DE1501753A1

DE1501753A1 - Membran-Tankaufbauten

Info

Publication number: DE1501753A1
Application number: DE19661501753
Authority: DE
Inventors: Schwendtner Alfred Hans
Original assignee: Conch International Methane Ltd
Current assignee: Conch International Methane Ltd
Priority date: 1965-03-25
Filing date: 1966-03-24
Publication date: 1969-11-27
Also published as: ES324463A1; JPS526490B1; GB1071275A; US3477606A

Description

21». 3. Ii

Patentanwalt· 1501753

Dr.-lng. HANS RUSCHKE DJpUn₃. HtINZ AGULAR β Möndien27,PieittenqimSlr.a

Alfred Hans Schwendtner, Long Island City

New York

¹¹ Membran-Tankaufbauten"

Die Erfindung bezieht sich auf Tanks zur Aufnahme von Medien, wie etwa verlüs3igtes Methan od. dgl. bei sehr niederen Temperaturen, und insbesondere auf sogenannte Membrantanks für derartige Medien. Nach einem wichtigen besonderen Aspekt ist die Erfindung auf Membrantankaufbauten ausgerichtet, die in Schiffe, z.B. Tanker, eingebaut werden sollen, um verflüssigtes Methan oder andere sehr kalte Medien zu transportieren.

Beim Transport von Methan durch Schiffe, wie etwa Hochseetanker, wird das Methan in grossen Tanks in verflüssigtem Zustand bei einer Temperatur befördert, die ungefähr seinem Siedepunkt bei 1 atm (-2513° P) (-161° C)

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gleicht. Die niedrige Temperatur wird aufrechterhalten, indem es einem Teil des Gases gestattet wird, während des Transportes abzusieden. Auf diese Art und »/eise wird Wärme aus der Flüssigkeit als Verdampfungswärme entfernt, und demgemäss ist es nicht notwendig, einen hohen Druck in den Tanks aufrechtzuerhalten, um das Methan in verflüssigtem Zustand zu halten, obwohl die Tanks normalerweise auf einem Druck gehalten werden, der leicht über dem atmosphärischen Druck liegt, um zu verhüten, dass Luft in die Tanks eindringt.

Die Temperaturbedingungen, die beim Transport von flüssigem Methan auftreten, bringen besondere Probleme bezüglich des Tankaufbaus mit sich. Das Methan muss von dem äusseren Rumpf des Schiffes gut isoliert sein, nicht nur um die Übertragung von Wärme in die Flüssigkeit auf ein Minimum zu verringern, sondern auch, um ein übermässiges Abkühlen des Schiffsrumpfes zu verhüten, da anderenfalls das flüssige Methan (das eine hohe Kühlfähigkeit infolge der Tatsache hat, dass es bei einer Temperatur von ungef'Lhr - 238⁰ F (-161° C) transportiert wird) die Neigung hätte, den Schiffsrumpf auf eine Temperatur abzukühlen, bei der Metalle, wie sie üblicherweise im Schiffsrumpfbau verwendet warden, brüchig werden würden. Ausserdem kann es, um ein Maximum an Ladung zu erzielen, vorzuziehen sein, die Tanks am Bestimmungshafen vollständig zu entleeren und den Tanks bei der Rückreise zu gestatten, sich

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von -yi'jQ⁰ γ (_JO1 ' c) auf Umgebungstemperatur ^u erwärmen (^.B. + TO⁰ F = 21° C) infolge des natürlichen Eindringens "von Wärme in die Tanks. Wenn eine Schiffslast von Flüssigkeit mit Umgebungstemperatur zur Verfügung steht, die in (!en Tanks auf der Rückreise transportiert werden kann, ist es klar, dass die Tanks notwendigerweise Umgebungstemperatur erreichen. So werden bei dieser Arbeitsweise eines Flüssigmethantankers die Tanks normalerweise einem Temperaturwechsel von -2^8° F (-361° C) auf ungefähr + yo° F (21° C) bei jeder vollen Hin- und Rückfahrt untervjorfen, und demgemäss müssen die Tanks so gebaut sein, dass sie nicht nur die sehr niedrige Temperatur verflüssigten Methans vertragen, sondern auch diese starken Temperaturwechsel aushalten, die thermische Beanspruchungen für die Tanks darstellen, da sich die Tanks auf Grund der Temperaturveränderungen ausdehnen und zusammenziel· ^.

