로 대기 또는 완전한 대기인 주위 매체로부터 독립된다.
상기 장치가 밀폐 능력을 가지는 경우, 공간을 충전하는 물질은 점토일 수 있으며, 예를 들면 단열 재료가 가능하게 추가된다. 일 예로서 첨가물은 루스 레카(loose Leca)이다. 이 같은 재료의 첨가는 결국 탱크 상 및/또는 탱크 내의 개별적인 단열부재를 배치하는 것을 피할 수 있도록 한다. 0℃로부터 임의의 온도로 냉각되는 경우, 점토는 팽창 특성을 가짐으로써 암석 또는 셀, 그리고 콘크리트 탱크와의 단단한 결합을 유지한다. 그러나, 점토의 팽창에 의하여 발생된 압력에 의하여 탱크 및/또는 셀이 오버로딩되는 것을 피하기 위하여, "부셔질수 있는 재료(crushable material)"는 점토와 탱크 사이, 또는 점토와 셀 사이의 심(shim)으로서 배치될 수 있어, 이러한 "부셔질 수 있는 재료"는 임의의 압력에서 부셔짐으로써 고압이 탱크 및/또는 셀로 전달되는 것을 방지한다. 단열부재가 물질 및 콘크리트 사이에 배치되는 경우 이러한 단열 부재는 "부셔질 수 있는 재료"로서 작용할 수 있다.
공간을 충전하는 물질은 천연 제품 또는 공장 제조 제품(factory-made product)일 수 있다. 물질이 자체적으로 밀폐되는 경우, 물질의 투과성이 매우 작아 물질이 장치를 밀폐시키는 막과 같은 작용을 한다. 일 예로서 천연 제품은 많은 성분의 미세한 입자를 가진 점토이다. 공장 제조 제품의 예는 산업 공정으로부터 ,물 미세하게 그라운딩된 석회석, 슬래그(slag), (예를 들면, 화산작용에 의한) 날아다니는 재, 실리카 먼지 등이 첨가될 수 있는 펠릿(pellets)[벤토나이트(bentonite)] 또는 파우더 형태의 점토이다. 비록 강제적이지만, 물질이 0℃ 아래의 온도에서 팽창되는 것이 또한 유용하다.
단열이 시작된 후 그리고 안정 온도가 존재하는 경우(실제적으로, 온도는 단열이 작용되는 한 하강한다.), 열이 물질으로 공급될 수 있다. 물질이 점토이거나 부셔지고 낮은 온도에서 파괴되는 유사한 재료인 경우, 물질 또는 물질의 부분은 물질이 플라스틱 상태로부터 부셔지는 상태로 변환되는 온도보다 더 높은 전체 또는 부분의 두께를 가로지르는 온도에서 유지되도록 열이 공급된다. 유사하게, 물질이 하나 이상의 막을 포함하는 경우, 막이 부셔지거나 파괴되는 온도로 막을 냉각시키는 것을 피하기 위하여 열이 공급될 수 있다. 열의 공급은 보다 적게 임계적인 막에 대한 재료를 선택하게 한다. 예를 들면, 고가의 특수 강이 아닌 보통 등급의 강철이 이용될 수 있다.
저장 장치가 액화 가스로 충전되어 작동 상태에 있는 경우, 탱크의 완만한 냉각, 가능한 단열, 암석 또는 셀 뿐만 아니라 공간의 물질 주위에 냉기가 발생되며 제로 등온선(zero-isotherm)이 저장소로부터 외부으로 일정하게 이동한다. 이와 관련하여, 단열 부재는 시작에 대해 경과된 시간에 대하여도 바람직할 수 있다. 저장을 위한 장치를 준비하기 위하여, 액화 가스가 공급되는데, 이 액화 가스는 주위(콘크리트 탱크, 가능한 단열부재, 주위 물질 및 암석 또는 셀)로부터의 열 공급때문에 증발된다. 증발된 가스가 제거되고 주변 온도가 일정하게 낮아지도록 공급된 응축 가스가 증발된다. 주위를 증발이 최소가 되고 장치가 안정된 작동이 되는 것으로 간주될 수 있는 이 같은 온도로 낮추는데 걸리는 시간은 물질에 대한 단열에 의하여 실질적으로 짧아진다. 시작 기간(starting-up period)의 단축은 이같은 장치에 투자된 많은 양의 돈에 기인하는 매우 경제적인 가치가 있다.
또한 단열 재료는 단열부재가 이용되지 않는 경우 물질 및 암석 또는 셀이 이 같이 낮은 온도에 영향을 받지 않는 효과를 제공한다. 그러므로, 저장소의 밀폐에 관한 문제점을 피할 수 있다.
