NO329009B1 - Sylindertank for transport og lagring av nedkjolt, flytende gass pa en flytende enhet - Google Patents

Abstract

En tankkonstruksjon for transport og lagring av nedkjølt, flytende gass, hvor tanken (1) er tilpasset for plassering inne i skroget til en flytende enhet (2), idet tanken (1) omfatter indre hudplater (3) som er anordnet som en sylinder med vertikal akse, og hudplater (4, 5) i tankens topp og bunn. På hudplatene (3, 4, 5) er det innvendig i tanken påsveiset et sett med horisontalt og vertikalt forløpende rammer (11, 12) og horisontalt forløpende stivere (10) i den hensikt å bidra til å oppta innvendige belastninger og til å redusere væskebevegelser i tanken (1) når flyteenheten (2) beveger seg.

Description

Oppfinnelsen angår en tankkonstruksjon for transport og lagring av nedkjølt, flytende gass, hvor tanken tilpasset for plassering inne i skroget til en flytende enhet, idet tanken omfatter indre hudplater som er anordnet som en sylinder med vertikal akse, og hudplater i tankens topp og bunn. En flyteenhet i form av en sylinderformet plattform av den aktuelle type er eksempelvis beskrevet i norsk patentskrift nr. 319 971. Et annet relevant eksempel på en tankkonstruksjon for transport og lagring av nedkjølt, flytende gass, og hvor tanken er anordnet som en sylinder, er fremstilt i US 3863408 Al

Dagens teknologi for transport og lagring av nedkjølt, flytende gass er i hovedsak basert på tre ulike konstruksjonsutfonninger. Med utgangspunkt i tanker anordnet i et skip kan disse tre konstruksjonstyper kort beskrives som følger: • Kuletanker bygget av aluminium. Tankene er selvbærende og er opplagret i skipsskroget på et "magnetbelte". • Membrantanker som består av tynne plater av rustfritt stål som ligger an mot en isolasjon. Stålplatene i denne konstruksjon bidrar ikke som styrkeelement, men bare som tetning mot gass. De tynne stålplatene er arrangert med en viss korrugering for å ta opp deformasjoner som skyldes temperaturvariasjoner. I membrantanker vil det oftest være to membranlag da det er en viss fare for punktering av de tynne membranplatene. • Selvbærende "konvensjonelle" tanker. Dette er tanker som kan bygges av rustfritt stål eller aluminium. Konseptet er basert på at det bygges frittstående, selvbærende tanker som plasseres i rom/tanker i skipsskroget.

Ved tankanlegg på land er det to hovedtyper som benyttes:

• Tanker som ligger nedgrad i bakken, sylindriske eller med annen form.

• Tanker bygget som en kort vertikal sylinder der innvendig trykk bæres av ringspenninger i sylinderen. Tankene har flat bunn og ofte et buet tak med sfærisk form.

For alle de aktuelle utforminger er tankene isolert på utsiden av platene som danner selve tanken. Isolasjonen må være tilstrekkelig for å holde gass lagret på temperaturer ned mot -170 °C uten at det er for stor varmegjennomgang. Dette er viktig for å redusere avdamping og for å hindre at omliggende strukturer får for lave temperaturer. Tanken må også ha en utvendig barriere eller et oppsaml ingsarrangement for å fange opp eventuelle lekkasjer.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en tankkonstruksjon som er egnet for bygging av store tanker som kan plasseres inne i skroget til en sylinderformet flyteenhet, f.eks. med en diameter på rundt 80 m og en høyde på 30-40 m (ca. 200 000 m<3>).

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en slik tankkonstruksjon som er forsynt med en indre avstivning som er egnet til å oppta krefter fra innvendig trykk, å oppta sidekrefter som skyldes bevegelser av flyteenheten, og å redusere væskebevegelser i tanken når flyteenheten beveger seg.

Ovennevnte formål oppnås med en tankkonstruksjon av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det på hudplatene innvendig i tanken er påsveiset et sett med rammer og stivere i den hensikt å bidra til oppta innvendige belastninger og til å redusere væskebevegelser i tanken når flyteenheten beveger seg.

En fordelaktig utførelse av tankkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at rammene danner et rutemønster i den sylindriske del av tanken, idet de er anordnet både i vertikal og horisontal retning.

