DE1434651A1

DE1434651A1 - Lagerbehaelter fuer Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE1434651A1
Application number: DE19621434651
Authority: DE
Inventors: Farkas George B; Korin Andrew D
Original assignee: Hydrocarbon Research Inc
Current assignee: Hydrocarbon Research Inc
Priority date: 1961-01-16
Filing date: 1962-01-15
Publication date: 1969-03-20
Also published as: GB990827A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. w. Schalk · dipl.~ing. peter Wirth '

DIPL-ING.G.E.M. DANNENBERG · DR. V. SCHMIED-KOWARZIK

12. 1» 1962 FRANKFURT AM MAIN - BA — 7106

CR. ESCHENHEIMER STR. 39

PW/Go/Re

Hydrocarbon Research, Inc,

115 Broadway
New York 6, New York U.S.A.

Lagerbehälter für Flüssigkeiten

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Lagerbehältern, zum Lagern von Flüssigkeiten unter Tieftemperaturbedingungen (cryogenic conditions) bei Temperaturen bis zu-253,3°C, und insbesondere auf einen auf dem Boden bzw. auf der Erde aufgebauten Lagerbehälter zur Lagerung von flüssigem Methan (verflüssigtem Naturgas) und ähnlicher verflüssigter Gase bei Temperaturen unterhalb von etwa -40⁰C, so daß diese im wesentlichen bei' atmosphärischem Druck gelagert werden können»

Die mechanische Ausbildung geeigneter Lagerbehälter zur Lagerung von verflüssigten Gasen hat sich als außerordentlich schwierig erwiesen wegen der Erfordernisse zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit, einer höchstmöglichen Ausnutzung des Metalls, vereinfachter Baukonstruktion und insbesondere zur Schaffung eines Lagerbehälters, der möglichst geringes Eindringen von Wärme gestatten, d.h. eine hohe Wärmedämmung besitzen soll« Insbesondere bestand die Schwierigkeit, eine geeignete Isolierung anzubringen, die außerordentlich niedrige Temperaturen und den

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Größenänderungen infolge der Ausdehnung und Kontraktion des Lagerbehälters widersteht und mit de.r der Behälter leicht zugänglich· bleibt zur Überprüfung, zur Säuberung oder Instandhai·· tung.

Die Erfindung bezweckt, eine wirtschaftliche lagerung von ver-» flüssigten Gasen unter Tieftemperaturbädingungen unterhalb etwa -40⁰O und bei annähernd atmosphärischem Druck zu ermöglichen und zugleich eine hohe Wärmedämmung bei geringen Kosten pro Einheit und einem hohen Sicherheitsfaktor zu erzielen.

Die Erfindung bezweckt fet/-τ, die Isolierung in einstufiger Bauweise"zu erstellen, derart daß das Eindringen von Wärme vermindert und gleichwohl der Saum zwischen der inneren und der äußeren Wandung des Lagerbehälter zur Überwachung und etwa erforderlicher Reparatur zugänglich istο

Gegenstand dyr Ausführung der Erfindung" ist ferner ,für den die Flüssigkeit enthaltenden Behälter eine verbesserte, leichte, isolierte, schwimmende Abdeckung zu schaffen, die eine beschränkte, durch die Kontraktion oder Expansion des Lagerbehälteiis hervorgerufene Bewegung ausführen kann, jedoch so belastet ist, daß sie einem geringen«» Druck des oberhalb der gelagerten Flüssigkeit befindlichen Gases entgegenwirkt.

Weiterhin bezweckt die Erfindung, bei einem Doppelmantelbehälter für oberirdische Lagerung Tragkonstruktionen für das ^ach des Außenbehälters zu schaffen, die ihrerseits von der Abdeckung des die Lagerflüssigkeit enthaltenden Innenbehälters getragen werden

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und dl· ihrer-eeitB bis zu den Fundamenten des Lagerbehälters reiohen, es daß sie unabhängig von den Tragkonstruktionen des Lagerbehälter arbeiten und so die Schaffung eines Lagerbehälters alt größerem Durohmesser und entsprechend niedrigeren Werkitoffkosten ermöglichen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer in den Zeichnungen beispielsweise dargestellten bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben, und zwar zeigent

Fig. 1 und "1a leildraufsichten auf die Traggerüstkonstruktion für die Abdeckung bzw. den Deckel des Lagerbe» hälters,

Fig· 2 einen im wesentlichen axialen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lagerbehälter,

Flg. 3 eine Teilansicht der linken oberen Ecke des in Flg. 2 dargestellten Lagerbehälters im Schnitt, und

