DE1451317B2 - Geschlossener Behälter für gekühlte Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geschlossenen Behälter für gekühlte Flüssigkeiten mit einer aus Seitenwandung, Boden- und Dachabschnitten bestehenden stützenden Schale, ferner mit einer den Behälter im Inneren vollständig abdeckenden Isolierung sowie mit einer aus nachgiebigem Folienmaterial bestehenden, sich über den Boden und die Wandung erstreckenden flüssigkeits- und dampfdichten Auskleidung, die von einer im Behälterinneren vorgesehenen, die Auskleidung verbundenen Stützeinrichtung gestützt ist.

Ein Behälter der beschriebenen Art ist dem grund- ; sätzlichen Aufbau nach aus der US-PS 29 U 125 be- ; kannt. Bei diesem bekannten Behälter zum Speichern ; von gekühlten Flüssigkeiten dient zur Halterung der flüssigkeits- und dampfdichten Auskleidung ein im Behälterinneren angeordnetes Holzgerüst. Um den durch

ίο Temperaturdifferenzen und Temperaturschwankungen hervorgerufenen Wärmespannungen entgegenzuwirken, ist die sich nicht selbsttragende Auskleidung mit dem feststehenden Holzgerüst nicht starr verbunden. Trotz dieser zum Wärmeausgleich dienenden, nicht starren Halterung der Auskleidung durch das Holzgerüst ist der bekannte Behälter, der im allgemeinen nur als verhältnismäßig kleiner Transportbehälter für verflüssigte Gase gedacht ist, als großer unterirdischer Vorratsbehälter für tiefgekühlte Flüssigkeiten nicht geeignet. So läßt zwar das Holzgerüst an den Halterungssteilen eine Radialbewegung der Auskleidung, jedoch keine Verschiebung in der axialen Richtung zu. Dafür sind zwischen den Halterungsstellen in der Auskleidung selbst ringförmig umlaufende wellenförmige Abschnitte vorgesehen, die zu einem gewissen Ausgleich der in axialer Richtung wirkenden Wärmespannungen führen. Obwohl diese Spannungsausgleichenden Maßnahmen für einen kleinen Behälter nach der US-PS 29 11 125 ausreichen, führen sie bei größeren Behältern zu kei-

\o nem befriedigenden Ergebnis, da ein vollständiger Spannungsausgleich nicht gewährleistet ist. Darüber hinaus weist der bekannte Behälter den Nachteil auf, daß die Auskleidung in einem Abstand von der sie umgebenden stützenden Schale angeordnet ist, so daß die

ys Auskleidung auch eine gewisse Stärke und Festigkeit haben muß, um dem Druck der gekühlten Flüssigkeit standzuhalten. Die bei einer solchen Konstruktion auftretenden mechanischen Probleme lassen sich zwar bei kleinen Behältern durch besondere Maßnahmen, wie die gewellten Ausgleichsabschnitte in der Auskleidung, beherrschen, führen jedoch bei großen unterirdischen Behältern zu unüberwindlichen Schwierigkeiten. Ferner ist zu bemerken, daß die bei dem bekannten Behälter aus einem besonderen Metall bestehende Auskleidung ein äußerst aufwendiges Behälterbauteil darstellt. Aus der FR-PS 13 22 598 ist bereits ein großer unterirdischer Vorratsbehälter für tiefgekühlte Flüssigkeiten bekannt, bei dem jedoch zur Halterung der flüssigkeitsdichten Auskleidung Halterungselemente benutzt wer-

so den, die in der stützenden Außenschale des Behälters verankert sind und somit die Isolierschicht durchdringen Diese Art der Halterung führt zu einer nachteiligen Beeinträchtigung des Isolationsvermögens der Isolierschicht und zu einer Schwächung der gas- und flüs-

s> sigkeitsdichten Auskleidung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen geschlossenen Behälter derart weiterzubilden, daß auch bei einem großen Behältervolumen keine Risse oder Sprünge in der flüssigkeits- und

