DE3009478A1

DE3009478A1 - Lagereinrichtung fuer tiefkalte, verfluessigte gase unter wasser

Info

Publication number: DE3009478A1
Application number: DE19803009478
Authority: DE
Inventors: Sidney F. Corvallis Oreg. Cook; Mark Stockton Calif. Stolowitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-07
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2478260B1; AU5629580A; NL8004059A; AU537187B2; FR2478260A1; US4232983A

Description

Stockton, Californien 952o7 / USA

Lagereinrichtung für tiefkalte, verflüssigte Gase unter Wasser

Die Erfindung betrifft eine Lagereinrichtung für tiefkalte, verflüssigte Gase unter Wasser in Weltmeeren oder dergleichen. Im Besonderen betrifft sie ablandige KopfStationen und Unterwasserlagereinrichtungen für verflüssigte, energiereiche Gase einschließlich verflüssigter Naturgase und ähnlicher flüssiger Materialien bei kryogenen Temperaturen.

Die Verflüssigung von Gasen, einschließlich natürlicher Gase um ihr Volumen zu reduzieren und dadurch den Transport und die Lagerung zu erleichtern, ist seit langem bekannt. Ein besonderer übelstand, der sich durch die Verflüssigung

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und der dabei eintretenden Konzentration hochenergetischer Gase ergibt, ist das sich dabei stark vergrößernde Sicherheitsrisiko und Zerstörungspotential.

Eine durch Naturgas verursachte Katastrophe ereignete sich zum Beispiel 1944 in der Nähe von Cleveland, Ohio, bei der hunderte von Personen getötet und verletzt wurden. Durch diese Katastrophe wurde der Einsatz von Flüssiggas in den Vereinigten Staaten für die nächsten 2o Jahre verhindert.

Andererseits war die Verwendung natürlicher Petroleumgase wie Propan und Butan in ländlichen als auch industriellen Bereichen in den Vereinigten Staaten weitgehend jahrelang üblich. Künstlich erzeugte Gase sind ebenfalls bekannt und werden zur Energieerzeugung und auch für andere Zwecke eingesetzt. Da die örtlichen Vorräte an natürlichen Gasen schwinden, gewinnen transportierte und gelagerte energiereiche Gase als Energiequelle in der ganzen Welt an Bedeutung .

Diese Flüssiggase bestehen grundsätzlich aus drei Typen: Naturgase (LNG), Petroleumgase (LPG) und synthetische Gase (LSG), die künstlich hergestellte häusliche energiereiche Gase (wie Methan und Ethan) und industrielle energiereiche Gase (wie Acetylen und Porpylen) umfassen.

Diese Flüssiggase werden in der nächsten Zukunft eine erstrangige Quelle zur Erzeugung von Wärme erzeugender Energie bilden, sicherlich bis Sonnen-, geothermische- und Fusionsenergiequellen praktisch und wirtschaftlich verfügbar sind. Außerdem brennen von den derzeit verfügbaren Energiequellen wie Kohle, öl, Dieselöl, Uran und Gas nur die Flüssiggase

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sauber, weshalb sie besonders attraktive Alternativen zu bekannten Brennstoffen in einer Gesellschaft sind, die in steigendem Maße gegen jede Luftverschmutzung eingestellt wird.

Natürliches Gas ist eine Mischung von Kohlenwasserstoffen mit 65 bis 99 % Methan und kleineren Anteilen von Ethan, Propan und Butan. Wenn natürliches Gas auf eine Temperatur von unter 263° Fahrenheit abgekühlt wird, wird es eine geruchlose, farblose Flüssigkeit mit einem Volumen, das kleiner als 1/6oo-tel des Gases bei Normaltemperatur und Normaldruck ist. Wenn Naturgas (LNG) über den Siedepunkt (-263 F) erwärmt wird, siedet es und vergast und dehnt sich auf ein um das 6oo-fache Volumen aus. Ein 15o ooo Kubikmeter fassendes Tankschiff kann daher etwa 3,2 Millionen Kubikfuß an Naturgas tragen.

Von den bekannten energiereichen Flüssiggasen ist flüssiges Naturgas besonders schwierig zu handhaben, da die Temperaturen besonders tief gehalten werden müssen. Komplizierte Transport-, Verschiffungs- und Lagereinrichtungen sind notwendig um einen unerwünschten Temperaturanstieg im LNG und sich daraus ergebende Vergasung zu verhindern. Lagerbehälter als Teil eines LNG-Tankers oder an Land sind vergleichbar mit riesigen Thermosflaschen mit äußeren und inneren Wänden und wirk .ngsvollen Typen und Mengen von Isolierstoffen dazwischen.

LNG-Lagerbehälter wurden bisher in den USA vornehmlich über der Erde errichtet, wobei Kältekammern für Schaltanlagen etc. ebenfalls oberirdisch angeordnet sind. Die Behälter sind im allgemeinen von Erdwällen umgeben. Diese Wälle

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werden so bemessen, daß sie ein Areal und ein Volumen einschließen, das dem des größten eingeschlossenen Behälters entspricht. Abgesehen von den bekannten Gefahren einer Explosion und dem sich daraus ergebenden Inferno, das sich bei einem Aufplatzen eines solchen Behälters ergibt, kann auch eine kleinere Undichtigkeit, zum Beispiel durch die Kugel eines Saboteurs in die obere Wand des Behälters zu einem Flüssiggasstrahl führen, der über den Wall hinwegschießt, wodurch der Wall nutzlos würde, da der Wall das auslaufende Flüssiggas nicht auffangen könnte und sich trotz des Walles eine Explosion und ein Inferno entwickeln könnte.