Fig· 4 eine Teilansicht der linken unteren Boden- und Seitenkonstruktion eines Lagerbehälters nach Fig. 2 im Schnitt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, besteht der Lagerbe hälter für verflüssigte Gase aus einem Innenmantel oder Haupt« behälter 1o und einem Außenmantel bzw. Sicherheits- und Abschirm-

12. Beide Behäl 9098 12/056 1

werden oder Isolierbehälter 12. Beide Behältermäntel sind- von einer

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in fig. 4 im ganzen mit 16 bezeichneten Fundaaentierung getragen·

Der Außenmantel 12, der vorzugsweise aus kohlenstoffhaltige*

gezeigten Weise Stahl besteht» ist zweckmäßig in der in Fig, 4- im einzelneTlT" auf einem Boden 18 aufgebaut, der seinerseits von den Fundamenten 16 getragen wird· Sie Wandung des Außenmantels 12 wird zweck·· mäßig zunächst nur über einen Teil seiner Höhe fertiggestellt und nachdem dieser Teil auf Dichtigkeit geprüft wurde, wird ein· Bodenisolierung 2o, z.B. aus Salsa-Holz oder einen ähnlichen Werkstoff, auf dem Boden 18 aufgelegt· Salsa-Holz besitzt nicht nur eine ausreichende Festigkeit zum Tragen einer Beplankung 21, auf der der Innenmantel 1o ruht, es besitzt auch den Vorteil, daß es das Auftreten von Gasströmungen verhindert, die das Sin« dringen von Wärme begünstigen.

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Der Mantel des Innenbehälters/i st zweckmäßig mit einer Boden» platte 22-verschweißt, die ihrerseits auf der Beplankung 21 ruht. Der Behältermantel und die Bodenplatte dieses Innenbehälters sind vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, das den auftretenden, niedrigen Temperaturen wi-dersteht und als Werkstoff für diese Zwecke hervorragend geeignet ist. Der Innenbehälter 1o wird durch eine Abdeckung 23 vervollständigt, die mittels Aluminiumsäulen 24 von der Bodenplatte 22 getragen wird.

Wie Fig. 3 zeigt, ist diese innere Abdeckung.23 eine zusammengesetzte Konstruktion, die auf Gurten 25 ruht und eine Abdichtplatte 26 aus Aluminium aufweist, die vorzugsweise abdichtend mit dem Mantel 1o verschweißt ist. Auf die Platte 26 ist eine

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geeignete Hoizbeplankung aufgelegt, die ihrerseits eine Isolierschicht 28 trägt, die vorzugsweise aus Steinwolle besteht. Diese Isolierschicht wird von einer Beplankung 31 abgedeckt· Der Innenbehälter 1o ist so ausgebildet, daß er einen Gasdruck eberhalb der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten gestattet, Um Jede Tendenz der großen Oberfläche zu einer Bewegung entgegenzuwirken, ist die Abdeckung zweckmäßig gleichförmig in der Größen-Ordnung von 5 - 73 g pro cm belastet. Dies geschieht vorzugsweise aittels gewöhnlicher Ziegelsteine 3o, die billig und einfach anwendbar sind· Is ist ersichtlich, daß die Abdeckung in erster Linie von den inneren Tragsäulen 24 gestützt wird und daß diese Belastung keine übermäßige Beanspruchung darstellt«,

Nach seiner Fertigstellung wird der Außenmantel mittels eines Isolierstoffes isoliert, der für die sehr niedrigen Temperaturvehältnisse geeignet ist, und es ist wünschenswert, einen Werkstoff zu verwenden, der während des Gebrauchs an Ort und Stelle verbleiben kann, jedoch entfernbar ist, wenn eine Überprüfuoig oder eine Eeparatur erforderlich ist. Die Auswahl der Isolierung und ihre Anordnung erwiesen sich als großer Kostenfaktor in den Gesamtkosten des Behälters, und die richtige Auswahl bestimmt in großem Maße das Ausmaß an Wärmedämmung.

Erfindungsgemäß werden mindestens zwei Isolierschichten verwendet, die im ganzen mit 34 und 36 bezeichnet sind.(siehe Fig. 3 und 4). Die erstere dieser Schichten 34 kann aus einer Doppelschicht von etwa 1o cm starken Blöcken aus Schaumglas bzw. Schauestoff oder Kork oder einem anderen, zuvor mit der richtigen Krümmung versehenen und geformten Isolierwerkstoff bestehen«.

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Diese Schicht wird dann in bleibender Anordnung, z.B. unter Verwendung geeigneter Klebemittel gegen den wärmeren Mantel, der der Außenmantel 12 des Lagerbehälter^ ist und gewöhnlich aus kohlenstoffhaltigem Stahl besteht, angeklebt.

