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Verfahren zum Füllen eines Tanks grossen Fassungsvermögens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen eines Tanks grossen Fassungsvermögens bei ungefähr Atmosphärendruck mit einem tiefsiedenden Flüssiggas, wobei das Flüssiggas bei seiner Siedetemperatur zur Abkühlung des Tanks in kleinen Mengen und anschliessend zur Füllung des Tanks in grossen Mengen in den Tank eingefüllt wird.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit der Lagerung und dem Transport von flüssigem Erdgas beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch auf die Lagerung und den Transport anderer tiefsiedender flüssiger Gase oder anderer Flüssigkeiten angewandt werden kann, die auf niedriger Temperatur gehalten werden müssen, wie Helium, Stickstoff u. dgl. Gase, die verflüssigt werden können.
Für die Lagerung und den Transport von Erdgas oder anderen flüssigen Gasen ist es sehr wirtschaftlich und praktisch, die Flüssigkeit in Lagertanks mit grossem Fassungsvermögen unterzubringen. Vom praktischen Standpunkt aus sollen solche Behälter grossen Fassungsvermögens für den Betrieb mit niedrigem Druck eingerichtet sein, weil sonst die Wandungen des Behälters wesentlich stärker gemacht werden müssten, was eine starke Zunahme der Leergewichtes verursachen und ausserdem die Kosten des Tanks bedeutend erhöhen würde.
Flüssiges Erdgas, das hauptsächlich aus Methan besteht, siedet bei atmosphärischem Druck bei minus 1260 C. Es enthält gewöhnlich kleine Mengen höhersiedender Kohlenwasserstoffe, die den Siedepunkt etwas erhöhen. Daher kann man davon ausgehen, dass das flüssige Erdgas bei atmosphärischem Druck einen Siedebereich von etwa minus 116 bis minus 1260 C hat, je nach der Menge und der Art der in dem Gas vorhandenen schweren Kohlenwasserstoffe. Flüssiger Sauerstoff, Stickstoff, Luft, Helium u. dgl. haben bei atmosphärischem Druck einen noch niedrigeren Siedepunkt.
Eines der Hauptprobleme dabei ist das Füllen eines Tanks mit dem flüssigen Gas, wenn der Tank oder ein Teil davon eine höhere Temperatur im Vergleich zu der Siedetemperatur der Flüssigkeit hat.
Wenn der Tank nicht etwa auf die Temperatur der Ladung abgekühlt wird, findet beim Einfüllen der flüssigen Ladung in den Tank ein heftiges Sieden statt, wodurch ungeheure Dampfmengen und ein sehr hoher Druck entstehen.
Die bei der übermässigen Verdampfung verursachte Bewegung bewirkt Schaumbildung, die oft ein Überfliessen des flüssigen Gases verursacht. Die Kräfte, die durch die ungeheure Dampfmenge entstehen, können auch zur Zerstörung des Tanks und der mit ihm verbundenen Bauteile führen. Die damit verbundene Gefahr wird durch den Umstand, dass Erdgas sehr leicht brennbar ist, noch erhöht.
Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem das Füllen grosser Lagertanks mit einem tiefsiedenden flüssigen Gas gefahrlos durchgeführt werden kann. Die Erfindung besteht darin, dass das Flüssiggas in den Tank in kleinen Mengen durch Versprühen eingebracht wird, u. zw. in der Weise, dass die innere Oberfläche der Tankwandungen benetzt wird und das Versprühen so lange fortgesetzt wird, bis die Flüssigkeit die Tankwandungen befeuchtet, ohne unmittelbar zu verdampfen.
Die Erfindung betrifft auch einen Lagertank zur Aufnahme einer grossen Menge tiefsiedenden Flüssiggases bei ungefähr Atmosphärendruck, der ein isoliertes Gehäuse grossen Fassungsvermögens, ein Einfüllrohr in dem Gehäuse, eine Einrichtung, die das Einfüllrohr mit der Versorgungseinrichtung mit Flüssiggas verbindet und eine Dampfauslasseinrichtung in der Oberseite des Gehäuses aufweist und bei dem erfindungsgemäss eine Mehrzahl von Sprüheinrichtungen im Abstand voneinander im Gehäuse angeordnet sind.
