NO161845B - Sumpbroenn for underjordisk rom for lagring av flytendegjort gass under trykk. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et underjordiske lagringsanlegg for flytendegjort gass under trykk, ved omgivelsestemperatur, hvilken gass i væskefasen har en egenvekt som er mindre enn vannets og ikke kan blande seg med vann, hvor den flytende gass lagres i et hulrom som er dannet if*jell som gjennomtrenges av vann, idet det hydrostatiske trykk i nærheten av hulrommet benyttes til å balansere gasskondensasjonstrykket, hvilket hulrom omfatter en sumpbrønn for oppsamling og uttrekning av vann som siver inn i hulrommet fra det omgivende fjell, og hvor det er anordnet midler for å fylle i det minste ett av betjenings-rørene med vann til en høyde som er tilstrekkelig til å sikre hydrostatisk likevekt med trykket i hulrommet.

For å lagre noen flytendegjorte gasser under trykk, er det vanlig praksis å trekke fordel av de hydrauliske egenskaper til et fjellparti som er plassert under grunn-vannsnivået. Undergrunnshulrom utgraves i slike områder eller det benyttes hulrom som allerede eksisterer, f.eks. i en forlatt gruve, og disse fylles deretter med de fluida som skal lagres. Avhengig av det enkelte tilfelle velges dybden av hulrommet eller trykket av det lagrede medium slik at porevannet i det omgivende fjell hele tiden strøm-mer inn i lagringshulrommene. En fremgangsmåte for å oppnå slike forhold er beskrevet i britisk patentsøknad nr. 2 067 276. På denne måte kan det lagrede fluid ikke unnslippe fra hulrommene ved å sive inn i det omgivende fjell, slik at man automatisk unngår lekkasje.

Porevannet som trenger inn i hulrommet samler seg ved dettes nedre del. De flytendegjorte gasser det her er tale om har lavere densitet enn vann og er ikke blandbare med dette. Hulrommet inneholder således tre over hverandre liggende faser: Ved bunnen en vannfase, over vannet en flytendegjort gassfase og over væskeoverflaten en gassfase som fyller toppen av hulrommet. Gassen er i likevekt med væsken, og trykket er likevektstrykket mellom væske og damp ved den herskende temperatur (vanligvis ca. 15°C).

Lageret benyttes ved å fjerne eller innføre flytende produkt, hvorved væske-gass-likevektsflaten forskyves. Grenseflaten for vann-væskefasen bibeholdes på et hoved-sakelig konstant nivå, dvs. den bibeholdes mellom to nivåer som ligger meget nær hverandre, idet vannpumper settes i drift så snart vannet når et bestemt øvre nivå, og stanser når grenseflaten vann-væske går tilbake til et bestemt lavere nivå.

Slike hulrom har en bunn som omfatter en tømmebrønn eller sump. Som angitt i US-PS nr. 3 505 821, vil de tyn-gre bestanddeler av de lagrede fluida samle seg i sumpen. Dette skjer lettere når hulrommets bunn heller svakt mot sumpen. Toppnivået av vannet innstilles her slik at det alltid forblir i tømmebrønnen. Denne forholdsregel gjør det lettere å overvåke dette nivå fordi brønnens tverrsnitt er mindre enn hulrommets tverrsnitt og fordi en gitt vannmengde derfor tilsvarer en lettere registrerbar forandring i dette nivå. Sugeåpningen for det lagrede fluid er også plassert i sumpen, men under normale driftsforhold forblir denne over vannivået.

Tegningenes fig. 1 viser et skjematisk vertikalsnitt av en vanlig utførelse av et lagringsanlegg av den ovennevnte type. For å gjøre forklaringen enkel, skal det antas at det lagrede produkt er butan. Det vil imidlertid forstås at produktet vil kunne være enhver annen gass som går over i væskeform under trykk, hvis egenvekt i væskeform ligger under vannets, og som, i væskeform, ikke blander seg med vann .

Et hulrom 1 har en bunn 3 som skråner svakt mot en sumpbrønn 2. Fire kanaler for driften er vist skjematisk, nemlig et rør 5 for uttapping av flytende butan, et rør 6 for utpumpning av vann, et rør 7 for avløp av gasser, som munner ut ved toppen av hulrommet, og et rør 8 for inn-føring av flytende butan. Sugeåpningen 61 for vann er anbragt nær bunnen av brønnen og pumpen(e) styres slik at vannnivået vedlikeholdes mellom to faste nivåer, nemlig et øvre nivå Ns og et nedre nivå Ni. Dette er helt vanlig. Sugeåpningen 51 for butan er plasert på en bestemt dybde h under toppen av brønnen, men over det øvre vannivå Ns.

