RU2770514C1 - Underwater liquefied natural gas storage - Google Patents

Underwater liquefied natural gas storage Download PDF

Info

Publication number
RU2770514C1
RU2770514C1 RU2021126590A RU2021126590A RU2770514C1 RU 2770514 C1 RU2770514 C1 RU 2770514C1 RU 2021126590 A RU2021126590 A RU 2021126590A RU 2021126590 A RU2021126590 A RU 2021126590A RU 2770514 C1 RU2770514 C1 RU 2770514C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
natural gas
liquefied natural
underwater
lng
housing
Prior art date
Application number
RU2021126590A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Александрович Земляновский
Чингиз Саибович Гусейнов
Александр Владимирович Колганов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина"
Priority to RU2021126590A priority Critical patent/RU2770514C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770514C1 publication Critical patent/RU2770514C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D88/00Large containers
    • B65D88/78Large containers for use in or under water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/007Underground or underwater storage

Abstract

FIELD: offshore structures.
SUBSTANCE: invention relates to offshore structures, namely to offshore liquefied natural gas (LNG) storage facilities designed for underwater accumulation and storage of liquefied natural gas (LNG) in the waters of the Arctic Ocean. Underwater storage of liquefied natural gas contains a double-walled body in the form of a hemisphere with a flat bottom with the formation of a sealed volume, fixed by means of submerged piles on the seabed soil with a gap between the bottom of the body and the seabed. In the lower part of the housing there are branch pipes for supplying liquefied natural gas and a trough sump for pumping sea water or liquefied natural gas, and an agitator and a cooling system are installed in the cavity of the housing, made in the form of a coil with a coil height increasing from the periphery of the housing to the center, and communicating with lines for supplying liquid air and draining it. The domed part of the body communicates with the line for supplying nitrogen and removing the mixture of nitrogen with boil-off gas, on which an adjustable valve is installed, while the inner wall of the body is made of cryogenic steel, lined on the outside with layers of thermal insulation and polyurethane foam, and the outer wall is made of reinforced concrete, lined on the outside a layer of waterproofing in the form of a polymer coating.
EFFECT: complex one-time provision of conditions for increasing the bearing capacity of the storage under the influence of external hydrostatic pressure, to prevent the occurrence of "rollover", to reduce the intensity of the formation of boil-off gas inside the tank and maintain cryogenic temperature, to prevent swelling of the soil and the formation of ice lenses, as well as to create negative buoyancy structures.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к шельфовым сооружениям, а именно к морским хранилищам сжиженного природного газа (СПГ), предназначенным для подводного накопления и хранения сжиженного природного газа (СПГ) в акваториях Северного Ледовитого океана.SUBSTANCE: invention relates to offshore structures, namely to offshore liquefied natural gas (LNG) storage facilities designed for underwater accumulation and storage of liquefied natural gas (LNG) in the waters of the Arctic Ocean.

Известен подводный резервуар, работающий по принципу вытеснения продуктом налива воды, когда вода поступает в резервуар для хранения или вытесняется из него по мере изменения объема хранящейся нефти. Такие резервуары могут быть полностью расположены под водой или возвышаться над поверхностью воды (US 3889477).An underwater reservoir is known that operates on the principle of water flooding product displacement, when water enters the storage tank or is displaced from it as the volume of stored oil changes. Such tanks can be located completely under water or rise above the surface of the water (US 3889477).

Недостатком такого нефтехранилища является наличие зоны контакта нефти с водой и большая вероятность их смешивания, что может способствовать размножению бактерий в данной зоне и постепенному уменьшению полезной емкости хранилища в период эксплуатации. Возникает риск утечки продукта из резервуара и загрязнения акватории.The disadvantage of such an oil storage is the presence of a zone of contact between oil and water and a high probability of their mixing, which can contribute to the growth of bacteria in this area and a gradual decrease in the useful capacity of the storage during operation. There is a risk of leakage of the product from the tank and pollution of the water area.

Использовать такое конструкторское решение для хранения СПГ невозможно, поскольку исключается возможность прямого контакта воды, имеющей положительную температуру, с криогенным СПГ.It is impossible to use such a design solution for LNG storage, since the possibility of direct contact of positive temperature water with cryogenic LNG is excluded.

Известна установка для производства и хранения криогенной жидкости, включающая множество подводных ячеек и надводную часть, на которой устанавливается завод СПГ и средства передачи продукта на надводный танкер (US 7553107).Known installation for the production and storage of cryogenic liquid, including many underwater cells and the surface part, which is installed LNG plant and means of transferring the product to the surface tanker (US 7553107).

Недостатком такой конструкции является ее зависимость от надводного модуля, без которого данное сооружения не может существовать самостоятельно, что приводит к невозможности использовать такое сооружение при полностью подводном освоении месторождения, а также на больших глубинах в условиях арктического шельфа, где навигационный период ограничен 3-4 месяцами наряду с существованием суровых ледовых условий.The disadvantage of this design is its dependence on the surface module, without which this structure cannot exist independently, which leads to the impossibility of using such a structure for fully underwater field development, as well as at great depths in the conditions of the Arctic shelf, where the navigation period is limited to 3-4 months along with the existence of severe ice conditions.

