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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spannungsreduzierenden Kompensation von Längenänderungen innerhalb von Barriereschichten eines Isoliersystems aus Verbundpaneelen (2) eines Tanks für die Lagerung und den Transport von tiefkalten Medien. Die Kompensation der Spannungen in den Barriereschichten erfolgt dadurch, dass die benachbarte Barriereschichtbereiche (4) mit Kompensatornelementen (1) verbunden sind, die beim Einbau unter Raumteperatur unter Vorspannung gesetzt und zwischen den Barriereschichten (4) mittels Haken (3) gehalten werden. Durch Abkühlung des Tanks und daraus resultierender Kontraktion der Barriereschichten der benachbarten Verbundpaneelle und des Kompensatornelements (1) selbst entspannt sich das Kompensatornelement (1) und reduziert die Spannungen in der Barriereschicht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spannungsreduzierenden kompensation von Längenänderungen innerhalb von Barriereschichten eines Isoliersystems aus Verbundpaneelen eines Tanks für die Lagerung und den Transport von tiefkalten Medien, wobei die Barriereschichten unterbrochen und von Kompensatorelementen in Überlappungsflächen verbunder sind. Sie zeigt einen Kompensator der durch, beim Einbau erzeugte Vorspannungen, zur spannungsreduzierten Kompensation der Barriereschicht bei thermischen Belastungen, z. B. für den Einsatz in Isoliersystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalten Medien, dient.
  • Für den Transport und die Lagerung der tiefkalten Medien, z. B. verflüssigtem Erdgas, werden spezielle Isoliersysteme verwendet, um die tiefkalte Ladung dicht und thermisch isoliert transportieren und lagern zu können. Für die Gestaltung der Isoliersysteme haben sich unterschiedliche Konstruktionsprinzipien durchgesetzt.
  • Eine Gruppe von Tanksystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalt verflüssigtem Erdgas wird als Membrantank bezeichnet. Die thermische Isolierung erfolgt im Tank durch zwei übereinander angeordnete Schichten aus Isoliermaterial. Zwei sogenannte Barrieren (Membranschichten) dienen der Gewährleistung der Dichtigkeit. Die innere (primäre) Membran bildet den eigentlichen Ladungstank. Die zweite (sekundäre) Membran liegt zwischen der ersten und zweiten Isolierschicht und dient der Systemsicherheit.
  • Für die Aufnahme von mechanischen Spannungen aufgrund temperaturbedingter Längenänderungen des Barrierematerials werden verschiedene konstruktive Maßnahmen eingesetzt.
  • Die DE 199 31 705 A1 („In die Tragstruktur eines Schiffs integrierter dichter und thermisch isolierender Tank mit verbesserter Isoliersperre") beschreibt einen Membrantank, der aus einer äußeren tragenden Struktur besteht, die mit Isolier- und Barriereschichten innen ausgekleidet wird. Die Isolierschicht wird aus Paneelen zusammengefügt, wobei die isolierenden Paneele aus steifen Gehäusen (z. B. aus Holzplatten) bestehen, welche mit dem Isoliermaterial (z. B. einer perlitischen Schüttung) gefüllt sind. Die metallische Barriereschicht wird über eine mechanische Verbindung elastisch an die Isolierschicht angebunden, wobei das Barrierematerial aus metallischen Bahnen besteht, die auf die Isolierpaneele aufgetragen, dort befestigt und untereinander verschweißt werden. Die Barriereschichten werden dabei aus einem Material mit besonders geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hergestellt.
  • Aus der DE 26 48 211 A1 („Isolierter Behälter für kryogene Flüssigkeiten") ist ein System bekannt, das die separate Installation von Schichten umgeht. In diesem System sind die Bestandteile des Isolier- und Barriereschichtaufbaus in Verbundplatten, die aus einem mit Isoliermaterial gefüllten Gehäuse bestehen, integriert. Die thermischen Spannungen in der primären und der sekundären Barriereschicht sollen durch eine Expansions-Kontraktions-Nut aufgenommen werden. In der DE 40 118 519 A1 „Wärmedämmung für große Temperaturintervalle im Tieftemperaturbereich" wird sogar der Einsatz von Dehnungseinlagen aus einem Kunststoff-Weichschaum empfohlen. Weiterhin ist die Verwendung von Fugendichtmaterial unter Vorspannung zur Abdichtung der Fuge zwischen den Isolierpaneelen bekannt.
