NO310699B1 - Lagringstank for kryogene vaesker, og fremgangsmate ved bruk av en slik lagringstank - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en lagringstank for kryogene væsker, særlig flytendegjorte gasser, så som LNG, omfattende en innertank og en yttertank hvor i det minste innertanken er laget av betong, og et mellom tankenes sidevegger og bunner anordnet mellomrom for opptakelse av et varmeisolerende materiale.

En lagringstank av ovennevnte type er kjent fra NO 138 042. Denne tank omfatter en innvendig beholder av betong som er armert med et kaldseigt materiale, hvor beholderen på sin innerside er forsynt med en væske- og gasstett foring som består av et strøk av et kuldebestandig klebemiddel, og en elastisk folie som er påklebet på det stivnede strøk. Ved denne kjente løsning er således tettheten av den innvendige betongbeholder sikret ved hjelp av den nevnte, spesielle foring.

Når det gjelder store tanker for lagring av kryogene væsker, dvs. tanker på flere tusen m<3>, har i prinsipp tre konstrusjonstyper vært vanlige på markedet.

Den første, såkalte konvensjonelle type omfatter en selvbærende innertank av Ni-stål som hviler i en "seng" av isolasjonsmateriale, gjerne skumglass i bunnen, perlitt i veggene og med glassvatt på et "lett", opphengt innertak. Som yttertank benyttes en betongtank med en tynn karbonstålforing på innsiden.

Den andre type omfatter en tank med korrugerte tynnplater i Ni-stål eller aluminium, hvor hvert "plateelement" er festet på midten og krympingen av materialet ved nedkjøling besørges av korrugeringen. De korrugerte metallplater er festet til finérplater som igjen er fastlimt til polyuretanskum. Disse seksjoner er på sin side festet til en betongtank med en karbonstålforing.

Den tredje hovedtype er den såkalte kuletank, dvs. en kuleformet tank som ligger "fritt opplagret" i en ring, omtrent som et egg i et eggeglass, slik at både ringen og kula kan krympe og ekspandere fritt. Tanken er selvbærende og er vanligvis fremstilt av aluminium. For store tanker - med en diameter på ca. 40 m - vil godstykkelsen bli stor, dvs. flere cm. Tanken er isolert med skallformede polyuretanplater som er limt til tankveggen.

En felles egenskap for ovennevnte tankløsninger er behovet for en langsom nedkjøling for å forhindre lokale spenningskonsentrasjoner. Ved første gangs fylling krever således disse løsninger en nedkjølingsperiode på ca. 3 måneder.

Et fellestrekk ved ovennevnte løsninger er videre at teknologien er meget pålitelig, men at kostnadene er betydelige. Ved bygging av LNG-fabrikker med de nødvendige tankanlegg med tanker av ovennevnte type vil således kostnadene ved selve tankanleggene utgjøre en vesentlig del av totalkostnadene. Disse høye kostnader gjør seg generelt gjeldende ved omsetning av naturgass som LNG, idet kjøperne av LNG må bygge og ha til rådighet anlegg for mottak og lagring av gassen. Kostnadene ved tankanleggene, og særlig ved mottaksanleggene, er derfor en av de mest vesentlige begrensninger for en betydelig ekspansjon av verdens LNG-omsetning. Det er derfor et generelt gjeldende ved omsetning av naturgass som LNG, idet kjøperne av LNG må bygge og ha til rådighet anlegg for mottak og lagring av gassen. Kostnadene ved tankanleggene, og særlig ved mottaksanleggene, er derfor en av de mest vesentlige begrensninger for en betydelig ekspansjon av verdens LNG-omsetning. Det er derfor et behov - og et antatt stort marked - for en kostnadseffektiv tankløsning eller en løsning som er vesentlig billigere enn dagens alternativer for kryogene væsker, og spesielt for

LNG.

Det skal bemerkes at det fra JP-A-59065669 og JP-A-59208297 er kjent å benytte spennkabler for forspenning av lagringstanker av betong. Ved å forspenne tanken oppnås at betongmaterialet i tanken ikke vil bli utsatt for strekkspenninger. Disse publikasjoner viser imidlertid ikke en lagringstank av den innledningsvis angitte type.

Det er således et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en lagringstank av den aktuelle type som har en enkel og forholdsvis billig konstruksjon, og som samtidig muliggjør effektiv overvåking og pålitelig drift.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebrakt en lagringstank av den mnledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at innertanken består av gasstett betong i hvilken det, som i og for seg kjent, er anordnet spennkabler for forspenning av tanken, og som kan etterspennes ved nedkjøling av tanken, og at det i betongmaterialet i innertanken også er innstøpt kjølerør for forhåndsnedkjøling av tanken.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte ved bruk av en lagringstank for kryogene væsker, hvor tanken omfatter en innertank og en yttertank hvor i det minste innertanken er laget av betong, og et mellom tankene anordnet mellomrom for opptakelse av isolasjonsmateriale, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at det i innertankens betongmateriale, som i og for seg kjent, er anordnet spennkabler som ved nedkjøling av tanken etterspennes i takt med den synkende temperatur, og det i innertankens betongmateriale også er innstøpt kjølerør, at tanken nedkjøles gradvis og kontrollert til en ønsket, lav temperatur ved ledning av et kjølefluid gjennom kjølerørene, under samtidig etterspenning av spennkablene.

