NO333678B1

NO333678B1 - Underground cavity installation for storing liquid natural gas or other fluid and a method for leak detection and pressure relief of evaporated fluid in a subsurface storage

Info

Publication number: NO333678B1
Application number: NO20052322A
Authority: NO
Inventors: Staffan Swedenborg; James Evans; Lars-Olof Dahlstrom
Original assignee: Ncc Ab
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2013-08-05
Also published as: AU2002368397A1; WO2004048232A1; NO20052322D0; NO20052322L

Abstract

Det omtales en undergrunnshulromsinstallasjon for lagring av flytende naturgass eller annen fluid med tilsvarende egenskaper, hvor installasjonen omfatter en væske og gasstett kledning som dekker den indre overflaten til et containervolum dannet av isolasjonsblokker som er sammenstilt og støttet fra hulromsveggen slik at et tomrom dannes mellom hulromsveggen og isolasjonsblokkene, hvor tomrommet blir okkupert av et stabilisert, porøst og gasspermeabelt fyllmaterial som muliggjør gasslekkasjepåvisning og gasstrykkavlastning i tilfellet lekkasje fra containervolumet. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for lekkasjepåvisning og evakuering av fordampet lagringsfluid fra utsiden av beholderen.A subterranean cavity installation for storing liquefied natural gas or other fluid with similar properties is described, wherein the installation comprises a liquid and gas-tight cladding covering the inner surface of a container volume formed by insulation blocks assembled and supported from the cavity wall so that a void is formed between the cavity wall and the insulation blocks, where the void space is occupied by a stabilized, porous and gas-permeable filling material which enables gas leak detection and gas pressure relief in the event of a leak from the container volume. The invention also relates to a method for detecting leakage and evacuating evaporated storage fluid from the outside of the container.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører underjordisk lagring av flytende naturgass (LNG), eller annen fluid med sammenlignende egenskaper, ved nær atmosfærisk trykk i samsvar med innledningen av krav 1. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for lekkasjepåvisning og frigjøring av fordampet fluid i tilfelle lekkasje. The present invention relates to underground storage of liquefied natural gas (LNG), or other fluid with comparable properties, at close to atmospheric pressure in accordance with the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for leak detection and release of vaporized fluid in the event of a leak.

Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen lagring av flytende gass ved lave temperaturer varierende fra omtrent -80°C ned til omtrent -220°C, og ved nær atmosfærisk trykk. More specifically, the invention relates to the storage of liquefied gas at low temperatures varying from approximately -80°C down to approximately -220°C, and at close to atmospheric pressure.

Noen av problemene forbundet med underjordisk lagring av flytende gass relatert til de ekstreme lave temperaturene og de steile temperaturgradientene fra lagringsområdet til omliggende berg eller jordlagene. Lagring av flytende naturgass, som er blandinger av gassaktige hydrokarboner som typisk består av 80-85 % metan og 10 % etan, hvor resten er propan, butan og nitrogen, krever kryogeniske temperaturer ned til -162°C ved nær atmosfærisk trykk. Dette er en svært krevende temperatur sammenlignet med avkjølt undergrunnslagring av flytende petroleumsgasser (LPG), som krever en temperatur på omtrent -45°C. LPG er ved denne temperaturen lagret tilfredsstillende i uordnete berghuler for mer enn tre tiår. Some of the problems associated with underground storage of liquefied gas relate to the extreme low temperatures and the steep temperature gradients from the storage area to the surrounding rock or soil layers. Storage of liquefied natural gas, which are mixtures of gaseous hydrocarbons that typically consist of 80-85% methane and 10% ethane, with the remainder being propane, butane and nitrogen, requires cryogenic temperatures down to -162°C at near atmospheric pressure. This is a very demanding temperature compared to cooled underground storage of liquefied petroleum gases (LPG), which requires a temperature of approximately -45°C. At this temperature, LPG is stored satisfactorily in disordered rock caves for more than three decades.

Fra tidligere forsøk på å lage LNG i uordnete berghuler er det kjent at de termiske lastene som påvirker bergmassene vil avspenne berget og åpne eksisterende sprekker i berget. Åpningen av sprekkene vil muliggjøre for videre lokal, ekstrem kjøling av bergmassene og således videre åpning av sprekkene. Dett vil forårsake betydelig fordampning eller "avkoking" av lagret gass. Den teoretiske berg-mekaniske oppførselen er blitt omtalt av Dahlstrom (Rock mechanical consequences of refrigeration. PhD thesis, Chalmers University of Technology, 1992). From previous attempts to make LNG in disordered rock caves, it is known that the thermal loads affecting the rock masses will relax the rock and open existing cracks in the rock. The opening of the cracks will enable further local, extreme cooling of the rock masses and thus further opening of the cracks. This will cause significant vaporization or "boiling off" of stored gas. The theoretical rock mechanical behavior has been discussed by Dahlstrom (Rock mechanical consequences of refrigeration. PhD thesis, Chalmers University of Technology, 1992).

