NO115397B

NO115397B -

Info

Publication number: NO115397B
Application number: NO156888A
Authority: NO
Inventors: F Sanger
Original assignee: Conch Int Methane Ltd
Priority date: 1964-04-09
Filing date: 1965-02-23
Publication date: 1968-09-30
Also published as: NL6504408A; BE662167A; FR1454410A; ES311511A1; GB1021620A; DE1559250A1; DE1559250B2; US3292377A; OA01688A

Description

Fremgangsmåte ved bygging av magasin for lagring av væsker ved atmosfæretrykk og temperaturer som ligger langt under vannets frysepunkt. Procedure for building a reservoir for storing liquids at atmospheric pressure and temperatures that are far below the freezing point of water.

Oppfinnelsen angår grunnmågasiner for flytende gasser, dvs. magasinering av flytende gasser ved meget lave temperaturer i en oventil trinnformet, åpen utgravning i grunnen, og opp-finnelsens primære formål er å skaffe en fremgangsmåte ved bygging av en ny type murfunda-mfent for en væske- og gasstett vegg som omgir The invention relates to foundations for liquefied gases, i.e. the storage of liquefied gases at very low temperatures in an overhead stepped, open excavation in the ground, and the primary purpose of the invention is to provide a method for building a new type of masonry foundation for a liquid - and gas-tight wall that surrounds

den øvre del av en slik utgravning i grunnen.the upper part of such an excavation in the ground.

I moderne gassteknologi er det blitt behov In modern gas technology, it has become necessary

for å lagre svært store mengder av brenngass i to store very large quantities of fuel gas in

væskeform, vanligvis flytende naturgass som liquid form, usually liquefied natural gas such as

hovedsakelig består av methan, på steder som er mainly consists of methane, in places that are

lett tilgjengelige for storindustrielle og vanlige easily accessible to large industrial and ordinary people

forbrukere av slike brenngasser. Den nåværende consumers of such fuel gases. The present

magasineringsteknikk består i å lage såkalte storage technique consists of making so-called

grunnmågasiner som i det vesentlige er store ground sea gasses which are essentially large

groper som ér utgravd i grunnen på samme måte pits that are excavated in the ground in the same way

som de som graves for de deler av bygninger som such as those which are dug for those parts of buildings which

liggér under grunnen. Disse magasiner hår dia-metre på mer enn 30 m og'er mer enn 30 m dype. lies beneath the ground. These magazines have diameters of more than 30 m and are more than 30 m deep.

Magasinene er tildekket av et væske- og gasstett tak som er passende isolert, og brukes til å lagre den flytende gass ved temperaturer fra —40° C til —160° C eller enda lavere. Der disse groper er utgravd i vannmettet jord, vil den naturlige fuktighet bevirke at jorden fryser slik at det dannes en væsketett, frossen vegg av stor tykkelse, f. eks. frå tre til seks meter, og veggen danner også en væsketett, isolerende barriere slik at væs-ken kan holdes på den ekstremt lave temperatur. Det typiske terreng i USA og i mange andre land hvor det anlegges slike magasiner, består av et relativt tynt jordlag på fra 4,5 til 15 m tykkelse, som ligger over et relativt hardt og ugjennomtrengelig grunnfjell. Det foretas derfor ikke bare en utgraving av det overliggende jordlag, men utgravingen strekker seg i enkelte tilfelle ned til mer enn 45 m. Det overliggende jordlag inneholder vann opp til grunnvannsnivået på det spesielle sted der ut gravingen utføres, unntatt under og etter sterkt regnvær, idet grunnen nær overflaten vanligvis er relativt tørr og inneholder ikke tilstrekkelig fuktighet til å danne en pålitelig væsketetning når den fryser. Det er derfor ønskelig og på mange steder nødvendig,å lage en ugjennomtrengelig vegg ved den øvre del av grunnmagasinet for å sikre at innholdet av væske og gasser holdes til-bake i magasinet. Denne vegg kan utformes av mange forskjellige materialer, men det billigste materiale for formålet er vanligvis betong. En betongvegg er imidlertid svært tung og må plasseres på et passende fundament som gir tilstrekkelig god understøttelse. Under de betingelser som ofte forekommer i praksis, byr dette på overraskende store vansker. The magazines are covered by a liquid- and gas-tight roof that is suitably insulated, and are used to store the liquefied gas at temperatures from -40° C to -160° C or even lower. Where these pits are excavated in water-saturated soil, the natural moisture will cause the soil to freeze so that a liquid-tight, frozen wall of great thickness is formed, e.g. from three to six metres, and the wall also forms a liquid-tight, insulating barrier so that the liquid can be kept at an extremely low temperature. The typical terrain in the USA and in many other countries where such reservoirs are built consists of a relatively thin layer of soil of from 4.5 to 15 m thick, which lies above a relatively hard and impermeable bedrock. Excavation of the overlying soil layer is therefore not only carried out, but the excavation in some cases extends down to more than 45 m. The overlying soil layer contains water up to the groundwater level in the particular place where the excavation is carried out, except during and after heavy rain, as the ground near the surface is usually relatively dry and does not contain sufficient moisture to form a reliable liquid seal when it freezes. It is therefore desirable, and in many places necessary, to create an impermeable wall at the upper part of the base reservoir to ensure that the contents of liquid and gases are held back in the reservoir. This wall can be made of many different materials, but the cheapest material for the purpose is usually concrete. However, a concrete wall is very heavy and must be placed on a suitable foundation that provides sufficient support. Under the conditions that often occur in practice, this presents surprisingly great difficulties.

