NO331791B1

NO331791B1 - Anordning for lagring av gass under trykk

Info

Publication number: NO331791B1
Application number: NO20090942A
Authority: NO
Inventors: Leif Kare Gronstad; Jan Schelling; Sandra Nilsen; Bjornar Werswick; Torgeir Nakken; Odd Stale Tveit
Original assignee: Nel Hydrogen As
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2012-04-02
Also published as: NO20090942L; WO2010107317A1; US20120132656A1; CA2754340A1; CN102667300A; JP2012519810A; EA201171101A1; EP2404102A1; KR20110134423A

Abstract

En anordning for lagring av gass under trykk innbefattende en indre sylindrisk trykkbeholder (1), hvilken trykkbeholder (1) innbefatter rørforbindelse (7). l henhold til den foreliggende oppfinnelse er anordningen kjennetegnet ved at den indre sylindriske trykkbeholderen (1) er anordnet inne i en ytre beholder (3), idet et i det vesentlige annulært rom (2) dannes mellom den indre trykkbeholderen (1) og den ytre beholderen (3), hvilket annulære rom (2) mellom den indre trykkbeholderen (1) og den ytre beholderen (3) er fylt med et fluid, og hvor den ytre beholderen (3) videre innbefatter luftingsmidler (5) i eller i nærheten av det høyeste punktet (4,6) av den ytre beholderen (3).

Description

Anordning for lagring av gass under trykk

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en lagringsanordning/et lagringssystem for lagring av gass under trykk. Anordningen er spesielt egnet for lagring av komprimert gass for hydrogen og kan kobles til et hydrogenbrenselpåfyllingssystem. Oppfinnelsen kan også benyttes for andre gasser, slik som hydrokarbonforbindelser som vanligvis lagres for industrielle formål, for brenselpåfylling hos kjøretøy eller for oppvarmings-formål.

Gassformet hydrogen lagres typisk i trykksatte sylindriske tanker (trykkbeholdere) av ulike størrelser. Disse sylindrene er enten laget av stål eller består av komposittmateriale innbefattende en gasstett foring (typisk metall eller plast) og en fiberomvikling. En lagringsinstallasjon består typisk av flere individuelle beholdere, som er sammenkoblet med gassrør (gasstilførselsrør så vel som gassutslippsrør). Beholderne er typisk anordnet i et rektangulært mønster og understøttet av en metallramme som holder beholderne i posisjon i forhold til hverandre og understøtter hele bunten eller stabelen med beholdere. Aksene til beholderne er orientert enten horisontalt (i én eller flere stabler) eller vertikalt (i én eller flere bunter).

En lagringsinstallasjon er typisk plassert utendørs på eller over bakkenivå, noen ganger rommet i en lett stålkonstruksjon eller i en mer solid betongkonstruksjon. Alternativt kan installasjonen være nedgravd i jorden under bakkenivå, som tilveiebringer forbedret beskyttelse fra ytre påvirkninger slik som stråling fra nærliggende branner eller skade forårsaket av eksplosjoner. Plassering av tankene i bakken kan være plassbesparende, spesielt i urbane områder (dvs. påfyllingsstasjoner). Dette alternativet blir knapt nok benyttet ettersom det gjør inspeksjon av beholderne og forbindelsesrør svært vanskelig og krever kostbare midler for å forhindre korrosjon (slik som for eksempel belegging av den ytre tankoverflaten og/eller installasjon av en offeranode for katodisk beskyttelse).

Lekkasjedetektering, spesielt i kombinasjon med utildekkede utendørsinstallasjoner, er en stor utfordring ettersom små lekkasjer raskt blir oppløst og er vanskelig å lokalisere. Andre kjente undergrunnsinstallasjoner vil tillate gasslekkasjer å trenge ukontrollert gjennom toppen av bassenget og således medføre en iboende fare og gjøre lekkasjedeteksjon vanskeligere.

For å overvinne problemene relatert til inspeksjon av nedgravde beholdere samtidig som sikkerhetsegenskapene opprettholdes, har et system for lagring av flytende eller gass-formede hydrogenforbindelser blitt foreslått i NL-C-1001796. Beholderne er nedsenket i et basseng fylt med en væske, for eksempel vann. Beholderne blir således beskyttet fra ytre påvirkninger slik som branner og eksplosjoner samtidig som beholderen enkelt kan inspiseres ved å senke vannivået i bassenget. Valgfritt kan toppen av bassenget være dekket med tre-, stål- eller betongelementer.

Nevnte system gjør imidlertid gasslekkasjedeteksjon vanskelig. Systemet vil tillate gasslekkasjer å trenge ukontrollert gjennom toppen av bassenget og således innebære en iboende fare for udetekterte eksplosive gassblandinger.