<>o dampfdichten Behälterauskleidung infolge von Wärmespannungen entstehen und eine gegebenenfalls in der Auskleidung auftretende mechanische Beanspruchung möglichst gleichmäßig über den gesamten Behälterumfang verteilt ist.

f>5 Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs beschriebene Behälter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die die Auskleidung umgebende Isolierung und eine die Innenseite der Auskleidung abdek-

kende innere Schicht nicht starr ausgebildet sind und daß die aus mehreren Teilen bestehende, ringförmig ausgebildete Stützeinrichtung ohne die innere Schicht zu durchdringen an der Innenseite der inneren Schicht anliegt und die innere Schicht, die Auskleidung und die Isolierung nach außen gegen die stützende Schale drückt.

Durch einen derartigen Behälteraufbau wird sichergestellt, daß das die Auskleidung bildende Folienmaterial nach allen Richtungen seitwärts verschiebbar zwisehen der Isolierung und der inneren Schicht eingebettet ist. Auf diese Weise ist die für die Funktion des Behälters äußerst wichtige flüssigkeits- und dampfdichte Auskleidung weder in dem durch Temperaturunterschiede hervorgerufenen ausgedehnten noch zusammengezogenen Zustand der Behälterwandung keinen zusätzlichen durch die Halterung hervorgerufenen ungleichmäßigen Spannungen ausgesetzt. Darüber hinaus schützt die innere Schicht die Auskleidung gegenüber äußerst mechanischen Beanspruchungen. Ferner beugen die die Auskleidung abdeckende innere Schicht und _Λ die an die Auskleidung unmittelbar angrenzende Isolierung einem raschen Leckverlust vor, falls aus irgendeinem Grunde die flüssigkeits- und dampfdichte Auskleidung beschädigt sein sollte.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind die innere Schicht und die äußere Isolierung gleich ausgebildet. Um zu einem einfachen Aufbau zu gelangen zeichnet sich der Behälter vorzugsweise dadurch aus, daß die Stützeinrichtung mehrere an der Innenseite der inneren Schicht anliegende Ringsegmente aufweist, die von Stützen in einem Abstand voneinander rund um die Wandung gehalten werden, und daß die Spannvorrichtungen die Ringsegmente auseinanderspreizen und damit radial nach außen drücken.

Vorzugsweise besteht die Isolierung aus mehreren Blöcken eines zellförmigen Isoliermaterials aus Kunststoff, und auf das Isoliermaterial am Boden des Behälters ist eine gegossene Betonplatte aufgebracht. Die oberen Abschnitte des Isolier- und Folienmaterials sind zweckmäßigerweise am Dach des Behälters aufgehängt.

Eine Weiterbildung des Behälters ist dadurch gekennzeichnet, daß die stützende Schale aus Beton besteht, daß eine Anzahl lotrecht verlaufender Stützbauteile in Abständen von der Innenseite der Seitenwandung angeordnet ist, deren untere Enden gegen eine radial nach innen gerichtete Bewegung verankert und deren obere Enden an dem Dach befestigt sind, daß eine Anzahl von Ringsegmenten an der die Seitenwandung abdeckenden Isolierung und Auskleidung anliegen und daß zwischen den Ringsegmenten und den Stützbauteilen elastisch nachgiebige Einrichtungen angeordnet sind, die die Ringsegmente radial nach außen drücken und damit gleichzeitig einen Teil der Spannungen kompensieren, die in dem als Bogenkuppel ausgeführten Dach auftreten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten Behä'ter,

F i g. 2A und 2B vergrößerte Querschnitte durch den oberen und unteren Behälterrand,

F i g. 3 einen Horizontalschnitt durch die Seitenwand des Behälters entlang der Linie 3-3 der F i g. 2B,

Fig.4 eine Ansicht eines Teils der Behälterseitenwand von innen,

F i g. 5 einen lotrechten Schnitt durch einen Teil

eines weiteren nach der Erfindung ausgebildeten Behälters und

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der F i g. 5 in vergrößertem Maßstab.

In den F i g. 1 bis 4 ist ein unterirdischer Behälter für gekühlte Flüssigkeiten dargestellt. Der beschriebene Aufbau läßt sich auch auf oberirdische Behälter übertragen.

