DE1301353B

DE1301353B - Bottom freezer for low-boiling liquefied gases

Info

Publication number: DE1301353B
Application number: DER47236A
Authority: DE
Original assignee: OTTO DIPL ING; RUPF BOLZ
Current assignee: OTTO DIPL ING; RUPF BOLZ
Priority date: 1967-10-28
Filing date: 1967-10-28
Publication date: 1969-08-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Bodengefrierspeicher für tiefsiedende verflüssigte Gase.The invention relates to a bottom freezer for low boilers liquefied gases.

In der Gasversorgungswirtschaft müssen zum Ausgleich der Verbrauchsspitzen und der ungleichmäßigen Anlieferungen für verhältnismäßig lange Zeiträume große Gasmengen gespeichert werden, die mit den bekannten Einrichtungen nicht mehr auf wirtschaftliche Weise beherrscht werden können. Zur Verringerung ihres Volumens werden die Gase bei tiefen Temperaturen verflüssigt und in diesem Zustand eingelagert. Um die Wärmeeinströmung aus der Umgebung, die ein Verdampfen des im Siedezustand befindlichen Lagergutes verursacht, klein zu halten, werden die Lagerbehälter mit einer wirksamen Isolierung versehen.In the gas supply industry, it is necessary to compensate for the consumption peaks and large uneven deliveries for relatively long periods of time Amounts of gas are stored that no longer occur with the known facilities can be mastered economically. To reduce their volume the gases are liquefied at low temperatures and stored in this state. To the heat influx from the environment, which causes an evaporation of the boiling point The storage containers are used to keep the stored goods small effective insulation.

Diese Isolierung, die bei den großen Temperaturunterschieden einen hohen Aufwand erfordern, lassen sich nur bei überirdischen Behältern im notwendigen Umfang und bei unterirdischen Behältern nur beschränkt ausführen. Dies trifft im besonderen bei den Gefrierspeichern zu, die wegen ihrer großen Sicherheit in zunehmendem Maße zur Einlagerung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen Verwendung finden. Die Wandflächen und der Boden bestehen bei dieser Speicherbauart aus gefrorenem wassergesättigtem Erdreich, das vor der Befüllung künstlich vorgefroren wurde. Als oberer Abschluß wird eine Dachkonstruktion aus einer Speziallegierung oder aus Spannbeton verwendet. Das in flüssigen Zustand überführte Lagergut wird normalerweise bei sehr tiefer Temperatur (z. B. Methan bei -161,5° C) unter Atmosphären-bzw. kleinem überdruck in einen solchen Speicher eingefüllt. Infolge des zwischen dem Lagergut und dem umgebenden Erdreich bestehenden großen Temperaturgefälles wird dem Erdreich laufend Wärme entzogen und diese dem Lagergut zugeführt, wodurch ein entsprechender Teil des bei Siedetemperatur eingelagerten Flüssiggases in den gasförmigen Zustand übergeht. Um den Speichervorrat zu erhalten, müssen die verdampften Gasmengen mit hohem Energieaufwand rückverflüssigt werden. Im Verlauf von vielen Jahren bewirkt der durch den Wärmeentzug immer mehr zunehmende Gefrierbereich des Bodens und der damit verbundene abnehmende Wärmefluß einen Rückgang der Verdampfungsverluste, der sich so lange fortsetzt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.This insulation, the one with the large temperature differences require a lot of effort, can only be used in the case of above-ground containers in the necessary Scope and only to a limited extent in the case of underground tanks. This applies to the especially in the case of the freezer stores, which are increasing because of their high level of security Dimensions for the storage of low-boiling liquefied gases are used. the With this type of storage tank, the wall surfaces and the floor consist of frozen water-saturated water Soil that was artificially pre-frozen before filling. As an upper conclusion a roof structure made of a special alloy or prestressed concrete is used. The stored goods, which are brought into a liquid state, usually become very deep Temperature (e.g. methane at -161.5 ° C) below atmospheric or small overprint filled in such a memory. As a result of the between the stored goods and the surrounding soil existing large temperature gradient is the soil continuously Heat is withdrawn and fed to the stored goods, whereby a corresponding part of the liquefied gas stored at boiling point changes into the gaseous state. In order to maintain the storage supply, the vaporized quantities of gas have to consume a lot of energy be reliquefied. Over the course of many years this is caused by the removal of heat ever increasing freezing area of the soil and the associated decreasing Heat flow a decrease in evaporation losses that continues so long until a state of equilibrium is reached.