WO 2006/088378 Al, innlevert av foreliggende søker, beskriver et anlegg innbefattende i det minste et basseng fylt med en væske, én eller flere trykkbeholdere anordnet i bassenget for lagring av gassen inkludert sammenkoblingsrør og forbindelser til et gasstilførsels- og et gassutslippsnettverk, et forankringssystem for understøttelse av beholderne, et deksel med en skråstilt overflate på undersiden 6 for å dekke bassenget som vil føre enhver gasslekkasje som oppstår i bassenget mot og gjennom en lufteåpning, og minst ett gassdeteksjonsutstyr anordnet i lufteåpningen.

WO 2006/088378 Al tilveiebringer et anlegg for lagring av gass under trykk som tillater enkel deteksjon av svært små gasslekkasjer som forbedrer sikkerheten til anleg-get utover det tidligere beskrevne undergrunnslagirngssystemet, som krever mindre areal eller konvensjonell installasjon ettersom mesteparten av dekkarealet kan benyttes for andre formål, og som vil føre til en jevnere lagringstemperatur for gassen.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe ytterligere forbedrede teknikker for lagring av gass, spesielt med hensyn til sikkerhet, tidlig lekkasjedeteksjon, kostnadsbesparelser og forenklet vedlikehold.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse oppnås disse og andre formål med en gass-lagringsanordning/et gasslagringssystem i henhold til karakteristikken i det selvstendige krav 1. Ytterligere fordelaktige utførelsesformer og trekk er beskrevet i de uselvstendige krav.

Gasslagringssystemet i henhold til den foreliggende oppfinnelse innbefatter en tank-i-tankkonfigurasjon hvor en indre tank er anordnet for å holde gassen og hvor en ytre tank er anordnet for å tilveiebringe et fluidfylt ringrom. Denne konfigurasjonen tilveiebringer et antall fordeler i forhold til løsningen tilveiebrakt i WO 2006/088378 Al: • den ytre tank og det fluidfylte ringrommet tilveiebringer ytterligere sikkerhetsbarri erer, • væskevolumet som kreves minimaliseres (lavere kostnad, forbedret temperatur-styring, redusert miljørisiko),

• tilgjengelighet for inspeksjon og vedlikehold er ytterligere forbedret,

• totallager oppdelt i mindre delmoduler forbedrer sikkerhet,

• modulkonstruksjon tillater større fleksibilitet samtidig som det benyttes standardiserte konstruksjonselementer.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives ved hjelp av eksempel og med hen-visning til de medfølgende tegninger, i hvilke: Fig. 1 er et planriss som illustrerer en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2a er et planriss som illustrerer en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, innbefattende en "kul", Fig. 2b er et planriss som illustrerer en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, innbefattende et vinklet arrangement, Fig. 2c er et planriss som illustrerer en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, innbefattende et stående arrangement,

Fig. 3 er et planriss som illustrerer en knippeutførelsesform, og

Ved nå å henvise til fig. 1, rommes en trykktank 1 innenfor en omkranset tank 3 i en tank-i-tankkonfigurasjon. Et annulært eller omkransende rom 2 er tilveiebrakt mellom trykktanken 1 og den omkransede tanken 3, og dette annulære eller omkransende rommet 2 er fylt med et egnet fluid. Fluidet kan være vann, glykol, eller et hvilket som helst annet egnet fluid med passende egenskaper, slik som inerthet, stabilitet, evne til å absorbere gass etc. Fluidet kan også være tilveiebrakt med passende forbindelser eller tilsetninger som tillater fluidet å endre farge, øke eller minske sin konduktivitet eller andre egenskaper som eventuelt kan bidra som et gassdeteksjonsmiddel ved detektering av gasslekkasjer.

Ettersom bare ringrommet eller rommet 2 mellom den indre og ytre tanken i henhold til den foreliggende oppfinnelse er fylt med fluid, kan kontakt mellom unnslippende antennbar gass og luft eller noen annen gass, bare skje i et forhåndsbestemt luftingsom-råde 4 som kan være utstyrt med et luftingsrør 5 og gassdeteksjonsmidler. Dette reduserer i stor grad faren for udetekterte eksplosive gassblandinger, og gjør det enkelt å lokalisere en lekkende beholder i konfigurasjoner innbefattende to eller flere individuelle tanker.

Hver tank innbefatter et koblingsstykke 7 som forløper fra trykktanken 1, gjennom det omkransende rom 2 og den omkransende tank 3. Dette koblingsstykket 7 benyttes for å fylle tanken med trykkgass og deretter for å tappe av gass i henhold til behovet.

