CN108027109B - 罐和用于制造罐的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于储存低温气体(2)的罐(1)，其包括内容器(9)、外容器(4)和布置在所述内容器(9)和所述外容器(4)之间的绝热壁(16)，所述绝热壁(16)涉及为自支撑的方式。

Description

罐和用于制造罐的方法
本发明涉及用于储存低温气体的罐和用于制造这种罐的方法。
为了储存诸如例如液化天然气的低温气体，已知有圆顶形的平底罐，其包括内容器、外容器和布置在内容器和外容器之间的绝热层。绝热层可例如由作为填充物加在内容器和外容器之间的珍珠岩制成。
US 3,401,910A描述了用于储存低温气体的罐。在罐的内容器和外容器之间设置由一个个绝热元件构成的绝热层。绝热元件被预张紧。绝热层由此支撑在内容器上和外容器上。为了防止内容器崩塌，其由支撑支柱支撑。
在这种背景下，本发明的目的是提供改进的用于储存低温气体的罐。
因此，提出了用于储存低温气体的罐。所述罐包括内容器、外容器和布置在内容器与外容器之间的绝热壁，所述绝热壁以自支撑的方式形成。
绝热壁以自支撑方式形成的事实意味着没有负荷(特别是垂直和/或水平负荷)被施加至内容器。这允许将内容器制成具有较小的壁厚度。内容器的壁厚度可以是5至50毫米。绝热壁不被支撑在内容器或外容器上。因此，防止了内容器的机械负载。由此降低了内容器崩塌的风险。
绝热壁还可被称为隔绝壁。内容器和外容器是圆柱形的并且相对于彼此同心地布置。内容器位于外容器内。内容器和外容器彼此间隔开。绝热壁布置在该空间中。绝热壁优选具有绝热性质。在每种情况下，内容器和/或外容器优选具有圆形底部和柱形壳体。绝热壁优选地具有圆柱形几何形状并且完全围绕内容器延伸。位于内容器中的气体在下文中也被称为产物气体。在储存期间，气体可由于受热而从液化聚集状态转变成气体聚集状态。该气体然后被称为汽化(boil-off)气体。低温气体还可被称为液化低温气体。此类低温气体的实例是液化天然气、液体乙烯(ethene或ethylene)(沸点169.43K＝-103.72℃)、液体乙烷(沸点90.15K＝-183℃)、液氦(沸点4.22K＝-268.93)、液氢(沸点20.27K＝-252.88℃)、液氮(沸点77.35K＝-195.80℃)或液氧(沸点90.18K＝-182.97℃)。
根据一个实施方案，绝热壁由互连的块形绝热元件形成，所述块形绝热元件特别以形状配合和/或力配合的方式彼此连接。
绝热元件还可被称为隔绝元件。通过至少两个待连接的部件彼此啮合而产生形状配合连接。因此，在没有力传输的情况下或者如果力传输被中断，待连接的部件也不能从彼此中释放。绝热元件可借助于榫槽(tongue-and-groove)连接以形状配合的方式相互连接。除榫槽连接以外或作为除榫槽连接的任选替代，绝热元件可彼此粘着地接合。特别地，绝热元件以材料接合、力配合和/或形状配合的方式彼此连接。力配合连接需要与待彼此连接的表面垂直的力。只要不超过由静摩擦引起的反作用力，就可以防止它们相对于彼此位移。所有待连接的部件通过原子力或分子力保持在一起的连接均被称为材料接合连接。它们同时是不可释放的连接，仅可通过破坏连接装置来分离。材料接合连接的实例是粘着连接或焊接连接。绝热元件优选可释放地彼此连接。可将绝热元件堆叠成一个在另一个的顶部上以制造绝热壁。绝热元件优选由开孔或闭孔塑料材料、特别是泡沫塑料制成。例如，绝热元件可由刚性聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚异氰酸酯泡沫等制成。
根据又一实施方案，绝热层被制成蒸气不可透过的和/或气体不可透过的。
