DE69631062T2

DE69631062T2 - Schiffsgestütztes system für den transport von druck-erdgas

Info

Publication number: DE69631062T2
Application number: DE69631062T
Authority: DE
Inventors: G. David STENNING; A. James CRAN
Original assignee: Williams Energy Marketing & Trading; WILLIAMS ENERGY MARKETING AND TRADING COMPANY TULSA
Current assignee: Sea NG Management Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-10-28
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: US5803005A; RU2145689C1; PE34198A1; CA2198358C; ES2210395T3; PT858572E; WO1997016678A1; AU716813B2; SA97170797B1; EP0858572A1; PL326938A1; NO981347D0; NO314274B1; CO4930017A1; JP2000500550A; MX9702712A; NZ320555A; AR004247A1; BR9607554A; ZA969094B

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Gastransportsysteme und insbesondere Systeme für den Transport von Druckgas auf dem Wasserwege mit Schiffen.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt vier bekannte Verfahren zum Transport von Erdgas auf dem Wasserwege. Das erste Verfahren betrifft eine Unterwasser-Pipeline. Eine zweites Verfahren betrifft den Transport als Flüssigerdgas (LNG) per Schiff. Ein drittes Verfahren betrifft den Transport als Druck-Erdgas (CNG) per Frachtschiff oder an Deck eines Schiffes. Ein viertes Verfahren betrifft den Transport als gekühltes Druck-Erdgas (CNG) oder als medium-gekühltes Flüssiggas (MLG) per Schiff in den Laderäumen. Jedes Verfahren hat seine charakteristischen Vorteile und Nachteile.
Die Unterwasser-Pipeline-Verfahrenstechnik ist bei Wassertiefen von weniger als 1000 Fuß (etwa 304,8 m) weit verbreitet. Jedoch sind die Kosten für tiefe Unterwasser-Pipelines sehr hoch und bei den Verfahren zur Reparatur und Unterhaltung der tiefen Unterwasser-Pipelines wird gerade erst Pionierarbeit geleistet. Der Transport durch die tiefen Unterwasser-Pipelines ist oft keine praktikable Option, wenn Gewässer zu durchqueren sind, die tiefer als 1000 Fuß (etwa 304,8 m) sind. Ein weitere Nachteil von Unterwasser-Pipelines ist, daß es, wenn sie einmal worden verlegt sind, nicht praktikabel ist, sie neu zu verlegen.
Die Verflüssigung von Erdgas erhöht dessen Dichte außerordentlich, wodurch eine relative kleine Anzahl von Schiffen ein großes Volumen Erdgas über große Entfernungen transportieren kann. Jedoch sind für ein Flüssigerdgas-System hohe Investitionen für die Verflüssigungs-Einrichtungen am Verschiffungspunkt und für die Einrichtungen zur erneuten Vergasung am Lieferpunkt erforderlich. In vielen Fällen sind die Kapitalkosten für die Konstruktion von Flüssigerdgas-Einrichtungen zu hoch, als daß Flüssigerdgas eine praktikable Option wäre. In anderen Beispielen kann das politische Risiko am Liefer- und/oder Anschlußpunkt mit sich bringen, daß teure Flüssigerdgas-Einrichtungen nicht akzeptabel sind. Ein weiterer Nachteil von Flüssigerdgas ist, daß die Transportwirtschaft auch bei kurzen Strecken, wo nur ein oder zwei Flüssigerdgas-Schiffe erforderlich sind, durch die hohen Kosten der vollständigen Festlands-Einrichtungen belastet ist.
In den frühen siebziger Jahren wurde von der Columbia Gas System Service ein Schiffstransport-Verfahren für Erdgas als gekühltes Druck-Erdgas (CNG) und als medium-gekühltes Flüssiggas (MLG) entwickelt. Diese Verfahren sind von Roger J. Broker, deren Director of Process Engineering, in einem 1974 veröffentlichten Artikel mit dem Titel "CNG und MLG – New Natural Gas Transportation Processes", beschrieben. Gekühltes Druck-Erdgas erforderte eine Kühlung des Gases auf –75 Grad Fahrenheit (etwa –59°C) und einen Druck von 1150 psi (etwa 7,93 MN/m²) vor dem Einbringen in die Druckkessel, die sich in einem isolierten Frachtraum eines Schiffes befanden. An Bord des Schiffes waren keine Frachtkühl-Einrichtungen vorgesehen. Das Gas befand sich in einer Vielzahl senkrecht montierter zylindrischer Druckgefäße. Das Verfahren für medium-gekühltes Flüssiggas machte die Verflüssigung des Gases durch Kühlen auf –175 Grad Fahrenheit (etwa –115°C) und einen Druck von 200 psi (etwa 1,38 MN/m²) erforderlich. Ein Nachteil dieser beiden Systeme bestand in der notwenigen Kühlung des Gases auf Temperaturen wesentlich unter der Raumtemperatur vor der Beladung des Schiffes. Die Kühlung des Gases auf diese Temperaturen und das Vorsehen von stahllegierten und Aluminium-Zylindern mit geeigneten Eigenschaften bei diesen Temperaturen war kostspielig. Ein weiterer Nachteil war, daß in einer sicheren Art und Weise mit der unausweichlichen Ausdehnung des Gases umgegangen werden mußte, da sich das Gas während des Transports erwärmte.