Undergrunnslagring av LNG ved nær atmosfærisk trykk og kryogeniske temperaturer krever således termisk isolasjon og en indre gasstett membran for å unngå bruddåpninger i den omliggende bergmassen. Underground storage of LNG at close to atmospheric pressure and cryogenic temperatures thus requires thermal insulation and an internal gas-tight membrane to avoid fracture openings in the surrounding rock mass.

Eksempler på tidligere teknikker og isolasjoner for lagring av flytende gass er omtalt nedenfor: US 3418812 A beskriver en undergrunn hulrominstallasjon for lagring av flytende naturgass ved nær atmosfærisk trykk. Installasjonen har en indre væske- og gasstett kledning som dekker den overflaten til et beholdervolum dannet av et lag av isolasjonsblokker og eventuelt et ytterlige lag isolasjons-blokkerog mot bergvegg anordnet isolasjonsskum. Examples of prior techniques and insulations for the storage of liquefied gas are discussed below: US 3418812 A describes an underground cavity installation for the storage of liquefied natural gas at near atmospheric pressure. The installation has an internal liquid- and gas-tight cladding that covers the surface of a container volume formed by a layer of insulation blocks and possibly an additional layer of insulation blocks and insulating foam arranged against the rock wall.

For eksempel teknikken med å ordne en sylindrisk lagring er omtalt i WO 86/01559A for ikke-isolerte tilfeller, eller for eksempel i US patent nr. 5.018.639 for isolerte tilfeller. For example, the technique of arranging a cylindrical bearing is discussed in WO 86/01559A for non-isolated cases, or for example in US Patent No. 5,018,639 for isolated cases.

I SE 463559 A er en annen løsning presentert. Innføring av lufttrykk høyere enn det omliggende grunnvannstrykket utelukker problemer forbundet med is-trykk nært til kledningen. Dette systemet viser seg å være ustabilt med en risiko for gjennombrudd av trykkluft i den øvre delen. In SE 463559 A, another solution is presented. Introduction of air pressure higher than the surrounding groundwater pressure excludes problems associated with ice pressure close to the cladding. This system turns out to be unstable with a risk of compressed air breakthrough in the upper part.

I WO 87/00151 er et drenert lagringskonsept presentert. Dreneringen er designet for å utelate noe eksternt grunnvannstrykk på kledningen, men mangelen på isolasjon gjør den ikke anvendbar for kryogeniske temperaturer. In WO 87/00151 a drained storage concept is presented. The drainage is designed to exclude any external groundwater pressure on the cladding, but the lack of insulation makes it unsuitable for cryogenic temperatures.

I US 2001/0002969 A1 er en kledningsinstallasjon for gasslagring under høytrykk, 3 til 25 MPa, og temperaturområde -30°C til +60°C presentert. Å benytte påsprøytet sprøytebetong som et porøst lag for å øke transporten av væske/fluid til dreneringsrørene er ikke optimal, spesielt med hensyn til operasjon ned til -30°C. Tilstedeværelse av fuktighet er uunngåelig, slik at porene sannsynligvis blir delvis fylt med is under operasjoner med lave temperaturer. Funksjonen med sprøytebetongen er tilsynelatende kun bergstøttene. In US 2001/0002969 A1, a cladding installation for gas storage under high pressure, 3 to 25 MPa, and temperature range -30°C to +60°C is presented. Using sprayed-on shotcrete as a porous layer to increase the transport of liquid/fluid to the drainage pipes is not optimal, especially with regard to operation down to -30°C. The presence of moisture is unavoidable, so the pores are likely to be partially filled with ice during low temperature operations. The function of the shotcrete is apparently only the rock supports.

I alle de kjente lagringskonseptene er behovet for kledningsstøtte i strid med ønsket om termisk isolasjon for å redusere avkokt gass, siden all forankring representerer innstrømslekkasje av varme inn i systemet. Videre er mulig, progressiv feil på kledningen på grunn av lekkasje av det lagrete produktet ikke tatt hensyn til i denne sammenheng. In all the known storage concepts, the need for cladding support conflicts with the desire for thermal insulation to reduce boiled-off gas, since all anchoring represents inflow leakage of heat into the system. Furthermore, possible progressive failure of the cladding due to leakage of the stored product has not been taken into account in this context.

