DE2348656A1

DE2348656A1 - In tanker einbaubarer tank fuer tiefsttemperatur-fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2348656A1
Application number: DE19732348656
Authority: DE
Inventors: John J Closner; Tadeusz Marchaj; Sven Hjalmar Wichman
Original assignee: Preload Technology Inc
Current assignee: Preload Technology Inc
Priority date: 1972-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1974-04-11
Also published as: GB1437411A; JPS4971512A; US3863408A; ES418215A1; IT1001534B; JPS5345925B2; SE402438B

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. phil. G. B. HAGEN DipL-Phys. W. KALKOFF

MÜNCHEN 71 (Solin)
Franz-Hals-Straße 21
TeL (0811) 796213

PEE 3194 München, 24. September 1973

sch

Preload !Technology, Inc.

839 Stewart Avenue

Garden City, N.Y., V. St. A.

In Tanker einbaubarer Tank für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten

Priorität: 27. Sept. 1972; Y.St.A.; Nr. 292 727

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Transport von Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten in Schiffen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Benutzung billiger Spannbetontanks in Stahl- oder Betonfrachtschiffen und Transportschiffen für verflüssigtes Naturgas, und dabei speziell auf einen in Baukastentechnik ausgeführten Tank für verflüssigtes Naturgas, bei dem sich sehr günstige Sicherheitsbedingungen und Wirtschaftlichkeit bei der Konstruktion, dem Bau und dem Betrieb von Transportschiffen ergeben.

Während der letzten Jahre war die Entwicklung auf dem Gebiet des Transports von Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten in Schiffen und Frachtschiffen sehr stürmisch. Die zunehmende weltweite Nachfrage nach verflüssigtem Naturgas resultiert in der Entwicklung immer größerer Frachtschiffe und Tanker, und es sind einige unterschiedliche von Frahtbehältersystemen entwickelt worden. Da nunmehr die Gefahr einer weltweiten Brennstoffknappheit besteht und da Naturgas als Brennstoff in ökologi-

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scher Hinsicht akzeptabel ist, wird die Nachfrage nach Naturgas voraussichtlich steigen. Es ergibt sich also die Notwendigkeit, sichere und wirtschaftliche Systeme zur Aufnahme und zum Transport von verflüssigtem Naturgas zu entwickeln.

Verflüssigtes Naturgas ist eine primär Methan enthaltende Mischung mit kleineren Mengen von Äthan, Propan und Butan. Die tatsächliche Zusammensetzung kann sich zwar je nach der Gasquelle und nach dem Grad der Verarbeitung während der Verflüssigung ändern, aber typische verflüssigte Naturgasprodukte haben einen Siedepunkt von etwa 121 ⁰G bei Atmosphärendruck. Das Naturgas wird bei diesen Temperaturen und bei Atmosphärendruck transportiert, und die Behältersysteme müssen so konstruiert sein, daß sie das Naturgas bei diesen Temperaturen aufnehmen können und auch Abkühlungs- und Aufwärmzyklen unterworfen werden können.

Es ist seit langem bekannt, daß die üblicherweise im Schiffsbau verwendeten Kohlenstoffstähle bei Tiefsttemperaturen relativ schwach sind. Aus diesem Grund werden die Tanks typischerweise aus Nickelstahl oder Aluminiumlegierungen hergestellt, die sehr gute Pestigkeitseigenschaften bei niedrigen Temperaturen aufweisen und geeignet sind, die aus verflüssigtem Naturgas bestehende Pracht sicher aufzunehmen und dabei tLen Schiffskörper vor extrem niedrigen Temperaturen zu schützen. Es sind verschiedene Formen von Tanks in Schiffen und Frachtern entwickelt worden, und bei vielen von ihnen ist eine Doppelbarriere zwischen der Pracht und dem äußeren Stahlrumps vorgesehen, so daß der Schiffsrumpf davor geschützt ist, im Pail einer Leckage im Transportbehältersystem niedrigen Temperaturen ausgesetzt zu werden. Eine Anzahl komplizierter Konstruktionen wurde auch zur Isolation des Außenrumpfes gegen die Tiefsttemperaturen entwickelt. Perner wurden Konstruktionen entwickelt zum Schutz des Prachtbehältersystems vor Beschädigungen im Pail einer Schiffskollision, bei der der

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Außenrumpf des Schiffes "beschädigt wird.

Herkömmliche Behältersysteme für verflüssigtes Naturgas fallen unter drei allgemeine Kategorien: prismatische freistehende Tanks, kugelförmige freistehende Tanks und Membrantanks. Obwohl jeder der verschiedenen Tanktypen und deren verschiedene Konstruktionsvarianten bereits mit Erfolg verwendet wurden und obwohl jeder Tanktyp ihm eigene bestimmte Vorteile hat, hat auch jeder gewisse Nachteile. Bei der Bewertung jeder der verschiedenen Alternativen müssen viele Paktoren in Betracht gezogen werden, beispielsweise die Anschaffungskosten des Behältersystems, die Gesamtlebensdauer des Systems, die Betriebssicherheit und -einfachheit sowie die Bauzeit, die Kosten einer Einheit pro Prachtmeile und viele weitere Paktoren.

Prismatische freistehende Tanks sind häufiger als die anderen Tanktypen verwendet worden. Sie bestehen im wesentlichen aus 9 %-igem Nickelstahl, korrosionsfestem Stahl oder einer Aluminiumlegierungen, und ihre Konfiguration entspricht groß der Innenkonfiguration des Tankers. Sie weisen zwischen dem Tank und dem Stahlrumpf des Schiffes eine zweite Barriere auf. Es ist einer der Vorteile dieses Tanktyps, daß er in bezug auf Ausnutzung des Schiffsraumes relativ leistungsfähig ist. Der '. Massenmittelpunkt derartiger Tanks liegt im allgemeinen ziemlich niedrig, wodurch zum Trimmen des Schiffes keine besonders hohe Ballastmenge erforderlich ist.