1989 wurde der Marine Gas Transport Ltd. das Patent US-A-4 846 088 erteilt, in dem ein Verfahren zum Transport von Druck-Erdgas (CNG) beschrieben ist, in dem der Speicherkessel nur auf oder über dem Deck eines See-Frachtschiffes angeordnet ist. Dieses Patent offenbarte ein Druck-Erdgas-Speichersystem, das umfaßt: mehrere Druckflaschen, die aus Rohren vom Pipeline-Typ hergestellt und horizontal über dem Deck eines See-Frachtschiffes angeordnet sind. Wegen der geringen Kosten der Rohre bot das Speichersystem den Vorteil niedriger Kapitalkosten. Falls ein Gasleck auftreten sollte, wurde es selbstverständlich in die Atmosphäre abgeführt, um die Möglichkeit eines Ausbruchs von Feuer oder einer Explosion auszuschließen. Das Gas wurde bei Raumtemperatur transportiert, wodurch die mit der Kühlung verbundenen Probleme vermieden wurden, die der Testbehälter der Columbia Gas Service Corporation aufwies. Ein Nachteil dieses für Druck-Erdgas beschriebenen Transportverfahrens lag in der Beschränkung der Zahl solcher Druckflaschen, die über Deck unter Aufrechterhaltung einer akzeptablen Frachtschiffstabilität angeordnet werden konnten. Dadurch wird die Menge an Gas, die ein einzelnes Frachtschiff befördern kann, stark eingeschränkt und bringt hohe Kosten pro Einheit des beförderten Gases mit sich. Ein weiterer Nachteil ist die Abführung des Gases in die Atmosphäre, was heutzutage vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes als nicht akzeptabel angesehen wird.
In den letzten Jahren ist die Durchführbarkeit von Druck-Erdgas-Transporten per Frachtschiff von Foster Wheeler Petroleum Development untersucht worden. In einem in den frühen neunziger Jahren von R. H. Buchanan und A. V. Drew veröffentlichtem Artikel mit dem Titel "Alternativ Ways to Develop an Offshore Dry Gas Field", wurden Druck-Erdgas-Transporte per Frachtschiff sowie Flüssigerdgas-Transport-Optionen untersucht. Der Vorschlag von Foster Wheeler Petroleum Development gab ein Druck-Erdgas-Transportverfahren an, das mehrere Druckflaschen vom Pipeline-Typ umfaßte, die horizontal auf einer Reihe von mehreren lösbaren Frachtschiff-Kombinationsschleppern orientiert waren. Jede Flasche wies ein Steuerventil auf, und die Temperaturen waren Raumtemperaturen. Ein Nachteil dieses Systems bestand darin, daß die Frachtschiffe zu Schleppern verbunden und wieder voneinander gelöst werden mußten, was zeitaufwendig war und die Effizienz verringerte. Ein weiterer Nachteil war die beschränkte Seetüchtigkeit der mehreren Frachtschiff-Schlepper. Die Notwendigkeit, schwere See zu vermeiden, verringerte die Zuverlässigkeit des Systems. Ein weiterer Nachteil war das komplizierte Anschlußsystem, das die Zuverlässigkeit negativ beeinflußte und die Kosten erhöhte.
Der Seetransport des Erdgases weist zwei Hauptkomponenten auf, das Überwasser-Transportsystem und die Festlands-Anlagen. Das Manko aller oben beschriebenen Druck-Erdgas-Transportsysteme besteht darin, daß die Überwasser-Transportkomponente zu teuer für den Einsatz ist. Das Manko der Flüssigerdgas-Transportsysteme sind die hohen Kosten der Festlands-Anlagen, die bei kurzen Strecken den überwiegenden Anteil der Kapitalkosten ausmachen. Keines der oben beschriebenen Referenzen geht die Probleme an, die mit dem Be- und Entladen von Gas in den Festlands-Anlagen verbunden sind.
Was daher notwendig ist, ist ein Überwasser-Transportsystem für Erdgas, das befähigt ist, Festlands-Anlagen zu nutzen, die viel kostengünstiger als die LNG-Verflüssigungsanlagen und die Anlagen zur Vergasung oder die Druck-Erdgas-Kühlanlagen sind und darüber hinaus einen Überwassertransport von Druck-Erdgas fast bei Raumtemperatur ermöglicht, was weniger kostspielig als beim Stand der Technik ist.
FR-A-1452058 offenbart ein System zum Transport von Druckgas, das umfaßt: ein Schiff, mehrere Gaszylinder, die für den Transport mit dem Schiff konstruiert und angeordnet sind, eine Hochdruck-Sammelleitung, die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung aufweist, und eine Niederdruck-Sammelleitung, die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung enthält. Jeder Gaszylinder ist mit einem einzelnen Steuerventil versehen, und die Steuerventile sind mit einem der mehreren Steigrohre (Rohre) verbunden, von denen jedes mit Hilfe einer Anordnung von Ventilen und Ejektoren (Venturirohre) mit einer Hochdruck-Sammelleitung und einer Niederdruck-Sammelleitung verbunden ist. Die Anordnung ist derart, daß jeder Zylinder erst durch einen Ausfluß über das Steigrohr in die Niederdruck-Sammelleitung und dann über ein anderes Steuerventil in ei nen Ejektor geleert wird, der mit einem anderen Steigrohr in Strömungsverbindung ist, so daß das Hochdruckgas vom letzteren Steigrohr ein Teilvakuum in der Niederdruck-Sammelleitung bilden kann, was dazu dient, das Niederdruckgas vom ersten Steigrohr durch die Niederdruck-Sammelleitung und in die Hochdruck-Sammelleitung abzuziehen; und schließlich, wenn der Druck im ersten Steigrohr noch weiter abfällt, wird das Niederdruckgas durch die Niederdruck-Sammelleitung abgelassen.