Det er videre fordelaktig at stiverne er anordnet som horisontalt forløpende ringstivere som er understøttet av de vertikale rammer.

De horisontale rammer og ringstiverne vil i den sirkulære del av tanken bidra til å bære ringspenninger sammen med hudplatene. Dette gjør det mulig å bygge store tanker med platetykkelser som ikke blir for store. Kreftene som skal tas opp fordeles mellom stiverne, rammene og platene. Rammene i den øvre del av tanken kan utformes med tilstrekkelig styrke til at de kan bære takkonstruksjonen i tanken.

Ett av hovedproblemene ved dagens LNG-tanker i skip er problemer knyttet til væskebevegelse og væskeslag (sloshing) i LNG-tankene. Dette gjelder spesielt ved tanker som bare er delvis fylt opp, noe som vil være situasjonen i lengre perioder ved produksjon av LNG. Væskeslag vil i en åpen tank gi store lokale trykkrefter. Dette kan lett gi skader både på tankkonstruksjonen og på underliggende isolasjonsmateriale. I den foreslåtte konstruksjon vil arrangementet med stivere og rammer hindre at det oppstår væskebevegelser som resulterer i væskeslag med høye trykk. Også effekter som roterende væskebevegelse (swirling) vil bli betydelig redusert av de vertikale rammene.

Sylindertanken vil langs sidene og i den øvre del være isolert med et egnet materiale. I disse områder er det ikke noe behov for isolasjonsmateriale som skal overføre laster fra tanken og over i hovedskroget. Under bunnen av tanken vil det bli isolert med et isolasjonsmateriale som har tilstrekkelig styrke til å overføre trykkreftene fra bunnplatene over i bunnkonstruksjonen i hovedskroget.

Indre trykk fra væske i tanken vil i bunnplatene bli overført direkte til underlaget. Det vil derfor ikke være behov for å lage avstivinger på bunnplatene for å øke styrken i platene. Rammer og stivere i bunnen vil imidlertid bli arrangert for å redusere væskebevegelsen når det er lite fylling i tankene.

De sylindriske sideplater vil få ringspenninger på grunn av væsketrykk. Ved store diametre vil dette stille store krav til tykkelsen på platene i sylinderen. For å redusere platetykkelsen i sylinderen er det som nevnt anordnet horisontale ringstivere som bidrar til å bære ringspenningene. I tillegg er det anordnet et sett med rammer både i vertikal (aksial) og horisontal ringretning (tangentielt). Hensikten med rammene er delvis å danne understøttelse for de horisontale stivere som er opplagret i de vertikale rammer, delvis for å gi en understøttelse for å kunne overføre horisontale krefter fra sylindertanken og over i det ytre skrog, og delvis for å gi en effektiv dempning av bølgebevegelser som kan oppstå i en tank som er i bevegelse. Stiverne vil også effektivt redusere effekten av væskeslag (sloshing) i tankene. Ved uavstivede plane flater kan væskeslag gi svært høye lokale laster.

Når flyteenheten utsettes for bølger som kan gi sidebevegelser eller krengning (rulling eller stamping), vil det oppstå sidekrefter i tanken. Sidekrefter vil også komme som et resultat av krengning som skyldes for eksempel skader i ballasttanker e.l. Begge disse lastsituasjoner må det tas høyde for ved konstruksjon av de sylindriske tanker. For å ta opp sidekreftene er det arrangert anleggspunkter mellom den indre sylindertank og det ytre hovedskroget i flyteenheten. Anleggspunktene vil bli plassert i krysningspunktene mellom vertikale og horisontale rammer.

Den øvre del av tanken (taket) er utsatt for et mindre væsketrykk, men kan få tilleggslaster som skyldes bølger i tanken. Denne øvre del av tanken vil fortrinnsvis bli bygget som en selvbærende takkonstruksjon der innvendige rammer sammen med hudplatene danner en konstruksjon med tilstrekkelig styrke. Alternativt kan den henges opp i dekkstrukturen i hovedskroget.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et aksialt snittriss av en tank i følge oppfinnelsen som er plassert i et sylinderformet skrog av en flyteenhet,