Denne tank-i-tankkonfigurasjonen beskytter effektivt hver lagringsbeholder fra ytre påvirkninger slik som stråling fra nærliggende branner, støt fra ytre eksplosjoner eller kollisjoner som involverer kjøretøy og/eller andre bevegelige gjenstander.

I henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse er én eller flere individuelle tanker og/eller knipper med tanker, hvor hver individuelle tank innbefatter en tank-i-tankkonfigurasjon, lokalisert i en undergrunnsinstallasjon. I tilfelle en eksplosjon eller akselerasjon av gassinneholdende utstyr grunnet skyvkraften forårsaket av en stor lekkasje, blir graden av skade på nære bygninger, utstyr og mennesker svært redusert sammenlignet med en installasjon over bakken ettersom det horisontale støtet blir undertrykket av lagringsromveggene og de omkransende jordmasser. Arealet som kreves for et gitt gasslagringsvolum blir svært redusert sammenlignet med installasjoner over bakken.

Et ytterligere trekk ved den foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelsen av et gassamlerom/punkt og luftingssystem innenfor ringrommet mellom de indre og ytre tanker til tank-i-tankkonfigurasjonen. Den rommede gassen vil være lettere enn fluidet som rommet i ringrommet mellom tankene, og i tilfellet en lekkasje vil den unnslippende gassen vandre til det høyeste punktet 4 inne i ringrommet. Ved enten å tilveiebringe en "kul" eller et samlekammer 6 ganske nær dette høyeste punktet 4 inne i rommet 2 til en horisontalt posisjonert tank (fig. 2a), vil det å helle tanken noe (fig. 2b) med en vinkel B, eller til og med å heve tanken til en stående posisjon (fig. 2c), føre til at lekkende gass vil vandre gjennom fluidet og samle seg i dette høyeste punktet 4. Hvis tanken er anordnet i horisontal posisjon, kan samlekammeret 6 være anordnet hvor som helst i nærheten av toppen av den omkransende tanken 3. Et luftingsarrangement 5 er tilveiebrakt ved dette gassamlepunktet 4, fortrinnsvis i kombinasjon med en gass-eteksjonsinnretning tilveiebrakt et eller annet sted langs luftingsarrangementet 5. Ved å tilveiebringe en gassdeteksjonsinnretning (ikke vist) for hver individuelle tank eller et knippe 8, 9 med tanker, kan en lekkasje detekteres raskt og enkelt, slik at beskyttende tiltak kan implementeres bare med hensyn til den individuelle tanken eller knippe med tanker uten å måtte stenge av alle tanker som er lagret i et lagringsanlegg, for eksempel i et undergrunnslagringsanlegg.

I henhold til en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse kan et indre eller ytre varmevekslermiddel (ikke vist) være tilveiebrakt for å styre temperaturen til fluidet i ringrommet 2, som kan benyttes for effektivt å senke gasstemperaturen, som dermed tillater kortere brenselpåfyllingstider etc. Et "indre" varmevekslermiddel innebærer at varmevekslermidlet er tilveiebrakt et eller annet sted innenfor den individuelle tanken, eller eventuelt på utsiden, mens en "ytre" viser til varmevekslermidler som er fjernere posisjonert i forhold til den individuelle tanken eller de individuelle tanker. I noen app-likasjoner som involverer bruk av mer enn én individuell tank eller et knippe 8, 9 med tanker, vil det være en klar fordel å være i stand til å styre temperaturen til hver tank eller hvert knippe 8, 9 individuelt.

I henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse kan fluidet tilveiebrakt i ringrommet eller det omkransende rom 2 mellom trykktanken 1 og den omkransende tanken 3 bestå av en gass. Denne gassen kan være inert, for eksempel N2. Denne utførelsesformen vil kreve bruk av en semipermeabel membran (ikke vist) eller lignende anordnet nær det høyeste punktet 4, "kulen" og/eller samlekammeret 6, idet membranen utgjør en grense mellom den inerte gassen og det høyeste punktet 4, "kulen" og/eller samlekammeret 6. Membranen kan velges i henhold til dens evne til å blokkere den inerte gassen, for eksempel N2, fra å trenge gjennom membranen i én retning og blokkere O2og andre luftgasser i den andre retning, samtidig som den lekkende lagrede trykkgassen tillates å gå gjennom membranen. Et deteksjonsmiddel vil detektere de økte nivåer av den lekkende lagrede trykkgassen straks den har trengt gjennom membranen og nådd det høyeste punktet 4, "kulen" og/eller samlekammeret 6.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan to eller flere individuelle tanker være