Ein sehr wesentlicher Nachteil prismatischer freistehender Tanks ergibt sich aus ihrer Konfiguration. Zur Anpassung an die Gestalt der Rumpfkonstruktion werden drei Ecken aufweisende Systeme benutzt, und obwohl derartige Konstruktionen zusammensetzbar sind, sind die Konstruktionsprobleme schwieriger als bei Tanks mit einfacherer Konfiguration. Die vielen Kon-

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struktionsdetails und die benötigten Schweißverbindungen sowie die unbekannten Belastungen, die sich ergeben infolge von Wärmeschwund des Stahls, Torsion des Schiffsrumpfes, Wasserstofkräfte auf den Schiffsrumpf, Bewegung des Schiffes im Seegang sowie Bewegung der Flüssigkeit in dem Tank führen zu einer Vielzahl von strukturellen Problemen. Wenn einfachere Konfigurationen, wie beispielsweise vertikale Zylinder, benutzt werden, muß dabei in Kauf genommen werden, daß der Schiffsraum nicht optimal ausgenutzt werden kann. Aufgrund dieser Probleme besteht bei prismatischen freistehenden Tanks die Gefahr, daß ihr Gewicht und ihre Kosten im Verhältnis zu anderen verwendeten Tanktypen höher sind.

Kugelförmige freistehende Tanks weisen den wesentlichen Vorteil auf, daß sie am einfachsten in bezug auf Belastungen analysiert werden können, und infolgedessen können kugelförmige Tanksysteme ohne zweite Barriere oder nur mit einer teilweisen zweiten Barriere konstruiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die kugelförmigen Tanks in relativ einfacher Weise gefertigt werden können; es besteht keine Notwendigkeit, innere Konstruktionsteile vorzusehen, um die Widerstandsfähigkeit des Tanks zu gewährleisten; außerdem ergeben sich keine unvorhergesehenen Probleme durch Ermüdungserscheinungen des Metalls infolge von unvorhergesehenen Belastungen.

Andererseits weisen kugelförmige Tanks bestimmte Nachteile auf; der Hauptnachteil besteht darin, daß der Schiffsraum nicht optimal genutzt werden kann. Es ergibt sich in dem Schiffsrumpf eine beträchtliche Menge von verlorenem Eaum, obwohl dies teilweise ausgeglichen wird dadurch, daß für die Aufnahme von Ballast ein größeres Rumpfvolumen zur Verfügung steht. Vielter sind kugelförmige Tanks relativ schwierig zu haltern, sie haben einen relativ hoch liegenden vertikalen Schwerpunkt und erstrecken sich über die Deckhöhe hinaus, wo-

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durch, sich Betriebsprobleme ergeben.

Membrantanks, die im allgemeinen zwei dünne flexible Membranen aufweisen, die beispielsweise aus korrosionsfestem Stahl bestehen, sowie mindestens zwei Isolationsschichten, die die Barrieren voneinander und die äußere Barriere von dem Stahlrumpf des Schiffes trennen, weisen bestimmte bedeutende Torteile auf. Der Hauptvorteil ist, daß ihre Konfiguration sich sehr eng an die des äußeren Stahlrumpfes des Schiffes anpaßt und sie daher in bezug auf Ausnutzung des Schiffsraumes höchst leistungsfähig sind. Die Konstruktionskosten von Membrantanks sind niedriger als diejenigen freistehender Systeme, da die Stärke der Membranen wesentlich geringer ist als die des bei prismatischen Tanks verwendeten Stahlbleches. So sind die gesamten Materialkosten wesentlich niedriger als für prismatische Tanks, obwohl die Einzelkosten für das Membranmaterial geringfügig höher liegen können. Die geringere Masse der Membranen resultiert auch in einer wesentlich kürzeren Abkühlzeit im Vergleich zu prismatischen Tanks. Die Einbaukosten für Membrantanks sind etwas niedriger als für prismatische Tanks, in der Hauptsache deshalb, weil das Materialgewicht geringer ist.

Der Hauptnachteil von Membrantanks liegt darin, daß es praktisch unmöglich ist, sie strukturell zu analysieren. Unbekannte .Probleme bezüglich Ejjnüdungserscheinungen und Belastungskonzentration führen zu erhöhten Risiken einschließlich des Risikos einer Beschädigung der ersten Barriere im Pail einer Schiffskollision. Die freistehenden Tanks, und dabei insbesondere die kugelförmigen Tanks, sind dieser Beschädigung im Pail einer Kollision weniger ausgesetzt, da sie eine größere strukturelle YJlderstandsfähigkeit haben und auch zusätzlichen Raum von dem Schiffsrumpf getrennt sind. Die relativ schwache Membran unterliegt auch leicht einer Beschädigung während der Konstruktion und während Wartungsarbeiten. Membranen können beschädigt werden durch Überdruck

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im Dampf raum hinter der ersten Barriere, durch, die Bewegung der Flüssigkeit in dem Tank und durch das Auftreten von Ermüdungsrissen oder Belastungen im Fahrzeugrumpf. Aus diesen Gründen wird die Konstruktion von Membraiitanks durch die Behörden strenger überwacht und muß mit mehr Sorgfalt als bei freistehenden Tanks ausgeführt werden.

