DE1434599A1

DE1434599A1 - Dichtungseinrichtung fuer Bodenbehaelter

Info

Publication number: DE1434599A1
Application number: DE19631434599
Authority: DE
Inventors: Jackson Robert Giover
Original assignee: Conch International Methane Ltd
Current assignee: Conch International Methane Ltd
Priority date: 1961-02-07
Filing date: 1963-11-21
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB968070A; US3379012A; NL121318C; BE645499A; NL6403251A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung für Bodenbehälter, insbesondere Behälter für die Speicherung von verflüssigten Gasen.

Nach der Patentanmeldung C 26 144 V/37 f enthält die Einrichtung zur Abdichtung eines Bodenbehälters eine ununterbrochene dampfundurchlässige Membran, die sich von dem Dach des Behälters nach unten in einen schlitz in der Erde erstreckt, welcher Schlitz mit einem Material gefüllt ist, das eine Flüssigiceit bei Haumtemperatur ist, aber die fest ist, wenn sich aer Behälter im Gebrauch befindet.

Bei der Ausführung der Erfindung nach der Patentanmeldung G 26 144 V/37 f ist gefunden worden, daß Sorge bei der Auswahl des Materials für den Schlitz oder die Kinne getragen werden muß, so daß dasselbe nicht allzubald gefriert. BAD ORIGINAL

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Wenn dasselbe zu bald gefriert, würde die gefrorene Flüssigkeit dem Ende der Membran hohe Spannungen auferlegen, weil das Bodenende der Membran in seiner Stellung durch, das gefrorene Material gesperrt sein würde, bevor der Rest der Membran seine GrIeiehgewichtstemperatür erreicht hat und daher seine G-leichgewichtsstellung mit Bezug auf das Dach und die Wände des Behälters.

In einer Abwandlung und Verbesserung der Erfindung nach der Patentanmeldung C 26 144 V/37 f enthält eine Dichtungseinrichtung für einen Bodenbehälter eine ununterbrochene strömungsmittelundurchlässige Membran, die sich von dem Dach des Behälters nach unten in einen Bereich erstreckt, der eine Flüssigkeit enthält, die unter Umgebungstemperatur gefriert und eine Schicht aus strömungsmit-telundurchlässigem niedrigem Modulmaterial, welches an mindestens der inneren Fläche des unteren Teiles der. Membran befestigt ist, so daß es mindestens jenen Teil der Innenfläche der Membran bedeckt, der sonst mit der Flüssigkeit in Berührung stehen würde, die unter Umgebungstemperatur gefriert. In dieser Dichtungseinrichtung kann irgendeine Flüssigkeit benutzt werden, die unter Umgebungstemperatur gefriert.

Bodenbehälter oder Bodenreservoire sind Löcher in der Überfläche der Erde, wobei die Brdformation, die das Loch umgibt, undurchlässig gegen die Substanz ist, die

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gespeichert wird. So kann z. B. die Erdformation, die das Loch umgibt, eine Flüssigkeit enthalten, die sich verfestigen wird, wenn das Reservoir oder der Behälter mit der zu speichernden Substanz beladen wird. Wahlweise kann das Loch mit einer dicken Betonauskleidung an den Seitenwänden versehen sein. Ein bevorzugtes Loch in der Oberfläche der Erde ist eine hohle Stelle in der Erdoberfläche, die eine wesentliche Fläche in der Ebene der überfläche im Verhältnis zu ihrer Kapazität hat, d. h. es ist nicht ein enger Brunnen oder Schacht.

Die Bodenbehälter werden vorzugsweise für die Speicherung eines verflüssigten Gases benutzt, d. h. einer Flüssigkeit, die bei atmosphärischem Druck bei einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur siedet. Die Bodenbehälter sind besonders für das Speichern verflüssigter Gase bei atmosphärischem Druck geeignet. Beispiele von verflüssigten Gasen sind verflüssigtes Naturgas, verflüssigtes Methan und verflüssigte Petroleumgase, z. B, verflüssigtes Äthan oder verflüssigtes Propan.

Die strömungsmittelundurchlässige Membran, d. h. ein Material, welches selbst von ungenügender Festigkeit ist, um Belastungen zu tragen, denen es ausgesetzt ist, ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Wenn der Behälter oder das Reservoir zur Speicherung von verflüssigten Gasen benutzt wird, sollte die Membran aus einem Material hergestellt sein (z. B. einem Metall), welches bei den

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niedrigen Temperaturen des verflüssigten Gases nicht brüchig oder bröckelig wird. Beispiele solcher Metalle und eines, welche für Behälter zur Speicherung von verflüssigtem Methan geeignet sind, sind hohe lickelstähle, «rostfreie Stähle, Kupfer, Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

' Vorzugsweise ist diese Membran zur Biegsamkeit gewellt oder gerippt und insbesondere horizontal gewellt, und zwar in jenem !Teil, über dem Material niedrigen Moduls. Es kann auch, wenn gewünscht, senkrecht in jenem Teil in Berührung mit dem niedrigen Modulmaterial gewellt sein. Auch kann das Ganze oder ein Teil der Membran aus mit Grübchen versehenem Metallblech, wiederum für die Biegsamkeit gebildet sein. Me Membran ist evtl. an ihrem unteren Ende mittels der Flüssigkeit abgedichtet, die unter Umgebungstemperatur gefriert.