Кроме того, поскольку в описании изобретения отсутствуют сведения о мерах по предотвращению появления явления «ролловера», то и надежность эксплуатации такого сооружения не будет соответствовать условиям безопасности.In addition, since the description of the invention lacks information on measures to prevent the occurrence of the “rollover” phenomenon, the reliability of operation of such a structure will not meet safety conditions.

Также известна система подводного хранения сжиженных газов, содержащая два скрепленных между собой контейнера: сферический, внутри которого расположена гибкая мембрана, и кубический. Система работает по принципу сообщающихся сосудов: при закачке СПГ в сферический контейнер сила тяжести воздействует на мембрану и вытесняет изолирующую жидкость (изопентан) во второй резервуар (US 3727418).Also known is a system of underwater storage of liquefied gases, containing two containers fastened together: a spherical one, inside which a flexible membrane is located, and a cubic one. The system works on the principle of communicating vessels: when LNG is pumped into a spherical container, gravity acts on the membrane and displaces the insulating liquid (isopentane) into the second reservoir (US 3727418).

Изопентан, попадая во второй контейнер, воздействует на мембрану и вытесняет из контейнера воду в окружающую среду с объемом, равным изменившемуся объему изопентана во втором контейнере.Isopentane, getting into the second container, acts on the membrane and displaces water from the container into the environment with a volume equal to the changed volume of isopentane in the second container.

Недостатком такой конструкции является сложность крепления сферического резервуара к кубическому, большое количество изопентана для работы такой конструкции, кубическая форма второго резервуара приводит к возникновению большого опрокидывающего момента из-за действия подводных течений. Такая конструкция не сможет обеспечить надежность и устойчивость при эксплуатации сооружения, кроме того, здесь также не предусмотрено предотвращение явления «ролловера».The disadvantage of this design is the difficulty of attaching a spherical tank to a cubic one, a large amount of isopentane for such a design, the cubic shape of the second tank leads to a large overturning moment due to the action of underwater currents. Such a design will not be able to ensure reliability and stability during the operation of the structure, in addition, it also does not provide for the prevention of the “rollover” phenomenon.

Известен «Оффшорный терминал СПГ», представляющий собой терминал для приема, сжижения, хранения, регазификации и доставки природного газа. Данное сооружение имеет в своем составе железобетонное опорное основание с расположенной на нем криогенной емкостью, при этом для создания необходимой плавучести сооружения вокруг резервуара используются балластные отсеки, в которые закачивается забортная вода (US3766583).Known "Offshore LNG Terminal", which is a terminal for receiving, liquefying, storing, regasifying and delivering natural gas. This structure incorporates a reinforced concrete support base with a cryogenic tank located on it, while to create the necessary buoyancy of the structure around the tank, ballast compartments are used, into which sea water is pumped (US3766583).

Недостатком данного технического решения является то, что криогенный резервуар СПГ не встроен в конструкцию корпуса, а лишь базируется на его верхней части, что делает его незащищенным от воздействий окружающей среды. Кроме того, открытые балластные емкости, которые расположены выше уровня воды, отсутствие в конструкции двойных бортов и палубы увеличивает ледовую и волновую нагрузки на сооружение в период эксплуатации.The disadvantage of this technical solution is that the LNG cryogenic tank is not built into the body structure, but is only based on its upper part, which makes it unprotected from environmental influences. In addition, open ballast tanks, which are located above the water level, the absence of double sides and decks in the structure increase ice and wave loads on the structure during operation.

Известен «Оффшорный криогенный танк», содержащий основание, цилиндрическую вертикальную стену, внутренняя часть которой разделена горизонтальной перегородкой (палубой) на верхнюю емкость - криогенный резервуар и нижнюю емкость - балластный отсек, крышу и палубу (GB1464260). Для создания необходимой плавучести сооружения вода принимается или опорожняется из балластного отсека при наполнении или удалении жидкости из внутреннего резервуара, соответственно.Known "Offshore cryogenic tank", containing a base, a cylindrical vertical wall, the inner part of which is divided by a horizontal partition (deck) into the upper tank - cryogenic tank and the lower tank - ballast compartment, roof and deck (GB1464260). To create the necessary buoyancy of the structure, water is taken in or emptied from the ballast compartment when filling or removing liquid from the internal tank, respectively.

Недостатком данного технического решения является отсутствие ледостойкости у сооружения, криогенный резервуар находится на опорном основании выше действующей ватерлинии, что увеличивает аппликату центра тяжести данного сооружения, при этом уровень воды в балластном отсеке всегда необходимо контролировать и поддерживать с помощью балластных насосов, в зависимости от загрузки (наполнения) криогенного резервуара.The disadvantage of this technical solution is the lack of ice resistance of the structure, the cryogenic tank is located on the support base above the current waterline, which increases the applicate of the center of gravity of this structure, while the water level in the ballast compartment must always be controlled and maintained using ballast pumps, depending on the load ( filling) of the cryogenic tank.

Кроме того, цилиндрическая форма сооружения создает значительный опрокидывающий момент при эксплуатации сооружения, конструкция имеет ограничения по расположению на морском дне по глубине, нуждается в связи с окружающей средой для отвода отпарного газа, возникающего при хранении.In addition, the cylindrical shape of the structure creates a significant overturning moment during the operation of the structure, the structure has restrictions on the location on the seabed in depth, and needs to be connected to the environment to remove the boil-off gas that occurs during storage.