In Anbetracht der vielen, häufig sich widersprechenden Konstruktions-, Bau- und Betriebsfaktoren, die bei der .Entwicklung von Tanks für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten in Schiffen in Betracht gezogen werden, sind beträchtliche Verbesserungen gegenüber bekannten Behältersystemen möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Tankkonstruktion für Transportschiffe zu'schaffen, deren Konfiguration in optimaler Weise den Schiffsraum ausnutzt, wobei relativ billige Materialien erforderlich sind und die Fertigung und Aufstellung des Tanks in einem herkömmlichen Beton- oder Stahlschiff relativ einfach ist und wobei der Tank ein beträchtliches strukturelles Widerstandsvermögen aufweist zum Schutz des umgebenden Fahrzeugs vor der Tiefsttemperatur-Fracht und zum Schutz der Fracht vor Beschädigung im Fall eines Bruches des Schiffes infolge einer Kollision; dabei soll ein vollständig determiniertes Tanksystem geschaffen werden, bei dem die Belastungen ohne zu große Konstruktions- oder Prüfarbeiten in einfacher Weise analysiert werden können und allzu strenge Sicherheitsfaktoren und überflüssige strukturelle Systeme nicht angewendet werden müssen und wobei auch eine betriebsmäßig und strukturell komplexe Doppelbarriere nicht erforderlich ist. Aufgrund der strukturellen Einfachheit und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Tanks soll es möglich sein, von den zuständigen Behörden weniger strenge Konstruktionsauflagen zu erhalten, die Konstruktion des Tanks soll wirtschaftlich sein,und insbesondere die Benutzung teurer Stahllegierungen bei der Konstruktion von Tiefsttemperatur-Tanks für Schiffe soll verringert oder eliminiert werden; der Tank soll in ein-

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fächer Weise auf einer Werft zu errichten sein, wobei seine Montage andere Arbeiten auf dieser Werft nicht behindern soll. Weiter soll für derartige !Danks eine Baukasten-Konstruktion vorgesehen werden, wodurch der Aufbau des Tanks vereinfacht und die zum Fertigstellen des Tanks erforderliche Zeit verkürzt wird; das Verfahren für die Konstruktion der Baukastenteile des Tanks soll einfach sein; in dem Tank sollen Abteilungen vorgesehen sein, um eine Bewegung der darin enthaltenen Tiefsttemperatur-ÜPlüssigkeit während der !Fahrt des Schiffes zu verringern; das Gewicht des Tanks und seines Inhalts soll entlang dem Tank so verteilt werden, daß die üblicherweise an den Enden horizontaler zylindrischer Tanks auftretenden konzentrierten Belastungen verringert werden; die Struktur des Tanks soll so mit dem Schiffsaufbau zusammenwirken, daß die an den Schiffsaufbau zu stellenden Anforderungen verringert werden können, und der Tank soll einen niedrigen vertikalen Schwerpunkt haben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen in ein Schiff einbaubaren Tank zur Aufnahme von Tiefsttemperatur-EJ-üssigkeit, wobei der Tank eine zylindrische Tankwandung irgendeines geeigneten gewölbten Querschnitts, vorzugsweise kreisförmigen oder elliptischen Querschnitts, hat und aus Spannbeton besteht und wobei Endverschlüsse, beispielsweise am Tank befestigte Abschlußelemente, vorgesehen sind. Damit der Tank die in ihm sich entwickelnden beträchtlichen hydrostatischen und Dampfdrücke aushalten kann, ist die zylindrische Tankwandung durch Stahlvorspannglieder vorgespannt, die im wesentlichen umfangsmäßig um die Außenfläche herum angeordnet sind, und durch weitere Stahlvorspannglieder, die in der Tankwandung selbst angeordnet und im wesentlichen zur Tankachse orientiert sind. Zu Festigkeitszwecken sind eine oder mehrere ringförmige Verstärkungsscheiben koaxial in der Tankwandung positioniert und an ihr befestigt. Die Verstärkungsscheiben bestehen aus Stahl oder Beton, und sie können sich zum Teil an der Außenfläche

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der Tankwand vorbeierstrecken und bilden dadurch Stütz- oder Haltesäulen für den Tank. Vorzugsweise ist eine Anzahl dieser Verstärkungsscheiben in Zwischenpositionen zwischen den Endelementen des Tanks befestigt. Eine Reihe von ebenen Verstärkungsplatten (oder -rippen) ist in radial-axialer Orientierung in bezug auf die Tankwandung positioniert und mit den Verstärkungsplatten und dem Inneren der Tankwandung verbunden. Die Verstärkungsplatten sind vorzugsweise ebene Spannbetonplatten und sind ebenso wie die zylindrische Tankwandung mit im wesentlichen axial verlaufenden Spanngliedern versehen. Zur Bildung einer zweiten Barriere kann ein Stahlmantel an der Außenfläche der zylindrischen Wandung verankert sein. Dieser Mantel kann aus Kohlenstoffstahl bestehen, da er mit dem Spannbeton zusammenwirkt und daher nicht den inneren Zugbeanspruchungen unterliegt, die bei den niedrigen Temperaturen der Tiefsttemperatur-Flüssigkeit in dem Betontank auftreten.

Bei der bevorzugten Tankkonstruktion besteht die Tankwandung aus Beton und hat kreisförmigen Querschnitt. In der Tankwandung ist eine Reihe von axialen Löchern angeordnet, durch die Stahlspannglieder geführt sind. Ein Kohlenstoffstahlmantel ist mit dem Äußeren der Tankwandung durch Stehbolzen verankert, und um das Äußere des Mantels sind im wesentlichen umfangsmäßig Vorspannglieder herumgeführt. Hierbei kann entweder ein kontinuierliches Vorspannglied in schraubenförmiger Windungsführung oder eine Anzahl einzelner Vorspannglieder verwendet werden. Ringförmige Betonverstärkungsscheiben sind koaxial in der Tankwandung positioniert und an dem Stahlmantel befestigt. Die Scheiben weisen entlang einem Außenkreis und entlang bestimmten Radien Löcher auf zur Durchführung von axial orientierten Vorspanngliedern. Zwischen der Anzahl von Verstärkungsscheiben und an ihren Flächen anliegend ist eine Anzahl von ebenen Betonverstärkungsplatten vorgesehen, die radial-axial in bezug auf den Tank angeordnet sind. Diese Ver-

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stärkungsplatten liegen an ihrer äußersten ßadialerstreckung am Inneren der Tankwandung an. In diesen Yerstärkungsplatten sind axial orientierte Löcher für Yorspannglieder vorgesehen. Die Tankstruktur wird begrenzt durch Stahlabschlußelemente, die an den jeweils äußersten Verstärkungsscheiben befestigt sind. Für die Tiefsttemperatur-Flüssigkeit sind Einlaß- und Auslaßmittel vorgesehen.