Diese Gefahren, denen die benachbarte Bevölkerung in Ballungsräumen durch Flüssiggaslagereinrichtungen ausgesetzt ist, sind so groß, daß die Aufsichtsbehörde der USA beim Kongreß beantragt hat, daß zukünftige Lagereinrichtungen für große Mengen dieser Gase nur noch in abgelegenen Arealen angelegt werden dürfen. Diese Empfehlung erschien neben anderen auf der Titelseite des ersten Bandes eines umfassenden dreibändigen Berichtes der Aufsichtsbehörde an den Kongreß mit dem Titel: "Sicherheit von energiereichen Flüssiggasen", Dokument No EMD-78-28, ausgegeben am 31. Juli 1978. Es entwickelte sich eine intensive öffentliche Diskussion über die Errichtung zusätzlicher Lagereinrichtungen an Land, ungeachtet der Abgelegenheit der Anlagen von bewohnten Gebieten.

überraschenderweise wurde bisher den Meeren und ihrer Weite als mögliche sicherere Umgebung für die Lagerung von energiereichen Flüssiggasen einschließlich LNG nur wenig öffentliche Aufmerksamkeit geschenkt. Ein teilweise unterge-

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tauchter Behälter für energiereiches Flüssiggas wurde in der US-PS 3 675 431 von Jackson beschrieben, die am 11. Juli 1972 ausgegeben wurde. Das Patent beschreibt einen isolierten, vorfabrizierten Behälter, der an einen geeigneten ablandigen Platz geschleppt wird und dort so abgesenkt wird, daß sein unter Wasser befindlicher Boden auf dem Meeresgrund aufsitzt. Über die Wasseroberfläche ragt ein metallischer Dom von der Betonbasis auf. Das Innere des Behälters ist mit Isoliermaterial verkleidet. Eine dünne geschmeidige Membran an der Innenseite der Isolierung bildet die erforderliche flüssigkeitsdichte Innenhaut des Behälters. Die Isolierschicht im Bereich des untergetauchten Behälterteils soll schwächer ausgeführt sein, so daß sich bei Füllung des Behälters mit Flüssiggas um die Betonbasis eine Eisschicht bildet. Nach der Patentschrift soll die Eisschicht als äußere Abdichtung für den untergetauchten Beton dienen.

Unterwasserlagerbehälter für die Vorteile gegenüber an Land oberirdisch errichteten Lagereinrichtungen geltend gemacht werden, wurden für LNG in Japan verwendet. Die Gefahren solcher Einrichtungen an Land besonders bei Beschädigungen durch Erdbeben bleiben unverändert. Die Überwachung und Instandhaltung ist schwierig und gefährlich.

In dem Ui -Patent von Pogonowski 3 643 447 vom 22. Febr. 1972 wird ein anderer Vorschlag zur Lagerung von Petroleumprodukten ablandig und unter Wasser beschrieben. Danach trägt ein auf dem Meeresboden verankerter Rahmen einen blasenartigen Behälter, der an dem Rahmen auf einer vorbestimmten Wassertiefe unter der Wasseroberfläche befestigt ist. Rohöl von einer unterseeischen Quelle wird laufend in den Be-

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hälter gefördert, wodurch er sich ausdehnt. Eine Auslaßleitung reicht vom Behälter zur Wasseroberfläche, durch die das Rohöl einem bereitstehenden Leichter oder Schiff zugeführt wird. Der hydrostatische Wasserdruck des umgebenden Wassers gegen den Blasenbehälter wird genutzt, um das Rohöl aus dem Behälter durch die Leitung in das Schiff zu fördern, ohne daß Pumpen benötigt werden. Wenn diese bekannte Anordnung auch für die Lagerung von Rohöl bei Seewassertemperatur geeignet sein mag, so kann dieser Druckschrift doch kein Hinweis entnommen werden, daß diese Einrichtung für die Lagerung von energiereichem Flüssiggas und anderen Flüssigkeiten mit tiefen Temperaturen für die Nutzung des umgebenden Wassers zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitszustandes oder die Nutzung der Wassertiefe zur Beseitigung kleinerer Leckmengen ohne Feuer- und Explosionsgefahr besonders zweckmäßig wäre.

Zusammenfassung der Erfindung

Das allgemeine Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer ablandigen Unterwasser Lagereinrichtung für tiefgekühlte flüssige energiereiche Gase (LEG) und dergleichen, die das Meer nutzt, um die Einschränkungen, Nachteile und Gefahrenmomente bekannter Lagereinrichtungen an Land auszuschalten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines ablandig unter Wasser angeordneten Behälters für solche Flüssiggase (LEG) bei dem der umgebende Wasserdruck in erheblicher Wassertiefe auf das Flüssiggas im Behälter wirkungsvoll übertragen wird, um die Flüssigphase aufrecht zu erhalten.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines LEG-ünterwasserbehälters, der auf den Außendruck anspricht und der zwischen verschiedenen Wassertiefen verschiebbar ist, so daß Unterschiede im Druck des umgebenden Wassers genutzt werden, um Temperaturänderungen im Flüssiggas so auszugleichen, daß die Flüssigphase erhalten bleibt.

