SE440673B - Forfarande for framstellning av stora iskroppar - Google Patents

Description

8100593-6 10 15 20 25 30 2 får man ett mycket kostsamt arbete med att avlägsna in- stallationen när den icke längre kan brukas. _ Kajanläggningar och pirar och liknande hamninstalla- tioner kräver kostbara fundamenterings- eller uppfyll- ningsarbeten, speciellt om vattnet är relativt djupt.

Ofta blir omkostnaderna så stora, att det är såväl po- litiskt som ekonomiskt omöjligt att företa önskade ar- beten. - 7 Det har tidigare föreslagits att forma iskroppar (ice islands) för bruk som borrplattformar i arktiska områden. Det kan således hänvisas till t ex US-PS 3 738 114, 3 750 412, 3 849 993, 3 863 456 och 4 048 808, som alla behandlar metoder för etablering av konstgjorda isöar på grunt vatten i polara områden genom att starta på och förstärka naturlig sjöis genom översprutning av sjövatten, som efter hand tillfryser. Därvid bildas efter hand så stora isvikter och isstycken, att iskrop- pen inom loppet av en viss tid, som är avhängig väder och vind, bryter genom sjöisen och sjunker ned till sjö- bottnen som en konstgjord isö.

Man har vidare försökt att nyttiggöra naturliga is- berg och isflak för verksamhet till havs i polara områ- den. I Uppfinningens ändamål är att anvisa ett sätt för framställning av mycket stora iskroppar. Enligt uppfin- ningen är det möjligt att skapa iskroppar med en ovan- yta på 30000-50000 m2 eller mer, och med en höjd på exempelvis 200-300 m. Med sådana dimensioner kan uppfin- ningen tagas i bruk för anläggningar på stora havsdjup och är uppfinningen således ett alternativ till kända betong- och stålkonstruktioner med den fördelen, att framställníngspriset är kraftigt reducerat, samtidigt 8 som de enorma dimensionerna ger möjlighet till enklare 35 och rimligare borr- och produktionsutrustningar genom att man kan inrätta sig mera som för landbaserade anlägg- ningar. _ J Avsikten med uppfinningen är vidare, i motsats till 10 15 20 25 30 35 8100593-6 3 de ovan nämnda amerikanska patentskrifterna, att ge an- visning till ett förfarande för industriell och kontrol- lerad framställning av iskroppar, oberoende av väder och vind, och så att iskropparna kan hållas i fryst till- stånd kontinuerligt i 20 år eller längre, såväl i kalla som tempererade farvatten.

Det krävs avancerad teknik och betydande energimäng- der för framställning av sådana stora iskroppar. Uppfin- ningen ger anvisning på en teknik, som möjliggör en rationell och icke alltför tidskrävande produktion och återanvändning av förbrukad energi.

Uppfinningen tar sikte på ett förfarande som säker- ställer en stabil iskropp så att issiging på grund av de stora trycken undgås eller hålles under kontroll.

Detta uppnås enligt uppfinningen med ett förfarande, som kännetecknas av att det används isfrysmaskiner som producerar styckeformig is, t ex flakis (isspån) eller liknande, som därefter fryses till fast is i en i vatten flytande form, t ex med hjälp av underkylt vat- ten, kalluft, köldblandning eller genom att isspån har så låg temperatur, att vatten som införes mellan spånor- na fryses till fast is.