Der dargestellte Behälter ist in einer Grube 10 untergebracht, deren Boden mit einem Frostverwerfungen verhindernden Füllmaterial 11 ausgelegt ist. Vor dem vollständigen Auslegen der Grube werden Rohrschlangen 12 in das Füllmaterial 11 gelegt, die bei einem gegenüber Frostverwerfungen empfindlichen Boden zur Temperatursteuerung dienen.

Der in der Grube auf dem Füllmaterial 11 aufgebaute Behälter enthält außen eine stützende Schale aus Beton. Diese stützende Schale umfaßt einen Boden 13, eine Seitenwandung 14 und ein Deckteil oder Dach 15. Zweckmäßigerweise ist die Seitenwandung zylindrisch ausgebildet.

Vorzugsweise ist die Seitenwandung 14 durch einen den Behälter in horizontalen Windungen umgebenden Draht 23 vorgespannt, der der Seitenwand eine zusätzliche Festigkeit verleiht. Davon abgesehen kann auch das Füllmaterial an der Behälterseite die Aufgabe übernehmen, der Seitenwandung 14 eine gewisse Spannung zu erteilen. Bei der Berechnung der Wandung sollte zweckmäßigerweise der Wert der nachträglichen Spannung durch das seitliche Füllmaterial 24 berücksichtigt werden.

Das Dach 15 besteht aus einer bogenförmigen Betonkuppel. Selbstverständlich können auch andere Dacharten verwendet werden, wie auch das Herstellungsmaterial ein anderes als Beton sein kann; bevorzugt wird jedoch eine bogenförmige Kuppel. Der Behälter ist vollständig mit einer Isolierung 25 ausgekleidet, die aus einer Anzahl von Blöcken 26 aus Isoliermaterial besteht. Dabei sind mehrere Schichten aus Isoliermaterial vorgesehen und zwar eine innere Schicht 29 und zwei weitere, die eigentliche Isolierung 27 und 28 bildenden Schichten. Die einzelnen Blöcke 26 sind derart aneinandergefügt, daß die Fugen bzw. die Verbindungsstellen 31 benachbarter Isolierschichten gegeneinander versetzt sind, wie dies in F i g. 2, 3 und 4 gezeigt ist. Als Isoliermaterial dienen vorzugsweise Kunststoffe mit aufgeweiteter Zellstruktur. Solche Materialien können Urethan, Styropor oder andere Kunststoffe dieser Art mit ähnlichen Isolier- und Festigkeitseigenschaften bei niedrigen Temperaturen sein. Untersuchungen haben ergeben, daß Urethan diesbezüglich die günstigsten Werte besitzt. Um einem Versagen oder einem Bruch der Dampfabdichtung Rechnung zu tragen, wird ein Isoliermaterial bevorzugt, welches den Leckverlust gespeicherter Flüssigkeit verzögert. Durch die Verwendung von zellenförmigen Kunststoffen in verschiedenen Lagen mit zueinander versetzten Fugenverbindungen wird eine erhöhte Sicherheit gegen einen Verlust des Speichermediums erreicht. Besonders günstig ist es, wenn die Fugenverbindungen sägezahnförmig ausgeführt sind, da die Vielzahl der auf diese Weise erzielten Kanten einen engeren Sitz erzeugt und die Dichtheit verbessert.

Um Verluste des gespeicherten Mediums zu verhindern, ist der gesamte Behälter mit einer Auskleidung 32 versehen. Diese Auskleidung 32 kann aus jedem Material bestehen, das undurchlässig ist, sich chemisch mit der gespeicherten Flüssigkeit verträgt und das darüber

hinaus ausreichende mechanische Eigenschaften bei sehr niedrigen Temperaturen besitzt. Darüber hinaus sollte ein Material gewählt werden, mit dem die Auskleidung leicht an Ort und Stelle hergestellt werden kann. Zweckmäßigerweise wird das Auskleidungsmaterial fabrikmäßig in größeren Abschnitten vorgefertigt, und das Zusammensetzen und Verbinden kann an Ort und Stelle innerhalb des Behälters erfolgen. Eine geeignete Auskleidung besteht aus einer Polyesterfolie. Vorzugsweise wird diese Folie auf beiden Seiten mit Aluminiumfolie beschichtet. Um die Zerreißfestigkeit zu erhöhen, wird die zusammengesetzte Folie außerdem mit einem Gewebe beschichtet.