탱크와 암석 또는 셀 사이의 물질은 이러한 지역에서 발생되는 온도에서 수축 및 파손되지 않는 종류일 수 있다. 물질이 점착성이 있는 상태로부터 부수어지는 상태로 변형되어 후속적으로 파괴되고, 막이 부수어지는 낮은 온도로 되는 것을 방지하기 위하여, 온도 센서가 결합된 튜브, 호스, 가열 부재와 같은 가열 수단이 설치되어 가열이 물질의 파괴가 발생하거나 막이 부수어 지는 낮은 온도로 되는 것을 방지할 수 있다. 이 같은 가열 수단은 시작동안 가열이 시작을 위한 시간을 연장할 때 상기 장치가 거의 안정된 작동 상태에 도달하는 경우 우선적으로 점검된다.
이 같은 장치는 높은 등급의 안정성을 보여준다. 콘크리트 탱크에서 탱크를 둘러싸는 가능한 지하수 및 물질때문에, 가능한 단열부재 및/또는 셀에서 제품의 외부 누출 또는 내부로의 지하수 유입이 발생하지 않거나, 막은 밀폐 기능을 수행하지 않는다.
강철 탱크의 이용과 비교하면, 경제적인 절감에 부가하여, 콘크리트 탱크에서 발생할 수 있는 파괴가 액체 또는 가스 형태의 누출에 관련된 임의의 결과를 가지는 확실성이 달성되는데, 이는 하나 이상의 막과 결합된 물질 또는 주변 물질 및 가능한 지하수가 외부으로의 누출에 대하여 밀폐되기 때문이다.
콘크리트 탱크의 단열은 외부 및/또는 내부일 수 있다. 임의의 경우, 제품이 통과하지 못하고 제품과 반응하지 않는 단열부재가 이용될 수 있은데, 이는 콘크리트 탱크내에서 파괴가 발생하기 때문이다.
후술되는 본 발명에 따른 장치는 첨부된 도면에 도시된 예에 의하여 설명되는데, 도 1 내지 도 5에서 암석에 굴착된 캐비티내에 위치된 탱크를 가지는 장치를 보여주며, 도 6 내지 도 9는 탱크 둘레의 외부 셀을 보여준다.
도 1은 도 2와 도 3에 도시된 각각의 단열된 탱크의 단면으로 간주될 수 있다.
도 1은 원형 단면을 가지는 콘크리트 탱크(2)를 보여준다. 단열부재(3)의 층은 탱크(2)의 외부에 배치되고, 탱크(2) 및 단열부재를 포함하는 유닛은 주변 암석(6)을 지탱하는 물질(5)에 의하여 둘러 싸진다. 탱크의 내부 챔버(1)에서 탱크(2)는 액화 가스를 포함한다. 단열부재(3)와 물질(5) 사이에 부셔질수 있는 재료(4)가 삽입되고, 탱크(2)에 대한 외압이 임의의 값을 초과하는 경우 이러한 재료는 파괴되기 시작하여, 냉각되는 경우 물질(5)의 부풀림때문에 오버로드(overload)되는 것이 방지된다. 명백하게 암석벽은 도시된 바와 같이 규칙적인 형상이 아니며 차라리 불규칙적인 형상이다.
도 2 및 도 3은 탱크(2)의 실린더부, 단열부재(3), 부셔질수 있는 재료(4) 및 물질(5)이 도시된 바와 같은 배치될 수 있는 통상적인 두 개의 선택적인 실시예의 수직 단면도이다. 또한, 루프(7)가 돔형상으로 도시된 것을 제외하고 루프(7)는 실린더부와 유사하게 형성된다. 도 2의 실시예와는 반대로, 도 3의 실시예는 콘크리트 탱크 아래의 부셔질 수 있는 재료를 포함한다.
도 2의 실시예는 암석으로 하향되는 브랜치[9; branch, 리브(rib), 포스트(post)]를 가지는 콘크리트 소울(concrete sole; 8)을 포함하며, 이러한 브랜치 사이에는 탱크의 벽과 루프로서 대응되는 단열부재와 물질을 포함하는 보이드(void)가 있다. 소울(8) 및 브랜치(9)는 탱크(2)의 나머지를 지지한다.
도 3의 실시예는 한편으로는 탱크와 나머지로서 단열부재로 형성되는 바닥부(10)를 포함하며, 탱크를 둘러싸고 루프(7)를 덮는 것에 대응하는 물질(5)은 탱크의 기초부를 형성한다. 그러므로, 탱크(2) 및 단열부재(3)는 탱크를 지지하는 물질(5)에 의하여 완전히 둘러싸인다. 탱크(2)의 바닥부 및 바닥부 아래의 단열부재(3)는 루프(7)로서 대응되는 돔 형상이다. 돔 형상의 단부는 평면형 단부보다 외부로부터의 더 많은 로딩을 견딜 수 있는 것으로 알려져 있다.