Weiterhin soll ein solcher LEG-Unterwasserbehälter geschaffen werden, der auf eine Wassertiefe absenkbar ist, in der der Außendruck dem Innendruck entspricht, so daß Ausflüsse durch eventuelle Leckagen so gering bleiben, daß sie sicher im umgebenden Wasser diffundieren.

Außerdem soll die erfindungsgemäße Lagereinrichtung wesentlich sicherer und geschützter vor Naturgewalten und menschlichen Eingriffen sein als die bekannten Einrichtungen.

Weiterhin soll die erfindungsgemäße Einrichtung sich dadurch vorteilhaft von den bekannten Landeinrichtungen unterscheiden, daß die Gefahr von Leckagen, Rissen, Explosionen, Bränden, Sabotage und anderer natürlicher und menschlicher Zerstörungen verringert wird und die Möglichkeiten für sichere Instandhaltung und Betrieb verbessert werden.

Durch die Erfindung wird außerdem erreicht, daß die natürlichen Vorteile einer ablandigen Unterwasseranlage für den Transport, die Lagerung, Handhabung und Wiedervergasung des Flüssiggases voll genutzt werden können.

Schließlich wird durch die Erfindung das Problem gelöst, Reinigungs-, Verflüssigungs- und Unterwasser-Lagereinrichtungen am Ort der Fördereinrichtung zu errichten, durch

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die eine ablandige Naturgasquelle angezapft wird, die unter dem Meeresboden der Kontinentalschelfe der Meere der Welt liegen.

Durch die Erfindung werden die vorstehend genannten Aufgaben gelöst und weitere Vorteile erbracht, indem eine ablandige Tankeranlegestelle und eine Unterwasserlagereinrichtung für tiefkalte Flüssiggase, besonders jedoch nicht ausschließlich für verflüssigte Naturgase bei kryogenen Temperaturen vorgeschlagen wird. Ein langgestrecktes vertikales Rahmengestell, das vorzugsweise auf dem Meeresboden verankert ist, trägt einen isolierten Lagerbehälter, der auf den Druck des umgebenden Wassers reagiert und im Rahmengestell auf und ab bewegt werden kann. Der Behälter weist eine ausziehbare isolierte Einlaßleitung auf, die zu einer Anlageplattform reicht, die an der Wasseroberfläche am oberen Ende des Rahmengestells vorgesehen ist. Eine nicht isolierte Auslaßleitung zur Küste kann zur Vergasung mittels des umgebenden Seewassers, durch das das Flüssiggas beim Durchströmen über den Siedepunkt hinaus erwärmt wird, genutzt werden. Der isolierte LEG-Lagerbehälter ist so ausgelegt, daß er in der größten Betriebstiefe bei größtem LEG-Volumen durch Einführung von Ballast, wie Seewasser, in besondere Ballasttanks einen geringen Untertrieb hat, so daß die Tauchtiefe des Tanks wirkungsvoll gesteuert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt den Behälter in der Form eines Teleskop-Doppelkolbentanks, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er einander überlappende doppelte Zylinderwandungen und domartige untere und obere Enden aufweist. Die doppelten Doppelwandungen verhindern ein

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extremes Temperaturgefälle, das anderenfalls bei Einzelteleskopwänden auftreten würde und sie bilden eine zusätzliche Barriere gegen Kältebrücken durch die Behälterwand. Abdichtungen sind zwischen allen sich bewegenden Flächen vorgesehen, oder es wird eine durchlaufende ausdehnungsfähige Membran im Behälter vorgesehen, die ihn nach außen abschließt und Lecks weitgehend verhindert. Ballastkammern können im Oberteil des Behälters vorgesehen sein, in die Ballastwasser eingelassen oder das daraus gelenzt wird. Führungen, wie Räder und U-Profile, erlauben dem Behälter, sich im Rahmengestell wie ein Fahrstuhl in seinem Schacht auf und ab zu bewegen.

Andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer ablandigen Station für energiereiches Flüssiggas (LEG) mit einer Lagereinrichtung nach der Erfindung, wobei die Höhe der Einrichtung nur zum Teil gezeigt ist, um Platz zu sparen;

Figur 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung entlang der Linie 2-2 in Figur 1;

Figur 3 eine vergrößerte Draufsicht auf ein Seitenführungsrad für den Behälter nach Figur 1 bzw. 2;

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Figur 4 eine Seitenansicht des Teleskop-LEG-

Behälters nach Figur 1 in voll zusammengezogener Stellung;

Figur 5 eine Schnittansicht durch den Behälter nach Figur 4 in voll ausgezogener Stellung;

Figur 6 ein Schnitt durch die einander überlappenden doppelten Doppelwände des oberen bzw. unteren Teils des Behälters nach Figuren 4 und 5.

Die Anordnung einer Flüssiggasstation mit einer Unterwasser-Lagereinrichtung 1o nach Figur 1 ist als im freien Ozean stehend gezeigt. Sie kann selbstverständlich mit allen Vorteilen in jedem Gewässer genutzt werden, vorausgesetzt die Wassertiefe ist ausreichend. Die gezeigte große Einrichtung 1o arbeitet mit dem besten Wirkungsgrad, wenn der Meeresboden mindestens 4oo Fuß (etwa 133 m) unter der Wasseroberfläche liegt.

