NO340272B1

NO340272B1 - Undervannstanksystem

Info

Publication number: NO340272B1
Application number: NO20141458A
Authority: NO
Inventors: Rainer Schramm
Original assignee: Subhydro As
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2017-03-27
Also published as: US20170267447A1; NO20141458A1; WO2016089220A1

Description

BAKGRUNN

Oppfinnelsesområde

[0001] Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt et undervannstanksystem, nærmere bestemt et marint system med strukturelle elementer laget av betong. Primær anvendelse er lagertanker og undervannslektere for offshore energibransjen.

Kjent og beslektet teknikk

[0002] Mellom 1975 og 1995 ble en serie med betongunderstell (GBS) av Condeep (betong dypvannsstruktur) plattformtypen bygget nær land og slept til sine destinasjoner i Nordsjøen. En Condeep struktur hviler på en klynge av store lagertanker for hydrokarboner, og består av ett, tre eller fire skaft som strekker seg fra tankene på havbunnen til ca. 30 m over havoverflaten. Lagertankene og skaft ble laget med vertikal glidestøping, en kontinuerlig støpeprosess hvor betong helles inn i forskalingen som jekkes langsomt oppover ettersom betongen under herdes til tilstrekkelig styrke.

[0003] I august 1991 forårsaket en designfeil i de sammenhengende tankene til Sleipner A-plattformen at klyngen av lagertanker sprakk, og hele strukturen sank. [Kilde: Sleipner-plattformen Accident, B. Jacobsen, F. Rosendahl, Structural Engineering International 3/94]. Bruddet skjedde på tri-celleveggene mellom tre tilstøtende tanker. Differensialvanntrykk presset på tri-celleveggene og resulterende skjærkrefter overskred bæreevnen til armeringsstålet i tri-celleveggene. I senere utførelser ble mer armeringsstål brukt i tri-celleveggene og deres støtter mot celleskjøtene til lagertankene. Den største Condeep-plattformen, Troll A, ble utplassert i 1995 på over 300 m vanndyp, og har en total høyde på ca. 470 m. Condeep-plattformene har gitt verdifull kunnskap om strukturell design, materialer og byggemetoder for marine betongkonstruksjoner som kan tåle de tøffe og salte forhold i Nordsjøen.

[0004] En Condeep-plattform er forholdsvis dyr, hovedsakelig på grunn av den lange byggetiden på opptil fire år, mengden av stål i armeringen, og de høye kranene og annet spesialutstyr som kreves under byggingen. Etter 1995 har rimeligere flytende rigger og undervannsproduksjonsanlegg erstattet plattformer av Condeep-typen.

[0005] Marine betongkonstruksjoner er fortsatt kostnadseffektive, f.eks. som GBS for offshore olje- og gassutbygginger i arktiske miljøer, terminaler for flytende naturgass (LNG), undervannstanker og, i særdeleshet, for senketunneler i relativt grunt vann. Senketunneler er satt sammen av tunnelelementer prefabrikkert på land. Tunnelelementstrukturer kan for eksempel omfatte segmenter med et tverrsnitt på 10x40 m2 og en lengde på 120 m. Segmentene er plassert ende mot ende med en fleksibel pakning mellom seg for å skape en vanntett tunnel. Tunnelelementene er utformet slik at et element presses mot det ved siden av ved hjelp av vanntrykket.

[0006] Også betongteknologien har utviklet seg. For eksempel er betong med ultra høy ytelse (UHPC) et høyfast materiale som kan benyttes i dypvannskonstruksjoner. Mer bestemt er UHPC en blanding av Portlandsement, silikastøv, kvartsmel, fin kvartssand, supermykningsmiddel, vann og stål eller organiske fibre. UHPC er kjennetegnet ved trykkfastheter over 150 til 200 MPa, høye bøyefastheter opp til 45 MPa og krypkoeffisienter på 0,2 til 1,0, hvilket er mye lavere enn krypkoeffisientene til betong med normal styrke. Andre viktige egenskaper for UHPC er høy elastisitetsmodul (over 45-55 GPa), lav kapillær porøsitet, noe som resulterer i meget lav vann- og gass-permeabilitet, og lav diffusjon av kloridioner, som f.eks. forekommer i sjøvann.

[0007] I dag avtar offshore-produksjon av olje og gass fra feltene nærmest land og i de grunneste farvannene, f.eks. i Nordsjøen eller Mexicogulfen, etter hvert som feltene blir tømt. Dermed flytter leting og produksjon av hydrokarboner seg mot felt på dypere vann lenger fra land, muligens i arktiske områder som Barentshavet. Disse faktorene, dvs. lengre avstander, dypere vann og kaldere miljøer, favoriserer autonome undervannsinstallasjoner som overtar hele eller deler av funksjonene som vanligvis utføres av overflatebaserte produksjonsanlegg på plattformer eller skip. En typisk undervannsinstallasjon består av en produksjonsenhet og lagertanker, som begge bør bringes til feltet til lavest mulig kostnad. På feltet kan undervannsinstallasjonen hvile på et underlag av grus, som vanligvis er anlagt av et fartøy med spesialisert utstyr for å avsette grusen på detønskede stedet. Dette innebærer ekstra installasjonskostnader.