特别地，绝热壁具有蒸气和/或气体屏障、特别是金属箔或涂层。因此，例如，防止蒸发的汽化气体逸出。此外，由于绝热壁不能被产物气体饱和，因此加速了罐的惰化。蒸气屏障例如可以是铝箔或涂料涂层。蒸气屏障可设置在绝热壁的内侧和/或外侧。特别地，绝热壁的块形绝热元件可能已经具有蒸气和/或气体屏障，所述蒸气和/或气体屏障可被施加，特别是粘着地附接在预制绝热元件的内侧或外侧上。或者，气体-和/或蒸气可透过材料可用于绝热壁。
根据又一实施方案，在绝热壁和外容器之间设置充气间隙。
换句话说，这意味着绝热壁可与外容器间隔开。该间隙还可被称为游离气体空间。该间隙优选完全围绕绝热壁延伸。间隙优选用气态氮或用蒸发的产物气体填充。
根据又一实施方案，在绝热壁和内容器之间设置模制的绝热层。
绝热层还可被称为隔绝层。特别地，将绝热层在绝热壁和内容器之间在垂直方向上分段原位模制。为此，首先装设绝热壁的第一区段，然后在高度上对应于第一区段，以液体状态引入绝热层的第一区段并使其固化，然后装设绝热壁的第二区段、第三区段至第n区段，并且相应地，以液体状态引入绝热层的第二区段、第三区段至第n区段。通过逐段模制绝热层，防止在绝热层固化期间产生过多的热。绝热壁在这种情况下可用作用于模制绝热层的外模板。内模板则为内容器。或者，可提供在模制绝热层之后加以移除的可移除的内模板。在固化之后，绝热层可以是柔性的，特别是可弹性变形的。或者，在固化之后，绝热层可以是刚性的。
根据又一实施方案，绝热层可由泡沫的、特别是闭孔的、塑料材料制成。
例如，绝热层可由膨胀的聚氨酯材料制成。
根据又一实施方案，在绝热层和内容器之间布置对流屏障。
对流屏障防止蒸发产物气体在绝热层和内容器之间自由对流，从而防止了产物气体在内容器的外侧上的凝结。绝热单元可具有对流屏障。
根据又一实施方案，对流屏障是弹性地形成的，并且被设置成其依从由温度诱导的内容器的收缩或膨胀运动。
特别地，对流屏障是可压缩的和可延伸的。对流屏障可例如由矿棉或可弹性变形的泡沫塑料材料制成。
根据又一实施方案，对流屏障连接至绝热层和/或内容器。
特别地，绝热层可被模制在对流屏障上。此外，对流屏障可以材料接合、力配合和/或形状配合的方式连接至绝热层。对流屏障可例如粘着地接合至绝热层和/或内容器，悬置于它们之中或以其它方式与它们连接。特别地，对流屏障可从内容器的上侧悬置并从那里铺开。对流屏障还优选以材料接合、力配合和/或形状配合的方式连接至内容器。或者，对流屏障可不连接至内容器，而是仅抵靠在其上。
根据又一实施方案，对流屏障在绝热壁和内容器之间被预张紧。
例如，对流屏障由压缩的矿棉制成。作为预张紧的结果，对流屏障遵循内容器的由温度诱导的尺寸变化。可在低温下在很大范围内延伸或压缩并且同时仅具有小弹簧常数的任何材料均可用作用于对流屏障的材料。
根据又一实施方案，内容器形成为用于接纳低温气体的向上开放的杯，并且外容器形成为围绕所述杯的外壳。
所述杯接纳液化产物气体。杯的上侧敞开，使得蒸发的产物气体可从杯中逸出。内容器优选由钢材料，特别是由钢片制成。内容器包括圆柱形壳体和底部。外容器优选具有圆柱形壳体、底部和圆顶形顶部。外容器可例如由钢材料或由混凝土制成。或者，壳体可由混凝土制成，并且圆顶形顶部由钢制成。外容器可在内部具有蒸气屏障，其被称为衬垫。衬垫可包括金属板或金属片，它们被施加在外容器的内侧上。借助于蒸气屏障，外容器是气体不可透过的。内容器由覆盖物、特别是圆形覆盖物覆盖，该覆盖物从外容器的圆顶形顶部悬置。或者，所述杯还可具有封闭的圆顶形顶部。例如由矿棉制造的绝热元件可被布置在覆盖物上。
此外，提出了用于制造用于储存低温气体的罐的方法。该方法具有以下步骤：设置内容器和外容器；在所述内容器和所述外容器之间布置绝热壁，使得所述绝热壁以自支撑的方式形成。
