NO328739B1

NO328739B1 - Tank for lagring av LNG eller andre kryogene fluider

Info

Publication number: NO328739B1
Application number: NO20044586A
Authority: NO
Inventors: Otto Skovholt; Bjorn Sjetnan; Trond Johansen; Terje Myrhaug; Steinar Johansen
Original assignee: Concryo As
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2010-05-03
Also published as: NO20044586D0; WO2006062411A1; WO2006046874A1; NO20044586L; WO2006046873A1; WO2006046872A1

Abstract

Tank (1) for lagring av LNG eller andre kryogene fluider, omfattende en indre tank (2) med en bunn (2a), en indre sidevegg (2b) som strekker seg oppover til et eventuelt isolerende tak (2f), en ytte tank (3) med en bunn (3a), en ytte sidevegg (3b) som strekker seg oppover rundt den indre tank til nivå over denne, en ytte gasstett kledning (3c) på eller i den ytte sidevegg, og en ytte takkonstruksjon (3d) over den indre tank, isolasjonsmateriale (4) mellom den indre og den ytre tank, og minst en gjennomføring (5) for fylling og tømming. Tanken er særpreget ved at sideveggen (3b) i den ytre tank (3) er støpt i betong som en homogen enhet med tilstrekkelig integrert ringstyrke i en øvre ende slik at den ytte takkonstruksjon (3d) kan anordnes direkte på den ytre sidevegg. Ytterligere tanker er også beskrevet.

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører lagring av LNG, dvs. væskedannet naturgass, og andre kryogene væsker. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen store tanker for lagring av LNG eller andre kryogene væsker.

Kjent teknikk og oppfinnelsens bakgrunn

For å lagre LNG kreves det tanker som tåler driftstemperaturer lavere enn

-161 °C, som er kokepunktet ved atmosfæretrykk for metan, hovedbestanddelen i LNG. Normal driftstemperatur for en LNG-tank er -163 °C.

LNG lagres i dag vanligvis i dobbeltveggede tanker ved atmosfæretrykk. Den indre tank tjener til å holde LNG-innholdet innelukket, mens den ytre tank holder isolasjonsmateriale på plass, beskytter den indre tank og isolasjonen mot påvirkninger utenfra, og gir økt sikkerhet ved lekkasje i den indre tank. For små til middels store tanker er det verken uvanlig med trykktanker eller isolasjon tilveiebrakt ved å anordne vakuum mellom tankveggene, hvilke utforminger er uhensiktsmessige for store tanker fordi veggene må bygges uforholdsmessig kraftige. For å begrense veggtykkelsen er sirkulært tanktverrsnitt mest utbredt. Vanligvis er den ytre tank konstruert for å holde LNG eller gass innelukket dersom lekkasje oppstår i den indre tank, især hvis tanken er plassert et sted med dårlig ventilasjon eller i et befolket område. Tankene kan for import- og eksportterminaler for LNG ha størrelse opp til ca. 160000 m<3>, eller endog 200000 m<3>, hvilket kan medføre en tankdiameter på ca. 70 m og en tankhøyde på ca. 60 m.

For store LNG-tanker benyttes det i hovedsak to typer konstruksjoner. Den første type konstruksjon er en sylindrisk, selvstående tank hvor den indre tank er bygget av egnet stål og den ytre tank er bygget av stål eller forsterket/forspent betong. Den andre type konstruksjon er en membrantank hvor en tynn metallmembran, f.eks. 1,2 mm tykk, installeres inne i en sylindrisk betongstruktur som igjen er bygd enten under eller over bakkenivå. Et isolasjonslag blir plassert mellom metallmembranen av rustfritt stål og den lastbærende betongstruktur.