Wenn der Tank montiert ist, ist er sowohl umfangsmäßig als auch axial vorgespannt. Die Umfangsvorspannung ergibt sich durch die um den Umfang des Tanks herum vorgesehenen Vorspannglieder und die axiale Vorspannung durch die die Löcher in der Tankwandung durchsetzenden Vorspannglieder. Die Verstärkungsplatten sind ebenfalls durch Vorspannglieder vorgespannt, die eine axiale Anzahl von zwischen benachbarten Verstärkungsscheiben liegenden Platten durchsetzen, wobei die Spannglieder sich durch die radial angeordneten Löcher in diesen Scheiben erstrecken. Wenn der Tank einen großen Durchmesser hat, kann es erwünscht sein, den Stahltankboden aus einer mittleren Kuppel und einem diese umgebenden Eingwulst zu bilden, um die erforderliche Stahlmenge zu beschränken. Der Tankboden wird an den Endverstärkungsscheiben befestigt, und der fiingwulstteil des Tankbodens wird außerdem an der zylindrischen Wandung verankert durch die axialen Vorspannglieder und durch außerhalb des Tanks liegende Vorspannglieder, die diagonal zur Tankachse orientiert sind.

Die erfindungsgemäße Tankkonfiguration hat viele Vorteile. Durch den kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt, insbesonderer in horizontaler Orientierung, ergibt sich eine sehr wirksame Ausnutzung des Innenraumes herkömmlicher Transportschiffe. Spannbeton ist wesentlich wirtschaftlicher als die teuren Legierungsplatten freistehender prismatischer Tanks oder die noch kostspieligeren Materialien und kompli-

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zierten Konstruktionstechniken, die sich bei Membrantanks ergeben. Da die Konfiguration des Tanks relativ einfach ist, ist seine Struktur vollständig bestimmbar und macht keine zweite Barriere zum Schutz des Schiffsrumpfes und der Ladung in "bezug aufeinander erforderlich. Durch den Stahlmantel ergibt sich trotzdem eine Art zweiter Barriere. So ergeben sich durch die erfindungsgemäße Tankkonfiguration alle Vorteile eines Zwei-Barrieren-Systems, während der Tank doch vollständig analysierbar ist und daher den für voll analysierbare Systeme geltenden weniger strengen Konstruktionsbestimmungen unterliegt. Das strukturelle Widerstandsvermögen'des Tanks aufgrund seiner Umfangs- und axialen Vorspannung ergibt ein beträchtliches Sicherheitsmaß für den Tank und die Ladung, falls das Fahrzeug in eine Kollision verwickelt werden sollte, und verleiht dem Schiff sauf bau Festigkeit. Die in dem Tank durch das Vorsehen von Verstärkungsscheiben und Verstärkungsplatten gebildeten Abteilungen reduzieren die Schwingungen der in dem Tank enthaltenen Ladung und sorgen für größere Sicherheit des Gesamtbetriebes. Das relativ hohe Gewicht des Betons ist insofern ein Vorteil, als dadurch die Ballasterfordernisse des Schiffes beträchtlich reduziert werden und der Schwerpunkt tiefer gelegt wird. Ein weiterer Vorteil der Tankkonfiguration ist, daß der Tank in relativ einfacher Weise in einem Wiegenträger im Schiff positioniert werden kann und darin ohne komplizierte Halterungssysteme festangeordnet werden kann.

Zur Vereinfachung der Konstruktion des Tanks wird nach der Baukastentechnik ein Wandteil gefertigt. Der Teil besteht aus einem Stück einer zylindrischen Betontankwandung eines geeigneten gewölbten Querschnitts mit seine Länge durchsetzenden axial orientierten Löchern, einem an seiner Außenfläche verankerten Stahlmantel und Vorspanngliedern, die im wesentlichen umfangsmäßig um das Äußere des Stahlmantels gewickelt sind. Die Betonverstärkungsplatten sind einstückig

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mit dem lankwandungsteil gegossen, und darin sind axiale Löcher vorgesehen. Zum Aufstellen des Tanks aus den in Baukastentechnik gefertigten Teilen ist es nur erforderlich, eine Anzahl der Tankwandteile mit den Enden aufeinanderzulegen und zwischen ihnen ringförmige Stahl- oder Betonverstärkungsscheiben anzuordnen. Der zusammengefügte Tank wird dann in der "beschriebenen Weise axial vorgespannt, und die Stahlendverschlußteile werden an den Endscheiben befestigt.

