NO141812B - Fremgangsmaate for moertelinjisering ved offshorekonstruksjoner - Google Patents

Description

Kjølt lagringssystem for lagring av et flytendegjort,

normalt gassformet materiale.

Foreliggende oppfinnelse angår et for-bedret lagringssystem for lagring av et flytendegjort, normalt gassformet materiale, som f. eks. NH.,, naturgass, propan, oxygen osv.

Slike flytende materialer kan på øko-nomisk måte lagres i store, kjølte, i det vesentlige flatbunnete, sylindriske lagerbeholdere ved tilnærmet atmosfærisk trykk. I kjølesystemer som arbeider med damp-kompresjon anvendes der en rekke trinn omfattende komprimering av dampen, kondensering av den komprimerte damp ved kjøling ved vann eller luft som kondenser-ingsmedium og utblåsning eller avspenning av den kondenserte væske i en atmosfære med meget lavere trykk for å tilveiebringe den lave temperatur som er nødvendig for lagringen. Som følge av de store trykk- og temperaturendringer som forkommer i kjø-lesystemer av denne type må den nødven-dige kompresjon tilveiebringes ved en fler-trinnsprosess.

Foreliggende oppfinnelse angår et kjølt

lagringssystem av den type som omfatter

en isolert lagerbeholder, et primært kjøle-system med anordninger for kompresjon av dampformet materiale som fjernes fra beholderen, et første ledningsnett for

transport av dampformet materiale fra beholderen <til kompresjonsanordningen, anordninger for kjøling og kondensering av det komprimerte dampformede materiale, omfattende en varmeutveksler med en mantelside og en rørside for indirekte var-

meutveksling, et annet ledningssystem for transport av det komprimerte dampformede materiale fra kompressoren til en del av mantelsiden i varmeutveksleren. Det nye og karakteristiske for lagringssystemet ifølge oppfinnelsen består i at det er forsynt med et sekundær-t kjølesystem omfattende et tredje ledningssystem for tilførsel av et kjølemiddel til rørsiden i den nevnte varmeutveksler, samt et fjerde ledningssystem for tilførsel av materialet, som skal lagres, til mantelsiden i varmeutveksleren for bråfordampning i mantelsiden av materialet som skal lagres, og et femte ledningssystem forbundet med mantelsiden for bortføring av væskeformet materiale fra mantelsiden og føring av dette materiale til lagerbeholderen.

Ved lagringssystemet ifølge oppfinnelsen ledes flytende materiale ved en temperatur som er høyere enn temperaturen av det lagrete materiale gjennom en kombinert kondensator og fordamperbeholder. Her blir materialet som skal lagres bråfor-dampet på mantelsiden. Dampen som frembringes ved bråfordampningen blir fullstendig kondensert i beholderen når den blandes med det flytende materiale, som trer inn 1 lagringsbeholderen fra en for-rådsbeholder.

Når det flytende materiale som befin-ner seg i fordamperbeholderen fordampes blir den varme damp fjernet gjennom en ledning og ført gjennom det primære kjø-lesystem, hvor dampen komprimeres og sirkuleres gjennom en ledning til den for-annevnte kondensator-fordamperbeholder.

Virkningen av lagringssystemet ifølge

oppfinnelsen består bl. a. i at det kan ar-beide ved forholdsvis lave temperaturer og trykk, slik at rensningen av gasser ved høy-ere trykk kan reduseres til et minimum. Vi-dere reduseres kraftforbruket i vesentlig grad sammenlignet med kraftforbruket for tidligere kjente lagringssystemer.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med tegningene hvor

fig. 1 er et skjematisk arbéidsdiagram som viser en utførelsesform for det kjølte lagringssystem ifølge oppfinnelsen og

fig. 2 i aksialsnitt viser en foretrukken utførelsesform for en kondensator og fordamper som anvendes for varmeutveksling i kjølesystemet.

Fin- 1 illustrerer et for kommersielt

bruk bestemt lagringssystem for propan og omfattende et sekundært kjølesystem i hvilket der som kjølemiddel anvendes til- . nærmet ren propan, dvs. propan som ikke . inneholder etylen, etan eller andre be-standdeler som har et lavere kokepunkt enn propan. Lagringen av produktet som skal lagres finner her sted i en eller flere vanlige flatbunnete, enkeltveggete eller dobbeltveggete lagerbeholdere 10. Lagerbe-holderne 10 er passende varmeisolert under anvendelse av vanlig isolasjonsteknikk. Kjøling tileviebringes ved hjelp av et primært system som holder det lagrete materiale på valgte lagringsbetingelser samt et sekundært system som virker på en måte som skal beskrives i det følgende.