优选由一个个的绝热元件逐层构建绝热壁。绝热元件在这种情况下可例如以形状配合的方式彼此连接，并且另外或任选地彼此粘着地接合。形状配合连接可通过榫槽系统来实现。
根据一个实施方案，在绝热壁的布置期间或之后，将绝热层在绝热壁和内容器之间原位模制。
绝热层在罐的制造期间原位制成。也就是说，将绝热层在绝热壁和内容器之间在垂直方向上逐段原位模制。绝热壁由此用作用于绝热层的模板。绝热壁和绝热层形成自支撑绝热单元或隔绝单元。绝热层例如可由膨胀的聚氨酯材料制成。通过逐段模制绝热层，防止在绝热层固化期间绝热壁的过度热负载。
根据又一实施方案，在所述绝热层在绝热壁和所述内容器之间的所述原位模制之前，布置可弹性变形的对流屏障，所述绝热层在所述绝热壁和所述对流屏障之间被原位模制。或者，可在对流屏障和绝热壁之间设置在将绝热层原位模制之后加以移除的可移除模板。当使用这种可移除的模板时，还可在将绝热层原位模制之后，将对流屏障附接至内容器。
因此，实现了对流屏障与绝热壁的永久且可靠的连接。对流屏障可另外或任选地被紧固至内容器。特别地，对流屏障是可压缩的和可延伸的。
根据又一实施方案，装设绝热壁的第一区段，然后在高度上对应于第一区段，以液体状态引入绝热层的第一区段并使其固化，而然后装设绝热壁的第二区段、第三区段至第n区段，并且相应地，以液体状态引入绝热层的第二区段、第三区段至第n区段并使其固化。
通过逐段模制绝热层，防止在绝热层固化期间产生过多的热。n在这种情况下是整数，其中n＝1至无穷大。
所述罐和/或所述方法的其它可能的实施方式还包括上文或下文关于未明确提及的示例性实施方案所述的特征或实施方案的组合。本领域技术人员还将增加一个个方面作为所述罐和/或所述方法的各自基本形式的改进或补充。
所述罐和/或所述方法的其它有利的设计实施方案和方面是下文所述的罐和/或方法的从属权利要求和示例性实施方案的主题。下面将参照附图借助优选实施方案更详细地解释所述罐和/或所述方法。
图1显示用于储存低温气体的罐的实施方案的示意性截面图；
图2显示根据图1的罐的截面图的放大细节II；
图3显示根据图2的截面线III-III的罐的示意性截面图；和
图4显示用于制造根据图1的罐的方法的实施方案的框图。
在附图中，除非另有说明，否则相同或具有相同功能的元件已被给予相同的参考标记。
图1显示用于储存低温或低温液化气体2的罐1的大大简化的示意性截面图。液化气体2的实例是液化天然气(LNG)。气体2还可以是乙烯、乙烷、氮气、氧气、氦气等。气体2还可被称为产物气体。
罐1具有板形混凝土基础3，这里呈铸造圆形混凝土板材的形式。此外，罐1包括布置在混凝土基础3上的外容器4。外容器4可由钢材料或混凝土制成。如果外容器4由混凝土生成，则可在其内侧设置蒸气屏障(称为衬垫5)。衬垫5提供了外容器4的不透气性。衬垫5可包括钢膜、焊接至彼此的钢板或夹紧的钢片。如果由钢材料制造外容器4，则可省去衬垫5。
外容器4具有圆柱形的外容器壁或壳体6、可与混凝土基础3形成为一部分的外容器底部7以及向外弯曲的圆顶形顶部8。例如，外容器底部7和外容器壁或壳体6可由混凝土制成，并且圆顶形顶部8由钢制成。外容器4可呈具有外容器底部7和外容器壁或壳体6的向上开放的杯的形式。此外，外容器4还被称为外罐或外杯。此外，罐1包括布置在外容器4内的内容器9。内容器9由钢材料制成。内容器9同样以杯的形式被设计成具有圆柱形内容器壁或壳体10和内容器底部11。此外，内容器9还被称为内罐或内杯。内容器9相对于垂直轴同轴地定位在外容器4内。