Vid en sådan framställning av ett isberg uppnås en rad fördelar. Man är icke avhängig av någon speciell arktiskt klimat, naturligt fryst is osv, som den tidi- gare kända tekniken har varit baserad på. Produktionen kan med andra ord ske på ett lämpligt ställe vid kus- ten. Således kan produktionen läggas på ett fast produk- tionsställe i större eller mindre befolkningscentra, med de fördelar detta bjuder på arbetskraftsmässigt och kostnadsmässigt. När produktionen sker vid land, kan man på enkelt vis skaffa rent färskvatten och rimlig elekt- risk kraft. Sådana resurser är ofta svåra att finna sam- tidigt, t ex vid pâtänkta produktionsställen i norska fjordar. Vid frysningen skapas stora mängder värme som, närproduktionenskerpåland,kananvändas tilluppvärmnings- ändamål, aquakulturellersom grumdförny kraftproduktion. “31oos9s- 10 15 20 gzs 30 35 6 4 Användningen av rent färskvatten till frysning ger få problem på värmeväxlarsidan i kylmaskineriet i mot- sats till när det används saltvatten. Produktionsstäl- ”let kan väljas så, att man kan använda smältvatten från glaciärer som har mycket låga temperaturer. På detta vis kan man uppnå en optimering av frysprocessen. _ Vid industriell framställning vid land kan man också i stor omfattning använda sig av komponenter från värl- dens ledande kyltekniska rön för uppbyggande av produk- tionsutrustningen. - Ett problem som uppstår vid frysning av mycket stora iskroppar är den s k sigingen. När is utsättes för stora tryck, blir den en semiplastisk massa och strävar att flyta i den riktning, där det finns minst motstånd. En iskropp som vilar på havsbottnen och har en höjd på t ex 300 m, utsättes för relativt stora sigingseffekter om- kring vattenlinjen. Djupare ned i vattnet kommer det ytt- re vattentrycket att delvis kompensera för sigingen.

Tung utrustning eller tunga konstruktioner som är installerade på toppen av iskroppen ökar faran för si- ging i isen vid och över vattenytan. Detta motverkas enligt en utföringsform av uppfinningen genom att tunga konstruktioner, t ex större byggnader, borrtorn och lik- nande förankras djup ned i isskiktet, företrädesvis un- der vattenlinjen. Därvid förankrar man dessa tunga konstruktioner i ett tvärsnitt, där sigingstendensen är minst på grund av det utvändiga vattentrycket.

Ett alternativ till att underlätta flottningen över grundare passager är att det framställes skivformiga kroppar, som flottas separat och sättes på varandra och förankras till varandra, t ex efter att ha passerat det grunda partiet. En vidareutveckling av denna teknik går ut på att det mellan skivorna anordnas värmeelement, så att skivorna kan skiljas från varandra genom smältning.

Detta kan vara aktuellt om en konstruktion skall demon- teras. Man kan då skilja av en så stor del av konstruk- tionens toppsektion som skall till för att flotta den 10 15 20 25 30 35 8100593-6 5 utrustning, som är installerad på toppen av konstruktio- nen. En sâdan flyttning av toppsektionen av konstruktio- nen kan vara aktuell vid flyttning till andra borrstäl- len, eller i arktiska farvatten, när det föreligger fa- ra för kollision med naturliga, drivande isberg. Man kan då flotta bort toppsektionen av iskonstruktionen och låta isbergen passera gör att därefter flotta toppsektionen tillbaka och förankra den på den åter- stående delen.

Vid framställningen av iskroppar kan det enligt upp- finningen användas en flexibel ringform, som täcker om- kretsen åtminstone i ett avsnitt på båda sidor av vatten- ytan. Formen kan enligt en vidareutveckling förankras i ismassan med hjälpanzradiella stagplattor. En ytter- ligare utveckling av denna teknik kännetecknas av att det utanpå den flexibla formen anordnas en annan, kon- centrisk form, och att det mellan formarna införes en tryckgas.

Med hjälp av denna teknik kan sigingen begränsas genom att formen tar upp en del av sigingen.

Ett ytterligare särdrag vid förfarandet består i att det utsparas en kanal, som löper från toppen av kroppen och ned till bottnen. När kroppen då är satt på bottnen, kan borrsträngen om så önskas föras ned genom denna ursparning. Om ursparningen göres tillräckligt stor, kan själva borrutrustningen sättas direkt på bott- nen.