Известно подводное нефтехранилище, выполненное в виде плоского днища круглой формы и корпуса в виде полусферы, жестко соединенного с днищем, с образованием герметичного объема для хранения нефтепродуктов, при этом корпус соединен посредством трубопровода с газосборником, днище выполнено выступающим за пределы корпуса, а корпус содержит, по меньшей мере, один патрубок для закачки нефтепродуктов внутрь корпуса и, по меньшей мере, один патрубок для слива нефтепродуктов, при этом в качестве материала корпуса и днища используют или сталь или бетон или железобетон, а закрепление днища нефтехранилища на дне осуществляют с помощью анкерных устройств (RU133818).An underwater oil storage facility is known, made in the form of a flat bottom of a round shape and a body in the form of a hemisphere, rigidly connected to the bottom, with the formation of a sealed volume for storing oil products, while the body is connected by a pipeline to the gas collector, the bottom is made protruding beyond the body, and the body contains, at least one branch pipe for pumping oil products into the body and at least one pipe for draining oil products, while either steel or concrete or reinforced concrete is used as the material of the body and bottom, and the tank bottom is fixed to the bottom using anchor devices (RU133818).

Недостатком известного нефтехранилища является: большое значение положительной плавучести, обусловленной наличием воздушной смеси внутри резервуара. Кроме того, погружение хранилища осуществляют с помощью пригрузов и после фиксации сооружения снимают их плавучими кранами. Большая масса пригрузов усложняет процесс их транспортировки до месторождения, приводит к необходимости использования больших мощностей лебедок или плавучих кранов для их подъема с морского дна, увеличивает нагрузку на анкеры.The disadvantage of the known oil storage is: the high value of positive buoyancy due to the presence of the air mixture inside the tank. In addition, the immersion of the storage is carried out with the help of weights and, after fixing the structure, they are removed by floating cranes. A large mass of weights complicates the process of their transportation to the field, leads to the need to use large capacities of winches or floating cranes to lift them from the seabed, and increases the load on the anchors.

Из известных решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является плавучее хранилище сжиженного природного газа гравитационного типа для эксплуатации в прибрежных акваториях северных морей со сложными ледовыми условиями, содержащее многоугольный ледостойкий железобетонный кессон, двойное дно, двойные борта, внутренние переборки и палубы, вертикальную цилиндрическую конструкцию с куполообразной крышей и встроенным изотермическим резервуаром СПГ с многослойной изоляцией (RU 163720).Of the known solutions, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a gravity-type floating storage of liquefied natural gas for operation in the coastal waters of the northern seas with difficult ice conditions, containing a polygonal ice-resistant reinforced concrete caisson, a double bottom, double sides, internal bulkheads and decks, a vertical cylindrical structure with a domed roof and a built-in isothermal LNG tank with multilayer insulation (RU 163720).

Описанное техническое решение имеет следующие недостатки.The described technical solution has the following disadvantages.

Поскольку днище хранилища полностью примыкает к морскому дну, т.е. имеет место прямое соприкосновения с морским дном, то при хранении будет происходить «выхолаживание» вспучивание донного грунта.Since the bottom of the storage is completely adjacent to the seabed, i.e. there is direct contact with the seabed, then during storage there will be a "cooling" swelling of the bottom soil.

После установки на дно выступающая надводная часть (изотермический резервуар) будет подвергаться воздействию ветра, что ограничит применение хранилища только на небольших глубинах в прибрежных территориях.Once installed on the bottom, the protruding above-water part (isothermal tank) will be exposed to wind, which will limit the use of the storage facility only at shallow depths in coastal areas.

Взаимодействие корпуса хранилища со льдом, приведет к необходимости увеличения толщины стенок кессона, что приведет к увеличению металлоемкости конструкции и увеличения ее стоимости и трудоемкости изготовления.The interaction of the storage body with ice will lead to the need to increase the thickness of the walls of the caisson, which will lead to an increase in the metal consumption of the structure and an increase in its cost and labor intensity of manufacture.

Кроме того, многоугольность ледостойкого кессона резервуара вызовет его искривление при ледовых воздействиях.In addition, the polygonality of the ice-resistant caisson of the reservoir will cause it to warp under ice conditions.

В описании решения также отсутствуют сведения о реализации процесса регазификации, а также мер по предотвращению явления «ролловера».The description of the solution also lacks information about the implementation of the regasification process, as well as measures to prevent the “rollover” phenomenon.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и безопасности эксплуатации подводного резервуара для хранения СПГ под водой.The technical problem to be solved by the present invention is to increase the reliability and safety of operation of an underwater LNG storage tank under water.