Durch eine Anzahl der in Baukastentechnik gefertigten Teile zusammen mit den ringförmigen Scheiben kann in relativ einfacher Weise in einem herkömmlichen Stahl- oder Betonschiff ein Tank der oben beschriebenen Konfiguration montiert werden. Das Schiff weist vorzugsweise einen gitterähnlichen Wiegenträger auf, der aus quer- und axialverlaufenden Bauteilen besteht, die in Deckung mit den unteren Verstärkungsscheiben bzw. den unteren Verstärkungsplatten angeordnet sind. Die Querteile sind mit einem Balsaholzsupport versehen, auf dem der äußere Teil einer Verstärkungsscheibe montiert wird. Die axialen Bauteile sind unter den unteren Verstärkungsplatten in dem Tank positioniert. Es ist wünschenswert, daß der Tank an nur einer Stelle entlang der Tankachse, d. h. an einem querverlaufenden Bauteil, mit seinem Wiegenträger fest verbunden ist und auf einer Anzahl weiterer Bauteile verschiebbar gelagert ist. Der Zweck der festen Halterung besteht darin, eine Axialverschiebung des Tanks in dem Schiff zu verhindern, und die Gleitlagerung dient dazu, eine axiale Kontraktion und Expansion des Tanks während des Kühlens und Aufwärmens zu gestatten. An den Seiten und auf der Oberseite des Tanks können Hemmklötze vorgesehen sein, um eine Rotation des Tanks zu ve> hindern. Die Hemmklötze sollten jedoch eine axiale Kontraktion und Expansion des Tanks gestatten.

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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Formen der nach dem Baukastenprinzip konstruierten Teile für den Tiefsttemperatur-Tank. Ein Stück zylindrische Betontankwandung von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt wird · gegossen mit sich durch die Wandung erstreckenden axial orientierten löchern und mit radial-axialen Verstärkungsplatten, die sich von der Innenfläche an im Abstand voneinander liegenden Stellen nach innen erstrecken. Ein Stahlman- " tel wird an der Außenfläche verankert. Der Stahlmantel kann während des Gießens in Übereinstimmung mit bekannten Techniken mit dem Beton durch Bolzen verbunden werden. Nach dem Abbinden des Betons wird die Tankwandung vorgespannt durch Umwickeln mit einem oder mehreren unter Zugspannung stehenden Stahlspanngliedern um die Außenfläche des Stahlmantels. Der letztgenannte Schritt kann dadurch ausgeführt werden, daß die gegossene Wandung auf einer Drehscheibe montiert und die Drehscheibe gedreht wird, während Spannglieder um die Tankwandung gewickelt werden. Es kann auch ein Schlitten an der Tankwandung gehaltert und um den Umfang des Tanks geführt werden, während um die Tankwandung ein Spannglied gewickelt wird, wie dies bei der Konstruktion stationärer Tanks üblich ist. Eine Gruppe von übereinander angeordneten Teilen kann in einem einzigen Arbeitsschritt vorgespannt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist viele Vorteile auf. Im Baukastensystem gefertigte Teile können mit herkömmlichen Verfahren auf der Werft, jedoch in einiger Entfernung vom Ort des Schiffsbaus, oder an einer vollkommen davon entfernten Stelle hergestellt werden. Das Aufrichten des Tanks wird dadurch vereinfacht, daß die im Baukastensystem gefertigten Teile von solcher Größe sein sollten, daß sie ein Gewicht haben, das innerhalb der Hebeleistung von auf Schiffswerften vorhandenen Hebezeugen liegt. Das axiale Vorspannen der im Baukastenverfahren gefertigten Tankteile und Verstärkungsplatten wird mit geeigneten Böcken durchgeführt.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Eig. 1 eine vereinfachte seitliche Draufsicht auf einen Stahltanker mit fünf erfindungsgemäßen Tanks für verflüssigtes Naturgas;

Eig. 2 eine seitliche Draufsicht auf einen der in Pig. I gezeigten Tanks;

Eig. 3 im Schnitt eine Draufsicht in Längsrichtung auf den Tank entlang der Linie 3-3 von Eig. 2;

Eig. 4 eine Teilschnittdarstellung des in Eig. 2 gezeigten Tanks, wobei Einzelheiten der im Baukastensystem gefertigten Wandkonstruktion gezeigt sind;

Eig. 5 eine teilweise Längsdraufsieht auf den Abschnitt der im Baukastensystem gefertigten Wandkonstruktion entlang der Linie 5-5 von Eig. 4>

Eig. 6 eine vereinfachte auseinandergezogene Darstellung der im Baukastensystem gefertigten Teile des Tanks, wobei ihr Nebeneinanderstellen vor der Montage gezeigt ist;

Eig. 7 eine Ansicht des Tanks in teilmontiertem Zustand;

Eig. 8 eine Detaildarstellung eines festangeordneten Lagerfußes für den Tank von Eig. 2; und

Eig. 9 eine detaillierte Draufsicht auf einen verschiebbaren Lagerfuß für den Tank von Eig. 2.

In Eig. 1 ist ein herkömmlicher Tanker IO gezeigt mit einem Rumpf 12 und Decksaufbauten 14. Eünf horizontal orientierte Tanks 16, 18, 20, 22 und 24 für die Aufnahme.von Tiefsttemperatur-Elüssigkeit haben eine noch im einzelnen zu beschreibende Konfiguration. ,

In Eig. 2, 3, 4 und 5 ist zu sehen, daß der Tank 16 aus einer zylindrischen Tankwandung von kreisförmigem Querschnitt 26 mit Tankböden 28 und 30 besteht. Der Tankboden 28 besteht aus einer mittleren Kuppel 32 und einem Ringwulst 34. Diese

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Tankbodenkonstruktion ist jedoch willkürlich und'kann bei großen Tanks zu dem Zweck verwendet werden, die erforderliche Menge von kostspieligem Legierungsmetall zu reduzieren. Bei kleineren Tanks können die Tankböden elliptisch oder halbkugelig sein. Einlaß- und Auslaßvorrichtungen' für Tiefsttemperätur-Flüssigkeiten sind zwar nicht gezeigt, sie können jedoch an geeigneten Stellen in der Tankoberseite vorgesehen oder durch die Stahltankböden hindurchgeführt sein.