Während eine solche Isolierung normalerweise hohe Kosten proKubikmeter verursacht, erwies sie sich jedoch als für ihren Zweck sehr wirtschaftlich infolge der Zellstruktur, die Strömungen und sich hieraus ergebende Kälteflecken auf dem Behältermantel verhinderte Es ist ersichtlich, daß die Dichte dieser Schicht von der gewitschten Wärmedämmung und den in Betracht kommenden Temperaturen abhängt. Die Verwendung von etwa 20 cm des genannten Werkstoffes ist besonders geeignet, gegen das Eindringen von Wärme im Bereich von atmosphärischen Bedingungen bis herab zu-13o°C zu schützen.

Zweckmäßig werden die ortsfesten Isolierblöcke 34· mit einer Reihe oder mehreren Eeihen eines nur leicht befestigten körnigen oder faserigen zweiten Isolierwerkstoffes ausgekleidet, wie z.B. Steinwolle, die zweckmäßig in Portionen oder Säcken 36 von etwa 20 oder mehr Zentimetern Stärke aufgepackt werden. Die Säcke selbst sind vorzugsweise aus einem undurchlässigen Werkstoff, der dazu dient, das Auftreten von Gasströmungen zu vermeiden. Diese Säcke werden zweckmäßig mittels Stützringen

Holzlattenwerk
oder /4ae 4o in ihrer Lage gehalten.

Auf diese Weise ist die Isolierung derart aufgebaut, daß sie die großen Anforderungen der Lagerbedingungen bei sehr niedrigen

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Temperaturen wirksam erfüllt, und zwar unabhängig von der Außentemperatur, de faserige oder körnige, nur leicht befestigte aweite Isolierung verhindert jedes Eindringen vom Wärme zu den die Itgerflüssigkeit enthaltenden Innenbehälter 1a, und dl· Zellstruktur aufweisende äußere Isolierung verhindert jedes möglieh· Auftreten von Kältefleoken (oold spots) auf dem AvJenmantel 12« Ss ist wichtig, daß diese innere Isolierung den Mantel 1o des Innenbehälters nicht berührt, um cu verhindern, daß ein unerwünschter Druck auf diesen Hantel ausgeübt wird oder ein Bruch dieses Mantels auftritt. Ss ist ersiohtlioh, daß bei großen Lagerbehältern, die sehr greßen Temperaturänderungen, z.B. bei einer Überprüfung, ausgesetzt sind, eine solohe Ausdehnung des Mantels des Innenbehälters auftreten kann, die eine Beschädigung hervorrufen kann, wenn ein Werkstoff, wie z.B. eine pulverige Isolierung, im Wege ist·

Durch Verwendung von schichtweise angeordnetem Isolierwerkstoff an dem Außenbehälter bleibt ein freier Baum, der in den Zeichnungen mit 42 bezeichnet ist.zwischen der inneren Oberfläche der Isolierung/der äußeren Oberfläche des Mantels des Innenbehälters· Dieser freie Baum gestattet nicht nur eine Überwachung bzw. Oberprüfung und eine Reparatur durch Arbeitskräfte, sondern der LuftZwischenraum wirkt als richtige Isolation, die dazu beiträgt, eine Wärmezufuhr zu dem kalten Mantel des Innenbehälter zu verhindern.

Der Zugang zu diesem freien Baum 4-2 erfolgt durch eine Einstieg-

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tür 44 dem Dach 46 und durch Abnehmen einer ausreichenden Menge von Isoliersäcken 36 im oberen Bereich der Wandung, der in Fig. 3 dargestellt ist« Eine Lücke 47 in der Abdeckung 23 gestattet eine Inspektion des Innenbehälters 10. Es ist auf diese Weise möglich, die beiden Wandungen des Innenmantels bei einem geringstmöglichen Aufwand an für die Lagerung verlorengegangenem Raum einer vollständigen überprüfung bzw« Überwachung zu unterwerfen_e Eine Gasdichtung 32, die durch geeignete Haltemittel gehalten ist, dichtet die Abdeckung 23 gegenüber dem Außenmantel 12 ab und verhindert ;]ede Gasströmung zwischen'dem Innenmantel 10 und dem Außenmantel 12.

Der aus kohlenstoffhaltigem Stahl bestehende Außenmantel 12 schützt nicht nur den Innenbehälter aus Aluminium und schafft nicht nur eine ausreichende Abstützung für die Isolation, sondern er bietet auch sehr wesentliche Vorteile hinsichtlich der Sicherheit, dadurch, daß bei einem Bruch des Aluminiumbehälters der Stahlmahtel mindestens vorübergehend den gesamten Flüssigkeitsinhalt auffängt und als Damm wirkt.