I patentpublikasjon US 3,319,431, som omhandler en dobbeltvegget kryogenisk tank, er problemene forbundet med temperaturekspansjon beskrevet, hvilke problemer reduseres vesentlig ved at den indre og ytre tank får mer lik termisk ekspansjon, ved at temperaturisolering anordnes utenfor den ytre tank, slik at temperaturen blir mer lik for de to tanker som utgjør dobbeltveggstrukturen.

I patentpublikasjon NO 314814 er det beskrevet en tank for lagring av kryogene fluider, omfattende en tank (11) med et bunnparti (12), et vertikalt veggparti (14) og fortrinnsvis en øvre avgrensning (15), hvilken tank (11) er utstyrt med en fluidtett barriere (26) som hindrer de lagrede fluider å trenge ut av tanken (11), idet nevnte fluidtette barriere (26) fortrinnsvis er dannet av tynne sammenføyde metallplater, hvilken tank er særpreget ved at nevnte vertikale veggparti (14) omfatter en indre strukturelt bærende del (24), en ytre strukturert bærende del (25) og at den fluidtette barriere (26) er anordnet mellom nevnte indre (24) og ytre (25) strukturelt bærende del, hvilke strukturelt bærende veggdeler (24, 25) og den mellomliggende fluidtette barriere (26) sammen utgjør et kompakt, strukturelt integrert og fluidtett veggparti (14). Den indre strukturelt bærende del (24) er fremstilt av multiaksialt spennarmert betong, i likhet med den ytre strukturelt bærende del (25). Den fluidtette barriere (26) er fremstilt av et duktilt materiale, så som Ni-stål. Det vertikale veggparti i tanken danner som nevnt et kompakt, strukturelt integrert og fluidtett veggparti, hvilket blant annet oppnås ved at den nedre ende av det vertikale veggparti er avsluttet av en horisontal metallplate (27) samt en indre (29) og en ytre (28) vertikal stålplate som strekker seg langs den vertikale veggens (14) indre og ytre periferi, hvilke vertikale stålplater (28, 29) er sveiset fast til nevnte horisontale stålplate (27). Således er det ikke mulig å oppnå uavhengig kontraksjon eller ekspansjon av veggelementer i det vertikale veggparti, uten at det oppstår spenninger som virker på de øvrige veggelementer. Dette utgjør et problem som kan føre til oppsprekking ved gjentatt fylling og tømming av en slik tank. Det er behov for en tank uten nevnte problem.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det ovennevnte behov imøtekommes ved at det tilveiebringes en tank for lagring av LNG eller andre kryogene fluider, omfattende

en indre tank med en bunn, en indre sidevegg som strekker seg oppover til et eventuelt isolerende tak,

en ytre tank med en bunn, en ytre sidevegg som strekker seg oppover rundt den indre tank til nivå over denne, en ytre gasstett kledning på eller i den ytre sidevegg, og en ytre takkonstruksjon over den indre tank,

isolasjonsmateriale mellom den indre og den ytre tank, og

minst én gjennomføring for fylling og tømming,

særpreget ved at

den indre tank har sidevegger som består av en indre betongvegg, et mellomliggende lavtemperaturduktilt tett sjikt og en ytre forspent betongvegg, hvor sideveggene under drift opptrer som én enhet, men hvor den indre sidevegg kan kontraktere fritt under nedkjøling og den ytre sidevegg kan ekspandere fritt ved økt temperatur, idet nevnte sidevegger er fritt opplagret og den ytre sidevegg er avpassende forspent.

Med oppfinnelsen tilveiebringes det også en mer generell tank for lagring av LNG eller andre kryogene fluider, omfattende sidevegger som strekker seg oppover og består av en indre betongvegg, et mellomliggende lavtemperaturduktilt tett sjikt og en ytre forspent betongvegg, særpreget ved at sideveggene under drift opptrer som én enhet, men hvor den indre betongvegg kan kontraktere fritt under nedkjøling og den ytre forspente betongvegg kan ekspandere fritt ved økt temperatur, idet den indre betongvegg med det mellomliggende lavtemperaturduktile tette sjikt anordnet derpå, og den ytre forspente betongvegg, er fritt opplagret i en øvre og en nedre ende. Med tanker for kryogene fluider menes det tanker designet til å kunne lagre fluider ved -40°C eller kaldere, eller mer generelt tanker som utsettes for store temperaturvariasjoner slik at den innledningsvis nevnte problemstilling er relevant.