Aus energiewirtschaftlichen Gründen wird daher, im besonderen bei den zur Deckung der Spitzengasmengen errichteten Speichern, angestrebt, die aus dem umgebenden Erdreich in den Speicher einströmende Wärmemenge zur Herabsetzung der Verdampfungsverluste so klein wie möglich zu halten. Diese Maßnahme kann aber auch erforderlich werden, wenn die Platzverhältnisse beschränkt sind und die Gefrierzone wegen anderweitiger Bauwerke begrenzt werden muß, da das gefrorene Erdreich zu Bodenerhebungen führt und diese Schäden an Bauwerken und Rohrleitungen verursachen können.For reasons of energy economy, therefore, in particular the storage facilities built to cover peak gas volumes, aimed at those from the surrounding soil flowing into the storage tank to reduce the amount of heat to keep the evaporation losses as small as possible. However, this measure can also become necessary if space is limited and the freezer section must be limited because of other structures, since the frozen soil to rise in the ground and this can cause damage to structures and pipelines.

Der Einbau einer wirksamen Isolierung bereitet bisher beim Gefrierspeicher große Schwierigkeiten, da diese nur an der Erdwandfläche angebracht werden kann und eine Wärmedämmung nur erreicht wird, wenn es gelingt, den Zutritt des Flüssiggases unter die Isolierung mit Sicherheit zu verhindern. Bei den gegebenen tiefen Temperaturen und den damit verbundenen großen Wärmedehnungen lassen sich Spalten und Rissebildungen in der Isolierung nicht vermeiden. Durch den Einbau einer dichten Metallhaut, die allen von innen und außen auftretenden Beanspruchungen standhalten muß, kann der Zutritt des Lagergutes unter die Isolierung verhindert werden, jedoch ist der hierfür entstehende Aufwand wegen der hohen Kosten nicht vertretbar. Eine weitere Schwierigkeit bereitet die Dimensionierung der Isolierung beim Gefrierspeicher, da dieser einen bestimmten Gefrierbereich benötigt, um durch sein Eigengewicht die durch das Grundwasser gegebenen Auftriebskräfte unwirksam zu machen, und die Wärmezufuhr in den einzelnen geologischen Formationen sehr verschieden ist und in vielen Fällen nicht mit ausreichender Sicherheit im voraus berücksichtigt werden kann.The installation of an effective insulation has been preparing for the freezer storage up to now great difficulties, since this can only be attached to the earth wall surface and thermal insulation is only achieved if it is possible to block the access of the liquefied gas to prevent under the insulation for sure. At the given low temperatures and the associated large thermal expansions, gaps and cracks can be formed Do not avoid in isolation. By installing a tight metal skin that must withstand all internal and external stresses, the Entry of the stored goods under the insulation must be prevented, however, this is the case The effort involved is not justifiable because of the high costs. Another difficulty prepares the dimensioning of the insulation in the freezer storage, as this one certain freezing area needed to pass through the groundwater by its own weight given buoyancy forces ineffective, and the heat supply in the individual geological formations is very diverse and in many cases not sufficient Security can be considered in advance.

Für oberirdische, insbesondere ortsbewegliche Lagerbehälter ist eine Ausführung bekannt, bei welcher die Wandflächen mit waagerecht angeordneten oben geschlossenen, jeweils übergreifenden Schürzen derart abgedeckt sind, daß unterhalb der Schürzen durch Verdampfen von Flüssiggas Gaspolster entstehen, die den Zutritt des Flüssiggases an die Wandflächen und an die Bodenfläche verhindern und damit die Voraussetzungen für den Einbau einer wirkungsvollen Isolierung schaffen, die auch beim Gefrierspeicher angewandt werden kann.For above-ground, in particular portable, storage containers is one Execution known in which the wall surfaces with horizontally arranged above closed, each overlapping aprons are covered so that below The aprons are created by the evaporation of liquefied gas gas cushions that prevent access of the liquefied gas to the wall surfaces and to the floor surface and thus prevent create the conditions for the installation of effective insulation that can also be used for freezer storage.

Bei der Befüllung des Speichers tritt das Flüssiggas jeweils in eine vom Flüssigkeitsspiegel erfaßte, unten offene Schürze ein. Infolge des aus dem umgebenden Erdreich kommenden Wärmezuflusses verdampft ein Teil des Flüssiggases und die entstehenden Gasmengen, die nach oben nicht entweichen können, drücken in kurzer Zeit das noch nicht verdampfte Flüssiggas aus der Schürze in den Speicher zurück. Innerhalb der Schürze kann daher der Flüssigkeitsspiegel normalerweise nur bis zum unteren Rand der Schürze ansteigen. Durch diese Einrichtung wird mit Sicherheit eine unmittelbare Verbindung zwischen Flüssiggas und Speicherwandung verhindert und außerdem durch das eingeschlossene Gaspolster neben der eingebauten Isolierwand eine zusätzliche Isolierschicht geschaffen.When the storage tank is filled, the liquefied gas enters one at a time an apron that is open at the bottom and is covered by the liquid level. As a result of the surrounding Heat inflow coming from the ground evaporates part of the liquefied gas and the resulting heat Amounts of gas that cannot escape upwards still press that in a short time non-evaporated liquid gas from the apron back into the storage. Within the As a result, the apron can normally only hold the liquid level up to the lower edge the apron rise. This facility is sure to be an immediate one Connection between liquid gas and storage wall prevented and also through the enclosed gas cushion next to the built-in insulating wall an additional one Insulating layer created.