Gemäß I¹Ig. 3 ist der zylindrische Tank 16 in dem Rumpf 12 auf einem Wiegenträger 36 gelagert, der aus einer Anzahl paralleler querverlaufender teilkreisförmiger Stützteile 38 und drei parallelen axialen Stützteilen 40, 42, 44 besteht. Der gesamte Tank ist von Isolation 46 umgeben, die Schlackenwolle, Perlit oder ein anderes geeignetes Isolationsmaterial sein kann. Der Tank 16 wird an einem Drehen in dem Schiffsrumpf 12 gehindert durch Vorsehen eines Hemmklotzes 48, der einen an der Oberseite des Tanks befestigten Haltearm 50 aufweist mit einer Ausnehmung 52, in der ein an dem Schiffsrumpf oder den Decksaufbauten befestigtes Halteelement 54 angeordnet ist. Hemmklötze können auch an den Tankseiten befestigt sein.

Der Tank 16 besteht aus einer Anzahl von im Baukastenprinzip hergestellten Betonwandteilen 60a, 60b, 60c ... . Jeder dieser Wandteile ist zylindrisch und von kreisförmigem Querschnitt und weist eine Anzahl von ihn durchsetzenden axialen Löchern 62 auf. In den axialen Löchern 62 sind Vorspannglieder 64 angeordnet. An der Außenseite der Wandteile 60a, 60b, 60c ... sind Stahlmäntel 65a, 65b, 65c, ... angeordnet, die umfangsmäßig um die Außenfläche des Betonteils herumverlaufen. Die Stahlmäntel sind mit der Betonwand durch Stehbolzen 66 verankert. An der Außenfläche der Stahlmäntel 65 sind Vorspannglieder 68 angeordnet, die sich umfangsmäßig um die Mantel herumerstrecken und so unter Spannung stehen, daß sie ein

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Zusammenwirken des Betons und des Stahlmantels bewirken. Es kann eine Anzahl von einzelnen Vor spanngliedern verwendet werden, oder es können auch schraubenförmig gewickelte Vorspannglieder benutzt werden. Eine Schicht Torkret-Beton oder ein anderer geeigneter bituminöser Mastix oder ein Kunststoffbelag wie Epoxydharz dient als Schutzüberzug 70 für die umfangsmäßig angeordneten Yorspannglieder. Am rechten Ende des Baukasten-Tankteils 60a und zwischen jedem der Teile 60a und 60b, 60b und 60 c usw. sind ringförmige Betonverstärkungsscheiben 72a, 72b, 72c, .·· angeordnet. Jede dieser Verstärkungsscheiben ist in bezug auf den Tank koaxial angeordnet. Der Tankboden 28 ist durch eine geeignete Verbindung mit der Endverstärkungsscheibe 72a verbunden.

Wie Pig. 4 und 5 am besten zeigen, ist eine Anzahl von flachen Betonverstärkungsplatten 74 vorgesehen. Jede dieser Verstärkungsplatten ist in bezug auf den Tank 16 radial und axial positioniert. Sie sind an ihrer äußersten radialen Erstreckung 76 mit der Innenfläche der zylindrischen Tankwandung einstückig ausgebildet und liegen an ihren Axialerstreckungen 78 und 80 an den beiden Verstärkungsscheiben, zwischen denen sie angeordnet sind, d. h. den Scheiben 72a und 72b in Pig. 4, an. Die Verstärkungsplatten sind mit im wesentlichen axial orientierten Löchern 82 ausgebildet, durch die Vorspannglieder 84 geführt sind. In den Verstärkungsscheiben 72 sind geeignete Löcher vorgesehen zum Durchführen von Gliedern 64 durch die Löcher 62 in Baukastensystem-Wandteilen 60 und durch eine Anzahl axialer Verstärkungsplatten 74. Vorspannglieder 84 enden in geeigneten Spannköpfen 86 an der Endverstärkungsscheibe 72a.

Vorzugsweise liegen die Verstärkungsscheiben 72.durch gleichmäßige Wandteile im Abstand voneinander,und die Reihen von Verstärkungsplatten 74 sind in einem gleichmäßigen Winkelabstand voneinander um den Innenumfang des Tanks herum angeordnet. Diese AußenerStreckungen der Scheiben können Halteständer

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oder Positionierungsschienen für den Tank (vgl. Fig. 3) "bilden, und diese Ständer werden in dem querverlaufenden Bauteil 38 des Wiegenträgers 36 aufgenommen.

Gemäß Pig. 6 und 7 wird die erfindungsgemäße Tankkonfiguration am einfachsten dadurch zusammengebaut, daß Baukasten-Wandteile 100, bestehend aus gegossenen Betonwandabschnitten von kreisförmigem Querschnitt mit darin vorgesehenen Löchern 102 und umfangsmäßig angeordneten Vorspanngliedern 104, abwechselnd mit Verstärkungsscheiben 106 angeordnet werden,wobei die Verstärkungsscheiben 106 Umfangslöcher 108 und radiale Löcher 110 zum Durchführen von Vorspanngliedern aufweisen. Die Wandung des Betontanks wird von axialen Vorspanngliedern 120 durchsetzt, und die Vorspannglieder 122 durchsetzen eine Anzahl von Verstärkungsplatten. Das Innere des zusammengebauten Tanks (vgl. Fig. 7) ist teilweise in Kammern unterteilt, was vorteilhaft ist in bezug auf die Verringerung von Schwappen der Tankfüllung. Zur Vervollständigung der Gesamttankstruktur werden an jedem Ende des zusammengebauten zylindrischen Tanks Tankböden befestigt (vgl. Fig. 2). Wenn die Tankböden ringwulstförmig sind (vgl. Fig. 2), kann der Ringwulst außerdem an der montierten zylindrischen Wand verankert werden durch Vorspannglieder 125 und 127, die diagonal zu dem von dem Ringwulst umschlossenen Tankvolumen orientiert sind.