En foretrukket metode til utforming av i det minste den øvre del av det ovenfor beskrevne magasin består i å fryse en stor ring som omskri-ver det ønskede magasin og derpå fjerne jorden innenfor ringen. Denne metode bevirker at det opprettes et stivt jordlag utenfor den del som skal utgraves, hvorved det ikke er nødvendig med forstøtning eller forskaling mot magasinets jord-vegg for å hindre at den faller eller glir innover og pumping unngås. Det skal bemerkes at under normal bruk vil jorden holdes langt under fryse-punktet av innholdet, og det er derfor bare til å begynne med at det er nødvendig å holde jorden frosset til det ferdige magasin fylles med flytende gass. A preferred method for designing at least the upper part of the above-described magazine consists in freezing a large ring that circumscribes the desired magazine and then removing the soil within the ring. This method results in the creation of a rigid layer of soil outside the part to be excavated, whereby there is no need for shoring or formwork against the soil wall of the reservoir to prevent it from falling or sliding inwards and pumping is avoided. It should be noted that during normal use the soil will be kept well below the freezing point of the contents, and it is therefore only initially necessary to keep the soil frozen until the finished container is filled with liquefied gas.

I det ovenfor beskrevne tilfelle må ringen hvorpå det lages et fundament for den tunge betongvegg, bestemmes i henhold til den øvre om-krets for magasinet. Det anvendes et normalt støpt fundament av betong, men hvis dette stø-pes før jorden er frosset, er det stor sannsynlig-het for at fundamentet vil beveges forskjellig på forskjellige steder ettersom gravingen skrider frem, på grunn av uregelmessige volumforand-ringer i jordlaget når det fryser. Men hvis betongen støpes etter at jorden er frosset, er temperaturen så lav at sementen ikke vil herdne ordent-lig. Mens sementen herdner, vil samtidig semen-tens hydreringsvarme tjene til å ødelegge det frosne lag ved at det opptines. In the case described above, the ring on which a foundation for the heavy concrete wall is made must be determined according to the upper circumference of the magazine. A normal poured concrete foundation is used, but if this is poured before the soil is frozen, there is a high probability that the foundation will move differently in different places as the digging progresses, due to irregular volume changes in the soil layer when it's freezing. But if the concrete is poured after the ground is frozen, the temperature is so low that the cement will not harden properly. While the cement hardens, at the same time the cement's heat of hydration will serve to destroy the frozen layer by thawing it.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfat-ter således prefrysing av en ring av væskeinneholdende jord eller grunn, som befinner seg ved overflaten av marken eller grunnen, utgraving av en lagringsgrop i grunnen innenfor ringen, anordning av en blottlagt ringformet horisontal overflate i grunnen rundt omkretsen av gropen under marknivået, og fremgangsmåten karak-teriseres ved at det anbringes et plastisk leie av lavtemperatur-grease og partikler av et egnet inert fyllmateriale på den blottlagte overflaten, at det plasseres prefabrikerte betongseksjoner ende mot ende på leiet, slik at det dannes et kontinuerlig fundament på den ringformete horisontale flaten, hvilke betongseksjoner er forspent for i det minste delvis a oppnå kompensasjon for termiske spenninger som skyldes de lave temperaturer, at det på kjent måte oppføres en vegg på fundamentseksjonene og installeres et hensiktsmessig deksel som forsegles til veggen. The method according to the invention thus includes pre-freezing a ring of liquid-containing soil or ground, which is located at the surface of the field or ground, excavation of a storage pit in the ground within the ring, arrangement of an exposed ring-shaped horizontal surface in the ground around the perimeter of the pit below ground level, and the method is characterized by placing a plastic bed of low-temperature grease and particles of a suitable inert filler material on the exposed surface, placing prefabricated concrete sections end to end on the bed, so that a continuous foundation is formed on the ring-shaped horizontal surface, which concrete sections are prestressed to at least partially achieve compensation for thermal stresses due to the low temperatures, that a wall is erected in a known manner on the foundation sections and an appropriate cover is installed which is sealed to the wall.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til vedlagte tegnin- The method according to the invention shall be described with reference to the attached drawings

ger, som viser et grunnmagasin fremstilt på ba-sis av fremgangsmåten, og hvor: Figur 1 er et skjematisk snitt av lagertanken ger, which shows a basic magazine produced on the basis of the method, and where: Figure 1 is a schematic section of the storage tank

ifølge oppfinnelsen.according to the invention.

Figur 2 er i større målestokk et detalj snitt av en del av figur 1 og viser fundamentkonstruk-sjonen. Figur 3 er et grunnriss av lagertanken og viser kjølerørene. Figur 4 er et grunnriss av en fundament-enhet. Figur 5 er et snitt tatt etter linjen 5—5 på Figure 2 is on a larger scale a detailed section of a part of Figure 1 and shows the foundation construction. Figure 3 is a floor plan of the storage tank and shows the cooling pipes. Figure 4 is a floor plan of a foundation unit. Figure 5 is a section taken along the line 5-5 on

figur 4.figure 4.

Figur 6 er et snitt tatt etter linjen 6—6 på Figure 6 is a section taken along the line 6—6 on

figur 4.figure 4.

Figur 7 er et sideriss tatt etter linjen 7—7 på Figure 7 is a side view taken along the line 7—7 on

figur 4.figure 4.