Således unngås de innledningsvis nevnte problemer med oppsprekking.

Tankens sidevegger i betong er fordelaktig glidestøpt, for å minimalisere kostnad og byggetid.

Tanken omfatter fordelaktig minst én jordskjelvstøtte mellom den ytre og den indre sidevegg, for å øke sikkerheten mot lekkasje.

Tegninger

Oppfinnelsen illustreres med tre tegninger, hvorav

Figur 1 illustrerer en tank ifølge den foreliggende oppfinnelse, hvor halve tanken er vist i snitt, Figur 2 illustrerer overgangen mellom innertank, tak og yttertank, for tanken illustrert på Figur 1, og Figur 3 illustrerer overgangen mellom sidevegg og bunn for tanken illustrert på

Figur 1.

Detaljert beskrivelse

Det henvises til Figur 1 hvor en tank 1 ifølge oppfinnelsen for lagring av LNG eller andre kryogene fluider er illustrert. Tanken 1 omfatter en indre tank 2 med en bunn 2a, indre sidevegger 2b som strekker seg oppover og består av en indre betongvegg 2c, et mellomliggende lavtemperaturduktilt tett metallsjikt 2d, en ytre forspent betongvegg 2e, og et isolerende tak 2f.

Videre omfatter tanken 1 en ytre tank 3 med en bunn 3a, en ytre sidevegg 3b som strekker seg oppover rundt den indre tank 2 til nivå over denne, en ytre gasstett stålkledning 3c på innsiden av den ytre sidevegg, og en ytre takkonstruksjon 3d over den indre tank. Mellom den indre tank 2 og den ytre tank 3 er det anordnet isolasjonsmateriale 4. Videre er det anordnet minst én gjennomføring 5 for fylling og tømming, hvilken ikke er illustrert i detalj, men består av import-, eksportrør, pumper og kabler. Ved gjennomføringen er det i tillegg innretninger for adkomst av personell.

Tankens sidevegg 3b i den ytre tank 3 er støpt i betong som én homogen enhet, fortrinnsvis uten skjøter, med tilstrekkelig ringstyrke i en øvre ende slik at den ytre takkonstruksjon 3d kan anordnes direkte på den ytre sidevegg. Sideveggen 3b i den ytre tank 3 er fordelaktig utformet med utvidet veggtykkelse i den øvre ende, og fordelaktig også i en nedre ende således at tilstrekkelig ringstivhet til å motstå antatte påkjenninger ved jordskjelv oppnås.

Den utvidede veggtykkelse, med resulterende økt ringstivhet og ringstyrke i den øvre ende og den nedre ende av sideveggen 3b i den ytre tank 3, kan ses tydelig på Figur 1. Det henvises imidlertid til Figur 2, hvor det tydeligere fremgår hvorledes den øvre ende av den ytre sidevegg 3b er utformet med utvidet veggtykkelse i den øvre ende, slik at den ytre takkonstruksjon 3d kan anordnes direkte på den ytre sidevegg. Tilsvarende utvidede veggtykkelse og økt ringstivhet finnes også i den nedre ende av sideveggen 3b. Sideveggene strekker seg oppover fra bunnpartienes periferi, typisk vertikalt, men de kan være anordnet på skrå. Med begrepet at den ytre takkonstruksjon kan anordnes direkte på den ytre sidevegg, menes det at det ikke er nødvendig med ytterligere konstruksjonsmessige anordninger for å kunne bygge det ytre tak direkte på den ytre sidevegg. Dette betyr helt konkret at det ikke er en forsterkende ringbjelke i den øvre ende av den ytre sidevegg. Således spares et betydelig arbeid og en betydelig kostnad.