Es ist wesentlich, daß die Auskleidung 32 so wenig öffnungen wie möglich enthält. Es sollte auch Vorsorge getroffen werden, daß möglichst wenige Wärmebrükken durch das Isoliermaterial hindurchgehen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, das Isoliermaterial sowie die Auskleidung am Boden und an der Seitenwandung durch eine nur im Inneren des Behälters sitzende Anordnung zu haltern, d. h., durch eine Anordnung, die weder am Boden noch an den Seitenwandungen befestigt ist. Zwischen der Isolierung und dem Dach 15 bzw. der Kuppel ist ein Raum 33 vorhanden, der zusätzlich zur Isolierung der Behälterkuppel beiträgt.

Die Auskleidung liegt zwischen der inneren Schicht 29 und der mittleren, die Isolierung 28 bildenden Schicht, so daß die Auskleidung mechanisch geschützt ist. Für die innere Schicht 29 läßt sich auch Material mit weniger guten Isoliereigenschaften verwenden, wenn allein für den Schutz der Auskleidung Sorge getragen werden soll.

Beim Verlegen bzw. Aufstellen des Isoliermaterials und der Auskleidung werden die aus den beiden Materialien bestehenden Schichten zunächst auf den Boden gemäß F i g. 2B aufgebracht. Anschließend legt man eine Schicht aus Sperrholz 34 über die Isolierung. Schließlich wird diese Sperrholzschicht mit einer Betonplatte 35 abgedeckt, die man vorzugsweise an Ort und Stelle gießt. Die Betonplatte 35 hält die Schichten aus Isoliermaterial und Auskleidung an Ort und Stelle und verhindert, daß die innere Schicht 29 auf der zu speichernden Flüssigkeit schwimmt. Darüber hinaus kommt der Betonplatte 35 noch die Aufgabe zu, die darunterliegenden Schichten beim Aufstellen und Zusammenbauen der übrigen Isolierung zu schützen.

Die Anordnung, mit der die Schichten aus Isoliermaterial und Auskleidung an der Seitenwandung gehalten werden, besteht aus einem Gitterwerk 36 (F i g. 4). Dieses Gitterwerk umfaßt eine Anzahl von Ringsegmenten 37, die an der inneren Schicht 29 anliegen und diese dadurch halten. Die Ringsegmente 37 ihrerseits werden in ihrer vertikalen Lage im Behälter durch eine Anzahl Stützen 38 gehalten, die längs der Seitenwandung des Behälters lotrecht stehen.

Um die aus Isoliermaterial und Auskleidung bestehenden Schichten gegen die Außenwand des Behälters zu drücken, sind mehrere am Umfang unter Abständen liegende Federn 39 zwischen benachbarten Ringsegmenten 37 angeordnet, so daß letztere auseinandergedrückt werden und eine radial nach außen gerichtete Druckkomponente entsteht, wie F i g. 3 und 4 zeigen, sind an den Ringsegmenten 37 Abwinkelungen oder Anschläge 41 vorgesehen, zwischen denen die Federn 39 ihre Druckwirkung ausüben. Durch diese Abwinkelungen 41 sowie durch die dazwischenliegende Feder 39 verläuft jeweils eine Schraube 42, welche die Feder 39 in ihrer Lage sichert. Nachdem sämtliche Wandabschnitte zusammengefügt worden sind, können die Muttern 43 auf den Schrauben 42 angezogen werden, um die Federn bis etwa auf das in F i g. 4 dargestellte Ausmaß zusammenzudrücken. Wenn sämtliche Ringsegmente 37 eingesetzt worden sind und ein vollständiger Ring vorliegt, können die Muttern 43 zurückgeschraubt werden, wodurch die Federn 39 die Ringsegmente 37 auseinanderdrücken und die Schichten aus Isoliermaterial und Auskleidung fest an Ort und Stelle gehalten werden. Für die zuvor beschriebene Konstruktion werden keine Teile benötigt, die von der Seitenwandung 14 aus radial nach innen vorstehen. Dadurch werden wiederum öffnungen in dem Isoliermaterial und in der Auskleidung vermieden und diese Bauteile in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt.

