NO315248B1 - Anordning ved gassflaske - Google Patents

Description

ANORDNING VED GASSFLASKE

Denne oppfinnelse vedrører en gassflaske for sjøtransport av naturgass ved omgivelsestemperatur og relativt høyt trykk.

Til gasstransport over havstrekninger er det kjent flere løs-ninger. Gassen kan under moderat trykk pumpes gjennom et på havbunnen utlagt rør til mottaksstedet. Slike løsninger krever relativt enkelt og rimelig utstyr ved sende- og mottaksstedet, men kapitalkostnaden ved slik rørlegging kan være meget høy. På større dyp enn 300 m har det tidligere vært vanskelig å legge rør med tilfredsstillende resultat. En an-nen ulempe med rørledninger på havbunnen er at de er vanske-lige å flytte når de først er lagt.

Andre kjente løsninger for gasstransport over havstrekninger baserer seg på anvendelse av skip eller lektere. Mest kjent er den såkalte "Flytende naturgass metoden" (Liguified Natural Gas - LNG). Metoden omfatter nedkjøling av gass til flytende form, hvoretter gassen kan transporteres i skipstan-ker ved atmosfæretrykk. Metoden krever betydelige investe-ringer både ved utskipnings- og mottaksstedet. Fordi gassen må nedkjøles til en relativt lav temperatur, forbrukes opp til en femtedel av gassen til drift av kjøle- og varmeproses-sene. Et slikt energiforbruk bare for de transportrelaterte prosesser er kostbart og dessuten miljømessig betenkelig.

Flere andre skipsbaserte løsninger er foreslått hvor gassen blir trykksatt og/eller nedkjølt for å oppnå en for formålet praktisk gassdensitet. Slike løsninger har fått liten praktisk anvendelse, men en løsning hvor et stort antall verti-kale rørformede trykktanker er plassert i moduler nedsatt i et skips lasterom har fanget betydelig oppmerksomhet. Metoden betegnes "Trykksatt Naturgass" {Pressurised Natural Gas - PNG). I henhold til en slik fremgangsmåte komprimeres gassen ved skipningsstedet til et par hundre bars overtrykk, og fyl-les deretter på de i skipet segbefinnende trykktanker. Ned-kjølingen begrenser seg til en enkel og billig fjerning av kompresjonsvarmen fra gassen, slik at transporttemperaturen blir nær omgivelsestemperaturen. PNG-metodens store ulempe er at gassflaskene, dersom de fremstilles i henhold til kjent teknikk, opptar en for stor andel av fartøyets lasteevne.

NO 170171 omhandler en fluidbeholder som er omsluttet av en armering som er innrettet til å kunne oppta både radielle og aksielle krefter fra et innvendig trykk i beholderen. Den aksielle armering utgjør en for det aktuelle formål unødig tilleggsvekt og kostnad.

US 4588622 beskiver en trykkbeholder hvor det er anordnet en innvendig fiberarmering. Denne form for armering egner seg ikke for anvendelse hvor det er relativt strenge krav til NDT kontroll i beholderens levetid.

DE 3103646 omhandler en deformasjonsformet aluminiumbeholder omfattende krysslag av armeringsmateriale hvor krysslagenes

innbyrdes vinkel fortrinnsvis er 60 grader. Beholderens ende-gavlpartier er forsynt med bølgeformer (15) for at armeringen skal kunne oppta en del av sylinderpartiets aksialspenninger. Utformingen egner seg bare for mindre beholdere og er av sam-me grunn som nevnt ovenfor uegnet for anvendelse som lastbe-holder i skip.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved PNG-metoden for transport av naturgass.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

I en lukket sylinder som utsettes for et innvendig trykk, dannes det strekk-krefter i beholderens aksialretning og langs sylinderveggens omkrets.

For en sylindrisk trykktank gjelder ifølge vanlige bereg-ningsmetoder at materialets spenningskomponent i sylinderens omkretsretning er dobbelt så stor som i sylinderens aksialretning. Det er innlysende at sylinderens veggtykkelse i betydelig grad kan reduseres dersom kraften som virker langs sylinderens omkrets kan opptas av et annet konstruksjonsele-ment enn sylinderveggen. Ved at sylinderveggen omsluttes av et strekksterkt materiale, vil sylinderveggen bare oppta beholderens aksialkrefter samt de relativt lave kompresjons-krefter som dannes mellom det innenforliggende fluidtrykk og det omsluttende strekksterke materiale. Dersom det omsluttende strekksterke materialets egenskaper også omfatter lav egenvekt, er det mulig å redusere trykkbeholdernes samlede vekt slik at fartøyet oppnår en akseptabel lasteevne.

En trykkbeholder ifølge oppfinnelsen omfatter en metallsylin-der# nedenfor benevnt sylinderrør, som er innrettet til å oppta beholderens aksialkrefter, og to endegavler som er innrettet til å oppta alle de forekommende gavelkrefter. Endegavlenes konkave geometri skiller seg ikke vesentlig fra i og for seg kjent teknikk. Sylinderrøret sammen med endegavlene utgjør det trykktette element. Kreftene som virker langs sy-linderrørets omkrets, opptas av et omkring sylinderrøret opp-bygget fibermateriale. Fibermaterialet kan være omspunnet tørt, men vil i en foretrukket utførelsesform være lagt i en matrise av herde- eller termoplast, såkalt komposittmate-riale.