[0008] Lektere for transport, undervannsproduksjonsplattformer og lagertanker gir nye muligheter for marine betongkonstruksjoner, siden armert betong er generelt billigere enn stål.

[0009] Nærmere bestemt er den grunnleggende idé å utnytte fremskritt i utforming og sammensetning av marine betongkonstruksjoner for å løse tekniske utfordringer, inkludert kostnader, størrelse og tilgjengelighet for fartøyer, f.eks. for tunge løft eller avsetting av grus; væravhengighet; bølgekrefter på store strukturer; løfteoperasjoner (luft, bølgesone, dypvannssenking); statiske og dynamiske krefter på kabler og gjenstander; hivkompensasjon; landing på havbunnen, gjenfinning; undervannsmontering og testing; tilgang og kostnad for inspeksjon, vedlikehold og reparasjon; utslippsrespons (ultra dypt, arktisk); strømforsyning for langt skritt ut og lagring av energi under vann.

[0010] Kort sagt er formålet med den foreliggende oppfinnelsen å løse minst ett av problemene eller utfordringene presentert ovenfor og samtidig beholde fordelene ved kjent teknikk.

[0011] US 3708986 A beskriver en sylinderformet tank av betong med lokk og kabler for sammenfesting av forskjellige deler. Det beskrives videre en rektangulær struktur som støtter tanken.

SAMMENDRAG

[0012] Dette oppnås med et undervannstanksystem som angitt i krav 1 og en fremgangsmåte for produksjon av et undervannstanksystem som angitt i krav 13. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige kravene.

[0013] I et første aspekt vedrører beskrivelsen et undervannstankelement omfattende minst et tanksegment, tanksegmentet(ene) danner en sylindrisk betongtank lukket i sine motsatte ender av to endestykker. Undervannstankelementet utmerker seg ved en rektangulær struktur som omgir den sylindriske tanken, og en forbindelse mellom den rektangulære strukturen og den sylindriske tanken som tillater en bevegelse av veggen til den sylindriske tanken innenfor forutbestemte grenser for bøying av den rektangulære strukturen.

[0014] Betongen kan være UHPC eller annen kjent kvalitet egnet for typen applikasjon. Den rektangulære strukturen muliggjør sammenkobling av flere tankelementer til en oppstilling av oppdriftstanker eller lagertanker. Med en fast avstand og orientering av tankelementene i forhold til hverandre er montering av tilkoblinger, rør, pumper, ventiler etc. i en oppstilling av tankelementer trivielt. Hvisønskelig kan flere tanker, f.eks. to eller tre tanker ved siden av hverandre, være omgitt av en rektangulær struktur.

[0015] Forbindelseselementet som tillater en begrenset relativ bevegelse av sylinderveggene i forhold til den rektangulære strukturen sikrer tankelementets integritet. Særlig kan det indre volumet til den sylindriske tanken inneholder luft ved atmosfærisk trykk, slik at den sylindriske tanken komprimeres eller utvides radialt i samsvar med omgivelsestrykket eller dybden. For et tankelement med en diameter på 10-20 m på dypt vann, kan denne radiale bøyningen være for eksempel 50-100 mm. Slik kan den radiale avbøyningen forårsake alvorlige tøyninger, og må tas hensyn til i utformingen av et tankelement i henhold til beskrivelsen, som nærmere omtalt nedenfor.

[0016] Hvis den sylindriske tanken ikke er festet til den rektangulære strukturen, kan sylinderen trekke seg sammen eller utvide seg avhengig av trykk uten å bøye de rektangulære veggene. Hvis tanken er festet til den rektangulære strukturen på et eller annet punkt, kan ikke punktet bevege seg så langt at den rektangulære strukturen går i stykker eller spennings-konsentrasjoner forekommer i sylinderveggen med mulige ugunstige skjær- eller strekkspenninger.

[0017] I en utførelsesform omfatter undervannstankelementet langsgående spennkabler som tvinger endestykkene sammen med tilstrekkelig kraft til å sikre at den sylindriske tanken er fluidtett under driftstilstander. Den nødvendige kraften er forholdsvis liten i anvendelser hvor en ytre trykkraft presser tanksegmentene og endestykkene sammen under drift. Siden en betongstruktur typisk motstår store trykkspenninger, men er betydelig mer sårbar for strekk-eller skjærspenninger, kan langsgående spennkabler, eventuelt i kombinasjon med fleksible elementer mellom segmenter og endestykker, frembringe en ønsket fleksibilitet. Spennkabler kan også bære strekkrefter i tankstrukturen som kan oppstå under bygging, transport og installasjon. Spennkabler kan føres i kanaler inne i sylinderveggen eller utenfor sylinderveggen, det sistnevnte tillater enkel inspeksjon og utskifting under strukturens levetid. Hvis elastiske deformasjoner eller plastiske deformasjoner fra kryp forårsaker tap av initial spenning, kan spennkablene strammes i løpet av sylinderens levetid.