Die Erfindung gibt ein System für den Transport von Druckgas an, das umfaßt: ein Schiff, mehrere Druckgaszylinder, die für den Transport mit dem Schiff konstruiert und angeordnet sind, eine Hochdruck-Sammelleitung, die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung (30) aufweist, und eine Niederdruck-Sammelleitung, die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung (34) enthält, und ist gekennzeichnet durch
mehrere Gasspeicherzellen, von denen jede 3 bis 30 Gaszylinder umfaßt, die über eine Zellen-Sammelleitung mit einem einzelnen Zellensteuerventilverbunden sind,
mehrere Unter-Sammelleitungen (36), von denen jede die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung mit jedem einzelnen Zellensteuerventil einer entsprechenden Vielzahl von Zellensteuerventilen verbindet, und
mehrere Ventileinrichtungen zur selektiven Steuerung des Druckgasstroms von den Unter-Sammelleitungen durch die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung.
Die Gaszylinder bestehen bevorzugt aus Stahlrohren mit gewölbten Kappen an jedem Ende. Die Stahlzylinder können mit Glasfaser, Koh lenstoffaser oder einer anderen Faser mit hoher Bruchfestigkeit umwickelt sein, so daß eine kosteneffiziente Flasche zur Verfügung gestellt wird. Zwischen jedem Steuerventil zur Verbindung jeder Speicherzelle mit einer Hochdruck-Sammelleitung und einer Niederdruck-Sammelleitung erstreckt sich eine Unter-Sammelleitung. Sowohl die Hochdruck-Sammelleitung als auch die Niederdruck-Sammelleitung umfassen eine Einrichtung zur Verbindung mit Festlands-Terminals. Zur Steuerung des Gasstroms durch die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung sind Ventile vorgesehen.
Bei dem schiffsgestützten System für den Transport von Druckerdgas, wie oben beschrieben, bestehen die Festlands-Anlagen in der Hauptsache aus effizienten Kompressorstationen. Die Verwendung sowohl von Hochdruck-, als auch Niederdruck-Sammelleitungen ermöglicht es, daß die Kompressoren sowohl am Lade-Terminal nützliche Arbeit leisten, indem sie das Pipeline-Gas in einigen Zellen auf den vollen Solldruck verdichten, während die Zellen von der Pipeline gefüllt werden, als auch am Entlade-Terminal nützliche Arbeit leisten, indem sie das Gas der Zellen unterhalb des Pipeline-Drucks verdichten, während einige Hochdruckspeicherzellen zur gleichen Zeit ablassen. Die Technik des Öffnens der Speicherzellen in Gruppen aufeinanderfolgend, eine nach der anderen Gruppe in einer zeitlich so abgestimmten Weise, daß der Rückdruck am Kompressor immer nahe am optimalen Druck ist, minimiert die erforderliche Druckkraft.
Obwohl vorteilhafte Ergebnisse, wie oben beschrieben, durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, lassen sich noch vorteilhaftere Ergebnisse durch die senkrechte Orientierung der Gasspeicherzellen erzielen. Diese senkrechte Orientierung erleichtert, falls erforderlich, den Austausch und die Wartung der Speicherzellen.
Obwohl durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden können, wie oben beschrieben, muß auch der sichere Hochseetransport von Druck-Erdgas, nachdem es geladen ist, angesprochen werden. Es können daher noch vorteilhaftere Ergebnisse erzielt werden, wenn der Laderaum des Schiffes mit luftdichten Ladelukendeckeln versehen ist. Dadurch wird ermöglicht, daß die Laderäume, die die Gasspeicherzellen enthalten, mit einer inerten Atmosphäre nahe am Umgebungsdruck geflutet werden, wodurch die Feuergefahr im Laderaum vermindert wird.
Obwohl, wie oben beschrieben, vorteilhafte Ergebnisse durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, führt eine adiabatische Expansion des Druck-Erdgases während des Liefervorgangs dazu, daß die Stahlflaschen bis zu einem gewissen Grade gekühlt werden. Es ist wünschenswert, die Kühle dieser thermischen Stahlmasse bis zur folgenden Ladephase auf diesem Wert zu halten. Es können daher noch vorteilhaftere Ergebnisse erzielt werden, wenn der Laderaum und die Ladelukendeckel isoliert sind.