fig. 2 viser et horisontalt snitt etter linjen II-II på fig. 1,

fig. 3 viser detaljer av den indre avstivning i tanken på fig. 1,

fig. 4 viser et utsnitt av tanken på fig. 1 i perspektiv,

fig. 5 viser detaljen A på fig. 3 i forstørret målestokk,

fig. 6 viser detaljen B på fig. 3 i forstørret målestokk,

fig. 7 viser et forstørret snitt gjennom tankveggen og viser utvendig isolasjon og en støtteblokk som er anbrakt mellom tankveggen og flyteenhetens ytre skrog,

fig. 8 viser et forstørret delsnitt gjennom en sekundær barriere i forbindelse med isolasjon under tankens bunn,

fig. 9 viser et snitt gjennom en struktur for overføring av horisontale krefter fra tanken til en dobbeltbunn av flyteenheten i hvilken tanken er anbrakt,

fig. 10 viser et aksialt snittriss av en tank ifølge oppfinnelsen hvor bunntanker for LPG etc. er anordnet under tanken,

fig. 11 viser et snitt etter linjen Xl-XI på fig. 10,

fig. 12 viser et aksialt snittriss av en tank ifølge oppfinnelsen som er forsynt med sidetanker for LPG etc, og

fig. 13 viser et snitt etter linjen XIII-XIII på fig. 12.

På fig. 1-4 er det vist en sirkulærsylindrisk tank 1 ifølge oppfinnelsen som er plassert inne i skroget til en flyteenhet som i den viste utførelse er i form av en sylinderformet plattform 2. Selv om oppfinnelsen vil bli beskrevet i forbindelse med en sylinderformet plattform, vil det være klart at tanken også kan benyttes om bord i et skip, f.eks. en LNG-tanker.

Tanken 1 omfatter indre hudplater 3 som danner en sylinder med vertikal akse A-A, og hudplater 4 og 5 i henholdsvis toppen og bunnen av tanken. Hudplatene 3 og 4 i den sylindriske tankvegg og i toppen av tanken ligger an mot en ytre isolasjon 6 hhv. 7. Tanken 1 står på et isolert fundament 8 som hviler på en dobbeltbunn 9 i plattformen.

I overensstemmelse med oppfinnelsen er tanken 1 forsynt med en innvendig forsterkning ved at det på hudplatene er påsveiset et sett med horisontalt forløpende ringstivere 10 og et sett med horisontalt og vertikalt forløpende rammer 11 hhv. 12. Slik som foran nevnt, er hensikten med de horisontale ringstivere 10 å bidra til å bære ringspenninger i tankveggen, mens hensikten med rammene er delvis å danne understøttelse for ringstiverne 10 som er opplagret i de vertikale rammer 12, og delvis å gi understøttelse for å kunne overføre horisontale krefter fra sylindertanken og over i det ytre plattformskrog. Ringstiverne vil også gi en effektiv reduksjon og delvis eliminering av lokale trykk som skyldes væskeslag (sloshing). De horisontale rammer i ringretningen vil effektivt redusere dannelse av bølger i tanken, og de vertikale rammer vil redusere risikoen for å få roterende bølger i tanken (swirling).

For å oppta opptredende sidekrefter i tanken, er det anordnet anleggspunkter mellom sylindertanken 1 og det ytre hovedskrog av flyteenheten 2. Disse anleggspunkter er på tegningene vist som støtteblokker 13 som er plassert i krysningspunkter mellom horisontale og vertikale rammer 11 hhv. 12.

Detaljene A og B på fig. 3 er vist i større målestokk på fig. 5 og 6.

Slik det fremgår av fig. 5, er de horisontale ringstivere 10 som er fastsveiset til hudplatene 3 opplagret i slisser i de vertikale rammer 12. Slik som antydet på figuren, er rammene forsynt med en indre kantflens 14 som har tilstrekkelig bredde til å motstå forventede krefter. På figuren er det videre vist en struktur 15 som strekker seg gjennom isolasjonen 6 mellom de horisontale rammer 11 og støtteblokkene 13, for overføring av belastninger i radial retning til støtteblokkene som ligger an mot plattformens 2 skrog.

