NO171963B - Lager for oppbevaring av flytende gass, bygget i en fjellhule - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et lager for oppbevaring av flytende gass, bygget i en fjellhule og der hulens veggstruktur utgjøres av et indre tett belegg, et vanntett sprøyte-betonglag og et luftgjennomtrengelig porøst betonglag, og hvor det rundt hulen opprettholdes et lufttrykk som er høyere enn hulens omgivende grunnvannstrykk, for derved å skyve grunnvannet bort fra hulen, slik at det dannes en grunnvannfri sone rundt hulen.

Hensikten med oppfinnelsen er å løse de problemer som man støter på i forbindelse med lagring av flytende naturgass,

ved lave temperaturer (-80° til -170°C) og under høye trykk

(50 bar til 1 bar).

Når det kreves store lagerkapasiteter (over 100 000 mJ ), vil

det være mest fordelaktig å flytendegjøre gassen. Slik flytendegjøring kan skje ved -80°C og under et trykk på 50

bar. Senkes temperaturen til -162°C, så vil dette kreve et trykk rundt en atmosfære.

Det er kjent flere ulike forslag for naturgasslagring, bl.a.

fra de nedenfor nevnte publikasjoner.

Finsk patentskrift nr. 69503 beskriver lagring av naturgass i gassform under høytrykk (rundt 150 bar) og ved en temperatur på mellom ±0" og +6°C. Selv om det er mulig på denne måten å komprimere naturgass til ca. 1/200 av det normale gass-volum, så vil det være meget mer fordelaktig å kunne lagre gassvolumet i flytende form.

Fra finsk patentskrift nr. 750565 er det kjent å benytte fJellsisterner for nedkjølt (-160°C) naturgass. Det er i denne forbindelse nødvendig å løse de problemer som oppstår i forbindelse med at fjellet fryser. Det benyttes derfor plastinnsprøyting i fjellet. Dette er meget dyrt og vanske-

lig. FJellmassivet varmes også opp med varmt vann. Dette vil

gi alt for store driftskostnader for store lageranlegg.

Ulf E. Lindblom, 1 Hagkonsult AB, Goteborg, Sverige, har i en artikkel i "Pipe Line Industry" mars 1978 presentert en metode for benyttelse av en ubelagt fjellhule for lagring av gass. Metoden forutsetter imidlertid lagring på relativt store dyp (over 500 m og opptil 1000 m under overflaten), såvel som bygging av meget dyre injeksjonstunneler.

Den er nevnt i samme artikkel at det eksempelvis i New Jersey, USA har vært bygget en ubelagt fjellsisterne (Carlstadt). Denne f jellsisterne har man imidlertid måttet innrette for andre formål, som følge av oppståelsen av frysesprekker i fjellet.

I en finsk patentsøknad nr. 760839 er det vist og beskrevet et anlegg hvor man har en tett indre flate, med en isolering samt rør mellom fjellet og isoleringen. Alternativt kan rørene også være i selve fjellet.

Fra SE 391696 er det kjent en lagringstank i en jordgrop. Hensikten er at man skal varme opp tankens vegg. Tankens vegg er todelt og mellom veggene er det et isolerende lag.

US-PS 3.683.628 viser en konstruksjon som ikke egner seg som koldlagringsplass i områder hvor det finnes grunnvann. Det presenteres, i US-publikasjonen en rekke alternative metoder for å teste lagerrommets tetthet. Således anvender man et vanntett sjikt.

Også US-PS 3.468.129 vedrører en vanlig lagringstank i en jordgrop. Denne kjente utførelse krever faktisk en bestemt type jordsmonn. Forøvrig beskrives ingen spesiell vegg-konstruksjon eller et mellomrom, hvor det kan opprettholdes et lufttrykk.

Nedkjølte fjellhuler er beheftet med det velkjente problem som skyldes at grunnvannet vil ekspandere i fjellsprekkene når det fryser. På den annen side vil fjellet trekke seg sammen ved fortsatt nedkjøling, slik at de til å begynne med gjenfrosne sprekker vil åpne seg slik at derved gass, og væske, kan penetrere inn i fjei1sprekkene.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å eliminere det problem som skyldes at vannet fryser. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at midler for opprettholdelse av lufttrykket er anordnet i det porøse betonglag, og utgjøres av luftrør og en kompressor.

Ifølge oppfinnelsen kan det fordelaktig anordnes en dreneringstunnel under fjellhulen, hvilken dreneringstunnel bidrar til å senke grunnvannstrykket, hvorved lufttrykket i betonglaget kan reduseres.