Obwohl, wie oben beschrieben, vorteilhafte Ergebnisse durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, muß, falls ein Gasleck auftreten sollte, damit in einer sicheren Art und Weise umgegangen werden. Noch vorteilhaftere Ergebnisse könnten daher erzielt werden, wenn jeder Laderaum mit einer Gasleckanzeige-Einrichtung und einer Erkennungseinrichtung für undichte Flaschen versehen wäre, so daß undichte Speicherzellen isoliert werden könnten und das Druckgas durch das Hochdruck-Sammelleitungssystem zu einem aus dem Laderaum herausführenden Entlüftungs-/Abfackelungsrohr abgeführt werden könnte. Der mit Gas verunreinigte Laderaum könnte mit inertem Gas geflutet werden.
Obwohl, wie oben beschrieben, vorteilhafte Ergebnisse durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, ist in einigen Märkten eine kontinuierliche Lieferung von Erdgas kritisch. Noch vorteilhaftere Ergebnisse ließen sich daher erzielen, wenn ausreichend Druck-Erdgas-Schiffe einer geeigneten Kapazität und Geschwindigkeit verwendet werden würden, so daß jederzeit ein Schiff festgemacht ist und gerade entladen wird.
Obwohl, wie oben beschrieben, vorteilhafte Ergebnisse durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, ist auf dem Schiff eine beträchtliche Druckenkraft vorhanden, die am Entladeterminal zur Erzeugung der Kühlung verwendet werden könnte. Es könnten daher noch vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden, wenn eine geeignete Kühleinheit am Entladeterminal zur Erzeugung einer kleinen Menge Flüssigerdgas verwendet werden würde. Dieses während einer Reihe von Schiffsentladungen erzeugte Flüssigerdgas wird dann in nahegelegenen Flüssigerdgas-Speichertanks gespeichert. Diese Flüssigerdgas-Versorgung könnte in Fällen genutzt werden, in denen die Terminplanung der Druck-Erdgas-Schiffe durcheinander gekommen ist.
Obwohl, wie oben beschrieben, vorteilhafte Ergebnisse durch die Verwendung des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas erzielt werden können, wird auf einigen Märkten eine Prämie für Peak-Shaving Fuel gezahlt (d. h. für solchen Kraftstoff, der während der wenigen Stunden am Tage mit Spitzenbedarf geliefert wird). Es könnten daher noch vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden, wenn das Haupt-Sammelleitungssystem und die Entlade-Kompressorstation eine solche Größe hätten, daß das Schiff in der Zeit des Spitzenbedarfs entladen werden könnte, die typischerweise 4 bis 8 Stunden beträgt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Füllen eines schiffsgestützten Speichersystems mit Druckgas von einer stromauf auf dem Festland gelegenen Anlage, die zur Förderung von Druckgas von einer Zufuhrleitung zum Schiff mit einem ersten Druck, der im wesentlichen dem Druck der Zufuhrleitung entspricht, und mit einem zweiten Druck ausgelegt ist, der höher als der erste Druck ist, wobei das schiffsgestützte Speichersystem eine Niederdruck-Sammelleitung, die zum Empfang von Gas mit dem ersten Druck von der auf dem Festland gelegenen Anlage ausgelegt ist, eine Hochdruck-Sammelleitung, die zum Empfang von Gas mit dem zweiten Druck von der auf dem Festland gelegenen Anlage ausgelegt ist, und mehrere Gasspeicherzellen aufweist, die jeweils mehrere miteinander verbundene Gaszylinder enthalten, und das folgende Schritte umfaßt:

a) Verbinden einer ersten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung,
b) Leiten eines Teils des Druckgases mit dem ersten Druck durch die Niederdruck-Sammelleitung zur teilweisen Füllung der ersten Gasspeicherzelle im wesentlichen bis zum ersten Druck,
c) Abtrennen der ersten Gasspeicherzelle von der Niederdruck-Sammelleitung,
d) Verbinden der ersten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung,
e) Leiten eines Teils des Druckgases mit dem zweiten Druck durch die Hochdruck-Sammelleitung zur ersten Gasspeicherzelle zum Füllen im wesentlichen bis zum zweiten Druck,
f) Verbinden einer zweiten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung und
g) Fortsetzen dieser Schritte, bis im wesentlichen alle Gasspeicherzellen mit Druckgas mit im wesentlichen dem zweiten Druck gefüllt sind.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ableitung von Druckgas aus einem schiffsgestützten Speichersystem zu einer stromab auf dem Festland gelegenen Anlage, die zur weiteren Förderung dieses Druckgases bei Pipelinedruck zu einer stromab befindlichen Gasleitung ausgelegt ist, wobei die auf dem Festland gelegene Anlage eine Entspannungseinrichtung zur Entspannung des vom Schiff erhaltenen Druckgases vor seiner Einspeisung in die stromab gelegene Pipeline aufweist, wobei das schiffsgestützte Speichersystem eine Hochdruck-Sammelleitung, die zur Ableitung von Gas in die Entspannungseinrichtung ausgelegt ist, eine Niederdruck-Sammelleitung, die zur Ableitung von Gas in die Kompressoreinrichtung ausgelegt ist, und mehrere Gasspeicherzellen umfaßt, die jeweils mehrere miteinander verbundene Gaszylinder enthalten, die Druckgas auf dem Schiffsdruck enthalten, der wesentlich höher als der Druck der stromab gelegenen Pipeline ist, das folgende Schritte umfaßt:

a) Verbinden einer ersten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung,
b) Ableiten eines Teils des Druckgases von der ersten Gasspeicherzelle durch die Hochdruck-Sammelleitung zur Entspannungseinrichtung,
c) Abtrennen der ersten Gasspeicherzelle von der Hochdruck-Sammelleitung,
d) Verbinden der ersten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung,
e) Leiten eines Teils des Druckgases von der ersten Gasspeicherzelle durch die Niederdruck-Sammelleitung zur Kompressoreinrichtung,
f) Verbinden einer zweiten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung und
g) Fortsetzen dieser Schritte, bis im wesentlichen alle Gasspeicherzellen einen Teil ihres Druckgases durch jede der Hochdruck- und Niederdruck-Sammelleitungen entladen haben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist, in denen zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas darstellt,
2a eine Seitenansicht auf ein Schiff, das in Übereinstimmung mit den Lehren des schiffsgestützten Systems für den Transport von Druck-Erdgas ausgestattet ist,
2b eine Draufsicht in Längsrichtung auf das in 2a dargestellte Schiff;
2c eine Seitenansicht im Querschnitt längs der Linien A-A von 2b,
3 eine detaillierte Draufsicht auf einen Teil des in 2b dargestellten Schiffs,
4a eine schematische Darstellung einer Ladeanordnung für das schiffsgestützte System für den Transport von Druck-Erdgas,
4b eine schematische Darstellung einer Entladeanordnung für das schiffsgestützte System für den Transport von Druck-Erdgas.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die bevorzugte Ausführungsform, ein schiffsgestütztes System für den Transport von Druck-Erdgas, allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, ist im folgenden unter Bezug auf die 1 bis 4b beschrieben.
In den 2a und 2b umfaßt ein schiffsgestütztes System für den Transport von Druck-Erdgas 10 ein Schiff 12 mit mehreren Gaszylindern 14. Die Gaszylinder sind so ausgeführt, daß sie den Druck von Druck-Erdgas, der von 1000 bis 5000 psi (etwa 6,89 bis 34,47 MN/m²) betragen kann, sicher aufnehmen können, welcher durch Optimierung eingestellt werden kann, wobei die Kosten der Druckgefäße, der Schiffe etc. und die physikalischen Eigenschaften des Gases berücksichtigt werden. Es ist bevorzugt, daß sich die Werte im Rahmen von 2500 bis 3500 psi (etwa 17,23 bis 24,13 MN/m²) bewegen. Die Gaszylinder 14 sind zylindrische Stahlrohre von 30 bis 100 Fuß (etwa 9,14 bis 30,48 m) Länge. Die Länge von 70 Fuß (etwa 21,34 m) ist bevorzugt. Typischerweise werden an beiden Enden der Rohre Schmiedestahlkappen aufgeschweißt.
Die mehreren Gaszylinder 14 sind als mehrere Druckgasspeicherzellen 16 ausgebildet. In 3 besteht jede der Druckgasspeicherzellen 16 aus 3 bis 30 Gaszylindern 14, die durch eine Zellensammelleitung 18 mit einem einzigen Steuerventil 20 verbunden sind. In den 2a und 2c sind die Gaszylinder 14 zum leichteren Austausch senkrecht orientiert in einem Laderaum des Schiffes 12 montiert. Die Länge der Zylinder 14 ist typischerweise so eingestellt, daß die Stabilität des Schiffes erhalten bleibt. Die Laderäume 22 sind mit luftdichten Ladelukendeckeln 24 versehen, um das Eindringen von Meerwasser bei schwerem Wetter auszuschließen, um aber auch den Austausch der Zylinder zu erleichtern. Die Ladelukendeckel 24 haben luftdichte Dichtungen, um zu ermöglichen, daß die Laderäume 22 mit einer inerten Atmosphäre nahe am Raumdruck geflutet werden. Die Laderäume 22 werden, wie in 2a gezeigt ist, mit einem Niederdruck-Sammelleitungssystem 42 betrieben, um die ursprüngliche Flutung und die nachfolgende Aufrechterhaltung der inerten Gasatmosphäre zu gewährleisten.
Bei der vorliegenden Erfindung ist wenig oder keine Kühlung des Gases während der Ladephase vorgesehen. Typischerweise ist die einzige verwendete Kühlung die, daß das Gas unmittelbar nach der Kom pression mit Hilfe einer herkömmlichen Luft- oder Seewasserkühlung auf eine Temperatur gekühlt wird, die nahe an der Raumtemperatur liegt. Jedoch gilt, je niedriger die Temperatur des Gases, desto größer ist die Menge, die in den Zylindern 14 gespeichert werden kann. Wegen der adiabatischen Expansion des Druck-Erdgases während der Lieferprozedur werden die Stahlzylinder 14 bis zu einem gewissen Grade gekühlt. Es ist wünschenswert, die Kühle dieser thermischen Stahlmasse in der nächsten Ladephase, in typischerweise 1 bis 3 Tagen auf diesem Wert zu halten. Aus diesem Grunde sind, wie in 2c gezeigt ist, beide Laderäume 22 und die Ladelukendeckel 24 mit einer Isolierungsschicht 26 versehen.