Materialet som skal lagres mottas gj ennom ledningen 11. Materialet som mottas ved en temperatur som er høyere enn lagertemperaturen passerer gjennom en 'kombinert kondensator og f ordamperbehol-der 12 hvor materialet bråfordampes på mantelsiden av beholderen 12. Det flytende produkt fra fordampningsprosessen tømmes ut gjennom ledningen 13 og ledes til den flatbunnete beholder 10. Dampen som dannes ved toråfordampningen blir tilnærmet fullstendig kondensert i kondensatorfordamperen 12, blandes med det flytende produkt og føres likeledes til lagerbeholderen. Etterhvert som der finner sted fordampning i den flatbunnete beholder 10 fjernes den varme damp fra damprommet gjennom ledningen 14 og sirkuleres gjennom det primære kjølesystem for sluttelig å hrukes som kjølemiddel i dette. Dampen passerer enten gjennom den store fylle-kompressor 15 eller gjennom den lille holdekompressor 16 i avhengighet av om la-gersystemet mottar materialet som skal lagres fra en ytre kilde gjennom ledningen 11 eller der skal opprettholdes de forutsatte lagerbetingelser for det lagrete materiale. For å tillate alternativ bruk av kompressorene 15. og 16 er det anordnet ventiler 17 og 18 som er egnet til å lede det dampformete materiale gjennom ledningen 19 og fyllekompressoren 15 respektive gjennom ledningen 20 og holdekompressoren

16. Det komprimerte dampformete materiale som kommer fra den av kompressorene 15 eller 16 som brukes, ledes gjennom ledningen 21 til kondensatorfordamperen 12 for å blandes med den innkommende

mater ialstrøm fra ledningen 11. Kondensatorfordamperen 12 er forsynt med en sikkerhetsventil 25 som tillater utslipning av de relativt små mengder ikkekondenserbare gasser som eventuelt kan oppsamles her.

Det sekundære kjølemiddel sirkulerer gjennom rørsiden i kondensatorfordamperen 12 hvor det opptar varme ved vanlig varmeoverføring fra det dampformete materiale fra det primære kjølesystem. Ved varmeoverføringsprosessen fordampes det sekundære kjølemiddel. Dampen fra rør-siden i kondensatorfordamperen 12 trekkes deretter ut gjennom ledningen 26 og passerer gjennom holdekompressoren 27 hvor den komprimeres til et vesentlig høy-ere trykk og ledes ut gjennom ledningen 28 for å kondenseres i kondensatoren 29. Tilstrekkelig varmeoverføring kan generelt oppnåes ved å anvende luft eller kjølevann som varmeoverføringsmedium i kondensatoren 29 for holdekompressoren. Fyllekompressoren 30 brukes under fyllesyklusen for det sekundære kjølemiddel og kan kreve bruk av en særskilt kjøleenhet 31 for å skaffe kunstig nedkjølt kjølemiddel, som kan være vann, luft eller en annen passende væske eller gass, gjennom ledningene 32 og 33 til kondensatoren 34.

En av hovedfordelene ved dette system er at det arbeider ved forholdsvis lave temperaturer og som følge herav ved forholdsvis lave trykk hvorved problemet med utslipning av ikkekondenserbare gasser, som er vesentlig vanskeligere ved høye trykk, reduseres.