För att uppnå tätning mot det yttre vattentrycket, anbringas det enligt uppfinningen ett skört vid den ned- re ytan på iskroppen, vilket skört pressas ned i bottnen vid nedsättning av iskroppen, och temperaturen åtminsto- ne i den nedre delen av iskroppen hâlles så låg, att det uppstår permafrost i havsbottnen. Därvid omvandlas havs- bottnen till en fast massa, som är väl fäst till skörtet, och man förhindrar att vatten läcker in i ursparningen.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritning, som visar utfö- s1nos9s+6i l0 15 20 25 30 35 6 ringsexempel på uppfinningen. Fig l visar iskroppen i ett begynnelsestadium under framställningen. Fig 2 visar en utföringsform av en iskropp, framställd enligt upp- finningen och avsedd för bruk som borr- eller produk- gtionsplattform. Fig 3 visar en annan utföringsform av en iskropp, framställd enligt uppfinningen. Fig 4 visar en horisontalvy av en form för bruk vid framställningen av en iskropp. I I t ex en lugn fjordarm utlägges en flytande, vatten- tät formram l, som består av en botten 2 och runtgående väggar 3. Ramen utgöres av lämpligt material, t ex ett skelett av trävirke eller metall, samt ett isolerande material, t ex isopor. Efter hand som iskroppen 4 pro- duceras, skjuter man på väggarna 3 med hjälp av skjut- element. c Själva frysningen av vattnet kan ske på flera sätt.

Färskvatten från en älv eller från en störr vattentäkt i närheten föres till en eller flera isanläggningar, som fryser flakis, tärningis eller liknande. Dessa flak eller liknande blåses med en jämn ström genom dysor 6 ned i formen. Tillsammans med flakisen från dysorna 6 kan det blåsas in vatten med lägsta möjliga temperatur genom dysor 6'. Flakisen från ismaskinerna har så låg tem- peratur, att vattnet fryser till fast is mellan flakisen eller istärningen. I stället för flakis eller isflingor eller liknande kan ismaskinerna producera en issträng, som kan lindas upp i täta spiraler den ena ovanpå den andra. För bevarande av isberget blir det aktuellt att isolera ytterytorna med hjälp av isolering som är antydd vid 8. Denna isolering kan över vattenytan bestå av syd- da glasull- eller mineralullmattor med en skyddande och solreflekterande hud, men den kan också bestå av sträng av ovan nämnda materialtyper, som lindas som en del av den ovannämnda spiralen. Isoleringen nedtill i havsdjupet anordnas på grund av tryckförhâllandena på något annat vis än över vattenytan. Man kan tänka sig använda ett eller flera vattenfyllda skört av stark ar- 10 15 20 25 30 35 8100593-6 7 merad folie. Vattnet i skörten verkar isolerande, och direkt kontakt mellan isytan och strömmande vatten und- gås. Denna teknik kan med fördel användas i kombination med den tidigare nämnda lindningsmetoden, varvid skör- ten rullas av efter hand som den färdiga iskroppen sjun- ker i sjön under produktionen. Skörten förses med sjunk- vikt eller liknande.

För att bortföra den värme, som tränger genom isole- ringen, inlägges ett stycke innanför isoleringen kyl- element 9 längs kroppens ytterytor. Dessa element kan vara kylrör. som utgör en del av de ovannämnda spiral- lindningarna. Kyleffekten kan styras automatiskt efter temperaturavläsningar, som kontinuerligt företas av in- frysta temperaturkännare.

Såsom inledningsvis nämnts, skapas det vid fram- ställningen av isen stora mängder värme. Denna värme kan användas som fjärrvärme för närliggande bebyggelse, där värmen kan utnyttjas till intensiv uppfödning av fisk eller mussel/ostron, eller värmen kan bilda bas för en temperaturdifferenskraftverk (kallt fjordvatten mot producerad spillvärme).

För att göra det möjligt att flytta iskroppen från produktionsstället till destinationsstället får den ver- tikala höjden icke vara större än att kroppen får mindre djupgående än det grundaste stället i släpvägen. På destinationsstället skall den vertikala höjden ökas så, att kroppen blir stående på bottnen med så stort tryck, att den blir stabil och motstår alla krafter, som över- föres av ström, vågor, vind och liknande.