Wenn gewünscht, kann man zwei ununterbrochene dampfundurchlässige Membrane verwenden, die sich von dem Dach zur Erde im Abstandsverhältnis erstrecken, um einen geschlossenen Raum zwischen dem Außenteil des Daches und dem Boden zu bestimmen, wobei der Raum voll mit einem inerten Gas gehalten werden kann, z. B. mit Stickstoff oder Kohlendioxyd. Die innere Membran ist die eine vorherbeschriebene.

Die äußere Membran braucht nicht in die Erdoberfläche einzudringen, vorausgesetzt, daß ein' ziemlich gasdichter Abschluß mit dem Boden oder der Erde hergestellt ist.

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Die äußere Membran, wenn sie benutzt wird, kann aus ketall, Baugummi oder Baumwollgewebe bzw. Leinwand sein. Üie kann sich, auch in einen Bereich erstrecken, der eine Flüssigkeit enthält, die unter Umgebungstemperatur gefriert, aber da sie weiter von der Kälte des Behälters entfernt ist, wenn derselbe zur Speicherung verflüssigten Gases benutzt wird, wird im allgemeinen eine spezielle Dichtungsflüssigkeit nicht erforderlich sein. In Abhängigkeit von ihrem Abstand von dem Behälter können Stoffe, solche, wie Wasser oder Bitumen benutzt werden.

Das Dach über dem Behälter kann aus irgendeinem geeigneten Material, solchem wie Stahl, insbesondere Kohlenstoffstahl, Aluminium oder Holz hergestellt sein. In dem Falle von Holz sollte es in geeigneter Weise an den Verbindungen abgedichtet sein. Das Dach muß wärmeisoliert sein, um so weit wie möglich die Übertragung von Wärme aus der Atmosphäre in den Behälter zu verhindern. Diese Isolierung kann sich an der Spitze des Daches oder darunter oder an beiden befinden. Im Falle der Isolierung unter dem Dach kann dieselbe in Berührung mit der Unterseite des Daches befestigt sein oder sie kann eine kurze ^trecke von der Unterseite aufgehängt sein.

Das Dach ist nicht durch die Membranen abgestützt und erfordert daher geeignete Iragglieder. .tis ist möglich, wenn der Boden vorgefroren werden muß, die Gefrierrohre für diesen Zweck zu benutzen. Um die Radialbewegung des

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Daches infolge Zusammenziehung zu gestatten, muß dem Dach erlaubt werden, an der Spitze von metallbekleideten hölzernen Blöcken auf der Spitze der Stützen zu gleiten.

Wenn der Behälter für ein verflüssigtes Gas benutzt wird, wird der Druck des Gases in dem Behälter versuchen, das Dach von seinen Stützen anzuheben und das Dach sollte daher beispielsweise durch Ankerstäbe, die mit den «stützen verbunden sind, nach unten gehalten werden.

Wahlweise kann das Dach eine flache oder gewölbte Platte umfassen, die an mMestens einer Oberfläche mit einer Wärmeisolierung bekleidet ist, eine Oberkonstruktion, an der die Platte aufgehängt ist, z. B. in der horizontalen Richtung biegsame Aufhänger sowie ein Gegengewicht, welches auf die Platte wirkt.

Der Bereich, der eine Flüssigkeit enthält, die unter Umgebungstemperatur gefriert, kann eine ununterbrochene Rinne enthalten, welche die genannte Flüssigkeit enthält. Diese Rinne ist vorzugsweise ein ununterbrochener Kanal, z. B. ein kreisförmiger Kanal, wenn die Membrane zylindrisch ist, der in die Erde gegraben ist. Bs kann jedoch auch ein Trog sein, der Seiten aus Holz oder Metall aufweist.

Wahlweise kann der Bereich, der eine Flüssigkeit enthält, die unter Umgebungs- oder Raumtemperatur gefriert, ein flüssigkeitsdurchlässiges Material sein, z. B. eine Schicht aus Sand oder Kies, die die genannte Flüssigkeit

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enthält. Die Membran kann sich zuerst nach unten zu der .urde oder dein Boden erstrecken. Ein Damm auf/dem Boden kann durch Aufschütten eineridiicht aus oand oder Kies rund um den Boden der Llembraa auf gebaut werden, wonach die Flüssigkeit eingeführt wird.