Flüssiges Methan wurde in Tankern in starren, dickwandigen, selbsttragenden Tanks transportiert, die aus Metallen hergestellt waren, die bei den Temperaturen flüssigen Methans nicht spröde werden und die eine innere oder äussere Isolierung aufweisen, wobei diese Tanks von dem Tankerschiffsrumpf getrennt sind, um die Wärmeausdehnung und Zusammenziehung zu gestatten. Übliche starre Methantanks sind normalerweise erforderlich, um etwas flüssiges Methan an Bord zu halten, nachdem das Entladen erfolgt

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ist, um dae Erwärmen bei der Rückreise auf ein Minimum zu verringern. Alle_% Tanks müssen selbstverständlich gelegentlich zur Inspektion und zu Instandhaltungszwecken geöffnet werden. Das darauffolgende Abkühlen (d.h. auf die Temperatur von flüssigem Methan) bei einem starren Tank muss sorgfältig überwacht werden, um Ubermässige thermische Beanspruchungen zu vermeiden.

Es ist auch vorgeschlagen worden, flüssiges Methan in sogenannten Membrantanks zu transportleren, in denen das Methan innerhalb einer dünnen, nicht selbsttragenden, flUsslgkeitsundurchlässigen Metallmembran enthalten ist, die durch eine äussere Umhüllung gehalten und isoliert wird, die ihrerseits direkt in dem Schiffsrumpfaufbau des Schiffes selbst montiert ist. Diese Membrantanks haben bedeutsame Vorteile gegenüber den starren Metalltanks, wie sie oben beschrieben wurden, insbesondere insofern, als sie beträchtliche Ersparnisse an Kosten und Gewicht erbringen, weil wesentlich weniger Metall zu ihrer Herstellung erforderlich ist, als für die starren Tanks, z.B. 20 bis 50 mal weniger Netall für ein gleiches Tankvolumen.

Bei Membrantanks, wie sie bisher vorgeschlagen wurden, z.B. solchen, die Membranen aus rostfreiem Stahl oder Aluminium aufweisen, war es notwendig, mindestens örtliche Bewegungen der Membran gegenüber der umgebenden Hülle zu gestatten, um die Wärmeausdehnung und Zusammen-

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Ziehung der Membran aufzunehmen, da die Temperaturänderungen in Flüssigmethantanka Wärmebeanspruchungen in diesen Membranen mit sich bringen, die über ihre Streckgrenze hinausgehen, wenn die Membranen vollständig ge- " halten werden. Um ein Brechen der Membranen Infolge solcher Temperaturveränderungen zu vermeiden, war es daher insbesondere notwendig, Membranen zu schaffen, die eine gewellte oder tellerförmige Gestalt haben und an der äusseren Hülse nur an getrennten, herausragenden Stellen der Membranoberflächen befestigt waren, so dass die Wärmeausdehnung und Zusammenziehung in den nicht befestigten Teilen der tellerförmigen oder gewellten Oberfläche absorbiert wird.

Aus verschiedenen Gründen wäre es sehr wünschenswert, dl· Notwendigkeit auszuschalten, die letzteren Ober fl ächenauabildungen in den Membranen von Flüssigkeiten tanks auszuschalten. Bs 1st demgemäss eine allgemeine Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen und verbesserten Membrantankaufbau zu schaffen, der einfaoher herzustellen und einzubauen 1st und grössere Sicherheit gegen Brechen und Lecken gibt« als der tellerförmige und gewellte Membrantankaufbau, wie er bisher vorgeschlagen wurde.