Overgangen mellom sylinderrøret, endegavlen og komposittmate-rialets endeparti utgjør et område med et komplisert spen-ningsmønster. En betydelig del av den forskning som danner bakgrunn for oppfinnelsen omhandler spenningsforholdene i dette området og likeså den geometriske utformning av disse overganger.

Fordi de fleste vanlige armeringsfibermaterialer så som glassfiber, kullfiber og aramidfiber oppviser en lavere elas-tisitetsmodul enn eksempelvis stål, har et fibermateriale større forlengelse enn stål under strekk. Eksempelvis vil trykkbeholderens sylinderrør som er omspunnet med en fiber-forsterkning under innvendig trykk kunne utsettes for krefter som fører til at sylinderrørmaterialets flytegrense overskri-des før fiberforsterkningen deformeres (strekkes) tilstrekke-.lig til at den overtar den forekommende ringlast.

Det er derfor nødvendig å modifisere spenningssituasjonen vedrørende ringspenningene i trykktankens sylindriske parti. Etter at trykktanken i stål er produsert og fiberarmeringen påført, påføres tanken et innvendig trykk av tilstrekkelig størrelse til at trykktankens sylinderrørs flytegrense over-skrides. Rørets omkrets forlenges derved permanent, hvorved en forspenning av den omspunne fiber har funnet sted. I trykkløs tilstand er sylinderrøret i ringretningen utsatt for kompresjon grunnet en sammentrykkende kraft fra den omkransende fiber som er i strekk. Etter hvert som trykktankens innvendige trykk økes, reduseres rørets kompresjon fordi den omkransende fiber strekkes ytterligere. Ved normalt arbeids-trykk er rørveggens kompresjon avlastet, det vil si at alle ringkrefter tas opp av den omkransende fiber, mens røret opptar trykktankens aksialbelastning.

Den geometriske utforming av overgangen mellom rør, endegavl og den omkransende fibers endeparti vil bli forklart i beskrivelsens spesielle del under henvisning til vedføyde tegninger .

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt av et skip hvor en flerhet av trykktanker er anordnet vertikalt; og

r

Fig. 2 viser i snitt en sterkt forkortet trykktank ifølge oppfinnelsen.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en trykktank som kan anvendes for gasstransport i et skip 2 omfattende et metallisk sylinderrør 4, to endegavler 6, 6' og et omspunnet fibermateriale 8. Sylinderrøret 4 og fibermaterialet 8 utgjør et rørparti 10, mens endegavlen 6 og fibermaterialets ende-

parti 12 utgjør et gavlparti 14.

Sylinderrøret 4 er, etter at fibermaterialet 8 er omspunnet, trykkbehandlet for å oppnå et gunstig spenningsmønster slik det er forklart i beskrivelsens generelle del.

I fig. 2 er endegavlene 6 og 6' forbundet til sylinderrøret 4 ved hjelp av en sveiseforbindelser 16, respektive 16'. Det er teknisk/økonomisk gunstig at røret 4 i hele sin lengde har et ensartet tverrsnitt. Fibermaterialets 8 endeparti 12 rager ut over sveiseforbindelsene 16, 16<*>. Den spenningsmessige over-gangssone fra rørpartiet 10, hvor ringspenningene opptas av fibermaterialet 8 til gavlpartiet 14 hvor ringspenningene opptas av metallgavlen 6, henlegges således til gavlsidene av sveiseforbindelsene 16, 16'. Endegavlenes 6, 6' sylindriske parti 18, 18' kan derfor typisk være noe lenger enn ved endegavler 6 av i og for seg kjent utførelse. Et annet særegent trekk ved oppfinnelsen er at det ved gavlenes 6, 6' sylindriske parti 18, 18" er anordnet en relativt stor tverrsnittsforandring. En slik tverrsnittsforandring reflekterer den forandring i spenningstilstand som den omspunne fibers kraft-opptak utøver på det innenforliggende metalliske materiale. Like inntil den omspunne fibers 8 endeparti 12 i snitt a-a, se fig. 2, opptar metalltverrsnittet av endegavlens 6 sylindriske parti 18 trykktankens ring- og aksialkrefter. I snittet b-b, se fig. 2, opptar metalltverrsnittet trykktankens 1 ak-sialkraft, mens den omspunne fiber 8 opptar trykktankens 1 ringkraft.

Fyllig og tømming av trykktanken 1 utføres gjennom et ikke vist rørarrangement som er tettende tilkoplet en åpning 20 i gavlen 6.

En trykktank ifølge oppfinnelsen er særlig velegnet for lang-strakte tanker idet det ikke er nødvendig å anvende langsgå-ende fibre. Tankens relativt lette konstruksjon muliggjør anvendelse av den energieffektive PNG-transportmetode som tidligere av praktiske årsaker ikke har oppnådd særlig stor utbredelse.