Det vil dannes en sone rundt hulen, i hvilken sone det ikke kan skje noen skadelig frysing av grunnvann i fjellsprekkene.

Ved fortsatt nedkjøling av hulen vil koldfronten forplante seg forbi den uttørkede sone, og det oppnås altså en frysing av grunnvannet i fjellsprekkene. Slik frysing vil gi økede trykkspenninger i fjellet, men når avstanden fra hulen er stor nok (over 10 m), vil fjellet kunne tolerere slik frysing.

For at det ikke skal være nødvendig å måtte heve det be-nyttede trykk i luftblåsten i særlig grad, er det under selve lagerhulen anordnet et system for oppsamling av grunnvann. Lufttrykket i fjellsprekkene vil tendere til å forskyve grunnvannet, med det resultat at det oppstår en luftstrømning i fjellsprekkene. Naturligvis vil luftinntrengningen stoppe når grunnvannstrykket i fjellsprekkene overskrider lufttrykket i sprekkene.

Er fjellhulen plassert nær overflaten (20 til 30 m dybde) så vil grunnvannet i fjellsprekkene ha en tendens til å tørke ut

over hulen. I så tilfelle kan luft unnslippe til overflaten.

Har fjellet mange sprekker, så vil det kunne være mulig å plugge disse ved innsprøyting av en sementløsning. For etablering av et adekvat lufttrykk rundt hulen bør fjellet være så tett som mulig.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser rent skjematisk et snitt gjennom en

fordelaktig utførelse av en hule, og

fig. 2 viser detaljen A i fig. 1, i større målestokk.

I utførelsen i fig. 1 og 2 er selve fjellhulen betegnet med

10. Innerflaten 11 i hulen 10 er i form av et tett belegg,

kjent fra finsk patentskrift nr. 69503.

I fig. 2 er veggkonstruksjonen vist. Belegget 11, som er kjent fra finsk patentskrift nr. 69503, er lagt på en armert, vanntett sprøytet betongvegg 12 som tjener som bærende underlag. I samsvar med den inventive idé er det mellom den utsprengte fjellflate 14 og det armerte, vanntette sprøytede betonglag 12 plassert et porøst lag 13 av betong eller et ekvivalent materiale som er godt gjennomtrengelig for luft og vann. Henvisningstallet 15 indikerert luftledninger i laget 13, fortrinnsvis i form av plastrør, slik man kjenner dem fra legging i grunnen.

En luftkompressor 16 blåser luft inn i luftledningene 15

rundt hulen. Derfra vil lufttrykket forplante seg inn i det omgivende fjell, gjennom sprekkene.

Lufttrykket vil forskyve grunnvannet i fjellsprekkene i

i retning fra hulen 10. Derved vil det rundt hulen 10 etableres en sone 17 som er fri for grunnvann. Grunnvannstrykket senkes ved at grunnvannet dreneres, eksempelvis ved hjelp av en tunnel 18. Når det i hulen 10 lagrede produkt 19 er kompri-

mert til et høyt trykk vil et tilsvarende trykk kunne danne seg mellom belegget 11 og fjellet 14 uten å ødelegge struk-turen.

Når produktet 19 er kjølt ned til lav temperatur (-80°C), vil frysetemperaturfronten (±0"C) forplante seg i fjellet rundt hulen og passere den grunnvannsfrie sone 17 slik at derved grunnvannet lengre ute vil fryse i fjellsprekkene og danne is, betegnet med 20. Dette frosne vann 20 vil gi spenninger i fjellet, men sonen 17 vil ta opp det trykk som det frosne fjell vil utøve mot hulen 10.

Claims (2)

1. Lager for oppbevaring av flytende gass, bygget i en fjellhule (10) og der hulens veggstruktur utgjøres av et indre tett belegg (11), et vanntett sprøytebetonglag (12) og et luftgjennomtrengelig porøst betonglag, og hvor det rundt hulen (10) opprettholdes et lufttrykk som er høyere enn hulens omgivende grunnvannstrykk, for derved å skyve grunnvannet bort fra hulen (10), slik at det dannes en grunnvannfri sone (17) rundt hulen (10),karakterisert ved at midler (15,16) for opprettholdelse av lufttrykket er anordnet i det porøse betonglag (13), og utgjøres av luftrør (15) og en kompressor (16).

2. Lager ifølge krav 1,karakterisert ved at det er anordnet en dreneringstunnel (18) under fjellhulen (10), hvilken dreneringstunnel bidrar til å senke grunnvannstrykket, hvorved lufttrykket i betonglaget (13) kan reduseres.