Gemäß 3 ist eine Hochdruck-Sammelleitung 28 vorgesehen, die ein Ventil 30 umfaßt, das für eine Verbindung mit den Festlands-Terminals ausgebildet ist. Eine Niederdruck-Sammelleitung 32 ist vorgesehen, die ein Ventil 34 umfaßt, das für eine Verbindung mit den Festlands-Terminals ausgebildet ist. Eine Unter-Sammelleitung 36 erstreckt sich zwischen jedem Steuerventil 20, um jede Speicherzelle 16 sowohl mit der Hochdruck-Sammelleitung 28 als auch mit der Niederdruck-Sammelleitung 32 zu verbinden. Mehrere Ventile 38 steuern den Strom des Gases von der Unter-Sammelleitung 36 in die Hochdruck-Sammelleitung 28. Mehrere Ventile 40 steuern den Strom des Gases von der Unter-Sammelleitung 36 in die Niederdruck-Sammelleitung 32. Falls eine Speicherzelle rasch abgelassen werden muß, wenn sich das Schiff 12 auf See befindet, wird das Gas durch die Hochdruck-Sammelleitung 28 zu einem Entlüftungsrohr 44 geführt und gelangt von dort zu einer Fackel 46, wie in 2a gezeigt ist. Wenn die Maschinen des Schiffs 10 zur Verbrennung von Erdgas ausgelegt sind, leitet entweder die Hochdruck-Sammelleitung oder die Niederdruck-Sammelleitung dieses Gas von den Zellen 16.
Wie oben beschrieben ist, muß das Schiff 12 ein integrierter Teil eines Gesamttransportsystems mit Festlands-Anlagen sein. Der gesamte Betrieb des schiffsgestützten Systems für den Transport 10 von Druck-Erdgas ist im folgenden unter Bezug auf die 1, 4a und 4b beschrieben. 1 ist ein Ablaufdiagramm, das den Umgang mit dem Erdgas in Schritten zeigt. Gemäß 1 wird dem System Erdgas über eine Pipeline 1 typischerweise bei 500 bis 700 psi (etwa 3,45 bis 4,82 MN/m²) geliefert. Ein Teil dieses Gases kann das Verschiffungs-Terminal 3 direkt zur Niederdruck-Sammelleitung 32 passieren, um bei einer kleinen-Anzahl der Zellen 16 den Druck vom Leer-Druck auf den Pipeline-Druck von etwa 200 psi (etwa 1,38 MN/m²) zu erhöhen. Diese Zellen werden zur Hochdruck-Sammelleitung 28 geschaltet und eine weitere kleine Anzahl von leeren Zellen werden zur Niederdruck-Sammelleitung 32 geöffnet. Der größere Anteil des Pipeline-Gases wird in der Kompressionsanlage 2 am Verladepunkt auf einen hohen Druck verdichtet. Wenn das Gas verdichtet ist, wird es über ein See-Terminal und ein Sammelleitungssystem 3 zur Hochdruck-Sammelleitung 28 auf dem Druck-Erdgas-Träger 4 geliefert (bei dem es sich in diesem Fall um das Schiff 12 handelt), wo es die mit ihr verbundenen Zellen 16 nahe an den vollen Solldruck (z. B. 2700 psi (etwa 18,61 MN/m²) bringt. Dieses Verfahren des Öffnens und Schattens von Gruppen von Zellen, eine nach der anderen, wird "aufeinanderfolgendes Füllen (rolling fill) genannt. Der vorteilhafte Effekt besteht darin, daß der Kompressor 2 fast während der gesamten Zeit bis zum vollen Solldruck verdichtet, was eine maximale Effektivität bedeutet. Der Druck-Erdgas-Träger bringt das verdichtete Gas zum Lieferterminal 5. Das Hochdruckgas wird dann in eine Entspannungsanlage 6 abgelassen, wo der Gasdruck auf den Druck reduziert wird, der für die aufnehmende Pipeline 9 benötigt wird. Wahlweise kann die Entspannungsenergie des Hochdruckgases zum Betrieb einer Kühleinheit für die Erzeugung einer geringen Menge LPG, Gasflüssigkeiten und Flüssigerdgas 6 genutzt werden, die gespeichert werden können, wobei die Gasflüssigkeiten und Flüssigerdgas später 8 vergast werden können, wenn es für die Aufrechterhaltung der Gaslieferungen am Markt erforderlich ist. An einigen Punkten wird während der Lieferung des Gases der Gasdruck im Druck-Erdgas-Träger nicht ausreichend sein, um Gas mit der erforderlichen Geschwindigkeit und dem erforderlichen Druck zu liefern. Dann wird das Gas zur Kompressionsanlage 7 am Lieferpunkt gefördert, wo es auf den für die Pipeline 9 erforderlichen Druck verdichtet wird. Wenn das obige Verfahren mit kleinen Gruppen von Zellen 16 gleichzeitig durchgeführt wird, ergibt sich ein "aufeinanderfolgendes Leeren" (rolling empty), wodurch, wie oben beschrieben, der Kompressor 7 in der überwiegenden Zeit mit dem Soll-Rückdruck versorgt wird und somit mit maximaler Effizienz genutzt wird.