Die Temperatur, bei welcher die Flüssigkeit gefriert, ist eine Funktion der Temperatur der gespeicherten Flüssigkeit in dem Behälter, des Abstandes zwischen der Flüssigkeit und dem Behälter und der Zeit. Wegen des Vorsehens von niedrigem Modulmaterial, wobei die Ausübung von übermäßigen Spannungen auf die Membran verhindert wird, kann Wasser gebraucht werden und es ist offensichtlich die am meisten geeignete Flüssigkeit. Jedoch könnten, wenn gewünscht, andere Flüssigkeiten,die unter Umgebungstemperatur gefrieren, benutzt werden.

Es ist möglich, eine Flüssigkeit zu benutzen, die noch flüssig ist, wenn sich der Behälter im Gebrauch befindet, z. B. wenn der Behälter zur Speicherung einer Flüssigkeit benutzt wird, die bei atmosphärischem Druck bei einer temperatur nicht sehr viel unter Umgebungstemperatur siedet. Jedoch kann in diesen Fällen die Flüssigkeit etwas verdampfen und es ist zu bevorzugen, wenn die Flüssigkeit,die unter Umgebungstemperatur gefriert, eine solche ist, die fest ist, wenn der Behälter sich in Benutzung befindet.

Das strömungsmittelundurchlässige niedrige Modulmate-

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rial, welch.es an mindestens der inneren Fläche des unteren Teiles der Membran befestigt ist,, sollte ein vorwiegend gesehlossenzelliges pcröses Material sein, so daß es strömungsundurchlässig ist. Das vorwiegend geschlossenzellige poröse Material sollte vorzugsweise ein synthetisches Material, insbesondere ein Kunststoffmaterial sein. Die geeignetsten vorwiegend geschlossenzelligen porösen Kunststoffe sind thermoplastische Kunststoffe, z. B.Polystyrol, Polypropylen, Pialyuräthan oder besonders Polyvinylchlorid und Polyäthylenschaumstoffe.

Das strömungsmittelundurchlässige Material muß auch einen niedrigen Elastizitätsmodul haben, d. h. einen Modul von weniger als 70 kg/cm bei 10 fo Kompression, z.. B. einen Modul von zwischen 5,6 und 7?0 kg/cm für Polyäthylen bei 10 °/o Kompression.

Das strömungsmittelundurchlässige niedrige Modulmaterial kann an dem Ende der Membran mittels Klebstoffen befestigt sein, z. B. Epoxyharzklebstoffen oder Resorzinolleimen. Manche Klebstoffe enthalten Lösungsmittel, welche das niedrige Modulmaterial angreifen können und dementsprechend sollte Sorge dafür getragen werden, wenn ein geeigneter Klebstoff gewählt wird.

Obwohl es möglich ist, das niedrige Modulmaterial nur an der Innenfläche des unteren Teiles der Membran zu befestigen, ist es vorzuziehen, das Material an beiden Flächen zu befestigen, so daß sie mindestens jenen Teil der Membran

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bedecken, der sonst in Berührung mit der Flüssigkeit steilen würde, die unter Umgebungstemperatur gefriert. Dies geschieht deshalb, weil, wenn die Membran sich nach einwärts zusammenzieht, sie einen Spalt zwischen der Außenfläche und der gefrorenen Flüssigkeit lassen wird. Dieser Spalt kann mit Wasser gefüllt werden, welches von außen sickert, in welchem Falle einige Spannungen an der ungeschützten Membran eintreten können, wenn der Behälter geleert wird und die Membran sich wieder nach auswärts bewegt,

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in welcher sind:

Fig. 1 eine Schnittansicht des Behälters und Fig. 2 ein vergrößerter Querschnitt des Endes der Membran, die sich in die Rinne erstreckt.

In den Figuren 1 und 2 der Zeichnung ist der Boden oder die Erde 2 mittels Gefrierrohren 4- geboren. Jedes Hohr 4 ist ein Doppelrohr, wobei das äußere Rohr an dem Boden geschlossen ist, während das innere an dem Boden offen ist. Die Innen- und Außenrohre sind mit Ringleitungen 6 bzw. 5 verbunden und das Kühlmittel, ζ. Β. kaltes flüssiges Propan fließt aus der Ringleitung 6 die inneren Rohre nach unten und in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen den Innen- und Außenrohren nach oben in die Ringleitung 5 und zurück an das Gefriersystem. Die Anzahl von Gefrierrohren hängt von dem Durchmesser des Loches 1 ab und kann von 18 Bohren für einen Durchmesser von zwanzig Fuß auf dreißig

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Rohre für einen Durchmesser von hundert Fuß variieren.