gruppert og koblet sammen, som dermed danner et knippe 8, 9, se fig. 3, hvor de individuelle tanker bibeholder individuelle luftings- 5 og deteksjonssystemer, eller alternativt at knippet 8, 9 med tanker danner en individuell enhet med et felles luftings- 5 og detek-sjonssystem, se fig. 4.1 dette tilfellet blir koblingsstykkene 7 brakt sammen og sammenkoblet, idet fylling og avtapping utføres for knippet 8, 9 som en helhet, og som fungerer som én større tank. Én fordel med denne konfigurasjonen er at en større lagringskapasitet kan oppnås ved hjelp av lignende modulenheter, som unngår behovet for multiple produksjonsledninger, varierende produksjonsmetoder etc. Dette muliggjør konstruksjon av tilstrekkelig stor lagringskapasitet, samtidig som det allikevel sikres at lekkasjer i én av de individuelle tanker eller knippe 8, 9 med tanker enkelt kan detekteres. Dette trekket er viktig både med hensyn til sikkerhet og vedlikehold, ettersom det underletter lokalisering av lekkasjene. Straks lekkasjene er lokalisert, kan den lekkende tanken eller knippet 8, 9 med tanker isoleres og repareres, mens resten av tankene i det felles lagringsanlegget fremdeles kan utføre sin normale funksjon. Dette eliminerer eller reduserer dødtid og underletter vedlikehold og reparasjon.

Knippet 8 med tanker vist i fig. 3 innbefatter et antall individuelle tank-i-tankenheter som er gruppert sammen og danner en større lagringstank. Luftings- 5 og deteksjons-systemene er anordnet individuelt for hver individuelle tank, mens koblingsstykkene 7 er sammenkoblet. Hvis en lekkasje detekteres i én av de individuelle tanker, kan den lekkende tanken isoleres og fjernes uten å påvirke funksjonaliteten til det gjenværende knippet med tanker. Så snart det passer seg, kan den lekkende tanken skiftes ut med en fullt funksjonell tank, og dermed gjenopprette full lagringskapasitet.

Claims

1. Anordning for lagring av gass under trykk innbefattende en indre sylindrisk trykkbeholder (1), hvilken trykkbeholder (1) innbefatter en rørforbindelse (7), der den indre sylindriske trykkbeholderen (1) er anordnet inne i en ytre beholder (3) og hvor den ytre beholderen (3) videre innbefatter luftingsmidler (5) ved eller i nærheten av det høyeste punktet (4, 6) av den ytre beholderen (3), karakterisert vedat et i det vesentlige annulært rom (2) dannes mellom den indre trykkbeholderen (1) og den ytre beholderen (3), der det annulære rommet (2) mellom den indre trykkbeholderen (1) og den ytre beholderen (3) er fylt med et fluid, og der den ytre beholderen (3) videre omfatter deteksjonsmidler enten i eller i nærheten av det høyeste punktet (4, 6) av den ytre beholderen (3), eller i forbindelse med luftingsmidlene (5).

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat anordningen innbefatter ytre eller indre varmevekslermidler.

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat anordningen innbefatter et gassamlekammer (6) i eller i nærheten av det høyeste punktet (4) av den ytre beholderen (3).

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat anordningen er posisjonert i en vinkel (B) i forhold til horisontalplanet.

5. Anordning i henhold til krav 4, karakterisert vedat vinkelen (B) er mellom 0-90°.

6. Anordning i henhold til krav 5, karakterisert vedat vinkelen (B) er mellom 1-25°.

7. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert vedat anordningen er posisjonert i en stående posisjon, dvs. med en vinkel (B) på 90° i forhold til horisontalplanet.

8. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den er anordnet sammen med én eller flere andre lignende anordninger, og dermed danner et knippe (8, 9), idet rørkob-lingen (7) til hver anordning er koblet enten parallelt, i serie eller en kombinasjon derav, mens hver anordning bibeholder individuelle luftings- (5) og/eller deteksjonsmidler.

9. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat fluidet innbefatter en væske.

10. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat fluidet innbefatter en gass.

11. Anordning i henhold til krav 10, karakterisert vedat en semipermeabel membran eller lignende er anordnet nær det høyeste punktet (4) og/eller samlekammeret (6), hvilken membran utgjør en grense mellom den inerte gassen og det høyeste punktet (4) og/eller samlekammeret (6).

12. Anordning i henhold til krav 11, karakterisert vedat membranen er valgt i henhold til sin evne til å blokkere fluidet fra å trenge gjennom membranen i én retning og blokkere O2og andre luftgasser i den andre retning, samtidig som den lekkende lagrede trykkgassen tillates å gå gjennom membranen.

13. Anordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den er posisjonert på et sted i eller under bakken, for eksempel i et underjordisk lagringsanlegg