Die Erfindung ermöglicht es, den Tank auf eine gewünschte niedrige Temperatur zu kühlen, so dass das flüssige Gas sehr schnell in den Tank gefüllt werden kann, u. zw. ohne übermässige Verdampfung und ohne die Entstehung von Drücken und Kräften, Schaumbildung und Aufwallungen, die zum Überlaufen der Flüssigkeit oder zur Beschädigung des Tanks führen. Der Versprühungsvorgang bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Flüssigkeit die Tankwandungen bleibend benetzt, ist kennzeichnend für die Abkühlung der Tankwandungen auf eine Temperatur, bei der die Flüssigkeit schnell zur Füllung ohne übermässiges Sieden eingefüllt werden kann.
Die Abkühlung der Tankwandungen wird durch den Unterschied zwischen der zugeführten Flüssigkeitsmenge und der verdampfenden Flüssigkeitsmenge oder durch die Verminderung
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des Dampfdruckes während des Versprühens der Flüssigkeit in konstanter Menge in den Tank angezeigt.
Anstatt die Verminderung der freiwerdenden Dampfmenge als Endpunkt für das Versprühen der Flüssigkeit auf die Tankwandungen zu benutzen, kann man auch Thermoelemente oder andere Anzeigeeinrichtungen zur Überwachung der Temperaturänderungen in den Wandungsteilen des Tanks verwenden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung der Teile, die bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden können, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Tank nach der Erfindung, wobei die Verhältnisse während des Abkühlens dargestellt sind, und Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich demjenigen der Fig. 2.
In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Tank, der vorzugsweise aus einem Metall besteht, das seine Dehnbarkeit auch bei den Temperaturen von flüssigen Gasen beibehält. Gewöhnlicher Walzstahl ist für diesen Zweck ungeeignet, da er seine Dehnbarkeit bei Temperaturen unter minus 55 C
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ist, ausgesetzt ist, bricht. Vorzugsweise werden Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer oder austenitische Stähle, z. B. 18-8 rostfreier Stahl, verwendet, da diese Metalle ihre Festigkeit bei den auftretenden sehr niedrigen Temperaturen beibehalten.
Der Tank ist mit einer dicken Schicht 12 isoliert, die aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, um die Wärmeverluste in dem Tank zu beschränken. Zu diesem Zweck kann eine Isolierung mit hoher Widerstandsfähigkeit verwendet werden, wie z. B. Platten aus Balsa-Quippo-Holz
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im Abstand von dem Innentank 10 verwendet wird, so kann der Raum zwischen dem Tank und der Umhüllung entweder evakuiert oder mit einem Isoliermaterial gefüllt werden. Als Isoliermaterial kommen die bereits genannten Materialien in Frage, aber auch andere, wie Glaswolle, Korkmehl, Vermikulit-Mehl, "Santocel" u. dgl.
Vorzugsweise wird das Isoliermaterial zusammen mit Trenneinrichtungen in den Zwischenraum zwischen Tank 10 und Umhüllung 14 gefüllt, um den Zwischenraum in eine genügende Anzahl von Zellen zu unterteilen und dadurch das Zusammensinken der Isolierung infolge wiederholter, durch die grossen Temperaturschwankungen verursachter Expansionen und Kontraktionen des Tanks zu vermindern. Die Umhüllung 14 kann z. B. aus Walzstahl bestehen, da sie durch die Isolierschicht 12 von den tiefen Temperaturen des flüssigen Inhaltes geschützt ist. Der Tank ist vollständig abgedichtet, jedoch sind in den Wandungen, vorzugsweise an der Oberseite, Öffnungen vorgesehen, um für verschiedene Zwecke Zugänge in das Tankinnere zu schaffen.