杯形内容器9被从外容器4的顶部8悬置的覆盖物12覆盖。覆盖物12不与内容器9流体紧密连接，使得汽化气体，也就是说已从液体聚集状态转变成气体聚集状态的气体2可从杯形内容器9中逸出。覆盖物12借助于金属杆/支柱13从顶部8悬置。此外，覆盖物12在向上方向上或朝向外容器4通过块形绝热元件、垫或袋14被热隔绝。绝热元件14可例如由泡沫塑料材料如聚氨酯、聚苯乙烯等制成。此外，绝热元件14可由矿棉如熔渣、玻璃或岩棉制成。
在内容器9的内容器底部11与混凝土基础3或外容器4的外容器底部7之间设置底部绝热件15。底部绝热件15可例如由泡沫玻璃制成。泡沫玻璃还可被称为多孔玻璃(cellular glass)。此外，底部绝热件15可由一个个块形元件构成。
在内容器壁或壳体10和外容器壁或壳体6之间布置绝热壁16。绝热壁16是自支撑的，也就是说，绝热壁16不支撑在外容器4或内容器9上。绝热壁16的重量的力被引入底部绝热件15中。在绝热壁16和完全围绕绝热壁16延伸的外容器4之间设置自由的气体空间或间隙17。间隙17可填充有蒸发气体2，或者在具有封闭盖的内容器9的情况下，填充有气态氮。底部绝热件15是承载负荷的绝热组件，其在向上方向上由液体不可透过且气体不可透过的底部衬垫或第二底部覆盖。该第二底部可由低温钢、铝化合物层或其它适合的材料制成。
图2显示根据图1的编号II的罐1的放大细节。图3显示根据图2的截面线III-III的罐1的截面图。
如图2所示，底部绝热件15具有在顶部8的方向上延伸的圆柱形周边壳体或壁18。在由混凝土制成的外容器壳体9的情况下，壳体18还可被称为热角保护件。绝热壁16不被支撑在壳体18上。内容器9可在温度的作用下收缩或膨胀。在图2中，膨胀状态由附图标号9a表示，并且内容器9的收缩状态由附图标号9b表示。
绝热壁16由互连的块形绝热元件19形成。绝热元件19以材料接合、力配合和/或形状配合的方式彼此连接。绝热元件19可例如借助于榫槽连接彼此连接。或者或另外，绝热元件19可彼此粘着地接合。绝热元件19由泡沫的、特别是闭孔的、塑料材料制成。或者，绝热元件19可由开孔的塑料材料制成。例如，绝热元件19可由刚性聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚异氰酸酯泡沫等制成。
绝热壁16可具有蒸气屏障。蒸气屏障可设置在绝热壁16的内侧和/或外侧。每当绝热元件19由开孔的塑料材料制成时，都需要蒸气屏障。蒸气屏障例如可以是铝箔或涂料涂层。可在完成绝热壁16之前，将蒸气屏障施加至一个个绝热元件19。或者，蒸气屏障可在其完成后被施加至绝热壁16。
在绝热壁16和内容器9之间设置模制的绝热层20。在罐1的制造期间，在原位模制绝热层20。在高度方向上分段构建绝热壁16，然后将绝热层20分段模制。为此，首先装设绝热壁16的第一区段，然后在高度上对应于第一区段，以液体状态引入绝热层20的第一区段并使其固化，然后装设绝热壁16的第二区段、第三区段至第n区段，并且相应地，以液体状态引入绝热层20的第二区段、第三区段至第n区段。通过逐段模制绝热层20，防止在绝热层20固化期间产生过多的热。绝热层20由膨胀的塑料材料、特别是闭孔膨胀的塑料材料组成。绝热层20可由聚氨酯材料制成。绝热壁16与绝热层20形成绝热单元21。绝热单元21是自支撑的。绝热壁16用作用于模制绝热层20的模板。
在绝热层20和内容器9之间设置对流屏障22。对流屏障22防止蒸发气体2在绝热层20和内容器9之间的对流。因此，防止了蒸发气体2在内容器9的外侧上的凝结。对流屏障22防止大量的蒸发气体2沿着内容器流动。绝热单元21可具有对流屏障22。