Med tanken ifølge den foreliggende oppfinnelse blir sidevegger i betong 2c, 2e, 3b fortrinnsvis glidestøpt. Glidestøping er fordelaktig ved at tiden for støping kan reduseres betydelig i forhold til støping med klatreforskaling.

Tanken ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter fortrinnsvis minst én jordskjelvstøtte 6 mellom den ytre og den indre sidevegg. Jordskjelvstøtter er illustrert på

Figurene 1, 2 og 3. Jordskjelvstøttene blir fordelaktig anordnet som to sett av jordskjelvstøtter, med seks jordskjelvstøtter i hvert sett, idet ett sett av jordskjelvstøtter er anordnet ved et lavtliggende nivå og ett sett ved et høyere nivå, slik det fremgår av Figur 1. Jordskjelvstøttene inneholder fordelaktig bek som i varm tilstand er helt inn i et mellomrom mellom sideveggene og er størknet støttende etter fylling av den indre tank. Beken kan smeltes for å tømmes ut, dersom dette skulle være aktuelt. Således finnes rør for fylling anordnet, og fordelaktig en innretning for smelting, slik som varmekabler, samt et rør for tømming av beken. Selve jordskjelvstøtten kan fordelaktig konstrueres som en trekonstruksjon som anordnes mellom den indre og den ytre sidevegg, med innretninger for fylling og eventuelt innretninger for smelting av beken og tømming.

Det henvises videre til Figur 3 hvor et snitt av tankens nedre del er illustrert, ved overgang mellom bunn og sidevegger. Nærmere bestemt illustreres bunnen 2a i den indre tank og bunnen 3a i den ytre tank, hvilke begge er fremstilt av lavtemperaturduktilt metall. Det fremgår videre hvorledes mellomrommet mellom bunnlagene er lagdelt med to sjikt av isolerende blokker, 7a, 7b, idet små blokker, fortrinnsvis av isolerende betong, er anordnet i et øvre sjikt 7a, og større blokker 7b, fortrinnsvis av isolerende betong, er anordnet i et nedre sjikt, med overliggende, mellomliggende og underliggende glidesjikt 8, fortrinnsvis glidesjikt av glatt kryssfinér. Hensikten med nevnte fordelaktige konstruksjon er å tillate temperaturindusert ekspansjon og kompresjon, uten spenningsdannelser og oppsprekking. Videre er det illustrert en støttering 9 og en opplagsring 10, idet opplagsringen 10 er anordnet under den indre sidevegg og er fremstilt av trykksterk perlittbetong. Ved detalj B er det illustrert hvorledes bunnen i den ytre tank og den gasstette kledning i form av lavtemperaturduktil metallkledning på innsiden av den ytre tanks sidevegg, er utformet med en avrundet overgang mellom nevnte elementer, og et ettergivende materiale 3g, eksempelvis mineralull, er anordnet på innsiden av overgangen, innfestingen av det lavtemperaturduktile metall mot underlaget nær overgangen er glatt, og overgangen befinner seg i hovedsak på utsiden av isolasjonen på den relativt varme side av tankveggen, slik at overgangen kan motstå tøyning uten oppsprekking. Ved lekkasje av LNG til den ytre tank vil overgangen kontraktere inn mot det ettergivende materiale slik at utilbørlig spenningsoppbygning unngås.

Tanken ifølge den foreliggende oppfinnelse har fordelaktig en indre veggkonstruksjon som er temmelig lik veggkonstruksjonen for tanken ifølge NO 314814, imidlertid er den indre veggkonstruksjon ikke sammenføyd som én integrert enhet, slik at det unngås uheldig spenningsoppbygging og oppsprekking ved nedkjøling/fylling og tømming, da det forekommer store temperaturendringer. Den indre del av den indre vegg kan trekke seg sammen ved fylling, slik at uheldig spenningsdannelse unngås. Ved full tank eller tom tank opptrer imidlertid den indre veggkonstruksjon som én integrert enhet, idet den ytre del av den indre sidevegg er avpassende forspent.