Ob nun eine Flüssigerdgas-Speicheranlage hinzugefügt wurde oder nicht, es ist bevorzugt, daß eine ausreichende Anzahl von Druck-Erdgas-Trägerschiffen 12 einer geeigneten Kapazität und Geschwindigkeit so betrieben wird, so daß jederzeit ein Schiff festgemacht ist und gerade entladen wird, ausgenommen ist der Fall, ein Schiff würde kentern. Auf diese Weise betrieben, bietet das Druck-Erdgas-Schiffssystem im wesentlichen die gleiche Serviceleistung wie eine Erdgas-Pipeline. Bei einer wichtigen alternativen Ausführungsform können die Sammelleitungen des Schiffs und die Liefer-Kompressorstation 7 eine derartige Größe haben, daß die Schiffsladung in einer relativ kurzen Zeit, beispielsweise in 2 bis 8 Stunden, typischerweise in 4 Stunden, geladen werden kann, gegenüber einem halben bis drei Tagen, typischerweise einem Tag, einer normaler Entladezeit. Diese Alternative würde es einem schiffsgestützten Druck-Erdgas-Projekt ermöglichen, Peak-Shaving Fuel (Kraftstoff, der während weniger Stunden am Tag mit Spitzenbedarf) in einen Markt zu liefern, der bereits eine ausreichende Grundlast-Kapazität aufweist.
Es ist anzumerken, daß die Ausführungsform eine Verbesserung für den Überwasser- Druck-Erdgas-Transport angibt, bei dem ein Schiff verwendet wird, das mehrere Gaszylinder aufweist. Der Gasdruck in den Zylindern würde, wenn sie gefüllt sind, bevorzugt im Bereich von 2000 psi bis 3500 psi (etwa 13,79 bis 24, 13 MN/m²) und, wenn sie entladen sind, im Bereich von 100 psi bis 300 psi (etwa 0,69 bis 2.07 MN/m²) liegen. Die Gaszylinder sind als mehrere Druckgas-Speicherzellen gestaltet. Jede Druckgas-Speicherzelle besteht aus 3 bis 30 Gaszylindern, die über eine Zellensammelleitung mit einem einzigen Steuerventil verbunden sind.
Es wird dem Fachmann einleuchtend sein, daß die gezeigte Ausführungsform innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die Ansprüche definiert ist, modifiziert werden kann.

Claims

System für den Transport von Druckgas, das umfaßt: – ein Schiff (12), – mehrere Druckgaszylinder (14), die für den Transport mit dem Schiff konstruiert und angeordnet sind, – eine Hochdruck-Sammelleitung (28), die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung (30) aufweist, und – eine Niederdruck-Sammelleitung (32), die eine für eine Verbindung mit einem Festlands-Terminal ausgelegte Einrichtung (34) enthält, gekennzeichnet durch – mehrere Gasspeicherzellen (16), von denen jede 3 bis 30 Gaszylinder umfaßt, die über eine Zellen-Sammelleitung (18) mit einem einzelnen Zellensteuerventil (20) verbunden sind, – mehrere Unter-Sammelleitungen (36), von denen jede die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung mit jedem einzelnen Zellensteuerventil einer entsprechenden Vielzahl von Zellensteuerventilen verbindet, und – mehrere Ventileinrichtungen zur selektiven Steuerung des Druckgasstroms von den Unter-Sammelleitungen durch die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung.
System nach Anspruch 1, wobei das Schiff Laderäume (22) aufweist und die Gaszylinder (14) senkrecht in den Laderäumen ausgerichtet sind.
System nach Anspruch 2, das ferner einen im wesentlichen luftdichten Ladelukendeckel (24) für jeden Laderaum und eine Einrichtung (42) zur Zuleitung eines inerten Gases in jeden der Laderäume umfaßt, wodurch jeder Laderaum mit einer inerten Atmosphäre des inerten Gases geflutet werden kann.
System nach Anspruch 3, wobei die Laderäume und die im wesentlichen luftdichten Ladelukendeckel wärmeisoliert sind.
System nach Anspruch 2, 3 oder 4, das ferner in jedem Laderaum eine Gasleckanzeige-Einrichtung und eine Einrichtung (44, 46) zur Abführung des Druckgases aus einer undichten Gasspeicherzelle in die Atmosphäre umfaßt.
System nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zur Abführung des Druckgases aus einer undichten Gasspeicherzelle in die Atmosphäre eine Gasfackel ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder der Gaszylinder Druckgas von etwa 1000 bis etwa 5000 psi (etwa 6,89 bis 34,45 MN/m²) enthalten kann.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Druckgasspeicherzellen nicht weniger als 3 und nicht mehr als 30 Gaszylinder enthält.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaszylinder aus geschweißtem Weichstahlrohr mit gewölbten geschweißten Kappen an jedem Ende aufgebaut sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckgas Erdgas ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine festlandgestützte Anlage umfaßt, die Kompressoreinrichtungen aufweist.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Festlands-Terminal (5) zur Aufnahme von Druckgas vom Schiff umfaßt, das eine Kühleinheit zur Umwandlung eines Teils des vom Schiff erhaltenen Gases in Flüssiggas aufweist.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Festlands-Terminal zur Aufnahme von Druckgas, das durch die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung des Schiffes entladen wird, und zur Zuleitung des Druckgases zu einer Pipeline umfaßt, wobei das Festlands-Terminal eine Entlade-Kompressoreinrichtung zur Verdichtung des Gases aufweist, das von der Niederdruck-Sammelleitung erhalten wurde, bevor das Gas aus der Niederdruck-Sammelleitung zur Pipeline gefördert wird.