Oemäas der vorliegenden Erfindung umfasst ein Tank aum Speichern verflüssigter Oase eine starre, wärmeisoliert·, äussore KMlIe, wie vorstehend beschrieben, innerhalb derer primäre und sekundär· nediundicht· Barrieren

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für die verflüssigten Gase angeordnet werden, wobei eine dieser Barrieren eine dünne, flache, biegsame Membran aus Eisennickellegierung niedriger Ausdehnung ist und die andere eine aus synthetischem Kunststoff bestehende oder enthaltende Membran ist. Das genannte Kunststoffmaterial kann aus Polyäthylenterephthalat oder mit Harz gebundener Glasfaser hergestellt sein und kann entweder die primäre oder die sekundäre Bardere darstellen.

Gemäss einem bevorzugten Merkmal der vorstehenden Erfindung wird in einem Tankschiff zum Transportieren von verflüssigten Gasen und mit doppeltem Schiffsrumpfaufbau ein oder mehrere Tanks, wie bereits oben erläutert, vorgesehen, deren starre, gegen Wärme isolierte äussere HUlIe einen integrierenden Bestandteil des inneren Schiffsrumpfes darstellt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematisehen Zeichnungen dargestellter AuefUhrungsbeispiele.

FIg, 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Tankers zum Transportieren verflüssigten Methans, oder eines anderen Mediums niederer Temperatur mit einem Membrantankaufbau in Übereinstimmung mit der Erfindung,

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Fig. 2 ist eine bruchstückweise Schnittansicht des Wandaufbaus einer Tankform nach der Erfindung,

Fig. J ist eine bruchstückweise Schnittansicht einer Ecke des Tanks nach Fig. 2,

Fig. 4 ist eine bruchstückweise perspektivische teilweise weggebrochene Ansicht des Tankinneren nach Fig. 2,

Fig. 5 ist eine bruchstückweise Schnittansicht einer abgewandelten Ausfuhrungsform zum Befestigen der Tankmembran am TrUgeraufbau im Tank nach Fig. 2,

Fig. 6 ist eine bruchstückweise Schnittansicht, die eine abgewandelte Aus führ ungs form der Verbin ..^g zwischen Platten der Membran in dem Tank nach Fig. 2 zeigt,

Fig. 7 ist eine bruchstückweise Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform für solche Verbindungen zeigt, und

Fig. 8 ist eine bruchstückweise Schnittansicht, die eine abgewandelte Ausführungsform dee Wandaufbaues gegenüber der in Fig. 2 gezeigten darstellt.

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In Fig. 1 ist ein Tanker, ζ.B..von Ublioher Bauweise, mit einem äusseren Schiffsrumpf 10 gezeigt, innerhalb dem ein Tank 11 gemäss der Erfindung angeordnet ist, um flüssiges Methan oder ein anderes Medium niederer Temperatur zu erhalten. Dieser Tank ist, wie dargestellt, ein flachwandiger Behälter von im allgemeinen rechteckiger oder parallelepipedischer Gestalt mit Bilgen 12 an seinen unteren Ecken (in einigen Fällen auch mit bilgenartigen oberen Ecken) und hat im Grossen und Ganzen gesehen eine '

äussere //and 14, die an allen Seiten vom Schiffsrumpf 10 in einer Entfernung liegt, eine innere Hülse 15, die an der Aussenwand befestigt ist und eine Isolation darstellt und mit einer inneren, im wesentlichen nicht nachgiebigen flachen Oberfläche und einem Membranaufbau 16, der eine mediumundurchlässige, nicht selbsttragende Auskleidung für die letztere Oberfläche darstellt, wobei dieser Membranaufbau nachstehend im einzelnen beschrieben ist. Ein Dom 17 des Tanks ragt aufwärts aus der Oberseite des Tanks durch das Deck des Tankers hindurch, um eine Halterung für ein Füllrohr 19, ein Pumpentauchrohr 20 und eine Gasentlüftung 21 zu bilden. Das Füllrohr und das Pumpentauchrohr erstrecken sich beide in den unteren Teil des Tanks und sind so beschaffen, dass sie mit (nicht gezeigten) geeigneten Mitteln verbunden werden können, um das zu transportierende Medium in den Tank einzubringen oder aus ihm zu entnehmen. Normalerweise benutzt die