Figur 8 viser forbindelsen mellom to funda-mentenheter. Figur 1 viser et generelt utkast for et magasin som er utformet ifølge oppfinnelsen. Hoved-delen av gropen er laget i et ugjennomtrengelig fjell-lag 2 eller i hvert fall i et lag av hard og i det vesentlige ugjennomtrengelig grunn som kan bestå av flere skarpt atskilte lag. Over laget 2 er det et lag bestående av jord eller et annet relativt lett gjennomtrengelig grunnmateriale som er naturlig eller kunstig mettet med vann opp til et nivå 4 som er høyere enn bunnen for fundamentet 8 som skal beskrives nedenfor. Overflate-nivået kan være det naturlige grunnnivå eller det kan være et nivå som er laget høyere ved at jord fra den utgravde del er brukt til å bygge opp en del av magasinkonstruksjonen. Rundt omkretsen av gropen er det på konsentriske sirk-ler anordnet kjølerør med f. eks. 15 cm diameter, som før fylling av magasinet tilføres en passende kjølevæske av en temperatur som er tilstrekkelig lav til u holde omkring en meter av jorden på hver side av rørene i frossen tilstand. Etter at jorden har fått en passende frossen tilstand og tykkelse fortsettes gravingen til gropen får de ønskede dimensjoner, idet sylinderen av frossen jord virker som en forskaling mot jorden utenfor. Etter at gropen er tilformet. lages det en av-sats som kuttes ut i jordlaget under grunnvannsnivået, som vist ved 7, og dette jordlag dekkes med et lag på omkring 5 cm av sand og grease, hvoretter blokkene 8; som skal tjene som pute og fundament, stilles på plass ved hjelp av en kran. Disse blokkene er temmelig store, f. eks. ca. 90 cm .bred, 45 cm høy og 4,5 m lang. De er laget som ferdigstøpte, armerte og forspente betongblokker og er utformet slik at varmespenningene prak-itisk talt kompenseres av forspenningen. I blokkene er det laget not og fjær som holder dem på plass. Grease- og sandblandingen 8 har en slik sammensetning at den vil holde seg plastisk ved de lave temperaturer som holdes under opp-byggingen av magasinet. Fundamentet 8' understøtter en vegg 9 som normalt strekker seg fra ca. 1 m under grunn-nivået til ca. 1 m over, og veggen 9 understøtter igjen eller er forbundet med en i og for seg kjent takkonstruksjon 11 som ikke tilhører foreliggende oppfinnelse. Veggen 9 kan lages av et hvilket som helst passende materiale, f. eks. av metall, Figure 8 shows the connection between two foundation units. Figure 1 shows a general outline for a magazine designed according to the invention. The main part of the pit is made in an impermeable rock layer 2 or at least in a layer of hard and essentially impermeable ground which can consist of several sharply separated layers. Above the layer 2 there is a layer consisting of soil or another relatively easily permeable base material which is naturally or artificially saturated with water up to a level 4 which is higher than the bottom of the foundation 8 which will be described below. The surface level can be the natural ground level or it can be a level that is made higher by soil from the excavated part being used to build up part of the reservoir structure. Around the perimeter of the pit, cooling pipes are arranged in concentric circles with e.g. 15 cm diameter, which, before filling the magazine, is supplied with a suitable coolant of a temperature