Foreliggende oppfinnelse retter seg mot problemene omtalt ovenfor og har til formål å frembringe en underjordisk lagring for flytende naturgass eller annen fluid av tilsvarende egenskaper ved atmosfærisk trykk, og hvori de ovenfor og andre problemer unngås. The present invention is aimed at the problems mentioned above and aims to produce an underground storage for liquid natural gas or other fluid of similar properties at atmospheric pressure, and in which the above and other problems are avoided.

Således er et første formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en væske og gasstett beholder som kan motstå kryogeniske temperaturer, innkapslet i berg. Thus, a first object of the present invention is to produce a liquid and gas-tight container which can withstand cryogenic temperatures, encased in rock.

Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe tilgang for import og eksport av fluid som er lagret ved kryogenisk temperatur i en beholder, innkapslet i berg. Another purpose of the invention is to create access for the import and export of fluid that is stored at cryogenic temperature in a container, encased in rock.

Et videre formål med oppfinnelsen er å frembringe et gasslekkasjepåvisningssystem for en underjordisk lagring av flytende gass ved kryogeniske temperaturer, og ved nær atmosfærisk trykk. A further purpose of the invention is to produce a gas leak detection system for an underground storage of liquefied gas at cryogenic temperatures and at close to atmospheric pressure.

Et videre annet formål med foreliggende oppfinnelse er å frembringe fremgangsmåte og et gasslekkasjepåvisningssystem med en kapasitet til å oppdele et lekkasjegasstrykk fra en undergrunnslagring av flytende gass ved kryogeniske temperaturer, og ved nær atmosfærisk trykk. Another further object of the present invention is to produce a method and a gas leak detection system with a capacity to divide a leak gas pressure from an underground storage of liquefied gas at cryogenic temperatures, and at near atmospheric pressure.

Disse og andre formål oppnås ved installasjonen som definert i de vedlagte kravene. These and other purposes are achieved by the installation as defined in the attached requirements.

I følge oppfinnelsen frembringes en undergrunnshulromsinstallasjon for lagring av flytende naturgass eller annen fluid med tilsvarende egenskaper ved nær atmosfærisk trykk, hvor installasjonen omfatter en væske og gasstett kledning som dekker den indre overflaten til et beholdervolum, kjennetegnet ved at beholdervolumet blir dannet av isolasjonsblokker som er sammenstilt og støttet fra hulromveggen slik at et tomrom blir dannet mellom hulromsveggen og isolasjonsblokkene, hvor tomrommet er okkupert av et stabilisert, porøst og gasspermeabelt fyllmaterial som tillater gasslekkasjepåvisning og gasstrykkavlastning i tilfelle lekkasje fra beholdervolumet. According to the invention, an underground cavity installation for the storage of liquefied natural gas or other fluid with similar properties at close to atmospheric pressure is produced, where the installation comprises a liquid and gas-tight lining that covers the inner surface of a container volume, characterized by the container volume being formed by insulating blocks which are assembled and supported from the cavity wall so that a void is formed between the cavity wall and the insulation blocks, the void being occupied by a stabilized, porous and gas permeable filling material that allows gas leak detection and gas pressure relief in the event of leakage from the container volume.

Tomrommet mellom isolasjonsblokkene og hulromsveggen kan være fylt med sementstabiliserte porøse aggregater, foretrukket lettekstruderte leirpellets eller jevnt graderte eller multi graderte aggregater. The void between the insulation blocks and the cavity wall can be filled with cement stabilized porous aggregates, preferably easily extruded clay pellets or evenly graded or multi graded aggregates.

Isolasjonsblokkene kan være atskilt fra hulromsveggen og koblet til de frie endene av støtteelementene, forankret i hulromsveggen og fremstilt fra et material med lav termisk konduktivitet, slik som fiberforsterkete glasstaver, hvor fiberglasstavene er innlagt i det stabiliserte og gasspermeable fyllmateriale og strekker seg fra hulromsveggen i en lengde som bestemmer bredden til nevnte tomrom. The insulation blocks can be separated from the cavity wall and connected to the free ends of the support elements, anchored in the cavity wall and made from a material with low thermal conductivity, such as fibre-reinforced glass rods, where the fiberglass rods are embedded in the stabilized and gas-permeable filling material and extend from the cavity wall in a length which determines the width of said void.

Den væske- og gasstette kledningen kan være en Invar stålkledning. The liquid- and gas-tight cladding can be an Invar steel cladding.