[0018] Den rektangulære strukturen omfatter fortrinnsvis minst én forspent betongplate som danner en hvilken som helst eller alle av en plan topplate, en bunnplate og en sidevegg. Slike betongplater er kommersielt tilgjengelige og relativt billige. Dermed er bruken av dem for topp, bunn og begge sideveggene et kostnadseffektivt alternativ. Men den foreliggende beskrivelse utelukker ikke bruk av alternativer til slike forspente plater til en hvilken som helst eller alle sider av den rektangulære strukturen. Således, i prinsippet, kan den rektangulære strukturen være laget av f.eks. stål, ikke-forspente vegger av betong eller en monolittisk struktur av armert betong.

[0019] Hvis betongplater brukes, er fortrinnsvis hver plate festet til den rektangulære strukturen med en spennkabel. Dette sikrer fleksibilitet av de grunner som er forklart ovenfor.

[0020] I en utførelsesform inneholder et rom mellom den nedre halvdelen av den sylindriske tankens ytre overflate og den rektangulære strukturen en første permanente ballast. Videre kan et tilsvarende rom mellom den øvre halvdelen av den sylindriske tankens ytre overflate og den rektangulære strukturen inneholde en andre permanente ballast.

[0021] De viktigste formålene med permanent ballast er for det første å gi en nær nøytral oppdrift for hele tankelement, og for det andre å plassere massesenteret under oppdrifts senteret for statisk stabilitet. Begge disse formålene kan oppnås ved hjelp av sand eller grus av, for eksempel, og i stigende rekkefølge med hensyn på kostnader og tetthet: granitt, eklogitt, olivin eller magnetitt. I tillegg eller alternativt kan tykkelsen av bunnplatenøkes for ballasteringsformål. Valget av ballastmateriale avhenger av en rekke faktorer, og må overlates til fagpersonen som kjenner den aktuelle applikasjonen. Fylling av ballastrommet med det valgte ballastmaterialet kan utføres på en kostnadseffektiv måte på byggeplassen, f.eks. i en tørrdokk, med kommersielt tilgjengelig utstyr slik som kraner eller transportbånd. Installering av mesteparten av den permanente ballasten på land eller nær land er langt mer kostnadseffektivt enn, for eksempel, å plassere ballast ved en undervanns fjellinstallasjon ved bruk av et spesialfartøy med rør med fleksibelt fall, som vanligvis brukes i rørledningsinstallasjoner i fjell.

[0022] I en utførelsesform har den andre permanente ballasten mindre tetthet enn den første permanente ballasten. Dette omfatter en utførelsesform hvor den andre permanente ballasten er vann, f.eks. en utførelsesform hvor vann tillates å strømme gjennom den rektangulære strukturen for å utligne trykket, permanent ballast er bare anordnet i den nedre halvdel av tankeelementet.

[0023] Som nevnt gir permanent ballast fortrinnsvis nær nøytral oppdrift. Fortrinnsvis er oppdriften svakt positiv for å lette sleping som beskrevet nedenfor, og undervannstankelementet omfatter følgelig en ballasttank for vann for å justere oppdriften fra svakt positiv til svakt negativ, som kjent i faget. Ballasttanken kan omfatte flere lengder av kommersielt tilgjengelige rør for ytterligere reduksjon av kostnader. Ballasttanken gir en viktig funksjon ved kontroll av oppdrift på dypere vann for å kompensere for endring av sylinderoppdrift på grunn av hydrostatisk sammentrykking av veggen og endring i sylinderfortrengning.

[0024] I et andre aspekt vedrører beskrivelsen et undervannstanksystem som omfatter minst to undervannstankelementer som beskrevet koblet sammen med hjelp av en langsgående spennkabel og/eller en lateral spennkabel.

[0025] Således kan flere tankelementer kobles sammen til en plattform eller lekter for tunge laster. En slik plattform kan forsynes med svakt positiv oppdrift for å flyte på overflaten. Alternativt kan plattformen forsynes med svakt negativ oppdrift, og oppdriften som kreves for å holde den flytende kan fremskaffes via bøyer, f.eks. vertikale sylindriske elementer, ved overflaten. I det sistnevnte tilfelle kan den undersjøiske lekteren ha en last under bølgesonen, dvs. slik at bølger og overflatebetingelser bare påvirker bøyene. Dette eliminerer for eksempel bølgelaster og ising på plattformen og/eller dens last. I begge tilfeller blir strekkrefter tatt opp av spennkablene, og plattformen gir en flat og stabil støtte for lasten.

[0026] Tanksystemet kan videre omfatte et nettverk av rør, pumper og ventiler for sammenkobling av tankelementene.

[0027] Noen utførelsesformer med et nettverk som forbinder tankelementene omfatter utstyr for bruk av tankelementer som lagertanker, f.eks. for olje eller gass. Slikt utstyr er velkjent teknikk, og kan omfatte en linje til en lastebøye på overflaten.

[0028] Andre utførelsesformer omfatter utstyr for bruk av tankelementene som lavtrykkstanker i et dypvannspumpekraftverk. Igjen er utstyret godt kjent innen teknikken, og kan omfatte en ventilasjonslinje til overflaten. Særlig tilsvarer trykkhøyden på 300 - 1200 meter trykkhøyden fra et vannreservoar i et fjell, slik at ett- eller flertrinns turbiner for dette verdiområdet er godt utprøvd og kommersielt tilgjengelige fra flere leverandører.