Die Einrichtung 1o besteht aus einem Rahmenwerk 12 mit sechs vertikalen Stützen 13, die im allgemeinen so angeordnet sind, daß sie im horizontalen Querschnitt ein Sechseck bilden. Die sechseckige Anordnung der Stützen 13 garantiert eine angemessene bauliche Tragfähigkeit für die Lagereinrichtung 1o und verringert die Beanspruchung durch Gezeiten und andere Wasserströmungen im umgebenden Ozean. Das Rahmenwerk 12 ist auf Betonpfeilern 14 befestigt, die in den Meeresboden eingerammt sind. Die

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Stützen werden durch untere bzw. obere Verbindungsstreben 16 bzw. 18 miteinander verbunden, um dem Rahmenwerk 12 unabhängig von der Lagereinrichtung 1o die nötige Festigkeit zu verleihen. In der praktischen Ausführung sind außerdem Dreiecksverbände bildende Versteifungen 15 vorgesehen. Diese sind in der Figur 1 nur teilweise eingetragen, um die wesentlichen Merkmale der Erfindung nicht zu verdecken. Sie werden entsprechend üblichen Konstruktionsrichtlinien vorgesehen, um die Stützen 13 des Rahmenwerks 12 mit einander zu verbinden und die innere Festigkeit des Rahmenwerks zu gewährleisten.

Eine obere Bedienungsplattform 2o wird von den oberen Enden der Stützen 13 getragen. Die Plattform 2o liegt gerade oberhalb der Meeresoberfläche und auf ihr sind alle Bedienungseinrichtungen für die Lagereinrichtung angeordnet. Die Plattform 2o ist als Anleger 21 ausgerüstet, um große Schiffe daran zu vertäuen und enthält Fördereinrichtungen 22, um Flüssiggas von tiefgehenden Schiffen, die am Anleger 21 vertäut sind, wie zum Beispiel dem Tanker 23, abzupumpen. Die Plattform 2o trägt auch Wiederverflüssigungsanlagen 24, Wohnräume für das Bedienungspersonal und einen Hubschrauberlandeplatz für Transporte zur und von der Lagereinrichtung.

Innerhalb des Rahmenwerks 12 ist eine zweiteilige Lagereinrichtung 3o angeordnet. Die Lagereinrichtung 3o ist so bemessen und gestaltet, daß sie vertikal im Rahmenwerk auf- bzw. abwärts gleiten kann. So wird sie zur Regulierung ihres relativen Auftriebes in die jeweils geeignete Wassertiefe verschoben« Führungsrollen 32 sind an der Außenseite der Lagereinrichtung 3o vorgesehen. Ein Befestigungs-

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arm 33 bildet ein geeignetes wasserdichtes Lager für die Führungsrollen 32. Die Führungsrollen 32 sind so ausgerichtet, daß sie in sechs vertikalen U-Profilen 34 abrollen , die an den vertikalen Stützen 13 der Rahmenkonstruktion 12 befestigt sind. Eine solche Führungsrolle 32, der Befestigungsarm 33 und ein zugehöriges Führungsprofil 34 sind in* Fijn|r 3 gezeigt.

Da sechs vertikale Stützen 13 des Rahmenwerks 12 vorgesehen sind, sind sechs Sätze von je drei vertikal angeordneten Führungsrollen 32 an der Außenseite der Lagereinrichtung vorgesehen, von denen zwei Rollen 32 am Oberteil 36 und eine Rolle des Vertikalsatzes am Unterteil der Lagereinrichtung 3o befestigt sind.

Ein versteifter isolierter Implosionsdom 4o bildet den oberen Teil 36 und ein komplementärer isolierter Implosionsdom 42 den unteren Teil 48 des Lagerbehälters 3o. Zylindrische doppelte Doppelwände 44 und 46 des oberen Teils 36 übergreifen zylindrische doppelte Doppelwände und 5o des unteren Teils 38, wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, um eine teleskopartige doppelte Doppelwandkonstruktion des Lagerbehälters 3o zu bilden. Jede der Wände 44, 46, 48, 5o ist als Sandwich-Konstruktion ausgebildet. Dünne äußere Metallplatten 52 und 53 sind an einem stabilen aber weitgehend offenen inneren Rahmenwerk 54 befestigt. Die Hohlräume und Lücken zwischen den äußeren Platten 52 sind durch Isoliermaterial vorzugsweise Perlit oder gleichwertigem Material ausgefüllt. Die Bauteile des inneren Rahmenwerks 54 sind aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gefertigt, um die Wärmedurchleitung durch die Wände 44, 46, 48 zu verringern und trotzdem eine hohe strukturelle Festigkeit zu erreichen.

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ORIG/NAL INSPECTED

Da das Temperaturgefälle (das durch die kryogene Temperatur des LEG-Inhalts des Behälters 3o erzeugt wird) mit wachsender Wandstärke der Platten 53 ansteigt, weisen dicke Platten eine größere Anfälligkeit für Brüche infolge thermischer Beanspruchungen auf als dünne Platten. Infolgedessen bestehen die inneren Wandplatten 53, die in direkter Berührung mit dem Flüssiggas stehen, vorzugsweise aus dünnem Aluminium mit einer Legierung von neun Prozent (9 %) Nickel-Stahl. Dieses Material wird entsprechend der Beschreibung von Tiratsoo in "Natural Gas" 1972, Seiten 2oo bis 2o2, als "Membran-Tank" gestaltet, unter "Membran" wird hier das charakteristische Verhältnis von geringer Dicke im Vergleich zum wesentlichen Oberflächenareal und der Elastizität in einer Ebene senkrecht zur wesentlichen Oberfläche verstanden. Membraneigenschaften erlauben es den inneren Wänden 53 sich Druckänderungen anzupassen, wenn der Behälter mit Flüssiggas gefüllt bzw. davon entleert wird bzw. wenn er in unterschiedliche Wassertiefen verfahren wird. Die Außenwände 52 bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und sind mit einem dünnen seewasserkorrosionsfesten Polymer-Harzkunststoff überzogen, der nach der Aushärtung noch weich, biegsam und in gewissem Maß elastisch bleibt.