Selv om varmeutvekslingen mellom det primære kjølemiddel (lagret materiale) og det sekundære kjølemiddel kan tilveiebringes ved hjelp av mange forskjellige konvensjonelle varmeutvekslerapparater, anvendes der fortrinnsvis et apparat som vist på fig. 2. Det her illustrerte apparat består av en kombinert kondensatorfordamperbe-holder 12 som er en vertikalt anordnet beholder med en mantel og en rørsats og i hvilken det sekundære kjølemiddel fordampes på rørsiden ved lav temperatur ved innvirkning av varmere sirkulerende damper fra det primære kjølesystem, som kon-denserer på mantelsiden ved en høyere temperatur. Kondensatorfordamperen har en flerdobbelt funksjon idet den på mantelsiden tjener til bråfordampning av det innkommende materiale som skal lagres, til en lav moderat temperatur, og tilbake-føre og kondensere dampen som dannes ved bråfordampningen av det lagrete pro-, dukt og til å tjene som en kondensator for den komprimerte damp som frembringes i det primære kjølesystem. Driftsbetingel-sene for kondensatorfordamperen er valgt slik at det skaffes balanse mellom kom-press jonsforholdene i kompressorene. Are-alet av varmeoverflaten som dannes av rørene og tverrsnittsarealet av seksjonen for frigjøringen av dampen er beregnet på grunnlag av velkjente varmeoverførings-formler. Veggen 35 i den Illustrerte kon-densatorfordamperbeholder er en vertikal sylinder som er lukket oventil og nedentil ved hj elp av skålf ormete eller elliptiske ho-der 36 forsynt med flenser. På rørsiden er det anordnet munnstykker henholdsvis 37 og 38, som tjener henholdsvis som innløp for et' flytende sekundært kjølemiddel og utløp for fordampet sekundært kjølemid-del. To rørplater 39 og 40 er enten fastsvei-set til mantelen eller fastholdt ved hjelp av flenser i avhengighet av den konstruk-sjonsmetode og de materialer som er an-vendt. Disse rørplater er utført med et fler-tall åpninger for opptagning av et tilsvarende antall rør 41 som danner den ønskete varmeoverflate; rørene 41 raker noe ut på siden av hver rørplate 39 og 40 og kan val-ses fast i eller holdes ipå plass i platene på annen velkjent måte. Rørene 41 kan være anordnet etter et trekarutmønster med tilstrekkelig spillerom til å sikre gjennom - trengning av damp med minimalt trykk-fall. Mantelsiden av kondensatorfordamperen 12 er forsynt med munnstykker 42, 43, 44 og 45 som brukes henholdsvis som innløp for komprimert dampformet lagret produkt forbundet med ledningen 21, et innløp for flytende materiale forbundet med ledningen 1', et utløp for flytende materiale forbundet med ledningen 13 og et utløp for ikkekondenserbar gass forbundet med ledningen 25. Apparatet kan være forsynt med ben for å hvile på et underlag av stål eller et annet passende fundament eller kan være selvbærende og forsynt med søyler som hviler på grunnen.

Ved anvendelse av kondensatorf ordam-peren som ovenfor beskrevet i et kjølt la-gersystem ifølge oppfinnelsen vil det flytende sekundære kjølemiddel som trer inn ved bunnen av kondensatorfordamperen 12 bråfordampe og koke ved innvirkning av den kondenserende damp på mantelsiden av rørene. Turbulensen og hastigheten av væsken som stiger opp gjennom rørene tjener til å bibeholde en høy grad av varmeutveksling. Nivået for det flytende kjøle-middel holdes ved hjelp av passende nivå-kontrollapparater, som ikke er vist, i høyde med skilleflaten for damp og væske, umiddelbart over oversiden av den øvre rør-plate 39.

Selv om flatbunnete lagerbeholdere fortrinnsvis anvendes til lagring av materiale kan også andre typer av lagerbeholdere komme i betraktning, som f.eks. kulef ormete, sylindriske beholdere med skålformet bunn og andre typer 1 avhengighet av de valgte lagerbetingelser med hensyn til temperatur og trykk eller etter brukerens valg. Passende varmeisolasj on må anvendes uavhengig av hvilken beholdertype som kommer i betraktning. Lagringsanlegget kan væ-re forsynt med et system 46 av konvensjonell type for oppsamling og utnyttelse av damp, i hvilket system inerte gasser 'Utnyttes for varmeisolasjon i dobbeltveggete beholdere. En oppvarmningsanordning 47 som kan være dampoppvarmet som vist eller opp-varmet på annen måte, brukes til opp-varming av materialet som forlater lagringsanlegget for å fordeles til brukssteder. Kjølesystemene som ibrukes for det primære og sekundære kjølesystem er fortrinnsvis dampkompressjonssystemer som vist;' andre kjølesystemer kan imidlertid også brukes. F. eks. kan i et alternativt primært kjølesystem damp fra lagerbeholderen 10 tappes ut gjennom ledningen 14 og ledningen 48 (vist med stiplete linjer) ved hjelp av en pumpe 49 (vist med stiplete linjer) og ført til kondensatorfordamperen 12 gjennom en ledning 21 hvor dampen kondenseres. Den resulterende væske føres tilbake til lagerbeholderen 10 gjennom ledningen 13. Ved denne anordning brukes ik-ke kompressorene 15 og 16. Kjølemidlet som velges for det sekundære kjølesystem er avhengig av egenskapene av det lagrete materialet og der kan for det sekundære kjølesystem anvendes såkalt kaskade-kjøling. I den følgende tabell I er angitt forskjellige materialer som kan lagres i et lagringssystem ifølge oppfinnelsen og sekundære kjølemidler som ikan anvendes.