På Figur 3 er det illustrert i nærmere detalj hvorledes overgangen mellom bunn og indre sidevegg fordelaktig er anordnet. Nærmere bestemt fremgår det hvorledes den indre tank har sidevegger som under drift opptrer som én enhet, men hvor den indre vertikale sidevegg 2c kan kontraktere fritt under fylling og den ytre vertikale sidevegg 2e i den indre tank kan ekspandere fritt ved økt temperatur, idet nedre ende av den indre betongvegg 2c og nedre ende av den ytre forspente betongvegg 2e begge er utrustet med teflonbelagte fotplater 11 som kan gli fritt på en underliggende teflonbelagt plate 12 anordnet på opplagsringen 10. Teflon kan erstattes med andre midler som gir lav friksjon, eksempelvis molybdendisulfidbaserte belegg. Tilsvarende arrangement finnes fordelaktig også i den øvre ende av sideveggen i den indre tank, hvilket fremgår av Fig. 2. Overgangen mellom den indre bunn 2a og fotplaten på den indre betongvegg 2c inneholder en torus 13 som kan oppta temperaturindusert tøyning.

Både fotplatene 11 og den underliggende teflonbelagte plate 12, er fordelaktig fremstilt av lavtemperaturduktilt stål, fortrinnsvis av høyfast type.

Claims

1. Tank (1) for lagring av LNG eller andre kryogene fluider, omfattende en indre tank (2) med en bunn (2a), en indre sidevegg (2b) som strekker seg oppover til et eventuelt isolerende tak (2f), en ytre tank (3) med en bunn (3 a), en ytre sidevegg (3b) som strekker seg oppover rundt den indre tank til nivå over denne, en ytre gasstett kledning (3 c) på eller i den ytre sidevegg, og en ytre takkonstruksjon (3d) over den indre tank, isolasjonsmateriale (4) mellom den indre og den ytre tank, og minst én gjennomføring (5) for fylling og tømming, karakterisert ved at den indre tank har sidevegger (2b) som består av en indre betongvegg (2c), et mellomliggende lavtemperaturduktilt tett sjikt (2d) og en ytre forspent betongvegg (2e), hvor sideveggene under drift opptrer som én enhet, men hvor den indre sidevegg (2c) kan kontraktere fritt under nedkjøling og den ytre sidevegg (2e) kan ekspandere fritt ved økt temperatur, idet nevnte sidevegger er fritt opplagret og den ytre sidevegg (2e) er avpassende forspent.

2. Tank (1) for lagring av LNG eller andre kryogene fluider, omfattende sidevegger (2b) som strekker seg oppover og består av en indre betongvegg (2c), et mellomliggende lavtemperaturduktilt tett sjikt (2d) og en ytre forspent betongvegg (2e), karakterisert ved at sideveggene under drift opptrer som én enhet, men hvor den indre betongvegg (2c) kan kontraktere fritt under nedkjøling og den ytre forspente betongvegg kan ekspandere fritt ved økt temperatur, idet den indre betongvegg (2c) med det mellomliggende lavtemperaturduktile tette sjikt (2d) anordnet derpå, og den ytre forspente betongvegg (2e), er fritt opplagret i en øvre og en nedre ende.

3. Tank ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter en fotplate (11) under den indre betongvegg (2c) og en fotplate (11) under den forspente betongvegg (2e), en underliggende plate (12) under fotplatene, hvilke plater (11, 12) er fremstilt av lavtemperaturduktil stål.

4. Tank ifølge krav 3, karakterisert ved at et glatt belegg er anordnet på fotplatene (11) og den underliggende plate (12).