Das Dach 46 des Außenbehälters 12 ist in geeigneter Weise geneigt, um den Wasserablauf sicherzustellen und wird von Säulen 48 getragen, die in geeigneter Weise oberhalb der Säulen 24 angeordnet sind. Das Dach 46 wird auf diese Weise von der Bodenplatte 22 aus Aluminium und damit von den Fundamenten 16 getragen.

Wie Fig. 1 zeigt, enthält das Dach 46 eine Anzahl Träger 25. In Fig» 1a ist d_as Dach 46 als aus einer Anzahl von radialen

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Streben 50 gebildet dargestellt, die über Sparren 52 miteinander verbunden sind. Das Dach 46 ist zweckmäßig mittels einer übliohen, gasdiohten Flüssigkeitsdichtung 54 abgedichtet, die die Außenkante umgibt, wie dies bei schwimmend gelagerten Dacnkonstruktionen üblich ist.

Der oben beschriebene lagerbehälter kann einen Durchmesser in der Größenordnung von 30 m oder mehr aufweisen und eine Höhe von 15 m oder mehr besitzen. Obgleich eine solche Konstruktion nicht die mathematische Mindestflache an Metall aufweist, wurde doch gefunden, daß sie die Verwendung der wirtschaftlichsten bzw. günstigsten Wandstärke des Metall- gestattet, insbesondere da die Aluminiumwandung des Innenbehälters für die Belastung maßgebend ist. Wenn der Lagerbehälter z.B. annähernd gleiche Höhe wie der Durchmesser aufwiese und wenn das Dach von der Wandung getragen würde, so wäre es erforderlich, die Wandstärke des Mantels des Innenbehälters zu erhöhen und damit die Unkosten für die Dachkonstruktion um etwa 25 % zu erhöhen, was ein beträchtlicher Unkostenfaktor im Hinblick auf die Gesamtkosten

die
der Anlage darstellt. Durch/Verwendung von in geeigneten Abständen angeordneten Tragsäulen 24, besteht keine Beschränkung hinsichtlich des Durchmessers des Lagerbehälters, und ein Durchmesser von 30 m oder mehr kann ohne wesentliche Erhöhung der Kosten für die Tragbalken des Daches oder der Abdeckung und mit einer Senkung der Gesamtkosten erstellt werden.

In den Zeichnungen sind keine Einzelheiten der Rohrleitungen für das Füllen und Entleeren des Lagerbehälters enthalten, da diese Einrichtungen an sich bekannt sind.

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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abänderungen von der beschriebenen Ausführungsform möglich.

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Claims

Patentansprüche

1· } Auf dem Soden stehender Lagerbehälter für die Lagerung verflüssigter aase bei Temperaturen unterhalb -40⁰C und bei ungefähr atmosphärischem Sruek, gekennzeichnet dureh einen Außenbehälter (1 mit einem Boden (18)»der ran auf oder in der Erde ruhenden Fundament getragen wird, einem von dem Boden nach oben ragenden Behältermantel und einem Dach (46)* das den Außenbehälter überdeckt ( und gegenüber dem Mantel abgedichtet (54) ist, wobei diese Abdichtung eine begrenzte Relativbewegung zwischen beiden gestattet» ferner durch einen Innenbehälter (10) mit einem im Abstand von des äußeren Behältermantel (12) angeordneten inneren Behältermantel, durch eine in dea Zwischenraum zwischen beiden Mänteln angeordnete Isolierung (34*36) und eine Abdeckung (23) für den Innenbehälter (10) sowie eine Abdichtung (26) zwischen dieser Abdeckung und dem Inneren Behältermantel (10), und durch Trageinriohtungen (48) für das Bach (46), die dieses durch die Abdeckung (23) hindurch gegen eine Bodenplatte (22) des Innenbehälter abstützen.

2. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in/Zwischenraum zwischen den Behältermänteln (10,12) angeordnete Isolierung (34,36) diesen Baum nur teilweise ausfüllt und einen Luftzwischenraum (42) zwischen der Isolierung und der inneren Behälterwandung freiläßt·

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3. lagerbehälter nach Anspruch n 2» dadurch gekennaeiehnet, daß Abstützungen (4o) «na Halten der Isolierung (M· 36} vorgesehen sind, dl« diese unter Bildung des Luftswieehenraumee (42) 1» Abstand ron der inneren Behälterwandung/halten.,

. Lagerbehälter nach eise» der Aneprüehe 1 bis 3, dadurch »eichnet, daß die Isolierung (34, 56) an der Innenwandung de· fiußeren Behältereanteis/gehalten

5· LiMgerbehälter naeh eine* der -vorhergehenden Aneprüehe» daAureh gekenneeichnet, daß die Isolierung (M_t 5β) ein teilen aufweleende-e leollentaterial enthält, 4ae lellieeliermaterlal let.