Videre kan isolasjonsblokkene være polyuretan skumblokker, som har stive paneler festet til tilhørende motstående sider. Furthermore, the insulation blocks can be polyurethane foam blocks, which have rigid panels attached to corresponding opposite sides.

En inertgass kan bli sirkulert i det stabiliserte, gasspermeable laget, og vedvarende overvåket med hensyn til lagret fluidinnhold. An inert gas can be circulated in the stabilized gas permeable layer and continuously monitored for stored fluid content.

Perforerte rør kan være innlagt i de porøse, stabiliserte og sfæriske aggregatene innstøpt mellom isolasjonsblokkene og hulromsveggene, hvor rørene er anordnet i et trykkavlastningssystem distribuert om den indre beholderen og omfattende øvre og nedre aksessåpninger for sirkulasjon av overvåkningsgasstrømmen ved hjelp av undertrykk. Perforated tubes may be embedded in the porous, stabilized and spherical aggregates embedded between the insulation blocks and the cavity walls, where the tubes are arranged in a pressure relief system distributed around the inner container and comprising upper and lower access openings for circulation of the monitoring gas flow by means of negative pressure.

Den væske- og gasstette kledningen kan være tettende koblet til adkomst-rørene og penetrere den indre beholderen via en sjakt i berget, hvor den tettende tilkoblingen er innlagt i en betongplugg som fester adkomstrørene i sjakten. The liquid- and gas-tight lining can be sealingly connected to the access pipes and penetrate the inner container via a shaft in the rock, where the sealing connection is embedded in a concrete plug that secures the access pipes in the shaft.

I følge oppfinnelsen frembringes også en fremgangsmåte for lekkasjepåvisning og trykkavlastning av fordampet fluid i en undergrunnslagring av flytende naturgass ved nær atmosfærisk trykk, omfattende trinnene med å frembringe et stabilisert, gasspermeabelt lag som innkapsler lagringsvolumet, å innføre en inertgasstrøm i den øvre regionen til det gasspermeable laget, å trekke ut inertgasstrømmen fra et nedre område til det gasspermeable laget ved å påføre undertrykk i nevnte nedre region, å vedvarende overvåke den uttrekte gasstrømmen men hensyn til innhold av fordampet lagringsfluid, og å akselerere gasstrømmen fra den nedre regionen til det gasspermeable laget ved påvisning av en lekkasje fra legringsvolumet. According to the invention, a method is also provided for leak detection and depressurization of vaporized fluid in an underground storage of liquefied natural gas at near atmospheric pressure, comprising the steps of creating a stabilized, gas-permeable layer encapsulating the storage volume, introducing an inert gas flow into the upper region of the gas-permeable layer, extracting the inert gas flow from a lower region to the gas permeable layer by applying negative pressure in said lower region, continuously monitoring the extracted gas flow but taking into account vaporized storage fluid content, and accelerating the gas flow from the lower region to the gas permeable layer by detection of a leak from the alloy volume.

Inertgasstrømmen kan sirkuleres i et system av perforerte rør, distribuert om lagringsvolumet i det gasspermeable laget, hvor rørsystemet kan ha en øvre adkomståpning for innføring av inertgass, og en nedre adkomståpning koblet til en undertrykkskilde for uttrekking av inertgassen. The inert gas flow can be circulated in a system of perforated pipes, distributed around the storage volume in the gas permeable layer, where the pipe system can have an upper access opening for introducing inert gas, and a lower access opening connected to a vacuum source for extracting the inert gas.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet nedenfor, hvor det henvises til de vedlagte tegningene, hvori: The invention is described in more detail below, where reference is made to the attached drawings, in which:

Fig. 1 viser skjematisk lagringssystemet innkapslet i berg, Fig. 1 schematically shows the storage system encased in rock,

Fig. 2 viser et delvis snitt av lagringssystemet i større skala, og Fig. 2 shows a partial section of the storage system on a larger scale, and

Fig. 3 viser skjematisk et snitt av en sjakt som frembringer tilkomst til lagringssystemet. Fig. 3 schematically shows a section of a shaft which provides access to the storage system.

Viser til fig. 1 hvor et undergrunnshulrom 1 er lokalisert vel under grunnvanns-nivået (ikke vist) for å sikre at en fast isring kan dannes som en andre omslutting 2 for en fluid (LNG eller annen fluid av tilsvarende egenskaper) som er lagret ved kryogeniske temperaturer og ved nær atmosfærisk trykk. Veggene, bunnen og taket til hulrommet er kledd for å produsere en hovedomslutting, eller beholder 10, for det lagrete produktet. Kledningen er videre illustrert og beskrevet med henvisning til fig. 2, som viser et utsnitt av kledningen i en større skala. Referring to fig. 1 where an underground cavity 1 is located well below the groundwater level (not shown) to ensure that a solid ring of ice can be formed as a second enclosure 2 for a fluid (LNG or other fluid of similar properties) which is stored at cryogenic temperatures and at near atmospheric pressure. The walls, bottom and roof of the cavity are lined to produce a main enclosure, or container 10, for the stored product. The cladding is further illustrated and described with reference to fig. 2, which shows a section of the cladding on a larger scale.