Указанная проблема решается тем, что подводное хранилище сжиженного природного газа содержит двустенный корпус в виде полусферы с плоским днищем с образованием герметичного объема, закрепленный посредством погружных свай на грунте морского дна с зазором между днищем корпуса и морским дном, в нижней части корпуса размещены патрубки для подачи сжиженного природного газа и лотковый зумпф для откачки морской воды или сжиженного природного газа, а в полости корпуса установлены мешалка и система охлаждения, выполненная в виде змеевика с высотой витков, увеличивающейся от периферии корпуса к центру, сообщающаяся с линиями подачи жидкого воздуха и его слива, купольная часть корпуса сообщается с линией подачи азота и отвода смеси азота с отпарным газом, на которой установлен регулируемый клапан, при этом внутренняя стенка корпуса выполнена из криогенной стали, облицованной снаружи последовательно слоями теплоизоляции и полиуретановой пены, а внешняя стенка выполнена из железобетона, облицованного снаружи слоем гидроизоляции в виде полимерного покрытия.This problem is solved by the fact that the underwater storage of liquefied natural gas contains a double-walled body in the form of a hemisphere with a flat bottom with the formation of a sealed volume, fixed by means of submerged piles on the seabed soil with a gap between the bottom of the body and the seabed, in the lower part of the body there are branch pipes for supplying liquefied natural gas and a tray sump for pumping out sea water or liquefied natural gas, and an agitator and a cooling system are installed in the cavity of the housing, made in the form of a coil with a coil height increasing from the periphery of the housing to the center, communicating with the lines for supplying liquid air and draining it, the domed part of the housing communicates with the nitrogen supply line and the removal of the nitrogen-boiling gas mixture, on which an adjustable valve is installed, while the inner wall of the housing is made of cryogenic steel, lined on the outside with successive layers of thermal insulation and polyurethane foam, and the outer wall is made of reinforced concrete, lined outside with a layer of waterproofing in the form of a polymer coating.

Достигаемый технический результат заключается в комплексном единовременном обеспечении условий для повышения несущей способности хранилища при воздействии внешнего гидростатического давления, для предотвращения возникновения «ролловера», для снижения интенсивности образования отпарного газа внутри резервуара и поддержания криогенной температуры, для предотвращения вспучивания грунта и образования ледяных линз, а также для создания отрицательной плавучести сооружения.The achieved technical result consists in a complex one-time provision of conditions for increasing the storage capacity of the storage under the influence of external hydrostatic pressure, to prevent the occurrence of a "rollover", to reduce the intensity of the formation of boil-off gas inside the tank and maintain cryogenic temperature, to prevent swelling of the soil and the formation of ice lenses, and also to create negative buoyancy of the structure.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:The proposed technical solution is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого подводного комплекса для хранения СПГ;in fig. 1 shows a general view of the proposed underwater LNG storage facility;

на фиг. 2 изображен вид в разрезе подводного хранилища СПГ в соответствии с настоящим изобретением;in fig. 2 is a sectional view of an underwater LNG storage facility in accordance with the present invention;

на фиг. 3 изображен процесс погружения подводного хранилища СПГ под воду и установки его с применением всасывающих устройств;in fig. 3 shows the process of submerging an underwater LNG storage facility under water and installing it using suction devices;

на фиг. 4 показан пример проектного положения подводного хранилища СПГ с уклоном в сторону лоткового зумпфа 1:100;in fig. 4 shows an example of the design position of an underwater LNG storage facility with a slope towards the flume sump 1:100;

на фиг. 5 изображен вид сверху на подводное хранилище СПГ;in fig. 5 is a plan view of an underwater LNG storage facility;

Список сокращений, используемых в описании заявленного изобретения:List of abbreviations used in the description of the claimed invention:

ЖВ - жидкий воздух;LW - liquid air;

СПГ - сжиженный природный газ.LNG - liquefied natural gas.

Предлагаемое подводное хранилище сжиженного природного газа содержит двустенный корпус 1 (см. фиг. 1, 2) в виде полусферы с плоским днищем 2 с образованием герметичного объема. Закрепление подводного хранилища происходит посредством погружных свай 3 на грунте морского дна 4. Погружные сваи 3, замоноличенные в проушинах 5 (см. фиг. 5) плоского днища 2 в виде треноги, погружаются в грунт при помощи всасывающих устройств 6 (см. фиг. 3) с зазором 7 между днищем корпуса 2 и морским дном 4. В нижней части двустенного корпуса 1 размещены патрубки 8 для подачи СПГ и лотковый зумпф 9 для откачки морской воды или СПГ. В полости корпуса 1 установлены мешалка 10 с приводом (на фиг. не показан), система охлаждения 11, запорная арматура (на фиг. не показана), контрольно-измерительное оборудование (на фиг. не показано), которое должно быть выполнено дистанционно управляемым и интегрированным в систему диспетчерского управления и сбора данных. Система охлаждения 11 выполнена в виде змеевика с высотой витков, увеличивающихся от периферии корпуса к центру. Это обеспечивает повышение эффективности работы системы охлаждения 11, которая сообщается с линиями подачи 12 жидкого воздуха и его слива 13. Купольная часть корпуса 14 сообщается с линией подачи азота и отвода 15 смеси азота с отпарным газом 16, на который установлен регулируемый клапан 17, связанный сдатчиком давления 18. Рядом с подводным хранилищем СПГ расположен газосборник 19, установленный с помощью свай 20 на грунт морского дна 4. Внутренняя стенка корпуса 21 выполнена из криогенной стали, облицованной снаружи последовательно слоями теплоизоляции 22 и полиуретановой пены 23 посредством штифтов или штырей, приваренных к корпусу (на фиг. не показаны), а внешняя стенка 24 выполнена из железобетона, облицованного снаружи слоем гидроизоляции 25 в виде полимерного покрытия. Внешняя стенка 24 замоноличивается в кольцевом желобе плоского днища 2 и представляет собой монолитное сооружение.The proposed underwater storage of liquefied natural gas contains a double-walled body 1 (see Fig. 1, 2) in the form of a hemisphere with a flat bottom 2 with the formation of a sealed volume. The underwater storage is fixed by means of submersible piles 3 on the soil of the seabed 4. Submersible piles 3, embedded in the eyes 5 (see Fig. 5) of the flat bottom 2 in the form of a tripod, are immersed in the soil using suction devices 6 (see Fig. 3 ) with a gap 7 between the bottom of the hull 2 and the seabed 4. In the lower part of the double-walled hull 1 there are branch pipes 8 for supplying LNG and a trough sump 9 for pumping out sea water or LNG. A stirrer 10 with a drive (not shown in the figure), a cooling system 11, shut-off valves (not shown in the figure), instrumentation (not shown in the figure), which must be remotely controlled and integrated into the supervisory control and data acquisition system. The cooling system 11 is made in the form of a coil with a height of coils that increase from the periphery of the housing to the center. This improves the efficiency of the cooling system 11, which communicates with the supply lines 12 of liquid air and its discharge 13. The domed part of the housing 14 communicates with the nitrogen supply line and the outlet 15 of the mixture of nitrogen with boil-off gas 16, on which an adjustable valve 17 is installed, connected by a transmitter pressure 18. Next to the underwater LNG storage there is a gas collector 19, installed with the help of piles 20 on the soil of the seabed 4. The inner wall of the body 21 is made of cryogenic steel, lined on the outside successively with layers of thermal insulation 22 and polyurethane foam 23 by means of pins or pins welded to the body (not shown in Fig.), and the outer wall 24 is made of reinforced concrete, lined on the outside with a layer of waterproofing 25 in the form of a polymer coating. The outer wall 24 is embedded in the annular chute of the flat bottom 2 and is a monolithic structure.