Fig. 7 er et skjematisk perspektivriss som viser et utsnitt av tankveggen, og som stort sett svarer til fig. 5. Fig. 8 viser et forstørret delsnitt av et nedre hjørneområde av tanken og det underliggende fundament 8. Isolasjonsmaterialet i fundamentet omfatter to lag mellom hvilke det er anbrakt en platekonstruksjon 16 som utgjør en sekundær barriere som kan fange opp LNG fra en eventuell lekkasje i hovedtanken. Denne plate må ha en utstrekning som sikrer at enhver lekkasje fra hovedtanken vil bli oppfanget. Fig. 9 viser en struktur for overføring av horisontale krefter fra LNG-tanken til dobbeltbunnen 9 i plattformen 2. Strukturen omfatter en forsterkning 17 som er innsveiset i bunnen av tanken og en forsterkning 18 for opptakelse av horisontale krefter og som er innsveiset i dobbeltbunnen, og dessuten ett eller flere overføringselementer 19 som danner en anleggsflate mellom de nevnte forsterkninger og er dannet av et isolerende materiale, f.eks. tre.

Strukturen er et alternativ til å overføre opptredende sidekrefter via de foran-nevnte støtteblokker 13 som ligger an mot siden av plattformen. Dette er krefter som oppstår som følge av horisontale akselerasjoner eller fra krengning av plattformen.

Ved produksjon av gass vil det ofte være flere ulike produkter som produseres. Det vanlige er at det i tillegg til produksjon av LNG også produseres kondensat og LPG (Liquefied Petroleum Gas). LPG er tyngre gassfraksjoner som kan lagres ved høyere temperatur enn LNG, f.eks. propan og butan.

På fig. 10-13 er det vist to utførelser av tankkonstruksjonen der tanker for kondensat og LPG er inntegnet som en del av arrangementet i det store indre sylindervolum i plattformen 2. Således viser fig. 10 og 11 en utførelse der bunntanker 20 for LPG/kondensat er plassert under hovedtanken 1 for LNG, over det understøttende fundament 8. Videre viser fig. 12 og 13 en utførelse der et antall sidetanker 21 for LPG/kondensat er anordnet inne i hovedtanken 1, rundt dennes omkrets. Kondensattanker har ikke behov for nedkjøling, og de kan derfor med fordel plasseres i den ytre del av plattformskroget.

Claims (8)

1. Tankkonstruksjon for transport og lagring av nedkjølt, flytende gass, hvor tanken (1) er tilpasset for plassering inne i skroget til en flytende enhet (2), idet tanken (1) omfatter indre hudplater (3) som er anordnet som en sylinder med vertikal akse, og hudplater (4, 5) i tankens topp og bunn, hvor det på hudplatene (3, 4, 5) innvendig i tanken er påsveiset et sett med rammer (11, 12) og stivere (10) som opptar innvendige belastninger og reduserer væskebevegelser i tanken (1) når flyteenheten (2) beveger seg, karakterisert ved at det i det sentrale område av tankens (1) bunn er anordnet en forsterkningsstruktur (17) for overføring av horisontale krefter fra tanken (1) til en struktur (18) i sentrum av flyteenhetens (2) skrog via ett eller flere overføringselementer (1) av et isolerende materiale.

2. Tankkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at rammene (11, 12) danner et rutemønster i den sylindriske del av tanken (1), idet de er anordnet både i vertikal og horisontal retning.

3. Tankkonstruksjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at stiverne (10) er anordnet som horisontalt forløpende ringstivere som er understøttet av de vertikale rammer (12).

4. Tankkonstruksjon ifølge krav 3, karakterisert ved at stiverne (10) er opplagret i horisontale slisser i de vertikale rammer (12).

5. Tankkonstruksjon ifølge ett av kravene 2-4, karakterisert ved at rammene (11, 12) er forsynt med en forsterkende, indre kantflens (14).

6. Tankkonstruksjon ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom sylindertankens (1) yttervegg og flyteenhetens (2) ytre hovedskrog er anordnet et antall støtteblokker (13) for opptakelse av sidekrefter i tanken.

7. Tankkonstruksjon ifølge krav 6, karakterisert ved at støtteblokkene (13) er anbrakt i krysningspunkter mellom vertikale (12) og horisontale (11) rammer.

8. Tankkonstruksjon ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at tanker (20, 21) for opptakelse av LPG/kondensat er plassert under hovedtanken (1) og/eller langs innsiden av hovedtanken.