Nachdem der Boden gefroren ist, wird ein Loch 1 in den Boden gegraben und ein ringförmiger Kanal 3 von größerem Durchmesser als das Loch wird auf der Außenseite des Loches gegraben.

Das Dach umfaßt eine Ober£"konstruktion 7, die auf Pfeilern 8 getragen wird und eine flache Alumini uinmembranplat te 9. Diese Membran 9 ist an der Oberkonstruktion 7 mittels Aufhängern 10 aufgehängt, die in der Horizontalrichtung biegsam sind und Wärmeisolierblöcke 11 aufweisen. Die Membran 9 ist an ihrer Unterseite mit einer Wärmeisolierung 12 bekleidet, die auf einem Aluminiumgitter 13 getragen wird, welches von den Aufhängern getragen wird, ^egengewichtblöcke 14 ruhen auf der Spitze der Membran 9» um irgendeinem Aufwärtsschub auf die Platte entgegenzuwirken.

Die ünden der Membran 9 erstrecken sich über die Isolierung hinaus und verlaufen senkrecht nach unten in den Kanal 3· Horizontale Wellungen 15 gestatten Wärmeausdehnungen und Zusammenziehungen der Membran.

Streifen 16 aus geschlossenzelligem Polyvinylchlorid des Elastizitätsmoduls 5»6 - 7,0 kg/cm bei 10 % Kompression sind an die unteren Enden der Membran 9 mittels eines Epoxyharzklebstoffes geleimt, der aus 100 Grewichtsteilen von "Epikote" 828 und 10 Gewichtsteilen von Diäthylentriamin besteht. Es ist genügend Polyvinylchlorid vorhanden, so daß, wenn der Kanal 3 Wasser enthält, das Polyvinylchlorid sich über dem Wasserspiegel erstreckt.

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Wenn der Behälter mit verflüssigtem Maturgas gefüllt ist, gefriert das Wasser in dem Kanal 3 ohne übermäßige Spannung auf die Membran. Das gefrorene Wasser dichtet wirksam das ittide dsr Membran ab, so daß es als ein gasdichter Verschluß wirkt.

Aus Gründen der Klarheit sind G-asventile, Flüssigkeitseinlässe und -auslasse fortgelassen worden. Diese gehen vorzugsweise durch das Dach hindurch, aber sie konnten auch in den Behälter durch die Seitenwände in der Nähe der Spitze des Behälters eintreten.

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Claims

Patentansprüche

Mi Dichtungseinrichtung für einen Bodenbehälter zum Speichern von Stoffen unter Raumtemperatur, z. B. verflüssigte Gase, die eine ununterbrochene strömungsmittelundurchlässige Membran enthält, welche sich von dem Dach des Behälters in einem Bereich erstreckt, der eine Flüssigkeit enthält, die unter der Umgebungs- oder Raumtemperatur gefriert, gekennzeichnet durch eine Schicht aus strömungsmittelundurchlässigem niedrigem Modulmaterial, welche an mindestens der Innenfläche des unteren Teiles der Membran befestigt ist, so daß dieses Material mindestens jenen Teil der Innenfläche der Membran bedeckt, der sonst mit der Flüssigkeit in Berührung stehen würde, die unter Umgebungstemperatur gefriert.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder rostfreiem Stahl hergestellt ist.

5. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zur Biegsamkeit gewellt . oder gerippt ist.

4. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich, welcher

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eine Flüssigkeit enthält, die unter "umgebungstemperatur gefriert, eine fortlaufende Rinne ist, welche diese Flüssigkeit enthält.

5. Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der -bereich, welcher eine Flüssigkeit enthält, die unter Umgebungstemperatur gefriert, ein flüssigkeitsdurchlässiges Material ist, welches die Flüssigkeit enthält, z. B. eine Schicht aus tfand oder Kies.

6. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, welche unter Umgebungstemperatur gefriert, eine Flüssigkeit ist, die fest ist, wenn sich der Behälter im Gebrauch befindet, z. B. V/asser.

7. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrige Modulmaterial ein synthetisches Kunststoffmaterial ist.

8. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein thermoplastisches Material,

z. B. Polyvinylchlorid oder Polyäthylenschaum ist.

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9. Di übungseinrichtung nach. Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das therm©plastische Material ein Polyäthylenschaum ist, der einen Elastizitätsmodul von zwischen 5,6 und 7,0 kg/cm bei 10 $ Kompression hat.

10. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrige Modulmaterial an der Membran mittels eines Epoxyharzklebstoffes befestigt ist.

11. Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das niedrige Modulmaterial an beiden Flächen der Membran befestigt ist, so daß dieses Material mindestens jenen Teil der Membran bedeckt, der sonst mit der Flüssigkeit in Berührung stehen würde, die unter Umgebungstemperatur gefriert.

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