De installationer på iskroppen, som icke kan före- tagas vid land, installeras på destinationsstället. Pâ ovanytan av iskroppen kan man placera byggnader ll och andra konstruktioner, t ex ett borrtorn 12 eller om det rör sig om en produktionsplattform, ventiler, överförings- utrustning för lastning av tankfartyg och liknande. Det kan vidare byggas en helikopterterminal 13 eller en kort- baneflygplats. När det rör sig off-shore-konstruktioner, 810059346, 10 15 20 25 30 35 8 får iskroppen nämligen mycket stora dimensioner i hori- sontalriktningen. Om det föreligger djup på omkring 100 m, kommer ett tvärmått på ca 250 m icke att vara en otänkbar dimension. Uppehållsrum, produktionslokaliteter 14 och liknande samt lagerrum 15 kan placeras inne i is- kroppen, på samma vis som man gör vid expeditioner på Antarktis, Man är då skyddad mot väder och vind. Stora balasttankar, kan liksom lagerrummen 15 också nyttjas i samband med ökningen av kroppens djupgående på destina- tionsstället. Om det på produktionsstället, t ex vid land, utsparas stora lagerrum l5, kommer detta naturligtvis att göra att iskroppen får mindre djupgående än en massiv iskropp av samma storlek. Rummen 15 kan då göras så sto- ra, att iskroppen flyter över de grundaste ställena i bogseringsrutten. På destinationsstället kan tankarna 15 fyllas med underkyld vätska, t ex sjövatten med ökad salthalt, så att kroppen är flytande på omkring -5°C till -8°C. Därigenom kan man öka kroppens djupgående, så att den utövar ett så stort tryck mot bottnen, att man får tillräcklig stabilitet. Lagring av olja och flytandegjord gas kan ske i lagertankarna 15. När lagren icke är fyllda med olja, kan de fyllas med sjövatten, om detta är nödvändigt med hänsyn till iskroppens tyngd.

I Direkt åtkomst till havsbotten kan ske genom att man anordnar en ursparning 18, som går från toppen av iskrop- pen helt till bottnen. Genom att täta mot det utvändiga vattentrycket med ett runtgående skört 16, som borrar sig ned i havsbottnen på grund av iskroppens stora tyngd, vid temperaturer kan man installera borrtorn 17 eller sörja för direkt tillgång till brunnhuvudet. Man kan således etablera samma förhållanden som man har på land vid borrning el- ler produktion av olja.

Tunga konstruktioner, t ex byggnader ll eller borr- torn 12, kan påverka siging-i isen i ogynnsam riktning.

Sigingen är störst i omrâdet kring vattenytan, eftersom man här har litet eller inget mottryck från vattnet uti- 10 15 20 25 30 35 8100593-6 9 från. Det är därför gynnsamt att föra ned fundamentet 23 för sådana konstruktioner till ett djup under vatten- ytan till ett avsnitt, där sigingstendensen i isen är mindre. Här kan fundamenten vila på plattor 24, som för- delar lasten.

För att förhindra vattenläckning in under skörtet 16 till ursparningen l8, hålles det så låg temperatur i iskroppen, åtminstone i den nedre delen av denna, att i bottnen, så att den fryser till att förhindra vattenläckning. det skapas permafrost tillräckligt djup för När is utsättes för stora tryck, bildar den en halv- flytande massa, och det uppstår siging i isen. För att förhindra detta framställes iskroppen, åtminstone i om- rådet kring vattenytan, inuti en form 19 (fig 4). Denna form kan bestå av två koncentriska ringar 20 och 21, av vilka den inre ringen 20 är elastisk, så att den med motstånd ger efter för sigingen. Den är vidare försedd med förankring i form av radiellt riktade stagplattor 22, som fryses fast i isen. Den yttre ringen 21 är en solid styv ring, och i mellanrummet 22 mellan de två ringarna kan det införas tryckgas, med hjälp av vilken man kan reglera motståndet mot siging. Den yttre ringen har i sig självenivikt som vill få den till att glida nedåt. Detta kan motverkas genom anordning av uppdrifts- tankar eller genom att göra ringen svagt konisk, så att det vid isens siging uppträder en uppriktad kraft.

Då isens tendens till signing är speciellt stor vid vattenytan, i ett område där vâgerrosionen är betydande, föredrages det att göra bruk av isolerade kassetter av betong, som pressas in mot isytan av stålkablar, som löper från kassett till kassett hela vägen runt. På detta vis kan uppnås en vågbrytande effekt, samtidigt som man säkerställer termisk isolering och kraft mot sigingsten- densen.

För att minska signingen kan det i isen infrysas ett kornigt material, t ex sand, sågspån eller liknande.

Ett sådant kornigt material kommer tillsammans med 8100593-6 10 15 20 25 30 l0 temperaturkontrollen att dämpa signingstendensen, och uppträder alltefter omständigheterna som ballast eller extra flytmedel, i beroende av om man väljer ett kornigt material med större eller mindre specifik vikt än isens.