System nach Anspruch 13, wobei die Hochdruck-Sammelleitung und die Niederdruck-Sammelleitung und die Entlade-Kompressoreinrichtungen eine solche Größe und Konstruktion haben, daß sie eine im wesentlichen vollständige Entladung des Schiffes innerhalb von etwa 8 Stunden ermöglichen.
Verfahren zum Füllen eines schiffsgestützten Speichersystems (10) mit Druckgas von einer stromauf auf dem Festland gelegenen Anlage, die zur Förderung von Druckgas von einer Zufuhrleitung zum Schiff mit einem ersten Druck, der im wesentlichen dem Druck der Zufuhrleitung entspricht, und mit einem zweiten Druck ausgelegt ist, der höher als der erste Druck ist, wobei das schiffsgestützte Speichersystem eine Niederdruck-Sammelleitung (32), die zum Empfang von Gas mit dem ersten Druck von der auf dem Festland gelegenen Anlage ausgelegt ist, eine Hochdruck-Sammelleitung (28), die zum Empfang von Gas mit dem zweiten Druck von der auf dem Festland gelegenen Anlage ausgelegt ist, und mehrere Gasspeicherzellen (16) aufweist, die jeweils mehrere miteinander verbundene Gaszylinder (14) enthalten, und das folgende Schritte umfaßt: a) Verbinden einer ersten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung, b) Leiten eines Teils des Druckgases mit dem ersten Druck durch die Niederdruck-Sammelleitung zur teilweisen Füllung der ersten Gasspeicherzelle im wesentlichen bis zum ersten Druck, c) Abtrennen der ersten Gasspeicherzelle von der Niederdruck-Sammelleitung, d) Verbinden der ersten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung, e) Leiten eines Teils des Druckgases mit dem zweiten Druck durch die Hochdruck-Sammelleitung zur ersten Gasspeicherzelle zum Füllen im wesentlichen bis zum zweiten Druck, f) Verbinden einer zweiten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung und g) Fortsetzen dieser Schritte, bis im wesentlichen alle Gasspeicherzellen mit Druckgas mit im wesentlichen dem zweiten Druck gefüllt sind.
Verfahren zur Ableitung von Druckgas aus einem schiffsgestützten Speichersystem (10) zu einer stromab auf dem Festland gelegenen Anlage, die zur weiteren Förderung dieses Druckgases bei Pipelinedruck zu einer stromab befindlichen Gasleitung ausgelegt ist, wobei die auf dem Festland gelegene Anlage eine Entspannungseinrichtung (6) zur Entspannung des vom Schiff erhaltenen Druckgases vor seiner Einspeisung in die stromab gelegene Pipeline aufweist, wobei das schiffsgestützte Speichersystem eine Hochdruck-Sammelleitung (28), die zur Ableitung von Gas in die Entspannungseinrichtung ausgelegt ist, eine Niederdruck-Sammelleitung (32), die zur Ableitung von Gas in die Kompressoreinrichtung ausgelegt ist, und mehrere Gasspeicherzellen (16) umfaßt, die jeweils mehrere miteinander verbundene Gaszylinder (14) enthalten, die Druckgas unter dem Schiffsdruck enthalten, der wesentlich höher als der Druck der stromab gelegenen Pipeline ist, das folgende Schritte umfaßt: a) Verbinden einer ersten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung, b) Ableiten eines Teils des Druckgases von der ersten Gasspeicherzelle durch die Hochdruck-Sammelleitung zur Entspannungseinrichtung, c) Abtrennen der ersten Gasspeicherzelle von der Hochdruck-Sammelleitung, d) Verbinden der ersten Gasspeicherzelle mit der Niederdruck-Sammelleitung, e) Leiten eines Teils des Druckgases von der ersten Gasspeicherzelle durch die Niederdruck-Sammelleitung zur Kompressoreinrichtung, f) Verbinden einer zweiten Gasspeicherzelle mit der Hochdruck-Sammelleitung und g) Fortsetzen dieser Schritte, bis im wesentlichen alle Gasspeicherzellen einen Teil ihres Druckgases durch jede der Hochdruck- und Niederdruck-Sammelleitungen entladen haben.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Druckgas während des Schiffs-Entladungsvorgangs adiabatisch expandieren gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die adiabatische Expansion des Druckgases zur Kühlung der mehreren Gaszylinder genutzt wird, und das den zusätzlichen Schritt der Aufrechterhaltung der Kühlung der Gaszylinder, bis die gekühlten Gaszylinder erneut mit Druckgas gefüllt worden sind, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei die Festlandseinrichtung ferner eine zusätzliche Kompressoreinrichtung zur Umwandlung eines Teils des Druckgases in Flüssiggas und eine Speichereinrichtung zur Speicherung des Flüssiggases aufweist, und das Verfahren ferner den Schritt der Verwendung eines Teils des aus der Hochdruck-Sammelleitung geförderten Druckgases zum Antrieb der zusätzlichen Kompressoreinrichtung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Druckgas Erdgas und das Flüssiggas Flüssigerdgas (LNG) ist.