In F i g. 2A ist eine bevorzugte Ausführungsform für die Auskleidung des Behälterdaches gezeigt. Ein dünnes Aluminiumblech 44, das durch zusätzliche Fachwerkbauteile 45 versteift ist, hängt an Ankerstäben 46 an dem Dach 15. Die Stäbe halten das Aluminiumblech 44 über geeignete Unterlegscheiben 47 mit größerem Durchmesser als die entsprechende öffnung in dem Blech sowie mit einer auf die Stäbe aufgeschraubten Mutter 48. Falls erforderlich, kann das als Dampfsperrschicht dienende Aluminiumblech 44 mit der Aufhängung abgedichtet sein. Dies ist hier jedoch nicht erforderlich, da eventuell austretende Dämpfe in den Raum 33 gelangen und zusammen mit den Dämpfen unterhalb der Dachisolierung nach außen abgeführt oder wieder verflüssigt werden. Während der Speicherung ist die kalte Flüssigkeit ständig der Verdampfung ausgesetzt. Diese Dämpfe werden aus dem Behälter abgezogen und entweder direkt an die Atmosphäre geleitet, abgebrannt oder wieder verflüssigt in den Behälter zurückgeführt. Sämtliche in den Raum 33 gelangende Dämpfe können in der gleichen Weise wie die im Behälter direkt entstehenden Dämpfe behandelt werden.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere lotrecht stehende, aus Wellstegen oder Gurten bestehende Stützbauteile 61 unter Abständen am Umfang des Behälters an dessen Seitenwandung 14 angeordnet. Die Gurte sind an ihren unteren Enden so verankert, daß sie sich nicht von der Seitenwandung entfernen können. Zweckmäßigerweise liegt _{ ein Bauteil 62 am Umfang der Betonplatte 35 an, das jeden Gurt an einer radial nach innen gerichteten Bewegung hindert.

Das obere Ende der Gurte ist jeweils durch ein Verankerungsglied 63 in dem Dach 15 gehalten. Das Verankerungsglied 63 ist in dem Dach eingegossen, hält somit den Gut in seiner vertikalen Lage und verhindert gleichzeitig die radial nach innen gerichtete Bewegung dessen Oberteils.

An der Isolierung 25 liegen von der Innenseite des Behälters her sich über den Umfang erstreckende Ringsegmente 64 an. Zwischen den einzelnen Ringsegmenten 64 und den senkrecht stehenden Gurten werden zusammengedrückte Federn 65 gehalten, die sich gegen die Gurte abstützen und die Ringsegmente fest an die Seitenwandung andrücken.

Die Kraft der Federn 65 wirkt radial nach innen auf die Verankerungsglieder 63 am oberen Ende der Gurte. Da diese Kraft auf das Dach 15 übertragen wird, und zwar vorzugsweise am äußeren Umfang des Daches 15, entsteht dort eine radial nach innen gerichtete Zugkraft. Da es sich bei dem Dach um eine bogenförmige Kuppel handelt, sind in ihr Spannungen vorhanden, die in einer radial nach außen gerichteten Kraft resultieren,

welche am äußeren Umfang der Kuppel wirkt. Diese auswärts gerichtete Kraft kann somit teilweise durch die an den Verankerungsgliedern 63 angreifenden Kräfte kompensiert werden.