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zum Entladen des Mediums verwendete Pumpenanordnung eine Tiefbrunnenpumpe oder eine Tauchpumpe. Die in den Dom 17 mündende OasentlUftung 21 ist so beschaffen, dass sie Oase aus dem Tank ableiten kann, die z.B. durch Verdampfung der darin befindlichen Flüssigkeit erzeugt werden. Der Tanker kann mit zwei oder mehr derartigen Tanks versehen werden, die im wesentlichen Identisch in Aufbau und Anordnung sind, und die in einem Abstand voneinander entlang der Längsachse des Tankers angeordnet sind» Die Tankabmessungen werden durch die Grosse des Tankers und die Anordnung der Tanks darin bestimmt. Als ein Beispiel kann ein grosser Tank ungefähr 150 Puss lang sein (46 m) (entlang der Tankerachse) 110 Fuss breit (32,6 m) und ungefähr 70 Fuss (21 m) tief.

Die Seiten, die Oberseite und der Boden der Aussenwand 14 sind mit längsverlaufenden Wandungen 22 versehen, die in einem festen Abatandevtrhältnis Bum äueeeren Schiffsrumpf 10 durtih Im Abitand voneinander liegende LBrtgaplatten 23 befestigt sind« iowie la Abstand voneinander liegende Querstegrahmen 26 alt» Offnungen 37 aum HindUrohlMsen. von Ferapfial für dl· Inspektion und auch mit kleineren (nicht geaeigtian) FlÜMlgkeltsdurohlaaaöffnungen» Un die Starrheit der ««itenwendungen gegen

auswärts gerichtete Krait de? f|Uaalgkeit in dem Tank la zu verstärken« liegen die Musteren Oberflächen

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der Wandungen gegen Verstelfungen 29 an, die sich In Längsrichtung zwischen dem Stegrahmen 26 erstrecken und befestigt sind, wobei ähnliche Versteifungen 30 für den äusseren Schiffsrumpf 10 vorgesehen sind. Die Enden der Aussenwand 14 sind mit Querwandungen (in Fig. 1 nicht gezeigt) versehen, die ebenfalls starr an dein äusseren Schiffsrumpf 10 befestigt sind.

Wie ersichtlich, 1st die äussere Tankwand 14 ein integraler Bestandteil des Tankerrumpf aufbaue, so dass der Schiffsrumpfaufbau selbst einschllesslioh der Aussenwand 14 den die Ladung tragenden Aufbau des Tanks darstellt. Die Aussenwandungen und die dazugehörigen Trögerteile einsohliesslioh der Aussenwand 14 sind Jeweils Übliche Aufbauelemente, wie sie In der Schiffsbaukunst allgemein bekannt sind. Diese Wände, wie auch die Trägerplatten, Rahmen und Versteifungen und der äussere Schiffsrumpf 10, können am besten aue Metallen, a.B. Stahl, hergestellt werden, wie sie Üblicherweise für den Schiffsbau verwendet werden* IMe Zwischenräume awisohen der Aussenwand 14 und dem Schiffsrumpf 10 stellen eine Vielzahl von Flügeltanka 32 dar. Unabhängig davon, ob dl« Haupttanks beladen oder nicht beladen sind, können diese FlUgeltanks leer gelassen, oder mit Salzwasser als Balaat gefüllt werden, oder mit Üblichen flüssigen Ladungen, wie z.B.

Petroleum.