Die doppelten Doppelwände 44, 46, 48 und 5o sind an ihren äußeren Snden mit endlosen umlaufenden Ringdichtungen versehen, die ein Entweichen von energiereichen flüssigen Gasen aus dem Behälter 3o und das Eindringen von Seewasser von außen verhindern. Während die Dichtungen 55 über einen erheblichen Druckbereich und bei niedrigen kryogenen Temperaturen funktionsfähig bleiben, ist hervorzuheben, daß der äußere Wasserdruck und der innere Flüssig-

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gasdruck bei der Lagerungseinrichtung 1o im wesentlichen ausgeglichen werden.

Federbelastete Anschlagknaggen 55, 59 sind an einander zugekehrten Wänden 52, 52 bzw. 52, 53 vorgesehen (Figur 6) um sicher zu stellen, daß der obere und untere Behälterteil 36 bzw. 38 sich nicht von einander trennen, wenn die größte teleskopische Ausdehnung erreicht ist (siehe Figur 5)

Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, ist im versteiften oberen Dom 4o des Behälters 3o eine Ballastkammer 57 vorgesehen, die entweder geflutet oder gelenzt wird, um den Auftrieb des Behälters 3o zu verändern, um ihn entsprechend den Anweisungen eines automatischen rechnergesteuerten Überwachungssystems anzuheben oder abzusenken. Das System überwacht laufend den Inhalt und Zustand des Flüssiggases im Behälter 3o und stellt die errechneten Sollbedingungen durch Veränderungen des Ballastes ein. Die Ballastkammer 57 enthält eine Entlüftung 58 nach außen (Figur 4), die wie bei einem Unterseeboot geöffnet oder geschlossen wird, um das Fluten und Lenzen der Ballastkammer 57 zu steuern. Das Ausblasen des Ballastwassers aus der Kammer 57 wird durch entsprechende Armaturen gesteuert, die in einem Gehäuse 6o auf dem oberen Dom 4o des Behälters 3o untergebracht sind. Die Ballaststeuerungsarmaturen im Gehäuse 6o sind mit dem rechnergesteuerten Überwachungssystem verbunden und steuern die Beballastung der Kammer 57 unter der automatischen Kontrolle des Rechners. Während die Ballastkammer 57, als im oberen Domteil 4o angeordnet, gezeigt ist, kann sie auch zusätzlich oder ausschließlich im unteren Domteil 42 angeordnet sein. Die Kammer 57 muß außerhalb der Isolier-

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schicht angeordnet sein, damit die niedrigen Temperaturen des Flüssiggases nicht auf das Wasser einwirken können und es in der Kammer gefrieren läßt.

Da zum Beispiel verflüssigtes Naturgas nur etwa 42 % der Dichte von Wasser aufweist, steigt der Auftrieb des Behälters mit dem Füllungsgrad. Infolgedessen bestimmt die Flüssiggasmenge im Behälter 3o die Menge an Ballastwasser, um den Behälter in einer gewünschten Tiefe zu halten. Diese Tiefe hängt außerdem von der Temperatur des Flüssiggases im Behälter ab. Wenn die Temperatur ansteigt, kann die Flüssigphase durch Druckerhöhung aufrecht erhalten werden. Da der Druck mit der Wassertiefe steigt, wird dies genutzt, um das LEG in flüssigem Zustand zu halten. Der Behälter 3o wird daher entsprechend beballastet, damit er auf eine gewünschte Tiefe, in der der gewünschte hydrostatische Druck herrscht, absinkt. Die Ballastoperationen sind sehr dynamisch und das Rechner-Steuerungssystem zur überwachung aller vorzunehmender Maßnahmen ist daher besonders wichtig.

Be- und Entladung des Behälters 3o mit Flüssiggas geschieht durch eine bedingt bewegliche, isolierte Rohrleitung 62, die sich von der Plattform 2o zu einem geeigneten Einlaßpunkt 64 auf dem oberen Domteil 4o des Behälter, 3o erstreckt. Die Rohrleitung 62 reicht in das Innere des Behälters bis zu einem Punkt hinein, der etwa in der Nähe des Bodendomteils 42 bei ganz zusammengezogenem Behälter 3o liegt (Figur 4). Das obere Ende der Rohrleitung 62 ist an eine Ladeeinrichtung 24a auf der Plattform 2o angeschlossen.

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Ein Reservesicherheitsventil 66, das sich innerhalb der inneren Wand 52 des oberen Domteils 4o befindet, bildet eine Sicherheitsstufe für die Ventileinrichtung in der Ladeeinrichtung 2 4a auf der Plattform 2o. Zusätzlich sind zwei Hochdruck-Notabblaseventile 68 neben dem Reservesicherheitsventil 66 im oberen Bereich des oberen Domteils 4o vorgesehen, durch die Gase, die durch Vergasung des Flüssiggases im Behälter entstehen, abgeblasen werden können.