Fig. 8 zeigt einen festangeordneten Tankträger. 38 ist ein querverlaufendes Trägerteil für den Tank. In dem Trägerteil 38 ist eine Balsaholz 41 enthaltende Ausnehmung 39 vorgesehen, die als Stütze für den Tank dient. So ist die untere Erstreckung der Verstärkungsscheibe 72 an einem Ende des Tanks in bezug auf die Tankachse festangeordnet, und infolgedessen kann sich der Tank nicht bewegen, wenn Stoßkräfte aufgrund von Wellen oder anderen Störungen, denen das Schiff ausgesetzt ist, auftreten.

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In Pig· 9 ist mit 138 ein querverlaufendes Wiegenträgerteil von Teilkreisform bezeichnet mit einer mit Balsaholz 141 gefüllten Ausnehmung 139. Die untere Erstreckung der Verstärkungsscheibe 172 sitzt auf der Oberfläche 143 des Balsaholzes 141 auf und ist über diese Fläche verschiebbar unter der Einwirkung von Kontraktions- und Expansionskräften, die beim Abkühlen und Erwärmen des Tanks auftreten.

Patentansprüche;

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Claims

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Patenta nspr ü c Ii e

1J In Tanker einbaubarer Tank für Tiefsttemperatur-Flüssig- ?eiten, gekennzeichnet durch eine aus Spannbeton bestehende zylindrische Tankwandung (26), daran befestigte Tankböden (28, 30) und Einlaß- und Auslaßvorrichtungen für liefsttemperatur-Flüssigkeiten.

2. Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt des Tanks kreisförmig ist und daß die Wandung (26) vorgespannt ist durch Stahlvorspannglieder (68), die unter Spannung im wesentlichen umfangsmäßig um die Außenfläche des Tanks angeordnet sind.

3. Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Yfandung (26) durch Stahlvorspannglieder (84) vorgespannt ist, die unter Spannung in der Tankwandung (26) positioniert und im wesentlichen parallel zur lankachse orientiert sind.

4. Tank nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine ringförmige Verstärkungsscheibe (72), die koaxial in der Tankwandung (26) positioniert und an dieser befestigt ist.

5. Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic hnet, daß sich wenigstens ein Abschnitt der Yerstärkungsscheibe (72) an der Außenfläche der Wandung (26) vorbeierstreckt und der vorstehende Rand eine Längseinspannung für den Tank (16) bildet.

6. Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der Verstärkungsscheiben (72) zwischen den Tankböden (28, 30) des Tanks befestigt ist.

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7. Tank nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein Verstärkungs element (74), das in bezug auf den Tank (16) radial-axial positioniert ist und an beiden Axialer Streckungen an den Verstärleungsscheiben (72) und an seiner radial äußersten Erstreckung an der zylindrischen Tankwandung (26) anliegt,

8· !Dank nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das Verstärkungselement (74) eine ebene Spannbetonplatte ist, in der im wesentlichen axial positionierte Vorspannglieder (84) angeordnet sind.

9. Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Endverschlußelemente ein Stahlboden mit einer mittleren Kuppel (32) und einem Ringwulst (34) sind.

10. In Tanker einbaubarer Tank für Tiefsttemperatur-ITüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine aus Beton bestehende zylindrische Tankwandung (26) von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt mit einer Anzahl von darin axial orientierten Stahlvorspanngliedern; einen an der Außenfläche der Wandung (26) verankerten Stahlmantel (65 )i

ein im wesentlichen umfangsmäßig um das Äußere des Stahlmantels (65) gewickeltes Vorspannglied (68); mindestens zwei koaxial in der Wandung (26) positionierte Yerstärkungsscheiben (72) mit darin vorgesehenen Löchern (62) für die Durchführung von axial orientierten Vorspanngliedern;

eine Anzahl von in bezug auf den Tank radial-axial positionierten Verstärkungsplatten (74), die an ihren beiden Axialerstreckungen an den Verstärleungsscheiben (72) und an ihrer radial äußersten Erstreckung an der zylindrischen Tankwandung (26) anliegen, wobei in den Verstärkungsplatten (74) im wesentlichen axial orientierte Vorspannglieder vorgesehen sind;

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die Enden des zylindrischen Tanks (16) definierende Stahlböden (28, 30), die an den Verstärkungsscheiben (72) befestigt sind;

und Einlaß- und Auslaßvorrichtungen für die Tiefsttemperatur-Flüssigkeit.

12. Tank nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Reihe von entlang der Tankachse im Abstand voneinander angeordnete Verstärkungsscheiben (72) und eine Reihe von um den Tankumfang im Abstand voneinander zwischen jeder der Verstärkungsscheiben (72) angeordnete Verstärkungsplatten (74), wobei die jeder Verstärkungsplatte (74) zugeordneten axialen Vorspannglieder (84) zugeordnete löcher (82) in den Verstärkungsscheiben (72) durchsetzen und eine sich axial erstreckende Reihe von Verstärkungsplatten (74) miteinander verbinden.

13. Tank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Abschnitt der Verstärkungsscheiben (72) sich an der Außenfläche des Stahlmantels (65) vorbeierstreckt und der vorstehende Rand einen Träger zum Einspannen des Tanks (16) bildet.

14. Tank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlboden (28, 30) aus einer an der Endverstärkungsscheibe (72) befestigten mittleren Kuppel und einem Ringwulst besteht, wobei der Ringwulst noch an der zylindrischen Wandung (26) verankert ist durch äußere Vorspannglieder (125, 127), die diagonal zum von dem Ringwulst umschlossenen Tankvolumen orientiert sind.