Wie bereits angeführt, ist es beim Gefrierspeicher notwendig, daß der Wärmeentzug aus dem umgebenden Erdreich nur soweit gemindert wird, daß das Eigengewicht der gefrorenen Bodenwanne bei entleertem Speicher mit Sicherheit den durch das Grundwasser gegebenen hydrostatischen Auftriebskräften widersteht. Andererseits soll jedoch aus energiewirtschaftlichen Gründen die Gefrierzone einen bestimmten Sicherheitswert nicht übersteigen.As already stated, it is necessary with the freezer storage that the heat extraction from the surrounding soil is only reduced to such an extent that the dead weight the frozen floor pan when the storage tank is empty, with certainty that from the groundwater withstands given hydrostatic buoyancy forces. On the other hand, however For reasons of energy economy, the freezing zone has a certain safety value not exceed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Wärmedämmung der Isolierung während des Betriebes zu verändern und damit den Gefrierbereich zu beeinflussen.It is therefore the object of the invention to provide thermal insulation for the insulation to be changed during operation and thus to influence the freezer area.

Eine solche Reguliermöglichkeit läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß an die Gaspolster Rohrleitungen angeschlossen sind, durch die wahlweise das Gas abgeleitet werden kann.Such a possibility of regulation can thereby be achieved in a simple manner achieve that pipelines are connected to the gas cushion through the optional the gas can be diverted.

Bei der Vielzahl von eingebauten Schürzen kann die gewünschte Änderung der Isolationswirkung durch Ein- und Ausschalten einer entsprechenden Schürzenzahl auf einfache Weise vorgenommen werden. Durch die damit im Erdreich hervorgerufenen Änderungen des Wärmeflusses wird die Gefriergrenze, die durch Meßinstrumente überwacht wird, nach innen oder außen verschoben.With the multitude of built-in aprons, the desired change can be made the insulation effect by switching a corresponding number of aprons on and off can be done in a simple manner. Due to the resulting in the ground Changes in heat flux becomes the freezing limit, which is monitored by measuring instruments is moved inwards or outwards.

In den Zeiten der Speicherentleerung kann es von Vorteil sein, die Wandungsisolierung auszuschalten, damit eine größere Menge des Lagergutes durch die verstärkte Wärmezufuhr aus dem Erdreich in Dampfform übergeführt wird und die hierfür notwendige Verdampfungswärme nicht durch Fremdwärme aufgebracht werden muß. Die damit verbundene Verstärkung des Gefrierbereiches bringt während der anschließenden Füllperiode eine zusätzliche Isolierwirkung für die Speicherwandung und damit eine zeitweise Verringerung der Verdampfungsverluste. Durch entsprechende Beeinflussung der Wandungsisolation lassen sich diese Vorgänge so regeln, daß sich der Gefrierbereich nur innerhalb festgelegter Grenzen bewegt.In times of memory depletion, it can be from advantage be to switch off the wall insulation, so that a larger amount of the stored goods is converted into vapor form by the increased supply of heat from the ground and the heat of evaporation required for this is not applied by external heat must become. The associated reinforcement of the freezer area brings during the subsequent filling period an additional insulating effect for the storage wall and thus a temporary reduction in evaporation losses. Through appropriate Influencing the wall insulation, these processes can be regulated so that the freezer area is only moved within defined limits.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Hierin bezeichnet 1 den Gefrierspeicher, 2 die Abzugs-Rohrleitungen für die Schürzen 4, 3 die Abzugs-Rohrleitung für die Bodenwanne 8, 5 die in den Schürzen 4 eingeschlossenen Gaspolster, 6 die Seitenände des Speichers, 7 die Wand-und Bodenisolierung, 9 die Betonteile des Speichers, 10 die Gefriergrenze des Speichers, 11 das gespeicherte Flüssiggas und 12 den Gasraum des Speichers.Further features of the invention emerge from the drawing. 1 denotes the freezer storage, 2 the exhaust pipes for the aprons 4, 3 the exhaust pipe for the floor pan 8, 5 the gas cushions enclosed in the aprons 4, 6 the side walls of the storage, 7 the wall and floor insulation, 9 the Concrete parts of the storage, 10 the freezing limit of the storage, 11 the stored liquid gas and 12 the gas space of the storage.

Claims

Claim: Heat-insulated storage container for low-boiling liquefied gases designed as a floor freeze storage tank for low-boiling liquefied gases, the side walls of which are covered by horizontally arranged, ring-shaped, overlapping aprons closed at the top and optionally provided with an insulating layer, the bottom apron covering the raised edge of a floor pan and below Each apron consists of an insulating gas cushion formed by the evaporation of liquid gas, characterized in that pipelines (2, 3) are connected to the gas cushions (5) through which the gas can optionally be discharged.