Die Überführung des energiereichen Flüssiggases vom Behälter 3o zu einer Auslieferstation an Land geschieht vorzugsweise durch eine isolierte Rohrleitung 7o, die sich von der Ladeeinrichtung 24a entlang dem Rahmenwerk 12 zu einer Transferstation 72 auf dem Meeresboden erstreckt. In dieser Transferstation wird das Flüssiggas in eine nicht isolierte Rohrleitung 74 übergeführt, die zu einer konventionellen Gasverteilungsanlage an Land führt. Die nicht isolierte Rohrleitung 74 überführt die Wärme des Seewassers in das Flüssiggas, um die Wiedervergasung in bekannter Weise einzuleiten bzw. durchzuführen. Solche Maßnahmen sind bekannt und nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Geeignete Druckregler und automatische Abschalteinrichtungen sind in der Transferstation 72 vorgesehen, um den Wiedervergasungsvorgang der Lagereinrichtung Io zu überwachen .

Theoretisch braucht die Behältereinrichtung 3o nicht im Rahmenwerk 12 mittels Drahtseilen oder Klinkengesperre, die an das Rahmenwerk 12 angreifen, verankert zu werden,

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jedoch können Sicherheitsüberlegungen den Einsatz solcher Mittel ratsam erscheinen zu lassen, um die Lagereinrichtung 3o in einer bestimmten Meerestiefe festzuhalten und so eine zusätzliche Sicherheit zu schaffen, wenn die Ventile 58, durch die die Ballastkammern 56 gesteuert werden, ausfallen. Es können auch Drahtseile eingesetzt werden, um den Behälter 3o auf eine geeignete Wassertiefe hinabzuziehen, wenn das Ballastsystem ganz ausfallen sollte.

Es gibt praktische Ober- und Untergrenzen für die maximalen oder minimalen Behältergrößen. Die Minimalgrenze ist die Grenze, unterhalb welcher die Lagerung von LEG unwirtschaftlich würde. Die Maximalgröße des Behälters wird dann erreicht, wenn der Auftrieb durch Ballastmaßnahmen nicht mehr beherrschbar ist. In der Praxis werden die Behältervolumina zwischen 5o ooo und 325 ooo US-Barrels liegen.

Bei der Herstellung der Einrichtung 1o werden zunächst die Betonpfeiler 14 gesetzt. Dann wird das Rahmenwerk 12, das vorzugsweise an Land zusammengebaut wird, mit dem darin eingebrachten Behälter 3o schwimmend zur ablandigen Baustelle transportiert. Der leere Behälter erbringt den größten Teil des erforderlichen Auftriebes für den Schwimmtransport. Rahmenwerk und Behälter werden dann in vertikaler Stellung abgesenkt und die vertikalen Stützen 13 mit den 3etonpfeilern verbunden.

Das Rahmenwerk 12 kann ohne die Plattform 2o oberhalb der Meeresoberfläche, das heißt ohne den Anleger 21 ausgebildet werden und somit eine voll getauchte Lagereinrichtung sein. Um das obere Anschlußende der isolierten Rohrleitung 62 über Wasser zu halten, würde dann eine

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Anschlußboje vorgesehen. Diese Anordnung ist geeignet für rauhe See und erlaubt die Beladung der Einrichtung unter allen Wetterbedingungen.

Vielfachtankfarmen können durch die Erfindung leicht aufgebaut werden, indem die Stützen auf beiden Seiten je einen Behälter 3o führen. Die sechseckige Bauweise des Rahmenwerks 12 ist besonders geeignet um solche Vielfachtankanlagen zu schaffen.

Der Fachmann wird es zu schätzen wissen, daß durch die Erfindung viele der bisherigen Nachteile bekannter Lagereinrichtungen für Flüssiggas dadurch überwunden werden, daß eine Lagereinrichtung geschaffen wird, durch die die Anlagekosten erheblich gesenkt werden und die keine Zwischeneinrichtungen an Land benötigt, wodurch Kosten für Baggerarbeiten und Schiffbaueinrichtungen an Land eingespart werden. Die Erfindung erlaubt die Nutzung des ablandigen Unterwasserbereiches, um das eingelagerte energiereiche Gas (LEG) in flüssigem Zustand zu erhalten, um eventuell durch Leckagen ausfließendes Gas sicher zu beseitigen, ohne daß die Gefahr von Feuer oder Explosion auftritt und um die Wiedervergasung in wirtschaftlicher Weise während des Transportes nach Land durchzuführen.