Die Oberseite 16 ist mit einem Mannloch 18 versehen, das so bemessen ist, dass eine Person in das Innere des Tanks zur Untersuchung, Ausbesserung oder zum Austausch von Teilen gelangen kann. Zur Abdichtung des Mannloches bei Nichtgebrauch ist ein Deckel 20 vorgesehen.
Zum Füllen des Tanks mit Flüssigkeit erstreckt sich ein Füllrohr 22 von grossem Durchmesser durch die Oberseite nach unten bis dicht über den Tankboden. Das Entleeren des Tanks erfolgt durch ein ähnliches Rohr mit einer Pumpe am oberen Ende. Das Füllrohr kann auch durch die Seitenwandung oder den Boden des Tanks in den Tank zu dessen Bodenteil eingeführt werden. Das Full- un Entleerungsrohr 22 ist über eine Hauptrohrleitung 24 mit einem Full- un Entleerungssammelrohr 26 verbunden, das sich von dem Tank zu einer Versorgungsquelle, einem Lager oder einer Verbrauchseinrichtung des flüssigen Gases erstreckt. Das Sammelrohr 26 kann zum Transport von Flüssigkeit in und aus einer Anzahl von Tanks der beschriebenen Art verwendet werden.
Im Tank sind mehrere Sprühköpfe 28 vorgesehen, wobei die Köpfe vorzugsweise so angeordnet sind, dass sich ihre Flüssigkeitsstrahlen 30 auf den benachbarten Tankwandungsteil richten. Die Sprühköpfe 28 (die auch in Form von Öffnungen 28 c in den Rohren dargestellt sind) können etwa auf gleicher Höhe im oberen Teil des Tanks mit vorzugsweise gleichförmigem Seitenabstand voneinander so angeordnet werden, dass sie die Innenfläche des Tanks mit dem von den Sprühköpfen ausgehenden Strahlen praktisch vollständig bedecken. Die Sprühköpfe oder Öffnungen können auch in verschiedener Höhe angeordnet werden, wie es durch die Gruppe 28 a in Fig. 2 dargestellt ist.
Einige Sprühöffnungen können so angeordnet werden, dass sie ihre Strahlen auf die Wandungen des Tanks richten, während andere so angeordnet werden können, dass sie ihre Strahlen in das Innere des Tanks richten, um eine bestmögliche Besprühung der Wandung während des Abkühlens zu erreichen. Es ist erwünscht, für eine praktisch gleichförmige und vollständige Besprühung der Wandungen des Tanks zu sorgen, um das Auftreten grosser Temperaturunterschiede während des Abkühlens auf ein Minimum zu beschränken.
Die Sprühköpfe sind mit einer Hauptleitung 32 verbunden, die sich durch den Tankinnenraum erstreckt.
Die Hauptleitung 32 ist durch eine Rohrleitung 34 mit der Sprühleitung 36 verbunden, die von der Hauptleitung 24 abgezweigt ist. Die Sprühleitung 36 hat einen beträchtlich kleineren Querschnitt als die Hauptsammelleitung 26 oder die Hauptleitung 24, da das flüssige Gas den Sprühköpfen in viel geringerem Masse zugeführt werden kann, als es durch die Hauptleitung 24 in den Tank eingefüllt werden kann. Die Sprühleitung 36 ist mit einem Ventil 38 versehen, um den Flüssigkeitsstrom zu steuern. Die Hauptleitung 24 ist ebenfalls mit einem Steuerventil 40, das vorzugsweise hinter der Abzweigung der Sprühleitung 36 angeordnet ist, versehen.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann eine Sprühleitung von etwa 5 cm Aussendurchmesser in Verbindung mit einer Hauptleitung von etwa 15 cm Durchmesser verwendet werden, wodurch so viel Flüssigkeit in die Sprühleitung zu den Sprühköpfen gebracht werden kann, dass der Tank ohne die Entstehung von grossen Dampfmengen und übermässigem Druck abgekühlt werden kann.
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