[0029] Ytterligere andre utførelsesformer omfatter videre utstyr for bruk av tanksystemet som en plattform for en marin installasjon. Begrepet "marin installasjon" innebærer hvilken som helst applikasjon på sjøen, hvor tankelementene brukes som hus eller plattform for utstyr. Tankelementene kan for eksempel brukes som hus for en strømforsyning for langt skritt ut, en transformator- eller omformerstasjon, undervanns separasjons- og prosessutstyr for hydrokarboner, boligkvarter for et mannskap, etc. I et annet eksempel kan systemet brukes som en plattform for stort utstyr, for eksempel en gasskompresjonsenhet eller fluidpumpe, på havbunnen. Disse utførelsesformene trenger ikke nødvendigvis innbyrdes forbundne tanker. Imidlertid kan et styrbart nettverk være nyttige for å balansere ballastvann.

[0030] I et tredje aspekt vedrører beskrivelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et undervannstanksystem, omfattende trinnene med: å støpe en sylinder for et tanksegment; å støpe endestykker for lukking av et tankelement; å sette sammen en fluidtett tank fra minst én sylinder for et tankelement og nøyaktig to endestykker; å anordne en rektangulær struktur rundt den fluidtette tanken; og forbinde den rektangulære strukturen med den sylindriske tanken slik at veggen til den sylindriske tanken tillates en bevegelse innenfor forutbestemte avbøyingsgrenser for den rektangulære strukturen.

[0031] Denne fremgangsmåten gir mulighet for at flere betongsylindere og endestykker støpes og herdes samtidig, slik at produksjonstiden reduseres betydelig sammenlignet med den tradisjonelle glidestøpingsmetoden for monolittiske strukturer brukt til f.eks. Condeep-plattformene omtalt i innledningen. Videre kan støpingen utføres innendørs under gunstige forhold for den valgte betongkvalitet, f.eks. UHPC. Tankelementet blir hensiktsmessig montert i en tørrdokk eller på en slipp, eller alternativt i vann nær en støpehall.

[0032] I en utførelsesform omfatter fremgangsmåten videre trinnene: å slepe undervannstankelementet til et systemsammenstillingssted og utstyre tankelementet med utstyr som angitt i en hvilken som helst utførelsesform i det andre aspekt av det som beskrives.

[0033] Dette er simpelthen fordi en sammenstilling av flere tankelementer trolig vil bli for stor for de fleste tørrdokker eller slipper. Systemsammenstillingsområdet kan selvsagt være nær produksjonsstedet, og/eller stedet for utplassering, avhengig av størrelsen på systemet og anvendelsen.

[0034] Andre trekk og fordeler vil fremgå av de vedlagte krav og den følgende detaljerte beskrivelsen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Oppfinnelsen vil bli forklart i nærmere detalj ved hjelp av utførelseseksempler med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et tverrsnittsriss av et tanksegment; Fig. 2 illustrerer flere tanksegmenter som danner del av et tankelement; Fig. 3 illustrerer flere tankelementer som utgjør en del av et undervannsplattformsystem; Fig. 4 illustrerer differensialballastering; Fig.5 viser systemet konfigurert som en lekter; Fig. 6 viser en konfigurasjon som en undervannsenergi-installasjon; Fig. 7 illustrerer et system med innvendig nyttelast;

Fig. 8 illustrerer systemet konfigurert som en tunnel; og

Fig. 9 illustrerer systemet brukt som en landingsplattform for en undervannstranportør.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0035] Tegningene er skjematiske, og kun ment for å illustrere prinsippene ved oppfinnelsen. Således er de ikke nødvendigvis i målestokk, og mange detaljer innlysende for en fagmann på området er utelatt for klarhetens skyld.

[0036] Leseren bør huske på at et typisk tankelement beskrevet nedenfor har tverrsnittsdimensjoner som kan overstige 20 m og lengder som kan overstige 100 m. Å erstatte kostbart stål med mindre kostbar betong der det er mulig har følgelig en betydelig effekt på produksjonskostnadene. Besparelsene mangedobles ettersom flere tankelementer er kombinert i et tanksystem. Tilsvarende, krefter, avbøying og andre parametere som virker på en stor struktur er ikke direkte sammenlignbare med de som virker på en mindre struktur. Følgelig kan effekter som er trivielle i en liten struktur være av stor betydning i en større struktur. Videre betyr artiklene "en", "et", "den" og "det" slik de her brukes, spesielt i kravene, "minst én", mens "én" betyr nøyaktig én.