15. Baukasten-Teil für die Konstruktion eines in Tanker einbaubaren Tanks für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch

ein aus Beton bestehendes Stück einer zylindrischen Tankwan-

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dung (60a, 60b, 60c) von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt mit einer Anzahl von seine Länge durchsetzenden * axial orientierten Löchern (62) und einer Anzahl von mit der Innenfläche einstückig ausgeführten radial-axialen Verstärlcungselementen;
einen an der Außenfläche der Wandung verankerten Stahlmantel

und ein im wesentlichen umfangsmäßig um das Äußere des Stahlmantels (65) herumgewickeltes Torspannglied (68).

16. In Tanker einbaubarer Tank in Baukastenkonstrukton für Tiefsttemperatur-KLüssigkeiten, gekennzeichnet durch

eine Anzahl von aus Spannbeton bestehenden Baukasten-Wandteilen mit einem aus Beton bestehenden Stück einer zylindrischen Tankwandung von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt und einer Anzahl von mit dessen Innenfläche einstückig ausgeführten radial-axialen Verstärlcungselementen (74·), wobei die Wandungen (60a, 60b, 60c) und Verstärkungselemente (74) eine Anzahl von ihre Länge durchsetzenden axial orientierten Vorspanngliedern (64) aufweisen, mit einem an der Außenfläche der Wandung verankerten Stahlmantel (65) und mit einem im wesentlichen umfangsmäßig um das Äußere des Stahlmantels (65) herumgewickelten Vorspannglied (68), wobei die Baukasten-Wandabschnitte (60a, 60b, 60c) endweise aneinandergelegt sind;

zwischen benachbarten Baukasten-Wandabschnitten (60a, 60b, 60c) positionierte ringförmige Beton- oder Stahlverstärkungsscheiben (72) mit darin vorgesehenen Löchern zum Durchführen der axial orientierten Vorspannglieder (64); die Enden des zylindrischen Tanks (16) definierende Stahlböden (28, 30);

und Einlaß-und Auslaßvorrichtungen für die Tiefsttemperatur-■ Flüssigkeit.

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17. Seetransportsystem für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch einen Außenrumpf (12); einen Wiegenträger (36) für einen horizontal orientierten zylindrischen Tank (16) von kreisförmigem Querschnitt; und einen aus Spannbeton bestehenden horizontal orientierten zylindrischen Tank (16) von kreisförmigem Querschnitt.

18. Seetransportsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Tank (16) eine Anzahl von in ihm koaxial positionierte, im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Verstärkungsscheiben (72) aufweist sowie eine Anzahl von radial-axial orientierten Verstärkungselementen (74), die an den Verstärkungsscheiben (72) und den Wandungen des Tanks (16) befestigt sind.

19. Seetransportsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Wiegenträger (36) querverlaufende (38) und axiale (40, 42, 44) Bauteile aufweist, die in Deckung mit den unteren Teilen der Verstärkungsscheiben (72) bzw. den unteren Verstärlaingselementen (74) angeordnet sind.

20. Seetransportsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Tank (16) an nur einer Stelle entlang der Tankachse und der Wiegenträgerachse fest mit dem Wiegenträger (36) verbunden ist zum Verhindern einer Axialverschiebung des Tanks (-16), wobei eine axiale Expansion und Kontraktion des Tanks möglich ist.

21. Seetranspactsystem nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Hemmklotz (48) zum Hemmen einer Drehbewegung des Tanks (16) um seine Achse, wobei eine axiale Expansion und Kontraktion des Tanks (16) möglich ist.

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22. Verfahren zum Herstellen eines Baukasten-Bauteils für einen in Tanker einbaubaren Tank für Tiefsttemperatur-Flüss igkeiten, gekennzeichnet durch Gießen eines Stückes einer zylindrischen Betontankwand von kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt mit sich hindurcherstreckenden axial orientierten Löchern und einem an der Außenfläche verankerten Stahlmantelj

und Vorspannen der Tankwandung durch Umwickeln der Außenfläche des Stahlmantels mit Stahlvorspanngliedern.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichne t , daß das Vorspannen dadurch erfolgt, daß die gegossene Tankwandung auf einer Drehscheibe montiert und die Drehscheibe gedreht wird, während die Vorspannglieder um die Tankwandung gewickelt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Vorspannen mittels eines an der Tankwandung gehaltenen beweglichen Schlittens erfolgt, der eine Einrichtung aufweist zum Wickeln eines unter Spannung stehenden Vorspanngliedes um die Wandung herum.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , daß in einem einzigen Vorspannschritt eine Anzahl von gegossenen Tankwandungen vorgespannt wird ·

26. Verfahren zur Montage eines aus Baukasten-Elementen bestehenden Tanks für Tiefsttemperatur-Plüssigkeiten in einem Tanker, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

abwechselndes Positionieren einer Baukasten-Tankwandung, bestehend aus einem Stück einer zylindrischen Betontankwandung (26) von kreisförmigem Querschnitt und einer Anzahl von mit deren Innenfläche einstückig ausgebildeten radial-axialen

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Verstärkungselementen (74), wobei die Wandungen (26) und Verstärkungselemente (74) eine Anzahl von axial orientierten Löchern für Vorspannglieder aufweisen, einem an der Außenfläche der Wandung (26) verankerten Stahlmantel (65) und einem im wesentlichen umfangsmäßig um das Äußere des Stahlmantels (65) gewickelten Vorspanngliedes (68), und einer in bezug auf das Baukasten-Wandstück koaxial angeordneten ringförmigen Verstärkungsscheibe (72), in der Locher (62) vorgesehen sind zum Durchführen von axial orientierten Vorspanngliedern;

Führen von Vorspanngliedern durch die axial orientierten Löcher in der aus Beton bestehenden Baukasten-Tankwandung (26) und durch die Verstärkungsplatten (74); und Befestigen von Stahlböden (28, 30) an den Enden des so gebildeten vorgespannten zylindrischen Tanks (16).

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlböden (28, 30) abschnittweise aufgebaut sind.

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