sufficiently low to keep about a meter of the soil on each side of the pipes in a frozen state. After the soil has acquired a suitable frozen state and thickness, digging is continued until the pit has the desired dimensions, as the cylinder of frozen soil acts as a formwork against the soil outside. After the pit is shaped. a cut is made in the soil layer below the groundwater level, as shown at 7, and this soil layer is covered with a layer of about 5 cm of sand and grease, after which the blocks 8; which will serve as a cushion and foundation, is set in place with the help of a crane. These blocks are quite large, e.g. about. 90 cm wide, 45 cm high and 4.5 m long. They are made as ready-cast, reinforced and prestressed concrete blocks and are designed so that the thermal stresses are practically compensated by the prestressing. The blocks have grooves and springs that hold them in place. The grease and sand mixture 8 has such a composition that it will remain plastic at the low temperatures maintained during the build-up of the magazine. The foundation 8' supports a wall 9 which normally extends from approx. 1 m below ground level to approx. 1 m above, and the wall 9 again supports or is connected to a per se known roof construction 11 which does not belong to the present invention. The wall 9 can be made of any suitable material, e.g. of metal,

men praktiske og økonomiske faktorer tilsier at det brukes betong som vanligvis er det billigste materiale som er tilstrekkelig motstandsdyktig under de rådende forhold. I den foreliggende konstruksjon er veggen 9 oppbygd av flere fer-digstøpte, vertikalt forspente betongplater 9a, 9b etc, som vist på fig. 3. Disse plater monteres vertikalt ved hjelp av en kran og passes sammen kant-mot-kant, idet det brukes en passende not-og fjær-forbindelse 10 hvor dette ønskes. Den nedre kant av platene er understøttet i en ringformet renne 13 som er utformet på toppen av fundamentet 8'. Rennen 13 er fylt av kunstig grease med en blanding som passer for den an-vendte temperatur og som tjener både som smø-ring mellom fundament og vegg og også som en væske- og gasstett forsegling ved lave temperaturer. Det er kjent kunstig grease som har den passende sammensetning, og det fins militære spesifikasjoner for slike grease-blandinger som består av voks og olje. but practical and economic factors dictate that concrete is used, which is usually the cheapest material that is sufficiently resistant under the prevailing conditions. In the present construction, the wall 9 is made up of several ready-cast, vertically prestressed concrete slabs 9a, 9b etc., as shown in fig. 3. These plates are mounted vertically using a crane and fit together edge-to-edge, using a suitable tongue and groove connection 10 where this is desired. The lower edge of the plates is supported in an annular channel 13 which is formed on top of the foundation 8'. The channel 13 is filled with artificial grease with a mixture suitable for the temperature used and which serves both as lubrication between foundation and wall and also as a liquid- and gas-tight seal at low temperatures. There are known artificial greases that have the appropriate composition, and there are military specifications for such grease mixtures consisting of wax and oil.