Толщина стенки железобетона должна быть в несколько раз больше, чем толщина стенки из криогенной стали. Это объясняется тем, что гидростатическое давление воды на внешнюю стенку 24 значительно больше избыточного давления газовой смеси 16 над поверхностью СПГ и гидростатического давления столба СПГ на внутреннюю стенку корпуса 21. Так, например, толщина внешней стенки 24 может составлять от 20 мм до 300 мм в соответствии с возрастанием глубины морского дна до 500 м. При этом толщина стенки внутренней стенки 21 также должна пропорционально возрастать от 10 мм до 50 мм для хранения продукта налива объемом до 60000 м3. Применение подводных хранилищ СПГ большего объема усложняет и удорожает процессы строительства, транспортировки и погружения на дно. Точные значения габаритов и толщин стенок конструктивных элементов подводного хранилища СПГ выбираются согласно расчету на прочность и устойчивость оболочек под совместным воздействием основных нагрузок. Уровень надежности конструкции подводного хранилища СПГ и коэффициент запаса определяются в зависимости от его несущей способности.The wall thickness of reinforced concrete should be several times greater than the wall thickness of cryogenic steel. This is due to the fact that the hydrostatic pressure of water on the outer wall 24 is much greater than the excess pressure of the gas mixture 16 above the LNG surface and the hydrostatic pressure of the LNG column on the inner wall of the housing 21. For example, the thickness of the outer wall 24 can be from 20 mm to 300 mm in in accordance with the increase in the depth of the seabed up to 500 m. At the same time, the wall thickness of the inner wall 21 must also increase proportionally from 10 mm to 50 mm to store the bulk product with a volume of up to 60,000 m 3 . The use of larger underwater LNG storage facilities complicates and increases the cost of construction, transportation and submersion. The exact dimensions and wall thicknesses of the structural elements of the underwater LNG storage facility are selected according to the calculation of the strength and stability of the shells under the joint action of the main loads. The level of reliability of the design of an underwater LNG storage facility and the safety factor are determined depending on its carrying capacity.

Процесс погружения и эксплуатации предлагаемого изобретения заключается в следующем:The process of immersion and operation of the proposed invention is as follows:

Подводное хранилище СПГ обладает положительной плавучестью перед процессом погружения на морское дно, и, чтобы погрузить его под воду, необходимо преодолеть архимедову силу. Для этой цели применяют управляемое погружение путем постепенной закачки в подводное хранилище СПГ определенного, установленного расчетом объема морской воды для придания отрицательной плавучести сооружению. Погружение должно осуществляться медленно, для того чтобы предотвратить механические повреждения подводного хранилища СПГ при установке на дно 4. Равномерное погружение подводного хранилища СПГ на морское дно осуществляется мощными лебедками (на фиг. не показаны), установленными на буксирах и/или медленно балластируемыми стальными/ эластичными емкостями (на фиг. не показаны), присоединенными к хранилищу для его спуска.An underwater LNG storage facility is positively buoyant before sinking to the seabed, and in order to sink it underwater, the Archimedean force must be overcome. For this purpose, a controlled immersion is used by gradually pumping a certain, calculated volume of sea water into the LNG underwater storage facility to impart negative buoyancy to the structure. Diving should be carried out slowly in order to prevent mechanical damage to the underwater LNG storage when installed on the seabed. containers (not shown in the figure) attached to the storage for its descent.