对流屏障22是弹性地形成的并且被设置成其依从由温度诱导的内容器9的收缩和/或膨胀运动。对流屏障22可连接至绝热层20和/或内容器9。对流屏障22的压缩状态在图2和3中以实线表示。对流屏障22的膨胀或延伸状态在图2和3中以虚线表示。对流屏障22可以材料接合、力配合和/或形状配合的方式连接至绝热层20和/或内容器9。例如，对流屏障22可从绝热层20和/或内容器9悬置或与它们粘着地接合。对流屏障22可从内容器9的上边缘悬置并从那里铺开。为了使组装更容易，可建议将对流屏障22机械地紧固至内容器9的内容器壁或壳体10。为此，将对流屏障22紧固至内容器9的上周边，然后在片材中在向下方向上铺开。
在随后引入绝热层20之前，将对流屏障22牢固地粘着至内容器9也是用于将其固定以用于组装目的的适合方法。可将绝热层20在对流屏障22和绝热壁16之间原位模制。因此，实现了绝热层20与对流屏障22的可靠且永久的连接。对流屏障22可在绝热壁16和内容器9之间预张紧。为此，对流屏障22在构建罐1时被压缩。然而，由压缩对流屏障22施加至内容器9的垂直和/或水平负荷非常小。例如，对流屏障22可由矿棉制成。对流屏障22还可由膨胀的可弹性变形的塑料材料制成。
对流屏障22是可压缩的和可延伸的。因此，当存在由温度诱导的尺寸变化时，对流屏障22依从内容器9。对流屏障22可用层压铝箔覆盖。借助于弹性对流屏障22，可防止由于温度诱导的内容器的尺寸波动而导致绝热单元21从内容器9脱离。绝热壁16和绝热层20由闭孔塑料材料制成的事实意味着可实现系统的快速干燥和惰化。
图4用框图示意性地显示用于制造这种罐1的方法。该方法具有提供内容器9和外容器4的步骤S1。内容器9在这种情况下可形成为用于接纳低温气体2的杯，并且外容器4可形成为围绕所述杯的壳体。
在步骤S2中，在内容器9和外容器4之间布置绝热壁16，使得所述绝热壁16以自支撑方式形成。更确切地说，绝热壁16以不支撑在内容器9或外容器4上的方式被布置。在绝热壁16的布置期间或之后，可在步骤S3中将绝热层20在其与对流屏障22之间原位模制。绝热层20和绝热壁16形成自支撑绝热单元21。
对流屏障22可从内容器9的上周边悬置。随后，首先装设绝热壁16的第一区段，然后在高度上对应于第一区段，以液体状态引入绝热层20的第一区段并使其固化，然后装设绝热壁16的第二区段、第三区段至第n区段，并且相应地，以液体状态引入绝热层20的第二区段、第三区段至第n区段。通过逐段模制绝热层20，防止在绝热层20固化期间产生过多的热。
如上文所解释的，绝热壁16可分段地构建。这涉及绝热元件19被分层地放置或堆叠成一个在另一个的顶部上并且彼此连接。将绝热层20在至少部分构建的绝热壁16和内容器9之间分段原位模制。因此，防止在绝热层20的材料固化期间产生过多的热。绝热壁16在这种情况下用作用于绝热层20的外模板。在罐1的制造期间，可在绝热壁16和内容器9之间设置另外的模板，使得绝热层20不与内容器9直接接触。
在将绝热层20在绝热壁16和内容器9之间原位模制之前，将可弹性变形的对流屏障22布置在内容器9和绝热壁16之间。然后将绝热层20在绝热壁16和对流屏障22之间原位模制。在这种情况下，对流屏障22用作内模板。因此，实现了绝热层20和对流屏障22之间的可靠且永久的连接。
绝热壁16由以材料接合、力配合和/或形状配合方式彼此连接的绝热元件19构成的事实意味着它们可被快速且容易地制成。绝热壁16的自支撑性质意味着没有负荷、特别是没有垂直负荷被施加至内容器9，使得可相应地将其制成具有较小的壁厚度。内容器9具有5至50毫米的壁厚度。借助于弹性对流屏障22，防止在存在内容器9的收缩时绝热单元21从内容器9脱离，并因此防止内容器壳体10在向内方向上的径向位移，由此防止蒸发气体2在内容器9的外侧上的凝结。
尽管已使用示例性实施方案描述了本发明，但可以各种方式对其加以修改。
例如，可以省去对流屏障22。此外，可能将绝热层20在绝热壁16和对流屏障22之间以及对流屏障22和内容器9之间在两侧上原位模制。