Ved et i praksis utført anlegg ifølge oppfinnelsen ble ikommersielt flytende propan mottatt med en hastighet på 5080 tonn (5.000 long toms) pr mnd. (7.056 kg (15.556 pund) pr time) ved 32,22° C. (90° F.) og ble ved anvendelse av systemet ifølge oppfinnelsen kjølt tilstrekkelig til å redusere damptrykket til en lagringstilstand nær atmosfærisk trykk (maksimal omgivelses-temperatur ved anlegget på 35° C. (95° F.)). Lagringen fant sted i 4 -flatbunnete dobbeltveggete beholdere med hvelvet tak og hver med en kapasitet på 15900 r<n-> (100 000 barrel). Det ringformete rom mellom den indre lagerbeholder og den ytre beholder-mantel og taket var fylt med kornet perlit som varmeisolasjonsmiddel. Luften ble til å begynne med fjernet fra dette rom ved .utdrivning med nitrogen. Etter at rommet var fylt med perlit og nitrogen ble det opp-rettholdt et lavt overtrykk (5,08 til 10,16 cm (2" til 4") vannsøyle). For å holde dette konstante trykk under endringer i omgivel-senes temperatur og barometrisk trykk ble rommet satt i forbindelse med en passende kilde for nitrogen for tilførsel eller fjernel-se av nitrogen fra det ringformete rom.

I den primære kjølingsprosess ble damp med et trykk på omkring 1,064 kg/cm2 absolutt (15,2 psia) tappet ut fra lagerbeholderen, komprimert i et enkelt trinn til et trykk på 38,64 kg/cm<2> absolutt (55,2 psia) og kondensert, ved dette lave trykk og den tilsvarende temperatur, ved hjelp av et uavhengig kokende sekundært kjølemiddel. Den kondenserte væske ble ført tilbake til lagerbeholderen under avslutning av det konvensj onelle dampkompressj onskretsløp. Den innkommende strøm av en temperatur på 32,22° C. (90° F.) ble først avspent likeledes til et trykk på 38,64 kg/cm<2> absolutt (55,2 psia) på mantelsiden av kondenser-ingsfordamperen. Den resulterende damp ble umiddelbart deretter kondensert ved hjelp av det uavhengige kjølemiddel og dette kondensat ble sammen med gjenvær-ende innkommende væske, begge ved den lavere temperatur og trykk, ført inn i lagerbeholderen. Dampen som dannes når væsken trer inn i lagerbeholderen hvor det hersker et trykk på omkring 1,064 kg/cm<2 >absolutt (15,2 psia) trekkes ut ved hjelp av kompressorene og gjennomløper det foran-beskrevne kretsløp. Mantelsiden av kon-denseringsfordamperen tjener både som kondensator og fordamper. Det kondenserende medium, det uavhengige kokende kjø-lemiddel, inneholdes på rørsiden i konden-seringsf or damper en. Rørsiden tjener også som fordamper for det sekundære kjøle-middel.

I det sekundære kjølesystem iforukes ren propan som kjølemiddel. Damp trekkes ut fra fordamperdelen av kondenserings-fordamperen, komprimeres i et enkelt trinn til omkring 14 kg/cm<2> (200 psia) og kondenseres deretter i en mantel- og rørkon-densator med vann som kondenseringsme-dium. Det kondenserte kjølemiddel tilbake-føres til fordamperen under avslutning av det konvensjonelle sluttede dampkompressj onskretsløp.

Den kombinerte kondensator og fordamper er forsynt med et kjølemiddelutløp på mantelsiden for å fjerne ikkekonden-senbare gasser fra de komprimerte eller av-spente damper.