Подводное хранилище СПГ с замоноличенными в проушинах 5 в виде треноги погружными сваями 3 погружается и устанавливается в пробуренные перед спуском места на морское дно 4. При этом указанные сваи 3 погружаются в грунт путем откачки морской воды из них всасывающими устройствами 6 через заранее подготовленные отверстия в проушинах 5. Причем погружение свай в морское дно 4 идет таким образом, чтобы между плоским днищем 2 и морским дном 4 оставался зазор 7 и создавался небольшой отрицательный уклон в сторону лоткового зумпфа 9. Погружные сваи 3 защищают конструкцию от воздействия подводных течений и препятствуют всплытию на поверхность акватории при его опорожнении. Зазор 7 между плоским днищем 2 и морским дном 4 необходим для предотвращения вспучивания грунта и образования ледяных линз, что также упрощает проведение работ по подготовке поверхности морского дна 4. Уклон в сторону лоткового зумпфа 9 нужен для полного опорожнения подводного хранилища от морской воды или СПГ. Расположение свай 3 и их количество выбрано ввиду большей устойчивости такого базирования. Габариты этих погружных свай выбирают таким образом, чтобы при полном опорожнении подводного хранилища СПГ положение системы оставалось устойчивым.An underwater LNG storage facility with submersible piles 3 embedded in lugs 5 in the form of a tripod is submerged and installed in places drilled before lowering to the seabed 4. At the same time, these piles 3 are immersed in the ground by pumping sea water out of them with suction devices 6 through pre-prepared holes in the lugs 5. Moreover, the piles are driven into the seabed 4 in such a way that a gap 7 remains between the flat bottom 2 and the seabed 4 and a slight negative slope is created towards the flume sump 9. Submersible piles 3 protect the structure from the effects of underwater currents and prevent ascent to the surface water areas during its emptying. The gap 7 between the flat bottom 2 and the seabed 4 is necessary to prevent swelling of the soil and the formation of ice lenses, which also simplifies the preparation of the surface of the seabed 4. The slope towards the flume sump 9 is needed to completely empty the underwater storage from sea water or LNG. The location of piles 3 and their number is chosen due to the greater stability of such basing. The dimensions of these submerged piles are chosen so that when the subsea LNG storage is completely emptied, the position of the system remains stable.

Далее производят процесс погружения и обвязки газосборника 19 с купольной частью корпуса 14. Конструкция газосборника 19 представляет герметичный стальной баллон высокого давления, в котором происходит последовательное сжатие и расширение газовой смеси 16 при опорожнении и заполнении подводного хранилища СПГ. Соответственно, внутри находится газообразный азот, так как он, в отличие от воздуха, не создает взрывоопасную смесь. Газообразный азот находится под таким избыточным давлением, чтобы, когда весь продукт налива покинет подводное хранилище СПГ, избыточное давление газа в газосборнике 19 стало бы равным нулю. Линия подачи газообразного азота и отвода 15 смеси газообразного азота с отпарным газом 16 служит для транспорта газовой смеси в газосборник и обратно при заполнении и опорожнении подводного хранилища СПГ.Next, the process of immersion and piping of the gas collector 19 with the domed part of the body 14 is carried out. The design of the gas collector 19 is a sealed high-pressure steel cylinder in which the gas mixture 16 is sequentially compressed and expanded when emptying and filling the underwater LNG storage. Accordingly, there is gaseous nitrogen inside, since, unlike air, it does not create an explosive mixture. The nitrogen gas is under such an overpressure that when all the bulk product leaves the underwater LNG storage, the gas overpressure in the gas collector 19 would become equal to zero. The line for supplying gaseous nitrogen and removing 15 a mixture of gaseous nitrogen with boil-off gas 16 serves to transport the gas mixture to the gas collector and back when filling and emptying the underwater LNG storage.

Затем полностью опорожняют подводное хранилище СПГ от воды путем ее откачки. Это возможно, поскольку газообразный азот из газосборника 19 заполняет внутреннее пространство двустенного корпуса 1 СПГ и предотвращает тем самым образование вакуума. При заполнении подводного хранилища СПГ потоком сжиженного природного газа с помощью криогенного центробежного насоса (на фиг. не показан) через подводящий трубопровод (на фиг. не показан), соединенный с патрубком 8, происходит сжатие газовой смеси 16 над зеркалом СПГ. Сжиженный природный газ по мере заполнения объема, как поршень, движется вверх и сжимает газовую смесь. При этом происходит перемешивание азота с углеводородами и образуется взрывобезопасная газовая смесь 16. Как только избыточное давление газа достигнет заданного значения, что фиксируется датчиками давления 18, установленными в полости корпуса 1, открывают клапан 17, и газовая смесь 16 поступает в газосборник 19, который обладает высокой несущей способностью. Для предотвращения возникновения «ролловера» применяется перемешивающее устройство - мешалка 10 с приводом. Для снижения интенсивности образования отпарного газа внутри резервуара и поддержания криогенной температуры применяется система охлаждения 11, по трубам которой циркулирует жидкий воздух в полости корпуса 1 и поступает он из подводного завода СПГ (на фиг. не показан). При увеличении температуры жидкого воздуха выше - 163°С он направляется в специальную емкость (на фиг. не показана) для дальнейшего использования в качестве хладагента при ожижении природного газа. Производится теплоизоляция труб линии подачи 12 жидкого воздуха и его слива 13, ведущих в подводный резервуар для хранения СПГ и выходящих из него.Then the underwater LNG storage is completely emptied of water by pumping it out. This is possible because the gaseous nitrogen from the gas collector 19 fills the interior of the double-walled LNG body 1 and thereby prevents the formation of a vacuum. When filling the underwater LNG storage with a stream of liquefied natural gas using a cryogenic centrifugal pump (not shown in the figure) through the supply pipeline (not shown in the figure) connected to the branch pipe 8, the gas mixture 16 is compressed above the LNG mirror. Liquefied natural gas as it fills the volume, like a piston, moves up and compresses the gas mixture. In this case, nitrogen is mixed with hydrocarbons and an explosion-proof gas mixture 16 is formed. As soon as the excess gas pressure reaches a predetermined value, which is recorded by pressure sensors 18 installed in the cavity of the housing 1, the valve 17 is opened, and the gas mixture 16 enters the gas collector 19, which has high bearing capacity. To prevent the occurrence of "rollover", a mixing device is used - a mixer 10 with a drive. To reduce the formation of boil-off gas inside the tank and maintain the cryogenic temperature, a cooling system 11 is used, through the pipes of which liquid air circulates in the cavity of the housing 1 and it comes from an underwater LNG plant (not shown in the figure). When the liquid air temperature rises above -163°C, it is sent to a special container (not shown in the figure) for further use as a refrigerant in the liquefaction of natural gas. Thermal insulation of the pipes of the liquid air supply line 12 and its discharge 13, leading to the underwater LNG storage tank and leaving it.