Som sett fra innsiden av beholderen er overflatene til hulrommet dekket med en gass og væsketett stålkledning 11. For stålkledningen 11 foreslås invar stål-plater og foretrukket for sin termiske stabilitet kan imidlertid for eksempel korrugert høynikkel-legeringsstål være et annet nyttig alternativ. Stålkledningen 11 er oppreist og støttet av isolasjonsblokker 12 som har stive sidepaneler med en kryogenisk isolasjon anordnet derimellom. I den illustrerte utførelsen er isolasjonsblokkene 12 prefabrikkert fra kryssfinerplater 121 påført på motstående sider av en polyuretan skumblokk 122. Blokkene 12 er sammensatt for å danne formen til hovedomsluttingen eller beholderen 10, og understøttet ved en avstand fra hulromsveggen. For å unngå varmestrøm fra berget kan støttelementer av lav termisk konduktivitet, så som fiberforsterkete glasstaver 123 forankret i berget, fungere som forankringsmidler for isolasjonsblokkene 12. Isolasjonsblokkene er understøttet fra endene av glassfiberstavene 123, hvor stavene strekker seg fra hulromsveggen med en lengde som bestemmer bredden på det frie området som dannes mellom hulromsveggen og isolasjonsblokkene 12. Fikseringsmidler, så som fikseringstenger (ikke vist i tegningene) på det indre sidepanelet til blokkene 12 fungerer som sveiseguider for hevelse av stålkledningen 11 på den indre overflaten til isolasjonsblokkene 12. Et stabilisert, gasspermeabelt fyllmaterial er anordnet som et bakfyll 13 for det tomme området. Bakfyllet 13 er foretrukket et porøst sementstabilisert fyll av lettekstruderte leirpellets, eller andre jevngraderte eller multigraderte porøse aggregater. Fordelaktig kan de sementstabiliserte aggregatene av bakfyll 13 være sfæriske aggregater i området på 6 til 22 mm i diameter. Et lag 14 av fiberforsterket sprøytebetong støtter berget til hulromsveggene. As seen from the inside of the container, the surfaces of the cavity are covered with a gas and liquid-tight steel cladding 11. For the steel cladding 11, invar steel plates are suggested and preferred for their thermal stability, however, for example, corrugated high-nickel alloy steel can be another useful alternative. The steel cladding 11 is erected and supported by insulation blocks 12 which have rigid side panels with a cryogenic insulation arranged between them. In the illustrated embodiment, the insulation blocks 12 are prefabricated from plywood sheets 121 applied to opposite sides of a polyurethane foam block 122. The blocks 12 are assembled to form the shape of the main enclosure or container 10, and supported at a distance from the cavity wall. To avoid heat flow from the rock, supporting elements of low thermal conductivity, such as fiber-reinforced glass rods 123 anchored in the rock, can act as anchoring means for the insulation blocks 12. The insulation blocks are supported from the ends of the glass fiber rods 123, where the rods extend from the cavity wall with a length that determines the width on the free area formed between the cavity wall and the insulation blocks 12. Fixing means, such as fixing pins (not shown in the drawings) on the inner side panel of the blocks 12 act as welding guides for swelling the steel cladding 11 on the inner surface of the insulation blocks 12. A stabilized, gas permeable filling material is arranged as a backfill 13 for the empty area. The backfill 13 is preferably a porous cement-stabilized fill of easily extruded clay pellets, or other evenly graded or multigraded porous aggregates. Advantageously, the cement stabilized aggregates of backfill 13 can be spherical aggregates in the range of 6 to 22 mm in diameter. A layer 14 of fiber-reinforced shotcrete supports the rock for the cavity walls.