I de fleste i handelen forekommende flytendegjorte naturgassprodukter inneholder noen lavtkokende komponenter som f. eks. etan. Ved den forutsatte lagringstem-peratur og tilnærmet atmosfærisk trykk må slike gasser bli betraktet som ikke-kondenserbare. I det ovenfor beskrevne kretsløp blir de ikke-kondenserbare gasser i dampblandingen tappet ut fra lagerbeholderen ved hjelp av kompressorene. De kan på enkel og sikker måte tappes ut fra kondensatorfordamperens kondensatorsek-sjon.

Dampkompressjonskretsløpet skaffer en følsom og positiv kontroll av lagerbehol-dertrykket. Lagerbeholderen mottar bare væske med lav temperatur. Prosentdelen damp som resulterer fra den endelige bråfordampning er liten i sammenligning med dampmengden som ville dannes hvis strøm-men ble tappet direkte med en temperatur på 32,22° C. (90° F.) til et lagertrykk på tilnærmet atmosfærisk trykk. Jo mindre den nødvendige dampstrøm er desto mere positiv kontroll får man med de ikkekondenserbare gasser, og de foetydelige be-sparelser i det nødvendige kraftforbruk bi-drar til å øke de betydelige fordeler ved dette kjølesystem av kaskadetypen.

Ved maksimale betingelser av omgiv-elsene krever kjøleanlegget for å opprettholde likevektstilstand i de fire beholdere 28.449 kg (28 long tons). Fyllkompressoren tjener som en ekstra holdekompressor og skaffer således 100 pst. kjølereserve for å opprettholde likevektstilstand. Det med rent propan arbeidende kjølesystem har en kompressor og en kondensator som har tilstrekkelig kapasitet til å holde rørene i kondensatorfordamperen på —15° C.

(5° F.) under maksimale fylle- og vedlike-holdsbetingelser. For å opprettholde kjøl-ingen i dette system kan det være anordnet reservekjøling.

For oppvarmning av det lagrete produkt til 4,44° C. (40° F.) er det anordnet en varmeutveksler mellom damp og produktet slik at produktet kan oppvarmes før det trer ut i fordelingssystemet. Denne varme-utvekslerenhet omfatter en automatisk temperaturregulator og en utløpsfelle.

Foreliggende oppfinnelse har særlig betydning for lagringssystemer med kapa-siteter på fra 1590 til 95.400 m<3> (10,000 til 600.000 barrels); oppfinnelsen kan imidlertid finne anvendelse for anlegg av annen størrelse, for lagring av ammoniakk, Cx—C4 hydrokarboner, spesielt C3 og C, hydrokarboner. For enkelhets skyld' er eks-pansjons ventiler og andre strømningskon-trollinnretninger, forbipassasjer, pumper, separatorer samt instrumenter i forbindelse med oppfinnelsen utelatt på tegningen og i den foranstående beskrivelse. Selv om oppfinnelsen i det følgende er beskrevet i forbindelse med en spesiell utførelsesform for et kjølt lagringsanlegg vil forskjellige modifikasjoner og variasjoner av anlegget være innlysende for en fagmann og kan foretas uten at man forlater oppfinnelsens ramme. Den foranstående beskrivelse skal således tjene til å illustrere oppfinnelsen og ikke oppfattes som noen begrensning av denne.

Claims (1)

1. Kjølt lagringssystem for lagring av et flytendegjort, normalt gassformet materiale, hvilket lagringssystem omfatter en isolert lagerbeholder, et primært kjølesy-stem med anordninger for kompresjon av dampformet materiale som fjernes fra beholderen, et første ledningsnett for transport av dampformet materiale fra beholderen til kompresjonsanordnimgen, anordninger for kjøling og kondensering av det komprimerte dampformede materiale, omfattende en varmeutveksler med en mantelside og en rørside for indirekte varmeutveksling, et annet ledningssystem for transport av det komprimerte dampformede materiale fra kompressoren til en del av mantelsiden i varmeutveksleren, karakterisert ved et sekundært kjølesy-stem omfattende et tredje ledningssystem (28) for tilførsel av et kjølemiddel til rør-siden i den nevnte varmeutveksler, samt et fjerde ledningssystem (11) for tilførsel av materialet, som skal lagres, til mantelsiden i varmeutveksleren (12) for bråfordampning i mantelsiden av materialet som skal lagres, og et femte ledningssystem (13) forbundet med mantelsiden for bortføring av væskeformet materiale fra mantelsiden og føring av dette materiale til lagerbeholderen (10).