所用的附图标记
1 罐
2 气体
3 混凝土基础
4 外容器
5 金属衬里或衬垫
6 外容器壁或壳体
7 外容器底部
8 外容器顶部
9 内容器
9a 具有最小径向膨胀的内容器壁或壳体
9b 具有最大径向膨胀的内容器壁或壳体
10 内容器壁或壳体
11 内容器底部
12 内容器盖/覆盖物
13 杆或支柱
14 绝热元件
15 底部绝热件
16 绝热壁
17 绝热壁与外容器壁或壳体之间的间隙
18 底部绝热壁或壳体
19 绝热元件
20 绝热层
21 绝热单元
22 对流屏障
S1 步骤
S2 步骤
S3 步骤

Claims (16)

1.一种用于储存低温气体(2)的罐(1)，其具有内容器(9)、外容器(4)和布置在所述内容器(9)和所述外容器(4)之间的绝热壁(16)，所述绝热壁(16)以自支撑的方式形成，其中在所述绝热壁(16)和所述外容器(4)之间设置充气间隙(17)。
2.根据权利要求1所述的罐，其中所述绝热壁(16)由互连的块形绝热元件(19)形成，所述块形绝热元件(19)特别以形状配合和/或力配合的方式彼此连接。
3.根据权利要求1或2所述的罐，其中所述绝热壁(16)是气体不可透过的。
4.根据权利要求1或2所述的罐，其中所述绝热壁(16)是蒸气不可透过的。
5.根据权利要求1或2所述的罐，其中在所述绝热壁(16)和所述内容器(9)之间设置模制的绝热层(20)。
6.根据权利要求5所述的罐，其中所述绝热层(20)由泡沫塑料材料制成。
7.根据权利要求5所述的罐，其中所述绝热层(20)由闭孔的塑料材料制成。
8.根据权利要求5所述的罐，其中在所述绝热层(20)和所述内容器(9)之间布置对流屏障(22)。
9.根据权利要求8所述的罐，其中所述对流屏障(22)是弹性地形成的，并且被设置成其依从所述内容器(9)的由温度诱导的收缩和/或膨胀运动。
10.根据权利要求8所述的罐，其中所述对流屏障(22)连接至所述绝热层(20)和/或所述内容器(9)。
11.根据权利要求8所述的罐，其中所述对流屏障(22)在所述绝热壁(16)和所述内容器(9)之间被预张紧。
12.根据权利要求1或2所述的罐，其中所述内容器(9)形成为用于接纳所述低温气体(2)的向上开放的杯，并且所述外容器(4)形成为围绕所述杯的外壳。
13.一种用于制造用于储存低温气体(2)的罐(1)的方法，其具有以下步骤：
设置(S1)内容器(9)和外容器(4)；和
在所述内容器(9)和所述外容器(4)之间布置(S2)绝热壁(16)，使得所述绝热壁(16)以自支撑方式形成，其中在所述绝热壁(16)和所述外容器(4)之间设置充气间隙(17)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述绝热壁(16)的所述布置(S2)期间或之后，将绝热层(20)在所述绝热壁(16)和所述内容器(9)之间原位模制。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述绝热层(20)在绝热壁(16)和所述内容器(9)之间的所述原位模制(S3)之前，布置可弹性变形的对流屏障(22)，所述绝热层(20)在所述绝热壁(16)和所述对流屏障(22)之间被原位模制。
16.根据权利要求15所述的方法，其中装设所述绝热壁(16)的第一区段，然后在高度上对应于所述第一区段，以液体状态引入所述绝热层(20)的第一区段并使其固化，而然后装设所述绝热壁(16)的第二区段、第三区段至第n区段，并且相应地，以液体状态引入所述绝热层(20)的第二区段、第三区段至第n区段并使其固化。
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