[0037] Figur 1 er et tverrsnittsriss av et undersjøisk tanksegment 1 i henhold til det som beskrives. Det består av en del av en sylinder 2, en plan topplate 3 anordnet over sylinderen 2, en bunnplate 4 som er anordnet under sylinderen 2 og to sidevegger 5 på hver side av sylinderen 2.1 henhold til beskrivelsen omfatter det fullstendige tankelementet en sylindrisk tank som er omgitt av en rektangulær struktur. Således skal det forstås at den sylindriske tanken kan ha sidevegger 5 i begge ender, i tillegg til sideveggene 5 vist i figur 1. Hvisønskelig, kan et tanksegment omfatte flere sylindre 2 ved siden av hverandre, hvilket gir et tankelement med flere tanker 2. Dessuten kan den rektangulære strukturen omfatte flere plater hver, f.eks. forhåndsstøpte plater som hver måler 1,2 x 20 m<2>, som sammen omgir en tank med diameter på 20 m og lengde 100 m, eller alternativt én eller flere monolittiske struktur(er) av armert betong eller en stålstruktur. Imidlertid gir ett tankelement per rektangulære struktur maksimal fleksibilitet, og armert betong er vanligvis mindre kostbart enn stål, som begge erønskelige.

[0038] Den ytre formen på tverrsnittet er hovedsakelig rektangulær, slik at flere tanksegmenter 1 hensiktsmessig kan kobles ved siden av hverandre for å danne en større plattform med en plan topp. I noen anvendelser kan det indre volumet av sylinderen 2 inneholde luft ved atmosfærisk trykk for oppdrift. I andre anvendelser kan det indre volumet inneholde olje eller gass ved tilnærmet omgivelsestrykk. Følgelig må veggtykkelsen av sylinderen være tilpasset driftstrykkforskjellen. I tillegg kan det være et ønske om å øke veggtykkelsen av sikkerhetsmessige grunner og/eller for å øke vekten for å redusere behovet for permanent ballast. Som nevnt, er topplaten 3, bunnplaten 4 og sideveggene 5 fortrinnsvis laget av armert betong. I mange anvendelser kan dette være en betong av billigere kvalitet enn betongen i den sylindriske betongtanken 2. For eksempel kan den rektangulære strukturen tillate vann å gå inn i rommet mellom sylinderen 2 og den rektangulære strukturen 3,4, 5, for at trykket skal være likt på begge sider av de rektangulære veggene. Hvis sylinderen 2 er fleksibelt festet til de rektangulære veggene 3, 4 og 5, kan den trekke seg sammen og ekspandere uten å forårsake vesentlig bøyning på de rektangulære veggene. Derfor vil betong med et bredt spekter av strekk- eller bøyefasthet tåle trykket ved enhver praktisk dybde, og andre konstruksjonskriterier bestemmer kvaliteten og armering av betongen i de rektangulære veggene. For eksempel kan det væreønskelig å øke tykkelsen og/eller tettheten til bunnplaten 4 for å spare permanent ballast 6, eller for å øke tykkelsen og/eller duktiliteten til topplaten 3 for å ta opp store belastninger.

[0039] I beskrivelsen omfatter forbindelsen mellom den rektangulære strukturen 3,4, 5 og den sylindriske tanken 2 ethvert element som overfører en kraft mellom den rektangulære strukturen og sylinderen 2, inklusiv valgfri støtte for tilstøtende plater, bjelker for å fordele belastninger, etc. Slike elementer vises ikke i figurene pga. klarhet. Imidlertid er valg og konfigurasjon av elementer en utformingssak som må overlates til fagpersonen som kjenner den aktuelle anvendelsen, og må selvsagt være utformet slik at radial bevegelse av sylinderveggen som følge av trykket ikke skader eller river fra hverandre sylinderveggen eller den rektangulære strukturen. Denne koblingen tillater også visse kompresjonsutløste radiale belastninger (radiale bevegelser) å forekomme i sylinderveggen og unngår store strekk- eller skjærspenninger i sylinderveggene, som ellers ville måtte kontrolleres med tung stålarmering. Således kan sylinderveggen tilvirkes med en forenklet og kostnadseffektiv metode med liten eller ingen konvensjonell stålarmering, utover fibre.

[0040] For den sylindriske tanken kan betong med ultra høy ytelse (UHPC) med fibre være et kostnadseffektivt alternativ til vanlig armert betong med passive armeringsjern, særlig i dypvannsapplikasjoner med store trykkforskjeller over veggene i tanken 2. Særlig under fremstillingen er det vanskelig og tidkrevende å sikre at betongen fyller alle mellomrom innenfor et armeringsstang-bur, mens UHPC i det vesentlige kan helles i en form med få eller ingen armeringsjern. Ved anvendelser på dypt vann, kan komprimeringen av en tank føre til et betydelig tap av fortrengning og oppdrift, som må overvåkes nøye og kompenseres. UHPC bidrar til å redusere dette problemet siden det er stivere, det vil si har en høyere elastisitetsmodul, enn andre betongkvaliteter. På den andre siden vil UHPC med fibre trolig ikke motstå andre krefter, f.eks. langsgående krefter som opptrer under tauing, så bra som betong med en stor mengde av stålarmering. Men dette kan håndteres på en praktisk måte, f.eks. ved tilføying av spennkabler innenfor eller utenfor den sylindriske tanken for å ta opp langsgående krefter. Som ovenfor, valg av betongkvalitet og forsterkning avhenger av den aktuelle anvendelsen, og overlates til fagmannen.