Замоноличивание железобетонной купольной части корпуса 14 с плоским днищем 2 обеспечивает несущую способность хранилища при воздействии внешнего гидростатического давления. Герметизация внутреннего пространства, которая создана монолитным сооружением из железобетона, внутри которого находится слой полиуретановой пены 23, а снаружи облицованного слоем гидроизоляции 25 в виде полимерного покрытия, препятствует попаданию СПГ и его паров в акваторию, предохраняет арматуру от коррозии, защищает подводное хранилище СПГ от попадания влаги сквозь поры бетона, обеспечивает экологическую безопасность эксплуатации сооружения. Применение заранее рассчитанных слоев теплоизоляции 22 снижает интенсивность испарения СПГ.Monolithic reinforced concrete dome of the body 14 with a flat bottom 2 provides the bearing capacity of the storage when exposed to external hydrostatic pressure. The sealing of the internal space, which is created by a monolithic structure made of reinforced concrete, inside of which there is a layer of polyurethane foam 23, and outside it is lined with a layer of waterproofing 25 in the form of a polymer coating, prevents LNG and its vapors from entering the water area, protects reinforcement from corrosion, protects the underwater LNG storage from moisture through the pores of concrete, ensures the environmental safety of the operation of the structure. The use of pre-calculated layers of thermal insulation 22 reduces the rate of LNG evaporation.

Танкер-газовоз (на фиг. не показан), прибывающий к подводному хранилищу СПГ, должен содержать емкость с жидким азотом, который перекачивается в газосборник 19. Жидкий азот под действием тепловых потоков превращается в газообразный азот, создавая внутри избыточное давление.A gas carrier (not shown in Fig.) arriving at an underwater LNG storage facility must contain a container with liquid nitrogen, which is pumped into the gas collector 19. Liquid nitrogen is converted into gaseous nitrogen under the action of heat flows, creating an overpressure inside.

Подача СПГ в подводный танкер происходит под избыточным давлением газовой смеси 16 из газосборника 19, который поступает в подводное хранилище СПГ и вытесняет СПГ. Опорожнение от СПГ осуществляется через лотковый зумпф 9.The supply of LNG to an underwater tanker occurs under the overpressure of the gas mixture 16 from the gas collector 19, which enters the underwater LNG storage and displaces the LNG. Emptying from LNG is carried out through a tray sump 9.

Подводные хранилища СПГ предложенной конструкции могут использоваться для хранения СПГ под водой на разных глубинах с учетом заранее рассчитанной толщины стенок резервуара.Underwater LNG storage facilities of the proposed design can be used to store LNG underwater at different depths, taking into account the pre-calculated tank wall thickness.

Объем емкостей хранения должен соответствовать, как минимум, водоизмещению челночного танкера, предназначенного для вывоза накопленной продукции. В свою очередь, за период отсутствия танкера в подводном парке должен накопиться соответствующий объем СПГ, чтобы танкер был полностью загружен.The volume of storage tanks should correspond, at a minimum, to the displacement of a shuttle tanker intended for the export of accumulated products. In turn, during the period of absence of the tanker in the underwater park, an appropriate amount of LNG must be accumulated in order for the tanker to be fully loaded.

Предлагаемый резервуар может быть сооружен как одиночным, так и в составе группы подобных резервуаров, образуя подводный резервуарный парк СПГ (в случае крупного месторождения).The proposed reservoir can be built as a single one or as part of a group of similar reservoirs, forming an underwater LNG tank farm (in the case of a large field).

Таким образом, предлагаемая конструкция подводного хранилища СПГ обеспечивает повышение надежности и безопасности эксплуатации подводного резервуара для хранения СПГ под водой.Thus, the proposed design of an underwater LNG storage facility provides an increase in the reliability and safety of operation of an underwater LNG storage tank under water.