Et system og en fremgangsmåte for gasslekkasjepåvisning og trykkavlastning er foreslått og skjematisk illustrert i fig. 2. En inertgass (så som N2eller annen edel gass) er innført i toppområdet til det porøse bakfyllet 13, gjennom perforerte, ovre innstrømningsrør 131. Strømmen av inertgass blir trukket utfra et nedre område av det porøse bakfyllet ved å påføre et lite undertrykk til det nedre, utstrømsrøret 132. Perforerte, sammenkoblete dreneringsrør 133 er innlagt i det porøse bakfyllet og distribuert om beholderen 10. Inert-gasstrømmen blir vedvarende undersøkt med hensyn til lagret fluidinnhold, og frembringer en tidlig advarsel slik at aksjoner kan utføres før en lekkasje til og med når den andre omhyllingen. I tilfelle en plutselig større lekkasje av fluid inn i det porøse bakfyllet 13, kan gasstrykket på grunn av fordampningen av den flytende gassen avlastes ved lekkasjepåvisningen og dreneringssystemet. A system and method for gas leak detection and pressure relief is proposed and schematically illustrated in fig. 2. An inert gas (such as N2 or other noble gas) is introduced into the top region of the porous backfill 13, through perforated, upper inflow pipes 131. The flow of inert gas is drawn from a lower region of the porous backfill by applying a small negative pressure to it the lower, outflow tube 132. Perforated, interconnected drainage tubes 133 are embedded in the porous backfill and distributed around the container 10. The inert gas stream is continuously monitored for stored fluid content, producing an early warning so that actions can be taken before a leak even occurs. when the second envelopment. In the event of a sudden major leakage of fluid into the porous backfill 13, the gas pressure due to the evaporation of the liquid gas can be relieved by the leak detection and drainage system.

Tilgang til den innkapslete beholderen 10 oppnås via en sjakt 15, som rommer nødvendig røropplegg for fluideksport og import, evakuering av avkokt gass, retur av gjenvunnet og gjenomdannet flytende gass, vakuum og trykkavlast-ningsrør, overvåkningsanordninger og kommunikasjonsutstyr, etc. Sjakten er skjematisk illustrert i fig. 3 og skal videre forklares nedenfor. Access to the encapsulated container 10 is achieved via a shaft 15, which accommodates the necessary piping for fluid export and import, evacuation of boiled-off gas, return of recovered and reconstituted liquefied gas, vacuum and pressure relief pipes, monitoring devices and communication equipment, etc. The shaft is schematically illustrated in fig. 3 and shall be further explained below.

Røropplegget, her illustrert av et stålrør 151, penetrerer taket til den indre kledningen 11-12 til beholderen 10. Stålrøret 151, så vel som resten av rørene i røropplegget, strekker seg gjennom en betongplugg 152, når ned hovedsakelig til nivået med taket til undergrunnshulrommet og rørene festes med hensyn til deres plassering i sjakten. Et korrigert stålrør 153 strekkes seg oppover fra stålkledningen 11 inn i betongpluggen 152. Det korrigerte stålrøret 153 omgir en nedre del av røropplegget, omfattende stålrøret 151. En stålplate 154 er omkretsmessig koblet til stålrøret 151 og alle de andre rørene til røropplegget, og lukker den øvre enden til det korrigerte stålrøret 153. En stålplate 155 tilkobles korresponderende til omkretsen av hvert penetrerende rør, og lukker den nedre enden til det korrigerte stålrøret 153. Alle tilkoblingene mellom den indre stålkledningen 11, det korrugerte stålrøret 153, stålplatene 154,155 og penetrerende rør er sveist. Således at den indre stålkledningen 11 strekker seg inn i betongpluggen for å frembringe en gasstett forbindelse med de penetrerende rørene nær festepunktene til rørene, som dermed sikrer gasstetthet, minimerer risikoen for høytemperaturspåvirkning og risikoen for utmatning på grunn av vibrasjonene i røropplegget. The piping, here illustrated by a steel pipe 151, penetrates the roof of the inner lining 11-12 of the container 10. The steel pipe 151, as well as the rest of the pipes in the piping, extends through a concrete plug 152, reaching down substantially to the level of the ceiling of the underground cavity and the pipes are fixed with respect to their location in the shaft. A corrected steel pipe 153 extends upwards from the steel cladding 11 into the concrete plug 152. The corrected steel pipe 153 surrounds a lower part of the pipe system, including the steel pipe 151. A steel plate 154 is circumferentially connected to the steel pipe 151 and all the other pipes of the pipe system, and closes it the upper end of the corrected steel pipe 153. A steel plate 155 is connected correspondingly to the circumference of each penetrating pipe, and closes the lower end of the corrected steel pipe 153. All the connections between the inner steel lining 11, the corrugated steel pipe 153, the steel plates 154,155 and penetrating pipes are welded. So that the inner steel cladding 11 extends into the concrete plug to produce a gas-tight connection with the penetrating pipes near the attachment points of the pipes, which thus ensures gas tightness, minimizes the risk of high temperature influence and the risk of fatigue due to the vibrations in the pipe system.