[0041] Topp- 3, bunn- 4 og sideveggene 5 er fortrinnsvis laget av kommersielt tilgjengelige forhåndsstøpte og forspente hule rektangulære betongplater. Om ønskelig kan hulrommene i slike plater tettes for å tilveiebringe celler for ekstra ballast eller oppdrift. I dypvanns applikasjoner kan slike celler i utgangspunktet være fylt med ballastvann. Ved senking av en slik celle i sjøen, kan ballastvannet gradvis erstattes med trykkluft, ettersom trykket fra vannsøylen forårsaker at den sylindriske tanken trekker seg sammen, og dermed reduseres fortrengningen og oppdriften. I en slik anvendelse må luften ha et tilstrekkelig stort trykk for å unngå at de hule platene kollapser under det ytre trykket. Tilførsel av luft fra overflaten ved slike trykk, å tilknytte de nødvendige linjer til en celle i en betongplate og andre problemer, kan gjøre det upraktisk å benytte hulrommene for ballast i dypvannsapplikasjoner. Imidlertid kan ekstra celler for oppdrift være nyttig under tauing, ferdigstillelse, havnearbeid og andre operasjoner hvor tankelementet er nær overflaten.

[0042] Fortrinnsvis er massesenteret under oppdriftssenteret for å sikre statisk stabilitet. Dette kan oppnås for eksempel ved å øke vekten av bunnplaten 4, eller ved bruk av permanent ballast 6 med høy tetthet i det nedre rommet mellom den ytre sylinderveggen og bunnplaten 4 og sideveggene 5, som vist i figur 1. Eksempler på egnet ballast 6 omfatter, i stigende rekkefølge av tetthet og kostnad: Sand, grus, eklogitt, olivin og magnetitt. Det tilsvarende øvre volum, vist med henvisningstall 7, kan være fylt med mindre tett ballast, slik som sand, grus eller sjøvann.

[0043] Ett eller flere tanksegmenter 1 kan kombineres til et tankelement 10 som nærmere beskrevet i forbindelse med figur 2. Valgfrie ballasttanker 8, f.eks. i form av rør som strekker seg langs et slikt tankelement 10, kan være anordnet inne i det sylindriske volumet, og/eller være innlemmet i ballast 6.

[0044] Langsgående og laterale kabelkanaler 9 er anordnet for etterstramming og tilkobling til tilstøtende tanksegmenter og elementer som nærmere beskrevet nedenfor. Under montering, blir stålkabler trukket gjennom disse kanalene og forsynt med et på forhånd bestemt strekk før kanalene 9 kan fylles med mørtel eller fett for beskyttelse mot korrosjon. Teknikker for ettertrekking er velkjent, og derfor ikke omtalt i nærmere detalj her.

[0045] Figur 2 illustrerer et tankelement 10 omfattende tre tanksegmenter 1 av typen beskrevet ovenfor. Selvfølgelig kan et hvilket som helst passende antall tanksegmenter settes sammen til et tankelement 10. Den indre sylinderen er lukket ved hjelp av endestykker 12 ved begge ender, f.eks. av halvkuleformede endestykker 12, som vist med stiplede linjer på figur 2. Tankelementet 10, inkludert endeplater 13 for å gi en rektangulær ytre form, holdes sammen ved hjelp av spennkabler 14 som går gjennom noen eller alle kabelkanaler 9 i figur 1. Videre kan det være mindre behov for spennkabler i anvendelser hvor et ytre trykk presser tanksegmentene 1 og endestykkene 12 sammen enn i anvendelser hvor det indre trykket er tilnærmet lik eller større enn det omgivende trykk.

[0046] Figur 3 viser en undervannsplattform 100 som omfatter en rekke rektangulære tankelementer 10 forbundet ved hjelp av langsgående kabler 140 og laterale kabler 150. Som vist på figur 4 kan fleksible elementer 20 med fordel anordnes mellom tilstøtende elementer 10. Ved å regulere strekket i kablene 140, 150 og velge et passende materiale, f.eks. en elastomer for de fleksible elementene 20, kan hele undervannsplattformen 100 gis en egnet fleksibilitet og likevel gi en rimelig plan og stiv toppflate.

[0047] Figur 4 viser en del av en sammensatt plattform 100 med fleksible elementer 20 mellom tankelementene 10 og laterale spennkabler 150 ved toppen og bunnen. En last 201 med forholdsvis liten masse er plassert over et tankelement med en forholdsvis stor mengde ballastvann. En stor last 202 er anbragt over to tankelementer 10, som hver har en mindre mengde av ballastvann. Fortrinnsvis er summen av massen av en last 201, 202 og ballastvannet inne i tankelementet nedenfor tilnærmet konstant for å unngå strekk- og skjærspenninger, eller statisk ustabilitet forårsaket av forskjellig oppdrift forskjellige steder på plattformen.

[0048] I tankelement 10 lengst til venstre går spennkablene 160, f.eks. stålvaier, fra toppen til bunnen gjennom sideveggene. Disse kablene binder topplaten 3 til bunnplaten 4, og holder også sideveggene 5 på plass. Lignende kabler 160 forbinder også topplatene og bunnplatene av de andre tankelementene og segmentene, men er ikke vist for oversiktens skyld.