Claims (1)

Подводное хранилище сжиженного природного газа, характеризующееся тем, что оно содержит двустенный корпус в виде полусферы с плоским днищем с образованием герметичного объема, закрепленный посредством погружных свай на грунте морского дна с зазором между днищем корпуса и морским дном, в нижней части корпуса размещены патрубки для подачи сжиженного природного газа и лотковый зумпф для откачки морской воды или сжиженного природного газа, а в полости корпуса установлены мешалка и система охлаждения, выполненная в виде змеевика с высотой витков, увеличивающейся от периферии корпуса к центру, и сообщающаяся с линиями подачи жидкого воздуха и его слива, купольная часть корпуса сообщается с линией подачи азота и отвода смеси азота с отпарным газом, на которой установлен регулируемый клапан, при этом внутренняя стенка корпуса выполнена из криогенной стали, облицованной снаружи последовательно слоями теплоизоляции и полиуретановой пены, а внешняя стенка выполнена из железобетона, облицованного снаружи слоем гидроизоляции в виде полимерного покрытия.Underwater storage of liquefied natural gas, characterized in that it contains a double-walled body in the form of a hemisphere with a flat bottom with the formation of a sealed volume, fixed by means of submerged piles on the seabed soil with a gap between the bottom of the body and the seabed, in the lower part of the body there are nozzles for supply liquefied natural gas and a trough sump for pumping out sea water or liquefied natural gas, and an agitator and a cooling system are installed in the cavity of the housing, made in the form of a coil with a coil height increasing from the periphery of the housing to the center, and communicating with the lines for supplying liquid air and draining it , the domed part of the housing communicates with the line for supplying nitrogen and removing the mixture of nitrogen with boil-off gas, on which an adjustable valve is installed, while the inner wall of the housing is made of cryogenic steel, lined on the outside with layers of thermal insulation and polyurethane foam, and the outer wall is made of reinforced concrete, lined withoutside with a layer of waterproofing in the form of a polymer coating.
RU2021126590A 2021-09-09 2021-09-09 Underwater liquefied natural gas storage RU2770514C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126590A RU2770514C1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Underwater liquefied natural gas storage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126590A RU2770514C1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Underwater liquefied natural gas storage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770514C1 true RU2770514C1 (en) 2022-04-18

Family

ID=81212685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021126590A RU2770514C1 (en) 2021-09-09 2021-09-09 Underwater liquefied natural gas storage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770514C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3898846A (en) * 1974-02-19 1975-08-12 Chicago Bridge & Iron Co Offshore storage tank
US7735506B2 (en) * 2006-08-19 2010-06-15 Horton Wison Deepwater, Inc. Methods for storing gas
RU2418728C2 (en) * 2009-04-06 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный инженерно-технический университет Underground storage of liquified natural gas (lng ugs)
RU2431771C1 (en) * 2010-05-18 2011-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный инженерно-технический университет Storage of liquefied natural gas
CN105899442A (en) * 2014-01-15 2016-08-24 布莱特能源存储科技有限责任公司 Underwater energy storage using compressed fluid
WO2020011727A1 (en) * 2018-07-09 2020-01-16 Subsea 7 Norway As Subsea fluid storage unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3898846A (en) * 1974-02-19 1975-08-12 Chicago Bridge & Iron Co Offshore storage tank
US7735506B2 (en) * 2006-08-19 2010-06-15 Horton Wison Deepwater, Inc. Methods for storing gas
RU2418728C2 (en) * 2009-04-06 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный инженерно-технический университет Underground storage of liquified natural gas (lng ugs)
RU2431771C1 (en) * 2010-05-18 2011-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военный инженерно-технический университет Storage of liquefied natural gas
CN105899442A (en) * 2014-01-15 2016-08-24 布莱特能源存储科技有限责任公司 Underwater energy storage using compressed fluid
WO2020011727A1 (en) * 2018-07-09 2020-01-16 Subsea 7 Norway As Subsea fluid storage unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4188157A (en) Marine structure
US3766583A (en) Offshore liquefied gas terminal
US9309046B2 (en) Underwater energy storage system and power station powered therewith
US4402632A (en) Seabed supported submarine pressure transfer storage facility for liquified gases
RU2341433C2 (en) Sea floor storage
CN103813957B (en) There is the offshore platform of external container
NO20101494A1 (en) A storage, loading & unloading system for storing liquid hydrocarbons with application for offshore installations used for drilling and production
CN103764494A (en) LNG carrier
KR101771360B1 (en) Floater Fixed Type Near Shore facilities For Production, Storage, and Off-loading
US4007700A (en) Multiple seafloor storage and supply system
KR20110050671A (en) Floating unit for storage of gas
WO2003070562A1 (en) Floating semi-submersible oil production and storage arrangement
US3675431A (en) Off-shore storage tanks
RU2770514C1 (en) Underwater liquefied natural gas storage
NO135795B (en)
AU2016382453B2 (en) Modular membrane LNG tank
KR101606691B1 (en) Jack up type power plant system
RU2603436C1 (en) Floating storage of liquefied natural gas
JPS5824357B2 (en) Tetsukin Concrete Mataha Prestressed Concrete
RU163720U1 (en) FLOATING STORAGE OF LIQUID NATURAL GAS OF GRAVITATIONAL TYPE
JPH0565718A (en) Lng-receiving base system and lng-shipping base system
Zemlyanovskiy et al. Analysis of a new underwater LNG storage tank
KR102656733B1 (en) Ships propelled using liquefied gas
RU2762588C1 (en) Integrated production facility based on gravity type (gtb)
RU161381U1 (en) MARINE STORAGE OF LIQUEFIED NATURAL GAS