Under konstruksjon av lagringsinstallasjonen må bergmassene dreneres for å unngå eksternt grunnvannstrykk. I operasjonsfasen vil de omliggende bergmassene være frosne og intet grunnvannstrykk vil være tilstedeværende. Den frosne bergmassen vil danne en andre omhylling for lagring, som allerede omtalt. During construction of the storage installation, the rock masses must be drained to avoid external groundwater pressure. During the operational phase, the surrounding rock masses will be frozen and no groundwater pressure will be present. The frozen rock mass will form a second enclosure for storage, as already discussed.

Siden et kledningssystem er nødvendig må den væske og gasstette membranen motstå kryogeniske temperaturer. De lave temperaturene vil forårsake temperaturinduserte deformasjoner eller temperaturinduserte spenninger, avhengig av graden av sammensetting. Dette problemet kan løses for eksempel ved enten å bruke invar stålkledning, som har svært liten termisk ekspansjonskoeffisient, eller å bruke høynikkel-stållegering. Men bergmassene bak membranen er ikke egnet for kryogeniske temperaturer. Siden den utgjør bæresystemet for hulen/lagringsområdet, vil ekstrem kjøling forårsake krymping og avspenning mellom bergblokkene som tilslutt kan forårsake stabilitets-problemerfor lagringen. En høydensitets polyuretanskumisolasjon, eller tilsvarende, er derfor benyttet for å senke varmeinngang til lagringen. Test og drift av LNG lagringssystemet har vist at bergmassedeformasjoner er akseptable i det minste den til en temperatur rundt -45°C som gir en nødvendig isolasjonstykkelse i området på omtrent 300-400 mm, og avhengig av de termiske egenskapene til bergmassen. Since a cladding system is required, the liquid and gas-tight membrane must withstand cryogenic temperatures. The low temperatures will cause temperature-induced deformations or temperature-induced stresses, depending on the degree of compounding. This problem can be solved, for example, by either using invar steel cladding, which has a very small coefficient of thermal expansion, or by using a high-nickel steel alloy. But the rock masses behind the membrane are not suitable for cryogenic temperatures. As it forms the support system for the cave/storage area, extreme cooling will cause shrinkage and relaxation between the rock blocks which can eventually cause stability problems for the storage. A high-density polyurethane foam insulation, or equivalent, is therefore used to reduce heat input to the storage. Tests and operation of the LNG storage system have shown that rock mass deformations are acceptable at least at a temperature around -45°C which gives a necessary insulation thickness in the range of approximately 300-400 mm, and depending on the thermal properties of the rock mass.

Undergrunnslagringen er for langtidsbruk sammenlignet med LNG havtransportører, og den omliggende bergmassen/jordlagene har ulik temperaturutvidelse sammenlignet med det ytre skallet normalt konstruert for overflate LNG tanker. Derfor kan varmestrømmen i mekaniske forankrings-systemer unngås og den mulige tilstedeværelsen av grunnvannstrykk må håndteres. I sammenheng med disse faktorene må sikkerheten og integriteten til lagringsanlegget tas hensyn til. The underground storage is for long-term use compared to LNG ocean carriers, and the surrounding rock mass/soil layers have different temperature expansion compared to the outer shell normally constructed for surface LNG tanks. Therefore, the heat flow in mechanical anchoring systems can be avoided and the possible presence of groundwater pressure must be managed. In the context of these factors, the security and integrity of the storage facility must be taken into account.

En lakkesje i den indre membranen til et isolert, underjordisk LNG lagrings-hulrom kan føre til en kjede av ugunstige konsekvenser. Den lekkende LNG vil være i en væskeform og sive ut i isolasjonen. På grunn av den steile temperaturgradienten fordamper væske LNG og et betydelig gasstrykk utvikles hurtig. Dersom ingen trykkavlastning frembringes mellom den indre kledningen og den frosne bergmassen, vil gasstrykket trolig deformere kledningen og kan øke lekkasjen. Denne prosessen kan fortsette inntil deler av isolasjonen er blitt ødelagt og deler av bergmassen er eksponert direkte til LNG. Ved denne tilstanden er fordampningen ekstrem og avkokt gass må trolig avbrennes mens anlegget må demonteres under nødforhold. A leak in the inner membrane of an isolated, underground LNG storage cavity can lead to a chain of adverse consequences. The leaking LNG will be in a liquid form and seep out into the insulation. Due to the steep temperature gradient, liquid LNG evaporates and a significant gas pressure develops quickly. If no pressure relief is created between the inner lining and the frozen rock mass, the gas pressure will probably deform the lining and may increase the leakage. This process can continue until parts of the insulation have been destroyed and parts of the rock mass are exposed directly to LNG. In this condition, the evaporation is extreme and the boiled-off gas must probably be burned off, while the plant must be dismantled under emergency conditions.