도 4 및 도 5의 실시예는 물질(5)이 밀폐 막(11)을 포함한다는 사실을 제외하고 동일한 부재를 포함하는 도 1 및 도 3의 실시예와 유사하다. 막은 물질의 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며 하나 이상의 막(11)이 적용될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, 물질(5)은 모래와 같은 액체가 침투할 수 있는 재료일 수 있다.
도 6은 원형 단면을 가지는 콘크리트 탱크(2)를 도시한다. 단열부재(3)의 층은 탱크(2)의 외부에 배치되며 탱크(2)와 단열부재(3)를 포함하는 유닛은 콘크리트로 제작된 주변 셀(10)에 대하여도 견디는 물질(5)에 의하여 둘러 싸여진다. 내부 챔버(1)에서, 탱크(2)는 액화 가스를 포함한다. 부셔질수 있는 재료(4)는 단열부재(3)와 물질(5) 사이에 삽입되고, 탱크(2)에 대한 외압이 임의의 값을 초과하는 경우 파괴되도록 하여, 냉각될 때 물질(5)의 팽창에 의한 탱크 및/또는 셀(10)의 오버 로딩을 방지한다. 도면은 루스 소일(8)에 의하여 둘러 싸지는 장치를 도시한다. 루스 소일은 장치 둘레에 배치될 수 있으며, 침하는 장치가 완전히 또는 부분적으로 배치되는 루스 소일에서 굴착될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 장치의 수직 단면도이다. 도 6 및 도 7로부터 나타나는 부재에 더하여 탱크(2)의 돔 형상의 바닥부(6)와 돔 형상의 상부(7), 금속 또는 임의의 다른 내후성 재료(weather proof material)로 제작된 루프 커버링(12)을 보여준다. 돔형상 단부는 예를 들면 평면형 단부보다 외부로부터의 로딩을 더욱 잘 견디는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 장치는 루스 소일(8)의 침하부에 위치하며, 또는 루스 소일은 장치 둘레에 배치되어 루프 커버링(12) 및 상부만이 루스 소일상으로 연장된다.
바닥부(6) 아래 "부셔질 수 있는 부재"(4)가 삽입된다.
도 8 및 도 9의 실시예는 물질(5)이 밀폐막(13)을 포함한다는 것을 제외하고 동일한 부재를 포함하는 도 6 및 도 7에 유사하다. 막이 물질 외부 또는 내부에 배치될 수 있으며 하나 이상의 막이 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이 경우, 물질(5)은 모래와 같은 액체가 투과할 수 있는 재료일 수 있다.
도시된 실시예는 개략적이다. 로딩 펌프 및 튜빙을 위한 섬프(sump) 또는 리세션(recession)이 도시되지 않았으며 가능한 가열 수단이 도시되었다.
수개의 변형은 도시된 예에 대해 가능하다. 예를 들면, 단열부재는 탱크(2)의 내부에 설치될 수 있다. 레카와 같은 단열 재료를 충족하는 물질을 더할 수 있어 상부(7)가 물질(5)에 의하여 덮혀지지 않는 경우 단열된다는 것을 제외하고 탱크(2) 또는 탱크(2)내의 단열부재는 생략될 수 있다.

Claims (11)

  1. 암석 또는 외부 콘크리트 셀(10)에 의하여 형성된 캐비티내에 액화 가스를 저장하기 위한 장치로서, 가스용 탱크(2)를 포함하며, 상기 탱크(2)는 콘크리트로 제작되고 단열되는 장치에 있어서,
    상기 탱크(2)는 탱크(2)와 암석 또는 외부 셀(10) 사이의 보이드를 충전하는 물질에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸이며, 단열될 수 있으며 상기 물질은 자체적으로 밀폐되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 물질은 천연 점토인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 물질(5)은 물이 첨가된 파우더 또는 펠릿으로 제작된 점토인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 물질(5)은 미세하게 그라운딩된 석회석 또는 슬래그와 같은 공장 제조 재료인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 물질(5)은 과립화한 재료이며, 적어도 하나의 밀폐 막(13)이 물질을 포함하거나, 상기 막의 외부 및/또는 내부를 물질으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 물질(5)은 모래인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질(5)은 단열 재료의 첨가물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 셀(10)을 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 루스 소일(8)에 완전히 또는 부분적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 지반면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질(5)은 하나 이상의 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질(5)은 하나 이상의 막에 의하여 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 장치.
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