  • Bei beiden Systemen werden die thermischen Kontraktionen in der Barriereschicht durch konventionelle Lösungen kompensiert.
  • Die DE 20 22 205 A beschreibt ein Tanksystem, in dem die Tankwandelemente aus unterschiedlichem metallischem Material so verformt sind, dass sie im warmen Zustand gewölbt sind und frei tragend in das Tankinnere zeigen. Bei Tankbefüllung mit kaltem Medium sollen sich die Wandelemente aufgrund der unterschiedlichen thermischen Kontraktion beider Metalle zu quasi ebenen Flächen verformen, die dadurch an der dahinterliegenden Isolierung abgestützt werden. Bei dieser, auf den Bi-Metall-Effekt basierenden Erfindung werden die Elemente jedoch nicht vorgespannt, sondern sind lediglich vorgeformt.
  • Die DE C 99 35 AZ beschreibt eine Dämmwand für Öfen und Feuerräume. Die dort gezeigten Kompensatoren sind klassische Dehnungsstreifen, die thermische Spannungen durch Verformung reduzieren. Eine Vorspannung der Dehnungsstreifen ist auch hier nicht vorgesehen bzw. beschrieben.
  • Die US 42 07 827 A beschreibt ein Membransystem, das aus großen, vorgefertigten Isolierpaneelen besteht. Die Primärbarriere zweier benachbarter Paneele wird mit Kompensatoren verbunden, die nicht vorgespannt sind, sondern sickenförmig vorgeformt sind, um auftretende Thermospannungen durch Rückverformung aufzunehmen. Die hier gezeigten Kompensatoren wirken mechanisch als Federungskörper.
  • Die US 30 91 817 A beschreibt ein Membransystem mit für die Primärbarriere klassischen Kompensatoren, die so ausgeführt sind, dass die die Thermospannungen durch Verformung (Zusammenziehen) aufnehmen. Bei diesem System werden die Kompensationselemente in der Primärbarriere zum Zwecke der Spannungsreduzierung im kalten Zustand nicht, wie es in unserer Erfindung der Fall ist vorgespannt.
  • Die US 30 79 026 A vom gleichen Erfinder wie US 30 91 817 A beschreibt ebenso ein Membransystem mit für die Primärbarriere klassischen Kompensatoren, die durch Verformung die Thermospannungen (Zusammenziehen) ausgleichen sollen. Bei diesem System werden die Kompensationselemente in der Primärbarriere zum Zwecke der Spannungsreduzierung im kalten Zustand ebenfalls nicht vorgespannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es die Spannung im Material der Barriereschicht zu reduzieren und eine maximale, spannungsarme Kontraktion der benachbarten Barriereschichten zu gewährleisten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Barriereschicht (4) mit einem oder mehreren Kompensatorelementen (1) ausgestattet ist. Davon ist mindestens ein Kompensatorelement (1) groß genug thermische Spannungen auszugleichen. Es werden Haken (3), bevorzugt an den Rändern benachbarter Isolierschichten (8) bzw. Barriereschichten (4), also im Übergangsbereich zwischen Verbundpaneelen angeordnet. Die Haken (3) können ein Fortsatz der Barriereschicht (4) sein und sind zur Innenseite der Isolierung hin, das heißt etwa im rechten Winkel in Richtung zur Tankstruktur hin angeordnet. Sie haben außerdem Überlappungsflächen (5), welche die Barriereschichten (4) der benachbarten Verbundpaneele überlappen. Durch eine Klebeschicht (7) zwischen der Barriereschicht (4) des benachbarten Paneels und der Überlappungsfläche (5) können diese fest miteinander verbunden werden.