Ved hjelp av løsningen ifølge oppfinnelsen trenger ikke innertanken å ha noen spesiell, tettende innerkleclning, idet det forutsettes at betongflaten kan være i direkte kontakt med den aktuelle kryogene væske, så som LNG.

Ved at innertanken er forsynt med spennkabler for forspenning av denne, oppnås som nevnt at betongmaterialet i tanken ikke vil bli utsatt for strekkspenninger, men hele tiden kan holdes under trykkspenning. Ved at spennkablene kan etterspennes i takt med den synkende temperatur, sikres at spenningsnivået i tanken hele tiden er slik at tanken er tilnærmet fri for sprekker.

Ved hjelp av kjølerørene som er innstøpt i betongmaterialet i innertanken, muliggjøres nedkjøling til arbeidstemperatur før brennbar naturgass fylles på tanken. Ved sprekker med en sporgass, før selve påfyllingen av tanken starter. Når flytendegjort naturgass påfylles, vil bare spennkablene bli utsatt for spenninger, da betongen allerede er forspent. Således oppnås en sikker måte for utførelse av tankpåfyllingen.

Ved at tanken kan forspennes og klargjøres for å motta naturgassen ved en lav temperatur, vil påfyllingSfasen ta kortere tid enn vanlig, noe som innebærer en klar økonomisk fordel.

I en fordelaktig utførelse er innertanken glidbart opplagret på søyler av isolerende betong, så som trykksterk skumbetong. Dette sikrer mot lokale strekkspenninger i bunnen, og er dessuten vesentlig for oppnåelse av en "fritt opplagret" innertank.

Ifølge en annen fordelaktig utførelse er det på innertankens ytterside anordnet et deksel for oppfanging av eventuelle mindre lekkasjer fra tankens indre. Slike lekkasjer kan da fanges opp og føres tilbake til tanken. Gassen i mellomrommet mellom dekselet og innertankens ytterside kan sirkuleres slik at eventuelle lekkasjer enkelt kan avdekkes/detekteres.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. I viser et langsgående, sentralt snittriss av en lagringstank ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et tverrsnittsriss av innertanken, sett ovenfra, og fig. 3 viser et utsnitt av tankkonstruksjonen på fig. 1, i forstørret målestokk.

Den på fig. 1 viste tankkonstruksjon omfatter en innertank 1 og en yttertank 2 som begge er fremstilt av spennbetong, og et mellom tankenes sidevegger og bunner anordnet mellomrom 3 som er vist å være fylt av et varmeisolerende materiale 4, så som perlitt eller Leca (ekspandert leire). Innertanken 1 er fremstilt av såkalt gasstett betong, og i betongmaterialet er det innstøpt spennkabler 5, slik som nærmere vist og beskrevet i forbindelse med fig. 3. Innertanken er i det minste understøttet av en ring av søyler 6 av isolerende betong, slik som også nærmere beskrevet i forbindelse med fig. 3. Videre er innertanken dekket av et lokk som er vist å bestå av et flatt tak 7, f.eks. av aluminium, som er opphengt i en konvensjonell betongkuppel 8 på yttertanken 2. På takets overside er det anbrakt et isolerende lag 9 av f.eks. glassvatt/steinull.

Innertanken 1, eller væsketanken, er vist å være delvis fylt av en kryogen væske, eksempelvis flytende naturgass (LNG) med en temperatur på -162 °C.

Fig. 2 viser et tverrsnitt av innertanken 1. Tanken er i denne utførelse vist å være sylindrisk, hvilket vanligvis vil være den byggeteknisk og kostnadsmessig enkleste konstruksjon. Det vil imidlertid være klart at oppfinnelsen kan tilpasses til enhver hensiktsmessig tankutforming. I utførelsen på fig. 2 er endene av de på fig. 3 viste spennkabler på passende måte ført ut av innertanken 1 i forbindelse med "spennblokker" 11, slik at betongen eller hele tankkonstruksjonen kan etterspennes i takt med synkende temperatur, slik som foran omtalt.

Slik det fremgår av fig. 3, er det i betongmaterialet i innertanken 1 innstøpt spennkabler 5 som er forspent eller kan forspennes og etterspennes slik at den krymping som oppstår ved nedkjøling, ikke medfører sprekkdannelser i betongen. For-

målet er å oppnå en tank som er tilstrekkelig tett. For å forhindre lekkasje av betydning, må spennkablene legges tilstrekkelig tett både i bunnen og veggene av tanken, slik at alle viktige områder av tanken vil være utsatt for tilstrekkelig stor trykkspenning.