[0049] I tillegg til kompresjonskreftene som er omtalt ovenfor, må belastningene påført under sammenstilling, sleping og nedsenking/løfting også tas hånd om. For eksempel kan tankelementene 10 og/eller systemet 100 være utformet slik at den rektangulære strukturen 3, 4, 5 tar opp belastningen under sammenstilling og tauing. I dette tilfellet trenger en tank fremstilt av fiberforsterket UHPC ikke å være utformet for de forholdsvis store strekk-belastningene som kan opptre under tauing.

[0050] Figur 5 illustrerer systemet 100 konfigurert som en lekter for en stor nyttelast 203. For statisk stabilitet, nærmere bestemt for å holde massesenteret under oppdriftssenteret, strekker lasten 203 seg gjennom en sentral åpning i systemet 100. Tankelementene 10 og spennkabelen 150 er beskrevet ovenfor. Elementene 151 viser ankere som holder strekket i kabelen 150, hvilket er kjent i faget.

[0051] Figur 6 viser en generisk applikasjon for energibransjen, spesielt på havbunnen. I tillegg til tankelementene 10, omfatter systemet 100 et nettverk 110 av rør, ventiler og pumper, samt noe ekstra utstyr 120,121. De to kortere tankelementene 10b illustrerer at tankelementene 10, 10b kan være av forskjellige lengder. Figur 6 kan illustrere to forskjellige eksempler på bruk.

[0052] Det første eksemplet er et vannkraftverk drevet på havbunnen på 300-1200 m dyp, noe som omtrent tilsvarer trykkhøyden fra et tradisjonelt vannreservoar for et pumpet lageranlegg i et fjell. Ett- eller flertrinns reversible pumpeturbiner for dette verdiområdet er godt utprøvde og kommersielt tilgjengelige fra flere leverandører. I dette eksempel viser utstyret 120 en turbinenhet, tankelementene 10, 10b er lavtrykkstanker, og nettverket 110 slipper trykksatt vann inn i tankelementene gjennom pumpeturbinenheten 120. Elementene 121 er forbindelsesbjelker. Et slikt vannkraftverk kan med fordel omfatte en ventilasjonslinje til overflaten.

[0053] I det andre eksemplet illustrert i figur 6 er utstyret 120, 121 et brønnhode for en produksjonsbrønn for olje og/eller gass, og nettverket 110 fordeler det produserte fluidet til lagertanker inne i tankelementene 10, 10b. Nettverket 110 kan omfatte en linje til en lastebøye på overflaten for en overflatetransportør, eller alternativt en lignende forbindelse på havbunnen til en undervannstransportør.

[0054] I noen utførelsesformer av et system 100 på havbunnen, f.eks. som vist i figur 6, kan plattformen bestående av tankelementene 10, 10b med fordel omfatte flere tunge kjettinger (ikke vist) som henger fra plattformen og ligger på havbunnen. Hvis plattformen begynner å stige, blir kjettingene løftet fra havbunnen, og den ekstra vekten trekker plattformen ned til sin tiltenkte dybde. Motsatt, dersom plattformen begynner å synke, blir mere av kjedene liggende på havbunnen, og den reduserte vekten fører til at plattformen går tilbake til likevekten, dvs. nøytral oppdrift for systemet som helhet. En fordel ved fortøyning av tankelement på havbunnen uten direkte kontakt med sedimentet er den kinematiske frikoblingen fra grunnen, hvilket beskytter tankstrukturen mot ødeleggende eksitasjon i tilfelle jordskjelv. En annen fordel kan være å unngå en kostbar bearbeiding av grunnen, f.eks. en undervanns anlegging av stein.

[0055] Figur 7 illustrerer at en nyttelast 204,205 kan være plassert inne i et tankelement 10. For eksempel kan et tankelement 10 omfatte boligkvarter 204 for et mannskap, en generator/transformator/AC-DC-omformer 205 for en strømforsyning for langt skritt ut, etc.

[0056] Figur 8 viser enda et eksempel på bruk, hvor to tankelementer 10 tilveiebringer en undersjøisk tunnel med to baner i hvert element; et tankelement 10 for trafikk i én retning og det andre tankelementet for trafikk i motsatt retning. På grunn av den sylindriske formen, og den trykktette strukturen, vil en slik tunnel tåle større dybder enn tunneler med rektangulære tverrsnitt.

[0057] Figur 9 illustrerer en undersjøisk landingsplattform 100 for en undervannstransportør 203 for hydrokarboner. I denne applikasjonen gir plattformen 100 oppdrift for undervannstransportøren 203. Plattformen 100 kan utplasseres på for eksempel en dybde på 2500 m, og vil omfatte tilkoblinger for lasting og lossing av hydrokarboner og ballast for undervannstransportøren 203. Tilsvarende linjer til overflaten forbinder plattformen 100 til nettverk for hydrokarboner og luft. Plattformen 100 kan også tilveiebringe lagringskapasitet for hydrokarboner. Undervannstransportøren 203 kan være en modifisert versjon av tankelementet vist i figur 2. Spennkabler 14 illustrerer at belastningen under tauing av undervannstransportøren må tas hensyn til.