Obwohl die Verwendung des Behälters nur im Zusammenhang mit verflüssigtem Naturgas beschrieben und erläutert worden ist, kann der Behälter auch zur Speicherung jeder beliebigen anderen Flüssigkeit herangezogen werden, wenn dabei extreme Temperaturbedingungen oder Sicherheitsfaktoren beachtet werden müssen. Auch die beschriebene vollständige unterirdische Anordnung des Behälters ist nicht maßgebend, sondern der Behälter kann auch überirdisch oder teilweise im Erdreich angeordnet werden. Eine unterirdische Unterbringung ist zu bevorzugen, da das Erdreich selbst zur Isolierung der Flüssigkeit beiträgt und im Falle von Undichtheiten dann nur geringe Brandschäden zu befürchten sind.

Die Verwendung der inneren Isolierung und der Auskleidung, die gemäß der angegebenen Maßnahmen abgestützt wird, macht die Notwendigkeit einer bisher üblichen doppelwandigen Konstruktion für oberirdische Speicher überflüssig. Dadurch entsteht ein Behälter mit wesentlich geringeren Kosten pro gespeicherter Flüssigkeitseinheit, der geringere Wartungskosten erfordert und eine viel höhere Sicherheit bietet als die bisher zur Speicherung verflüssigter Gase bekannten oberirdischen Behälter.

Das Anwendungsgebiet des Vorratsbehälters erstreckt sich auf die Speicherung von Medien zwischen 0°C und dem absoluten Nullpunkt. Der Behälter dient vorzugsweise zur Speicherung von Substanzen, die bei Temperaturen oberhalb 0⁰C verflüssigt und gespeichert werden. Andere Flüssigkeiten, die in dem Behälter gemäß der Erfindung gespeichert werden können, sind z. B. verflüssigtes Propan oder Butan.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 509 539/137

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Geschlossener Behälter für gekühlte Flüssigkeiten mit einer aus Seitenwandung, Boden- und Dachabschnitten bestehenden stützenden Schale, ferner mit einer den Behälter im Inneren vollständig abdeckenden Isolierung sowie mit einer aus nachgiebigem Folienmaterial bestehenden, sich über den Boden und die Wandung erstreckenden flüssigkeits- und dampfdichten Auskleidung, die von einer im Behälterinneren vorgesehenen, die Auskleidung nicht durchdringenden und mit der Auskleidung verbundenen Stützeinrichtung gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auskleidung (32) umgebende Isolierung (27, 28) und eine die Innenseite der Auskleidung (32) abdeckende innere Schicht (29) nicht starr ausgebildet sind und daß die aus mehreren Teilen bestehende, ringförmig ausgebildete Stützeinrichtung ohne die innere Schicht (29) zu durchdringen an der Innenseite der inneren Schicht (29) anliegt und die innere Schicht (29), die Auskleidung (32) und die Isolierung (27, 28) nach außen gegen die stützende Schale drückt.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (29) und die äußere Isolierung (27,28) gleich ausgebildet sind.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung mehrere an der Innenseite der inneren Schicht (29) anliegende Ringsegmente (37) aufweist, die von Stützen (38) in einem Abstand voneinander rund um die Wandung gehalten werden und daß Spannvorrichtungen die Ringsegmente (37) auseinanderspreizen und damit radial nach außen drücken.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (27, 28) aus mehreren Blöcken (26) eines zellförmigen Isoliermaterials aus Kunststoff besteht, daß auf das Isoliermaterial am Boden des Behälters eine gegossene Betonplatte (35) aufgebracht ist und daß die oberen Abschnitte des Isolier- und Folienmaterials am Dach (15) des Behälters aufgehängt sind.

5. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stützende Schale aus Beton besteht, daß eine Anzahl lotrecht verlaufender Stützbauteile (61) in Abständen von der Innenseite der Seitenwandung (14) angeordnet ist, deren untere Enden gegen eine radial nach innen gerichtete Bewegung verankert und deren obere rinden an dem Dach befestigt sind, daß eine Anzahl von Ringsegmenten (64) an der die Seitenwandung (14) abdeckenden Isolierung (27, 28) und Auskleidung (32) anliegen, und daß zwischen den Ringsegmenten (64) und den Stützbauteilen (61) elastische nachgiebige Einrichtungen angeordnet sind, die die Ringsegmente (64) radial nach außen drücken.