Som foran nevnt, er innertanken i den viste utførelse understøttet, og nærmere bestemt glidende opplagret, på blant annet en ring av søyler 6 av isolerende betong, f.eks. trykksterk skumbetong. For oppnåelse av den ønskede opplagring er et glidemateriale anordnet mellom innertanken og søylene, i det viste tilfelle mot hverandre anliggende metallplater 12 som er innstøpt i tankbunnen og på toppen av søylene. Som et alternativ til søyler kunne det være anordnet en ytre ring.

På innertankens ytterside er det anordnet et deksel 13 for oppfanging av eventuelle lekkasjer fra tankens indre. I mellomrommet 14 mellom dekselet 13 og innertankens ytterside kan det sirkulere en gass for lekkasjekontroll, f.eks. N2 når det dreier seg om en tank for LNG.

Avstanden mellom sideveggene av inner- og yttertanken, og mellom disses bunner, må være så stor, f.eks. 1-2 m, at man oppnår tilstrekkelig isolasjon, og dessuten tilstrekkelig plass eller adkomstmulighet i forbindelse med etterspenning av innertanken ved nedkjølingen. Derved oppnås den vesentlige fordel at isolasjon kan ifylles i mellomrommet mellom inner- og yttertanken først etter at innertankens ytterside har oppnådd en meget lav temperatur, kanskje ned mot -100 °C, slik at spenningene i innertanken kan overvåkes, tettheten kontrolleres og spennkablene ettertrekkes før isolasjonen innføres.

Som vist på fig. 3, er det i betongmaterialet i innertanken 1 også innstøpt kjølerør 15 (bare to rør er vist) som forløper parallelt med spennkablene 5. Dette muliggjør at hele tanken kan nedkjøles til riktig driftstemperatur allerede før innføring av f.eks. LNG, f.eks. med flytende nitrogen med en temperatur på -192 °C. Dermed har man full kontroll med krympingen, med henblikk på eventuelle riss og sprekkutvikling. Tanken kan lekkasjetestes ved -192 °C med sporgass eller annet. Man oppnår dermed fullt ut kontrollerbar funksjonalitet før brennbar naturgass innføres.

Når det gjelder yttertanken 2, bør også denne være tett for å hindre inntrengning av fuktighet og eventuell lekkasje av gass ut av tankkonstruksjonen. Også yttertanken bygges derfor hensiktsmessig av gasstett betong. Inntrengning av fuktighet hindres for å unngå islag inne i isolasjonen eller mot veggen av innertanken. Porevolumet i isolasjonen kan hensiktsmessig være fylt av nitrogen som sirkuleres og tørkes til et meget lavt duggpunkt.

I spesielle tilfeller kan yttertanken og dennes yttertak utgjøres av et utsprengt hulrom i en fjellformasjon.

Hele betongkonstruksjonen kan plasseres på land, eller flytende eller på en sjøbunn som en slags plattform. På land kan konstruksjonen enten bygges over bakken eller senkes ned i terrenget. Ved "nedsenket" løsning kan yttertanken bygges som en slissevegg i jord, men ellers slik som beskrevet foran. For å unngå frysing av ømfintlige jordarter kan yttertanken forsynes med elektriske varmekabler på samme måte som i tidligere kjente løsninger.

Claims (5)

1. Lagringstank for kryogene væsker, særlig flytendegjorte gasser, så som LNG, omfattende en innertank (1) og en yttertank (2) hvor i det minste innertanken er laget av betong, og et mellom tankenes (1,2) sidevegger og bunner anordnet mellomrom (3) for opptakelse av et varmeisolerende materiale (4), karakterisert ved at innertanken (1) består av gasstett betong i hvilken det, som i og for seg kjent, er anordnet spennkabler (5) for forspenning av tanken, og som kan etterspennes ved nedkjøling av tanken, og at det i betongmaterialet i innertanken (1) også er innstøpt kjølerør (15) for forhåndsnedkjøling av tanken.

2. Lagringstank ifølge krav 1, karakterisert ved at innertanken (1) er glidbart opplagret på søyler (6) av isolerende betong.

3. Lagringstank ifølge krav 2, karakterisert ved at glidbare opplagring omfatter metallplater (12) som er innstøpt i betongen i tankbunnen og på toppen av søylene (6).

4. Lagringstank ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at betongen i søylene (6) er fremstilt av trykksterk skumbetong.

5. Fremgangsmåte ved bruk av en lagringstank for kryogene væsker, hvor tanken omfatter en innertank (1) og en yttertank (2) hvor i det minste innertanken er laget av betong, og et mellom tankene anordnet mellomrom (3) for opptakelse av isolasjonsmateriale (4), karakterisert ved at det i innertankens (1) betongmateriale, som i og for seg kjent, er anordnet spennkabler (5) som ved nedkjøling av tanken etterspennes i takt med den synkende temperatur, og det i inntertankens (1) betongmateriale også er innstøpt kjølerør (15), at tanken nedkjøles gradvis og kontrollert til en ønsket, lav temperatur ved ledning av et kjølefluid gjennom kjølerørene (15), under samtidig etterspenning av spennkablene (5), og at mellomrommet (3) mellom inner- og yttertanken fylles med isolasjonsmateriale (4) først etter at innertankens (1) ytterside har oppnådd den ønskede, lave temperatur.