[0058] Det skal forstås at eksemplene presentert ovenfor bare er noen av tallrike anvendelser.

[0059] Som nevnt kan flere sylindersegmenter 2 og endestykker 12 for tanken støpes og herdes samtidig, fortrinnsvis i en produksjonshall med gunstige betingelser, og deretter settes sammen til tankelement 10 vist i figur 2.

[0060] Med henvisning tilbake til figur 2, et tankelement 10 omfatter flere tanksegmenter 1 og to endesegmenter 12, 13. Hvis det sjøsettes fra en slipp, vil et langt tankelement 10 bli opphengt i begge ender. Dette påfører belastninger som ikke påtreffes under normal drift, og kan føre til lekkasjer. Det kan således være ønskelig å montere et langt tankelement 10 horisontalt, f.eks. i en tørrdokk. Andre grunner for montering av tankelementet 10 i en tørrdokk er fart, muligheten for støping av en rektangulær struktur ved hjelp av tradisjonell forskaling, muligheten for å sette sammen to eller tre tankelementer ved siden av hverandre i en typisk tørrdokk, etc. Men en tørrdokk er ikke et absolutt krav. For eksempel kan utførelsesformer med en tilkobling til et rørledningsnettverk hensiktsmessig tømmes ved hjelp av en lensepumpe, og kan til og med settes sammen i vannet.

[0061] Etter sammenstilling blir tankelementet 10 typisk slept til et systemsammenstillingssted hvor det kobles inn i et system 100, og hvor systemet 100 utstyres i henhold til sitt tiltenkte formål.

[0062] Oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til utførelseseksempler. Imidlertid er omfanget av oppfinnelsen definert ved de vedlagte patentkrav.

Claims

1. Undervannstanksystem (100) omfattende minst ett tanksegment (1), tanksegmentet(ene) danner en sylindrisk betongtank (2) lukket på begge ender av to endestykker (12), en rektangulær struktur (3, 4, 5, 13) som omgir den sylindriske tanken (2), og langsgående spennkabler (14; 140), karakterisert ved en forbindelse (150,160) mellom den rektangulære strukturen (3, 4, 5, 13) og den sylindriske tanken (2) som tillater en bevegelse av veggen til den sylindriske tanken (2) relativt til den rektangulære strukturen (3, 4, 5, 13), langsgående kabelkanaler (9) for langsgående spennkabler (14), hvor de langsgående spennkablene er laget for å tvinge endestykkene (12) sammen med tilstrekkelig kraft for å sikre at den sylindriske tanken (2) er fluidtett under driftstilstander.

2. Undervannstanksystem (100) som angitt i krav 1, hvor den rektangulære strukturen omfatter en monolittisk struktur av armert betong.

3. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor den rektangulære strukturen (3, 4, 5) omfatter minst én forspent betongplate som danner en hvilken som helst eller alle av en plan topplate (3), en bunnplate (4) og en sidevegg (5).

4. Undervannstanksystem (100) som angitt i krav 3, hvor hver betongplate (3, 4, 5) er festet til den rektangulære strukturen med en spennkabel (140, 150, 160).

5. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, hvor et rom mellom den nedre halvdelen til den sylindriske tankens (2) ytre flate og den rektangulære strukturen (4, 5) inneholder en første permanente ballast (6).

6. Undervannstanksystem (100) som angitt i krav 5, hvor et rom mellom den øvre halvdelen til den sylindriske tankens (2) ytre flate og den rektangulære strukturen (3, 5) inneholder en andre permanente ballast (7).

7. Undervannstanksystem (100) som angitt i krav 6, hvor den andre permanente ballasten (7) har mindre tetthet enn den første permanente ballasten (6)

8. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende en ballasttank (8) for vann.

9. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende et nettverk (110) av rør, pumper og ventiler for sammenkobling av betongtanker (2).

10. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende en linje for sammenkobling av betongtanker (2) til en transportør.

11. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende en pumpeturbinenhet for å bruke betongtankene (2) som lavtrykkstanker i et dypvanns vannkraftverk.

12. Undervannstanksystem (100) som angitt i et av de foregående krav, videre omfattende en flat topp for å bruke tanksystemet som en plattform (120, 121; 201-205) for marine installasjoner.

13. Fremgangsmåte for produksjon av undervannstanksystemet (100) som angitt i et av de foregående krav, omfattende trinnene: å støpe en sylinder for et tanksegment (1); å støpe endestykker (12) for lukking av tanksystemet (100); å sette sammen en fluidtett sylindrisk tank (2) fra minst én sylinder for et tanksegment (1) og nøyaktig to endestykker (12) ved bruk av langsgående spennkabler (14) som tvinger endestykkene (12) sammen; å anordne en rektangulær struktur (3,4, 5) rundt den fluidtette tanken (2); og å forbinde den rektangulære strukturen (3,4, 5,13) med den sylindriske tanken (2) slik at veggen til den sylindriske tanken (2) tillates en bevegelse relativt til den rektangulære strukturen (3,4,5,13).

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, videre omfattende trinnet: å slepe undervannstanksystemet (100) til et systemsammenstillingssted.