Etter at hele veggen er montert omvikles den med flere stålwirer eller kabler 14 som står under betydelig strekk for ytterligere å forspenne den sirkulære vegg i radialretningen. Derpå kan den ytre, omviklede flate på passende måte påpsrøy-tes en mørtel, sprøytebetong eller pusses på en liknende måte både for å tette den ytre flate av veggen og for å beskytte kablene mot korrosjon. På yttersiden eller på innsiden (eller på begge sider) kan det i tillegg monteres en passende og ønsket isolasjon, og veggen fullstendiggjøres ved å montere et fleksibelt dekke eller skall. After the entire wall has been assembled, it is wrapped with several steel wires or cables 14 which are under considerable tension to further bias the circular wall in the radial direction. Then the outer, wrapped surface can be suitably sprayed with a mortar, shotcrete or plastered in a similar way both to seal the outer surface of the wall and to protect the cables against corrosion. On the outside or on the inside (or on both sides), a suitable and desired insulation can also be installed, and the wall is completed by installing a flexible cover or shell.

For å begrense forskyvningen av fundamentblokkene 8', kan disse være forankret til kjøle-rørene 6 som vist ved 16. In order to limit the displacement of the foundation blocks 8', these can be anchored to the cooling pipes 6 as shown at 16.

Det skal bemerkes at forbindelsen mellom fundamentblokkene 8' og veggen er slik at veggen kan trekke seg radielt innover når temperaturen faller ved fylling av magasinet. Den kun-stige greaseblanding 13 tillater en relativ radial-bevegelse mellom vegg og fundament mens veggen i hovedsaken holdes på en bestemt plass. It should be noted that the connection between the foundation blocks 8' and the wall is such that the wall can retract radially inwards when the temperature drops when filling the magazine. The rise-only grease mixture 13 allows a relative radial movement between the wall and the foundation while the wall is essentially held in place.

Som en mulig alternativ konstruksjon kan veggen støpes direkte på fundamentet når fundamentet først er montert. Dette vil imidlertid være vanskeligere enn å anvende metoden med ferdigstøpte plater på grunn av de høye tempe-raturspenninger som oppstår ved de lave temperaturer som hersker rundt fundamentet på dette trinn av oppbygningen (—40° C). Når tanken fylles vil temperaturen synke videre til ca. —160° C, hvorved betongen vil trekke seg mye sammen. Dette bevirker store strekkspenninger slik at hele konstruksjonen vil kunne sprekke istyk-ker. Den ovenfor beskrevne forspenningsprosess vil sette hele betongveggen i en slik spennings-tilstand til å begynne med at den motvirker spenningen som frembringes av sammentrekningen på grunn av temperaturfallet, og forspenningen motvirker derfor den destruktive virkning av sammentrekningen. Den ødeleggen-de virkning av slike spenninger kan minskes ved å lage veggen så tynn som mulig, og for et magasin på tilnærmet 60 m diameter kan veggtykkel-sen passende være tilnærmet 20 cm. Veggen kan lages med så liten tykkelse og enda ha den nød-vendige styrke, bare på grunn av forspenningen. As a possible alternative construction, the wall can be cast directly onto the foundation once the foundation has been installed. However, this will be more difficult than using the method with pre-cast slabs due to the high temperature stresses that occur at the low temperatures that prevail around the foundation at this stage of the construction (-40° C). When the tank is filled, the temperature will drop further to approx. -160° C, whereby the concrete will contract a lot. This causes large tensile stresses so that the entire construction will be able to crack in pieces. The prestressing process described above will put the entire concrete wall in such a state of tension to begin with that it counteracts the tension produced by the contraction due to the temperature drop, and the prestressing therefore counteracts the destructive effect of the contraction. The destructive effect of such stresses can be reduced by making the wall as thin as possible, and for a magazine of approximately 60 m diameter, the wall thickness can suitably be approximately 20 cm. The wall can be made with such a small thickness and still have the necessary strength, just because of the prestressing.