For å redusere brannrisikoen eller for å forhindre at lagret fluid i å unnslippe hulrommet i tilfelle skade på f.eks. uttapningsrøret 5, er det f.eks. fra US-PS

nr. 3 089 309 kjent en spesielt effektiv fremgangsmåte. Denne består i først å la vannivået stige i hulrommet inn-til det når sumpens topp. Eventuelt kan en ytterligere vannmengde innføres utenfra (f.eks. gjennom uttapnings-røret) dersom porevannet siver for langsomt inn i hulrommet til at nivået kan nå toppen av sumpen tilstrekkelig raskt. Deretter åpnes uttapningsrøret til atmosfæren. Lagringstrykket bevirker automatisk at vannet stiger i det åpnede rør. Forutsatt at det i utgangspunktet befinner seg tilstrekkelig vann over uttapningsåpningen 51 vil vannet til slutt stabilisere seg i røret slik at den tilsvarende vann-søyle balanserer lagringstrykket. Dersom man antar at den endelige søylehøyde er H og rørets tverrsnitt er s, kan ovennevnte betingelse uttrykkes slik:

Her er S sumpens tverrsnitt. Man vil finne et for-bedret arrangement for å danne vannsøylen i US-PS nr. 3 084 515. Imidlertid forblir det benyttede prinsipp det samme. Det fører til lukning av uttapningsrøret. Denne type lukning kan også oppnås for andre betjeningskanaler og er dessuten av interesse når lagringsanordningen skal tas ut av bruk for lengre tid, men ikke ødelegges eller skades.

Sikkerhet oppnås således på bekostning av økning av brønnens dybde, noe som krever utgravning til større dybde samt lengre rør. M.a.o. oppnås sikkerhet på bekostning av ytterligere utgifter, i forhold til om butansugeåpningen 51 var plassert på nivå med bunnen 3. Den ekstra dybde kan reduseres ved å øke tverrsnittsarealet S av brønnen. Dessuten er det ønskelig at vannet pumpes fra et sted hvor brønnen har begrenset tverrsnitt, f.eks. for å få tilstrekkelig nøyaktig informasjon om vannivåendringer i hulrommet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å rydde de ovennevnte motsetningsforhold av veien.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et lagringsanlegg av den ovennevnte type, som erkarakterisert veden sumpbrønn som utgjøres av to partier med forskjellig tverrsnittsareal, det ene over den andre, idet det øvre parti har stort tverrsnittsareal og det nedre har lite tverrsnittsareal. Åpningen for et rør som skal fylles er anbragt i -nærheten av overgangen mellom de to partier.

Således kan det øvre parti motta en tilstrekkelig mengde vann til å fylle et rør opp til høyden H, hvilket er tilstrekkelig til å sikre hydrostatisk likevekt med trykket inne i hulrommet. Dybden h<1>av det øvre parti med stort areal S' må fremdeles tilfredsstille forholdet:

Dybden av brønnen blir således redusert, mens samme masse-volum må graves ut og man oppnår samme nøyaktige informasjon om vannivået.

Et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor

fig. 1 viser et skjematisk vertikalsnitt gjennom et konvensjonelt lagringshulrom, og

fig. 2 viser et lignende skjematisk vertikalsnitt gjennom et lagringshulrom ifølge oppfinnelsen.

På figurene har like elementer fått samme betegnelser .

Sumpbrønnen 2 i et hulrom ifølge oppfinnelsen (se

fig. 2) består av et øvre parti 9 med stort areal S' og et nedre parti 10 med mindre areal s. Det nedre parti 10 har samme dybde som det tilsvarende parti av brønnen på fig. 1, som strekker seg nedenfor sugeåpningen 51. Imidlertid er dets høyde h' ovenfor sugeåpningen redusert. Material-mengden som må graves ut for å fremstille brønnen er u-forandret sammenlignet med brønnen på fig. 1, mens dybden er redusert. Utgravning blir således meget lettere og lengden av vannpumperørene er redusert.

Denne anordning medfører ikke nye ulemper eller vanskeligheter, men medfører fordelen ved reduserte installasjonsomkostninger.

Det er bemerkelsesverdig at hulrom av den type som er vist på fig. 1 har vært konstruert i nærmere ti år uten at man har tilveiebragt et reservevolum med øket tverrsnittsareal over butansugeåpningen, hvilket turde vise at dette ikke-har vært innlysende.

Claims (1)

1. Linder jordisk lagringsanlegg for f lytendeg jort gass under trykk, ved omgivelsestemperatur, hvilken gass i væskefasen har en egenvekt som er mindre enn vannets og ikke kan blande seg med vann, hvor den flytende gass lagres i et hulrom (1) som er dannet i fjell som gjennomtrenges av vann, idet det hydrostatiske trykk i nærheten av hulrommet benyttes til å balansere gasskondensasjonstrykket, hvilket hulrom omfacter en sumpbrønn (2) for oppsamling og uttrekning av vann som siver inn i hulrommet fra det omgivende fjell, og hvor det er anordnet midler for å fylle i det minste ett av betjeningsrørene (5 - 8) med vann til en høyde som er tilstrekkelig til å sikre hydrostatisk likevekt med trykket i hulromme .,karakterisertved at sumpbrønnen består av to partier (9, 10) med forskjellig tverrsnittsareal, det ene over det annet, idet det øvre parti (9) har større areal enn det nedre parti (10), og at åpningen (51) for et rør (5) som skal fylles med vann er anbragt i nærheten av grenseflaten mellom de to partier.