Via den strukturerte fremstillingen presentert ovenfor, er et godt permeabelt lag plassert mellom den indre kledningen og bergveggen. For å oppnå en høyere grad av sikkerhet er trykkavlastningssystemet konstruert for å muliggjøre for sirkulasjon av inertgass. De perforerte rørene innlagt i de porøse, stabiliserte sfæriske aggregatene innstøpt mellom isolasjonsblokkene og hulromsveggene er anordnet i et godt distribuert system inneholdende godt definerte øvre og nedre aksessåpninger for sirkulasjon av overvåkningsgasstrøm ved hjelp av undertrykk. Ved å analysere innholdet av den sirkulerende gassen kan tidlig oppdagelser av en lekkasje påvises og korrekte aksjoner kan utføres for å demontere lagringen under sikre forhold. Via the structured preparation presented above, a well permeable layer is placed between the inner lining and the rock wall. To achieve a higher degree of safety, the pressure relief system is designed to enable the circulation of inert gas. The perforated tubes embedded in the porous, stabilized spherical aggregates embedded between the insulation blocks and the cavity walls are arranged in a well-distributed system containing well-defined upper and lower access openings for circulation of monitoring gas flow by means of negative pressure. By analyzing the content of the circulating gas, early detections of a leak can be detected and correct actions can be taken to dismantle the storage under safe conditions.

Claims

1. Underground cavity installation for the storage of liquefied natural gas or other fluid with similar properties at close to atmospheric pressure, where the installation comprises a liquid and gas-tight lining that covers the inner surface of a container volume, characterized in that the container volume is formed by insulation blocks that are assembled and supported from the cavity wall so that a void is formed between the cavity wall and the insulation blocks, where the void is occupied by a stabilized, porous and gas-permeable filling material that allows gas leak detection and gas pressure relief in the event of leakage from the container volume.

2. Installation in accordance with claim 1, characterized in that the void between the insulation blocks and the cavity wall is filled with cement stabilized porous aggregates, preferably easily extruded clay pellets or evenly graded or multi graded aggregates.

3. Installation in accordance with claim 1, characterized in that the insulation blocks are separated from the cavity wall and connected to the free ends of the support elements, anchored in the cavity wall and made from a material with low thermal conductivity, such as fibre-reinforced glass rods, where the fiberglass rods are embedded in the stabilized and gas permeable filler material and extends from the cavity wall for a length which determines the width of said void.

4. Installation in accordance with claim 1, characterized in that the liquid and gas-tight cladding is an invar steel cladding.

5. Installation in accordance with claim 1, characterized in that the insulation blocks are polyurethane foam blocks, which have rigid panels attached to corresponding opposite sides.

6. Installation in accordance with one of the preceding claims, characterized in that an inert gas is circulated in the stabilized, gas-permeable layer, and continuously monitored with regard to stored fluid content.

7. Installation in accordance with claim 6, characterized in that perforated pipes are laid in the porous, stabilized and spherical aggregates embedded between the insulation blocks and the cavity walls, where the pipes are arranged in a pressure relief system distributed around the inner container and comprising upper and lower access openings for circulation of the monitoring gas flow by means of negative pressure.

8. Installation in accordance with one of the preceding requirements, characterized in that the liquid and gas-tight lining is sealingly connected to the access pipes and penetrates the inner container via a shaft in the rock, where the sealing connection is embedded in a concrete plug that secures the access pipes in the shaft.

9. Method for leak detection and depressurization of vaporized fluid in an underground storage of liquefied natural gas at near atmospheric pressure, characterized by comprising the steps of producing a stabilized, gas permeable layer encapsulating the storage volume, introducing an inert gas flow into the upper region of the gas permeable layer, extracting the inert gas flow from a lower region to the gas permeable layer by applying negative pressure in said lower region, continuously monitoring the extracted gas flow but taking into account vaporized storage fluid content, and accelerating the gas flow from the lower region to the gas permeable layer by detecting a leak from the alloy volume.

10. Method in accordance with claim 9, characterized in that the inert gas flow is circulated in a system of perforated pipes, distributed around the storage volume in the gas permeable layer, where the pipe system has an upper access opening for introducing inert gas, and a lower access opening connected to a vacuum source for extracting the inert gas.