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Die Innenwand 15 ist in die Aussenwand 14 eingebaut (und fest daran befestigt), und zwar in einem belastungsübertragenden Eingriff mit der Innenoberfläche der äusseren Wand, um nämlich eine Wärmeisolationsschicht innerhalb der Wand 14 zu bilden, indem flache und im wesentlichen nicht elastische innere MembranunterstUtk;ungsoberflüchen geschaffen werden, die zur Innenseite des Tanks liegen und das Innere des Tanks vollständig umgeben. Diese innere Wand 15 kann entweder einfach oder von zusammengesetzter Art sein, wie durch die nachstehend beschriebenen Konstruktionsbeispiele dargestellt, und kann aus einem Material oder Materialien hergestellt sein, die im allgemeinen folgende Merkmale haben; niedrige Wärmeleitfähigkeit, d.h. gute Wärmeisolationseigenschaften] Widerstandsfähigkeit (Fähigkeit, Druck auszuhalten), die genügen, um im wesentlichen unelastisch zu sein, d.h. keine wesentliche Verformung unter den Kompressionskräften zu erleiden, die durch eine volle Ladung flüssigen Methans in dem Tank ausgeübt werden, und eine letztliche Widerstandsfähigkeit haben, die wesentlich grosser ist als die voll gebundene Wärmespannung unter den Temperaturbedingungen, wie sie im Tank auftreten. In der nachstehenden Be Schreibung und in den Ansprüchen ist ein Material mit einer im wesentlichen unelastischen Oberfläche ein solches, von dem angenommen wird, dass es die oben dargelegten Merkmale aufweist. Eine Vielzahl

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von nichtmetallischen Materialien eignet sich zu diesem Zweck. Beispiele geeigneter Materialien, die derartige Eigenschaften bieten, sind Holz und unelastischer organischer Schaum. Ein besonders geeignetes Holz, das sowohl Isolierungs- als auch Widerstandsfähigkeit aufweist, ist Balsaholz, dessen Wärmebelastungsgrenze in eingespanntem Zustand (für den hier in Frage kommenden

Temperaturbereich 225 p.s.i. (22,8 kg/cm ) und dessen Reissfestigkeit 2.500 p.s.i. (175,7 kg/cm²) beträgt. Ein anderes geeignetes Holz ist Buche, deren Wärmebelastungsgrenze 1.742 p.s.i. (122,4 kg/cm ) (für den letzteren Temperaturbereich) und Reissfestigkeit 14.900 p.s.i. (1047,4 kg/cm ) beträgt. Ein weiteres geeignetes Material ist Polyurethanschaum, wobei eine Art dieses Schaums eine Wärmebelastungsgrenze von 3<3 P-s.i. (0,23 kg/cm ) und eine Reissfestigkeit von 42 p.s.i. (2,95 kg/cm) aufweist, und eine andere Art dieses Schaums eine Wärmebelastungsgrenze von 28,4 p.s.i. (1,99 kg/cm ) und eine Reissfestigkeit von 110 p.s.i. (7,73 kg/cm ) aufweist.

Der Membranaufbau 16 hat in Übereinstimmung mit der Erfindung entweder als erste oder als zweite Barriere eine Membran, die aus einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung hergestellt ist. Der Ausdruck "Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung" wird hierin verwendet, um sich auf Legierungen zu beziehen, die im wesentlichen aus Eisen und Nickel bestehen und einen Nickel-

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gehalt in einem Bereich von ungefähr }o# bis ungefähr 42$ haben, und soll.Legierungen bezeichnen, die einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten haben, wie dies bei dieser Art von Legierungen normal ist. Legierungen, die so abgegrenzt sind, sollen ähnliche Legierungen bezeichnen, wobei Kobalt einen Teil des Nickels ersetzt, wie allgemein in der Teohnik bekannt und verständlich ist, wobei die so eingebrachte Kobaltmenge Üblicherweise oder normalerweise in einem Bereich bis hinauf zu ungefähr 5% Kobalt liegt. Wie weiter klar 1st, können diese Eisen-Niokel-Legierungen mit niedriger Expansion die üblichen kleinen Mengen an Abwandlungsbestandteilen haben» wie beispielsweise Mangan und Selen, ohne dass daduroh Ihre Eigenschaften für die Zweoke der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt werden.