Fig. 4 viser et grunnriss av en av fundamentseksjonene. Denne seksjon er laget buet slik at det sammenstilte fundament vil danne en sirkel-formet ringflate hvorpå veggen plasseres. En typisk lengde på en fundamentseksjon er tilnærmet 5,7 m for en lagertank med diameter på 34,5 m. For denne tankstørrelse var fundamentet 90 cm bredt og 60 cm høyt. Det vil forstås at slike Fig. 4 shows a ground plan of one of the foundation sections. This section is made curved so that the assembled foundation will form a circle-shaped annular surface on which the wall is placed. A typical length of a foundation section is approximately 5.7 m for a storage tank with a diameter of 34.5 m. For this tank size, the foundation was 90 cm wide and 60 cm high. It will be understood that such

massive seksjoner må håndteres ved hjelp av forholdsvis kraftige kraner. massive sections must be handled using relatively powerful cranes.

I den ringformede renne 13 er det utformet flere rektangulære fordypninger 21 for å lette sammenstillingen av vegg-platene, idet skjøtene for disse kommer over fordypningene 21. Etter sammenstillingen fylles fordypningene 21 med en tynn mørtel. Den ringformede renne 13 fylles med kunstig grease etter at veggen er satt på plass. Several rectangular recesses 21 have been formed in the annular gutter 13 to facilitate the assembly of the wall panels, the joints for these coming over the recesses 21. After assembly, the recesses 21 are filled with a thin mortar. The annular channel 13 is filled with artificial grease after the wall has been put in place.

Scrn vist på fig. 7 og 8 er endene på funda-mentseksj onene passende låst sammen og for-trinnsvis som vist ved 22 og 23, slik at not- og fjær forbindelsen opprettholder riktig innretting. Endene av fundamentblokkene blir påsmurt kunstig grease ettersom seksjonene legges på plass, slik at enhver mulighet for at fuktighet skal trenge gjennom utelukkes før tankens temperatur senkes. Scrn shown in fig. 7 and 8, the ends of the foundation sections are suitably locked together and preferably as shown at 22 and 23, so that the tongue and groove connection maintains proper alignment. The ends of the foundation blocks are smeared with artificial grease as the sections are placed in place, so that any possibility of moisture penetrating is excluded before the temperature of the tank is lowered.

Claims

1. Procedure for the construction of a reservoir for the storage of liquids at atmospheric pressure and temperatures far below the freezing point of water, comprising pre-freezing a ring of liquid-containing soil or ground, located at the surface of the field or ground, excavation of a storage pit in the ground within the ring, arrangement of an exposed ring-shaped horizontal surface in the ground around the perimeter of the pit below ground level, characterized in that a plastic bed (8) of low-temperature grease and particles of a suitable inert filler material is placed on the exposed surface (7), that the prefabricated concrete sections (8') are placed end to end on the bed (8), so that a continuous foundation is formed on the annular horizontal surface (7), which concrete sections (8') are prestressed to at least partially achieve compensation for thermal stresses due to the low temperatures, that a wall (9) is erected in a known manner on the foundation sections (8') and a hen visibility cover (11) which is sealed to the wall.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that low-temperature grease is applied to the upper surface of the foundation before the wall (9) is set up as a lubricating layer between the wall and the foundation and that this lubricating layer is maintained.