6* lagerbehälter nach eine» der vorhergehenden Ansprüeae, dadareh gekennateichnet, daß die XeolleroBg (34, 56) Mindesten· eine Schicht eines stellkörperartigen Ißolier»ateriale (34) mit hohe* Widerstand gegen Gasströmungen und eine weitere Schiebt (96) eine« Isoliermaterial« nit geringeren Widerstand gegen (Jaeetröaungen aufweist»

7. Lagerbehälter naeh Anspruch 6, dadurch gekenneeichnet, daß das eellkOrperartige Isoliermaterial alt hohen Widerstand gegen OasstrOnungen In Blöcken vorgefent und der Innenwandung des AuSeniiantels uniiittelbar benachbart angeordnet 1st und daß das Isoliermaterial mit geringerem Wideretand gegen Gasströmungen an die Blöcke anschließend und im Bereich des Wärmedurchgangs angeordnet ist·

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β. £«£»r»«allter aaen Anspruch 6 ede* 7, dadurch. gtktnastlehnet, dal d·· Isoliermaterial (56) «it geringeres Widerstand gegen Oaestrenuagen faserig

9· iagertonllte* nach Anspruch 8, dadurch gektxuut lehnet, dal da· faserige Isoliermaterial Ib 1» weitntlieh« «aiuadureh-

1·· lajpurtofelltwr nach Aneprueh 8 oder 9» dadurch g«k«snstteJ»t«t, AaM da· fas«rl£« Ieoli«r«attrial au* Steinwollt beeteht.

11. IaÄ«r^ehÄlt«jr naeh tin·« der rorhtrgthtndtn Ineprüclt·, dadureh gtktnnatiehmtt, aal unter 4t» AuStnbthÄlttr (12) tint Iiolitpeehlcht (2e) aagtordnet ist und daA die aruadplatte (22) dt« InatnbthaTter» (1«) auf dieser Isolierschicht ruht·

12· £agerbehavlttr aaeh Anspruch 11, dadurch gekennseiehott, dai die ieolitrtndt ftrundethloht (2o) aeiligt Struktur sur Um* »ehrftnkuwg de· Auftretens von öaeetröMUBgen swieehea de« Bed·» (18) dt· Außta^ehältere und der Bedenplatte (22) des Xaaesbthälttre bealtst·

13· Lagtr^eh&lter nach eines der rorhergthendtn Aaeprücht, dadurch gekenaseiebnet, dal die Abdeckung (25) des Innenbehälter« derart btla*tet 1st, daJ «ie Bewegungen widersteht, die durch Anwaehetn des Behälttrlnnendruekeβ reruraaeht sind und sieh, auf das Dath (43) des AuSenbehälters auswirken.

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14.Lagerbehälter naea Inspruok 13, dadureh gekeBneeieanet, dal

s. dl« Belaetung der Abdeckung Im der GbrößeÄerdnung τοη 5-75 */·*

19· Lagerbehälter nach ein«» der rorherfehemden JUaeprüehe, dadureh gekenieiaelehnet, daS der Inaenbehälter (1o) eine Bodenplat*· (22) sä* Metall aufweist·

16» Lagerbehälter nach ei. em der Toriiergehenden ineprüehe, dadureb gekennaeiehnet, dad di# Abdeckung (ij) des InnenliehÄliere IβollerUBg (28) beeitsfs iie äaa Eindringen τοη Wiree in de» Innenbehälter

1?· lagerbehälter maeh einen der Yorlirfgeheaden Aneprüche, dmdureh gelcennieiühxiet, daS laaerhalb dea Innenbehälterc/SfItseftelen (24) für die lMitekuBS (23) angeordnet eind. .

18· Lngerbeiiälter nach Anspruch 17, dadureh gekennzeichnet, die Trageinrichtungea (48) für daa Dach (46) über dieeen Stütaaäulen (24) angebracht sind·

19· Lagerbehälter nach eine» der vorhergehenden Aneprüehe, dadurch gekennaeichaet, daS der Lagerbehälter für die Lagerung τοη Gasen bei Teaperaturen in der Größenordnung τοη -162⁰C (-26ο°ϊ) bei nahezu atmosphärischem Brück eingerichtet ist.

Der Patentanwalt

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