Für den Temperaturbereich zwischen flüssigem Methan und Umgebungstemperatur (ungefähr -260° P) bis ungefähr + 70° F (-162° 0 bis 21⁰C) haben die obengenannten Eisen-Niokel-Leglerungen niedriger Ausdehnung sehr gering· WMrmeausdehnungakoeffisienten, nämlloh In einem Bereich von ungefähr 0*75 x 10 1η#/1η,/°Ρ bis ungefähr j}«5 x 10" in./in./°P (abhängig von der proportionalen Zusammensetzung der Legierung) und haben Elastizitätsraodule in einem Bereich von ungefähr 21 χ 10 lb/in. (1^7 kg/om²) und ungefähr 22 χ 10⁶ lb/in.² (1,34 kg/om²). Inabesondere 1st über den einen in Frage kommenden Temperaturbereich hinweg die Wärmebelastungsgrenze dieser

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Legierungen in eingespanntem Zustand wesentlich geringer als ihre Streckgrenze oder ihre Reissfestigkeit.

Ba wird insbesondere bevorzugt, Nickellegierungen geringer Ausdehnung zu verwenden, wie oben beschrieben, mit einem Nickelgehalt von zwischen ca. y\% und ca* ~26%, 2.B. Invar- und Nilvar-Legierungen. Legierungen mit einem Nickelgehalt im letzteren Bereich haben besonders niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten und weisen daher besonders niedrige Wärmebelastungsgrenzen in eingespanntem Zustand im Verhältnis zur Streckgrenze und Reissfestigkeit auf. Als ein Beispiel eines besonders geeigneten Materials weist eine Legierung, die etwa 35# Ni und 65^ Fe enthält, einen Elastizitätsmodul von 21 χ 1O⁶ lb/in.² (1,47 kg/cm²) und einen Wärmeausdehnungskoeffiziehten von 0,75 x 10 in./in./⁰ P (im Gegensatz zu rostfreiem Stahl beispielsweise, der einen Ausdehnungskoeffizienten von 7#5 x 10 aufweist); für den infrage kommenden Temperaturbereich (-260° F bis + 70° F) (162° C bis 21° C) beträgt die Wärraebelastungsgrenze der letzteren (35JÜ Ni) Legierung In eingespanntem Zustand 5.200 p.a.i. (365 kg/cm²), während die Streckgrenze 40«000 p.s.i. (2Θ12 kg/cm²) und die Reissfestigkeit 71.000 p.s.i. (4990 kg/cm²) beträgt. Bin weiteres Beispiel eines geeigneten Materials, das wiederum einen besonders niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten hat, ist eine Legierung mit ungefähr J>\% Ni, h% Co, 65$ Fe.

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Die Legierungsmembran kann aus dünnen, flachen, biegsamen Blechen einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung sein, die miteinander durch Verbindungen von Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung verbunden sind, um so eine mediumundruchlässige Auskleidung für die innere Wand 15 zu schaffen, die das Innere des Tanks einschliesslich des Doms 17 vollständig umgibt. Diese Platten können in verhältnismässig grossem Format geliefert und in voller Grosse zusammengebaut oder zugeschnitten werden, um sich den Tankabmessungen und seiner Form anzupassen. Es wird gegenwärtig bevorzugt, für diesen Zweck Legierungsplatten zu verwenden, deren Stärke ungefähr 0,002 Zoll (0,05 mm) bis 1/8" O,l8 mm) beträgt, wobei ein geeigneter Stärkenbereich zwischen ungefähr o,o2" (0,50 mm) und 1/16" (1,59 mm) .liegt. Wenn sie als eine zweite Barriere dient, kann die Legierungsmembran 16 flach gegen die in- ' neren, nicht elastischen Oberflächen der Wand 15 gelegt werden, d.h. in im wesentlichen durchgehendem Eingriff an diesen Oberflächen und wird fest an den letzteren Oberflächen befestigt, um von diesen vollständig eingespannt zu sein. In dem Masse, wie die Temperatur des Tanks zwischen der Temperatur des flüssigen Methans (ungefähr -258° F) (= - IfI⁰ C) und der Umgebungstemperatur (z.B. + 70° F = 21° C) schwankt, unterliegt die Legierungsmembran im wesentlichen keiner örtlichen Bewegung durch Ausdehnung oder Zusammenziehung.