  • Bei der Installation, d. h. unter Raumtemperatur, stehen diese Kompensatorelemente (1) unter Vorspannung. Diese Vorspannung wird durch parallel zur Barriereschicht (4) ausgeübten Druck gegen die Haken (3) in Richtung der Kompensatorelemente (1) erreicht.
  • Durch, aus Abkühlung resultierender Kontraktion der Barriereschichten (4) der benachbarten Verbundpaneele entspannt sich der Kompensator. Diese Vorspannung wird durch die Abkühlung bei Befüllen mit Flüssiggas aufgrund der entgegengesetzt wirkenden Thermospannungen verringert. Somit tritt also eine reduzierte resultierende Spannungen im Material der Kompensatoren bei gefülltem, kalten Tank auf.
  • Die Erfindung wird anhand des im Folgenden abgebildeten Beispiels näher erläutert:
  • 1: schematische Darstellung einer Isolierschicht (8) und einer Barriereschicht (4). Die Barriereschicht (4) ist mit zwei Haken (3) und einem Kompensatorelement (1), welches vorgespannt ist, ausgestattet.
  • 2: schematische Darstellung eines Kompensatorelementes (1) welches vorgespannt ist, mit Haken (3) und ein Kompensatorelement (1). Es sind außerdem die Überlappungsflächen (5) und die Klebeflächen (7) zu erkennen.
  • In 1 sind benachbarte Verbundpaneele (2) mit Barriereschichten (4) und Isolierschichten (8) dargestellt. Die Barriereschichten (4) sind unterbrochen. Die Barriereschichten (4) werden von einem Kompensatorelement (1) welches vorgespannt ist überlappt. An den Rändern des Kompensatorelementes (1) sind Haken (3) angeordnet.
  • Neben den Haken (3) zu den Barriereschichten (4) hin hat das Kompensatorelement (1) Überlappungsflächen (5). Beim Einbau wird das Kompensatorelement (1) an den Haken (3) zusammengedrückt und in die Unterbrechung zwischen des Barriereschichten (4) eingesetzt.
  • In 2 sind das Kompensatorelement (1) und die benachbarten Barriereschichten (4) um die horizontale Achse gedreht dargestellt. Es sind die, im rechten Winkel zu der Barriereschicht (4) angebrachten Haken (3) zu erkennen. Durch Klebeflächen (7) auf den Überlappungsflächen (5) werden die Barriereschichten (4) und das Kompensatorelement (1) miteinander verbunden.
    • 1
    Kompensatorelement
    2
    Verbundpaneel
    3
    Haken
    4
    Barriereschicht
    5
    Überlappungsfläche
    7
    Klebeschicht
    8
    Isolierschicht

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur spannungsreduzierenden Kompensation von Längenänderungen innerhalb von Barriereschichten (4) eines Isoliersystems aus Verbundpaneelen (2) eines Tanks für die Lagerung und den Transport von tiefkalten Medien, wobei die Barriereschichten (4) unterbrochen und von Kompensatorelementen (1) in Überlappungsflächen (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatorelemente (1) derart vorgespannt sind, in dem die Kompensatorelemente (1) beim Einbau unter Vorspannung gesetzt und zwischen den Barriereschichten (4) mittels Haken (3) unter Vorspannung gehalten sind und sich bei aus Abkühlung resultierender Kontraktion der Barriereschichten (4) die Kompensatorelemente (1) entspannen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatorelemente (1) durch Haken (3) zwischen den benachbarten Isolierschichten (8) in Position vorgespannt gehalten werden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatorelemente (1) und die Barriereschichten (4) aus dem gleichen Material bestehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensatorelemente (1) Überlappungsflächen (5) haben, die durch Klebeschichten (7) mit den Barriereschichten (4) benachbarter Verbundpaneele (2) fest und gasdicht verbunden sind.
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