Detta särdrag i uppfinningen, kombinerat med själva pro- duktionstekniken enligt ovan, gör det möjligt att fram- ställa iskroppar med växlande specifik vikt, t ex i ver- tikalplanet vid den nedre delen en förhållandevis stör- re specifik vikt än vid den övre delen, något som kan påverka stabiliteten på önškat vis och möjliggör ökad höjd i förhållande till bredden, vilket annars är kompli- cerat att uppnå. Vidare är det möjligt att framställa iskroppar som i sin helhet placeras under havsytan och som t ex kan tjäna som en permafrostsockel för ordinära borr- och produktionsplattformar i de större havsdjupen nära polområdena. Metoden kan också användas till att skapa konstgjorda trösklar till fjordar och trånga far- vatten.

Efter dagens pris på elektrisk kraft i Norge, (15 öre/kWh) kostar frysningen ca 7 kg/m3. Motsvarande pris på betong utgör ca 400-500 kr/m3. Is är således ett mycket billigt produktionsmaterial.

Is är en ren naturprodukt och går tillbaka till na- turen, när konstruktionen icke längre skall användas.

Man kan då helt enkelt demontera utrustningen, bortföra isoleringen och låta naturen ha sin gång.

Samma betraktelser som ovan kan läggas till grund för större hamnarbeten. Stora pirar, kajer, utfyllnings- arbeten och liknande kan utföras med hjälp av iskroppar.

Toppen av isberget kan täckas, helt eller delvis, av plattor av förspänd betong eller av stål, för att få en gynnsam víktfördelning av tyngre utrustning för att undgå stora partiella tryck.

Claims (7)

1. 0 15 20 25 30 8100593-6- ll PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av stora iskroppar (isberg), t ex borrplattformar, produktionsplattformar, pirar, kajer, större fyllningskroppar och liknande, vid vilket det med hjälp av en lämplig frysteknik genom frys- ning av vatten framställes en iskropp, företrädesvis med sådan dimension i vertikalriktningen, att det uppstår en såstorbelastningmotgrunden på uppställningsstället, att kroppen är stabilt understödd (gravitationskonstruktion) och på så vis i stånd att motstå alla förekommande kraft- påverkningar, t ex från vågor, vind, ström, kollosion med fartyg osv, och vid vilket iskroppen företrädesvis framställes i sjön eller havet nära land och därefter flyttas till bestämmelseorten, k ä n n e t e c k n a t därav, att det används isfrysmaskiner som producerar styckeformig is, t ex flakis (isspån) eller liknande, som därefter fryses till fast is i en flytande form, t ex med hjälp av underkylt vatten, kalluft eller genom att isspånorna eller liknande har en så låg temperatur att vattensominföres mellan spånorna fryses till fast is.

2. Förfarande enligt kravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att det framställes skivformiga kroppar, som flyttas separat och sättes på varandra och förankras vid varandra, t ex sedan de har passerat en fjordtröskel, en grund eller liknande. k ä n n e t e c k - skivorna anordnas värmeelement,

3. Förfarande enligt kravet 2, n a t därav, att mellan så att skivorna kan skiljas från varandra vid smältning av isen.

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att tunga konstruktioner, t ex större byggnader (ll), borrtorn (12) och liknande förankras djupt nere i iskroppen, företrädesvis under vattenlinjen.

5. Förfarande enligt något av de föregående kraven, 8100593-6 10 15 12 k ä n n e t e c k n a t därav, att formningen av krop- pen utföres i en flexibel ringform, som täcker kroppens omkrets i ett avsnitt på båda sidor av vattenytan.

6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att temperaturen i den nedersta delen av iskroppen hålles så låg, att det i grunden på uppställningsstället under iskroppen fram- bringas permafrost.

7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t därav, att det vid iskroppens bottenyta är anordnat ett nedâtriktat, runtgående tät- ningsskört (16), som på grund av kroppens vikt tryckes ned i havsbottnen och förhindrar läckning av vatten in till den inre ursparningen (18), och att det i den nedre delen av iskroppen hålles en så låg temperatur, att det i grunden på uppställningsstället under iskroppen fram- bringas permafrost.