Für den Fachmann bieten sich vielfache Abwandlungen in Konstruktionseinzelheiten im Rahmen der Erfindung an. Die Angaben und die Beschreibung dienen nur der Erläuterung der Erfindung und bedeuten in keiner Weise eine Einschränkung des Umfanges der Erfindung.

ntanwalt

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Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH - D-CCOO M ONCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. r.r. not. W. KÖRBER 3009478 ^CoS₃J ZUGSf

Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 12. März 198o

je

Sidney F. COOK

28oo Jefferson Way SW

Corvallis, Oregon / USA

und

Mark STOLOWITZ

6924 Plymouth, 99

Stockton, Californien 952o7 / USA

PATENTANSPRÜCHE

( iy Ablandige Unterwasser-Lagereinrichtung in Ozeanen oder dergleichen für gekühlte, verflüssigte energiereiche Gase und ähnliche flüssige Materialien bei kryogenen Temperaturen mit vertikal zusanraienschiebbaren, isolierten Unterwasser-Lagerbehältern (3o), in denen die flüssigen Materialien aufgenommen werden und die beweglich in einem Rahmenwerk (12) auf verschiedene Wassertiefen einstellbar sind und mit Einrichtungen versehen sind, um den Druck des umgebenden Wassers, dessen Druckgefälle von der vertikalen Dimension des Behälters abhängt, auf das im Behälter (3o) befindliche verflüssigte Material zu übertragen, ohne daß Wasser und Material sich miteinander vermischen, so daß der übertragene Außendruck die Aufrechterhaltung der

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Flüssigphase des flüssigen Materials unterstützt, wozu ein gewünschtes Druckgefälle durch die Veränderung der Tiefenlage des Behälters (3o) mittels Tiefeneinstellungseinrichtungen (57) erreicht wird, wozu der Behälter (3o) aufwärts oder abwärts in die gewünschte Tiefenlage verschoben wird, um die Flüssigkeitsphase während der Lagerung aufrecht zu erhalten.

2. Lagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Rahmenwerk (12) in der See in im wesentlichen vertikaler Richtung angeordnet ist; und

isolierte Lagerbehälter (3o) in dem Rahmenwerk auf- und abbewegbar angeordnet sind; die

Steuermittel (57) aufweisen, um die Behälter (3o) im Rahmenwerk (12) auf bzw. ab in eine ausgewählte Lagertiefe in der See zu bewegen; und

Einrichtungen vorgesehen sind, um den äußeren Wasserdruck in der ausgewählten Tiefe, in der der Behälter (3o) jeweils eingestellt wird, auf den Behälterinhalt zu übertragen, um die Flüssigkeitsphase im Behälter aufrecht zu erhalten; und

Einrichtungen vorgesehen sind, um das Volumen des Behälters (3o) auszudehnen oder zusammen zu ziehen, indem das innere Lagervolumen des Behälters (3o) vertikal entsprechend dem aufgenommenen Flüssiggasvolumen und dem äußeren Wasserdruck von Zeit zu Zeit verändert wird; und

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sich isolierte flexible Leitungen (62) von der Meeresoberfläche zum Behälter (3o) erstrecken, um die Flüssigkeit dem Behälter zuzuführen oder sie daraus zu entnehmen .

3. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Rahmenwerk (12) in einem Gewässer unter Wasser aufrecht angeordnet ist; und

der isolierte Behälter (3o) in dem Rahmenwerk (12) auf und ab zu verschiedenen Lagertiefen bewegbar ist; und

Einrichtungen enthält, um den Außenwasserdruck auf die im Behälter (3o) enthaltene Flüssigkeit ohne Vermischen von Wasser und Flüssigkeit zu übertragen; und

der Behälter (3o) Volumenveränderungseinrichtungen aufweist, um das innere Volumen vertikal entsprechend dem enthaltenen Flüssigkeitsvolumen und dem äußeren Wasserdruck von Zeit zu Zeit auszudehnen oder zusammen zu ziehen; und

isolierte Ubertragungseinrichtungen (62) vorgesehen sind, um die Flüssigkeit vom Behälter (3o) zu und von einer Anschlußstelle oberhalb der Meeresoberfläche zu transportieren ; und

Einstellungseinrichtungen, um den Behälter (3o) zu verschiedenen Lagertiefen im Wasser auf bzw. ab zu bewegen, so ausgewählt werden, daß der äußere Wasserdruck die

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Flüssigkeitsphase aufrecht erhält; wobei

der Druck des umgebenden Wassers, der auf die eingelagerte Flüssigkeit übertragen wird, die Aufrechterhaltung der Flüssigkeitsphase unterstützt.

4. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

der wärmeisolierte, getauchte, vertikal teleskopartig bewegliche abgedichtete Kolben-im-Zylinder-Behälter (3o) vorgesehen ist, um verflüssigtes Gas darin aufzunehmen und bei kryogenen Temperaturen zu lagern, ohne daß eine Vermischung mit dem umgebenden Wasser eintritt; und

veränderbare Auftriebseinrichtungen (57) am Behälter (3o) vorgesehen sind, um den Behälter im Wasser auf oder ab in eine ausgewählte Wassertiefe während der Übernahme und Einlagerung bewegen zu können, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) in einem solchen ausgewählten Maße auf das Flüssiggas übertragen wird, daß die Flüssigkeitsphase gefördert und aufrecht erhalten wird.

5. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

das langgestreckte vertikale Unterwasser-Rahmenwerk (12) und darin gleitbar der wärmeisolierte, eingetauchte, vertikal teleskopartig bewegbare, abgedichtete Kolben-Zylinder-Behälter (3o) zur Auf- und Abbewegung vorgesehen

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ist, in den verflüssigtes Gas in flüssiger Form bei kryogener Temperatur aufgenommen und gelagert wird, ohne daß eine Vermischung mit dem umgebenden Wasser eintritt; und

veränderbare Auftriebseinrichtungen (57) am Behälter (3o) angeordnet sind, um den Behälter (3o) im Wasser zu ausgewählten Wassertiefen während der Übernahme und Einlagerung aufsteigen oder absinken zu lassen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) in einem solchen ausgewählten Maß auf das Flüssiggas übertragen wird, daß die Flüssigkeitsphase gefördert und aufrecht erhalten wird.

6. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

der wärmeisolierte, eingetauchte Behälter (3o) zur Aufnahme und Lagerung von Flüssiggas in flüssiger Form bei kryogenen Temperaturen ohne daß eine Vermischung mit dem umgebenden Wasser stattfindet, aus einem zweiteiligen vertikal teleskopierenden Gefäß (36, 38) besteht, wobei jeder Teil von einem durchlaufenden doppelwandigen teleskopartig bewegbaren Teil (36 bzw. 38) gebildet wird, und beide Teile einander gleitend teilweise übergreifen und gegeneinander abgedichtet sind; und

die veränderlichen Auftriebseinrichtungen (57) am Behälter (3o) angeordnet sind, um ihm ein Auf- und Absteigen im Wasser zu einer gewünschten Wassertiefe während der Übernahme und Einlagerung zu ermöglichen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) in einem solchen aus-

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gewählten Maß auf das Flüssiggas übertragen wird, daß die Flüssigphase gefördert und aufrecht erhalten wird.

7. Lagereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwandteile (44 - 5o) im wesentlichen zylindrisch und die Endteile (4o, 42) des Behälters (3o) konkav-konvex ausgebildet sind.

8. Lagereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderlichen Auftriebseinrichtungen (57) aus in den Endteilen (4o, 42) angeordneten Ballastzellen bestehen.

9. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

der wärmeisolierte, untergetauchte, vertikal teleskopierende abgedichtete Kolben-im-Zylinder-Behälter (3o) zur Aufnahme und Lagerung von verflüssigtem Gas in flüssiger Form bei kryogener Temperatur ohne Vermischung mit dem umgebenden Wasser vorgesehen ist; und

veränderbare Auftriebseinrichtungen (57) in der Endwand (4o, 42) des Behälters (3o) dem Behälter das Auf- bzw. Absteigen zu einer ausgewählten Wassertiefe während der Übernahme und Einlagerung ermöglichen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) auf das Flüssiggas in einem ausgewählten Maß übertragen wird, um die Flüssigphase zu fördern und zu erhalten.

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1o. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

der wärmeisolierte, untergetauchte, vertikal teleskopierende abgedichtete Kolben-im-Zylinder-Behälter (3o) zur Aufnahme und Lagerung von verflüssigtem Gas in flüssiger Form bei kryogener Temperatur ohne Vermischen mit dem umgebenden Wasser vorgesehen ist; und

die veränderbaren Auftriebseinrichtungen (57) am Behälter (3o) angeordnet sind, um dem Behälter das Auf- bzw. Absteigen zu einer ausgewählten Wassertiefe während der Übernahme und Einlagerung zu ermöglichen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) auf das Flüssiggas in einem ausgewählten Maß übertragen wird, um die Flüssigphase zu fördern und zu erhalten; und

an den Behälter (3o) angeschlossene Leitungen (7o, 74) vorgesehen sind, die einen nicht isolierten Bereich (74) aufweisen, der sich durch das Wasser erstreckt und die Wasserwärme auf das Flüssiggas überträgt, wodurch eine Wiedervergasung während der Förderung des Flüssiggases aus dem Behälter (3o) stattfindet.

11. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß

das langgestreckte, im wesentlichen untergetauchte vertikale Rahmenwerk (12) auf dem Meeresboden verankert ist; und

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der wärmeisolierte, untergetauchte, vertikal zusammendrückbar Behälter gleitbar auf- und abbewegbar im Rahmenwerk (12) angeordnet ist und Flüssiggas in flüssiger Form bei kryogenen Temperaturen ohne Vermischung mit dem umgebenden Wasser aufnehmen und lagern kann; und

veränderbare Einstellungseinrichtungen am Behälter (3o) dem Behälter (3o) das Auf- bzw. Absteigen im Wasser zu einer ausgewählten Wassertiefe während der Übernahme und Lagerung ermöglichen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) auf das Flüssiggas in einem ausgewählten Maß übertragen wird, um die Flüssigphase zu fördern und zu erhalten; und

das Rahmenwerk (12) eine Plattform (2o) oberhalb des Meeresspiegels aufweist, die einen Anleger (21) bildet, um Schiffe, Leichter und andere Wasserfahrzeuge für Flüssiggase zu verankern; und

ausziehbare Leitungen (62) vorgesehen sind, die den Behälter (3o) mit der Plattform (2o) verbinden, um das Flüssiggas bei kryogenen Temperaturen vom und zum Behälter (3o) zu transportieren.

12. Lagereinrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

der wärmeisolierte, untergetauchte, vertikal teleskopierende Doppelkolben-Behälter Einrichtungen aufweist, um verflüssigtes Gas in flüssiger Form bei kryogener Temperatur aufzunehmen und zu lagern; und

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Einstellungseinrichtungen zwischen dem Behälter (3o)
und dem Meeresboden vorgesehen sind, die dem Behälter ermöglichen, im Wasser zu einer gewählten Wassertiefe während der Übernahme und Einlagerung auf- bzw. abzusteigen, wobei der äußere Wasserdruck durch den Behälter (3o) auf das Flüssiggas in einem ausgewählten Maß übertragen wird, um die Flüssigphase zu fördern und zu erhalten.

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