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In diesem Zusammenhang sei erläutert, dass, da die . · Eisen-Nickel-Legierungen mit geringer Ausdehnung eine Wärmebelastungsgrenze in eingespanntem Zustand haben, die wesentlich geringer ist als die Streckgrenze unter, den in einem Tank für flüssiges Methan vorhandenen Temperaturbedingungen, eine Membran aus einer solchen Legierung eingespannt sein kann (d.h. an der Verstärkungsoberfläche in flachem, voll ausgedehntem Zustand befestigt sein, ohne Vertiefungen oder Wellungen zur Aufnahme der Ausdehnung und Zusammenziehung), ohne dass ein Reissen erfolgt. Dies bedeutet, dass infolge der Verwendung einer Eisen-Nickel-Legierung von geringer Ausdehnung die Notwendigkeit zum Wellen oder Wölben der Membran (um die Wärmezusammenziehung und -ausdehnung aufzunehmen) unnötig wird. Indem somit eine flaohe Membran verwendet wird, die von dem Innenmantel des Tanke eingespannt ist, werden die Materialkosten für die Membran verringert. Die Membrankonstruktion und der Einbau werden erheblich vereinfacht, und die Lebensdauer der Membran wird beträchtlich erhöht, bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit gegen Undichtigkeiten, da stark beanspruchte Stellen in der Membran (wie etwa Biegungen in den Wellungen) ausgeschaltet werden.

Gemäss der Erfindung wird in Verbindung mit der vorstehend genannten Membran aus Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung eine zweite mediumundurchlässige Barriere für den Tank vorgesehen, wie von den derzei-

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tigen Beatimmungen über den Transport von verflüssigtem Methan od. dgl. in Sohiffen gefordert wird, wobei die zweite Barriere eine mediumdichte Membran ist, die ein Kunststoffmaterial enthält oder aus ihm besteht, wobei harzgebundene Glasfasern besonders bevorzugt werden.

Unter Hinweis auf Fig. 2-4 ist eine besondere Form einer Tankwandungskongtruktion gezeigt, die die vorliegende Erfindung berüoksiohtigt. Bei dieser AusfUhrungsform ist die innere Wand von einer zusammengesetzten Bauweise und weist im Abstand voneinander liegende parallele Hölzer oder Holzbalken 35 auf, die an der Innenoberf läohe einer jeden der Längswand β 23 und Querwände 36 (Flg. 4) angeaohraubt sind, aus denen die aussere Tankwand 14 besteht, um so einen Trägerrahmenaufbau innerhalb der Uusseren Wand zu schaffen. Die inneren, nicht nachgiebigen MembranunterstUtzungsoberfläohen der inneren Wand 15 werden duroh Hollplanken yf dargestellt, die an den Hölzern 35 befestigt sind und innere Wandungen darstellen, dl· das Tankinnere vollständig umgeben. Zur Wärmeisolierung werden die Zwischenräume zwischen den Hülsern 35 mit geeignetem Wärmeisolatlonamaterial« nit) etwa Matten 39» 9.Ϊ. aus QU«faser oder Polyurethansohaum, gefüllt.

Als besonderes Beispiel für die Bauwelse der In Flg. 2 - 4 gezeigt·* Wand 25 können die Hölzer 35 Holzbalken

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sein, die In einem Abstand voneinander liegen und an der äusseren Wand 14 durch Schraubenbolzen 42 befestigt sind, die an den die äussere Wand bildenden und von diesen nach aussen ragenden Wandungen angesohweisst sind. Die Schraubenbolzen erstrecken sich teilweise in die Hölzer durch In die Hölzer eingebohrte Löcher 4^_f die mit grosseren Ausnehmungen 44 in Verbindung stehen, die in die andere Seite der Hölzer münden, wobei Muttern 45 auf die Schraubenbolzen in den Ausnehmungen 44 aufgeschraubt sind, um die Hölzer an ihrem Platz zu halten, wonach die Einschnitte 44 dann mit Olasfaserstopfen 42 verstopft werden, um die Schraubenbolzen gegen das Tankinnere zu isolieren und dadurch die Wärmeleitung über die Schraubenbolzen in den Tank hinein zu verringern. Wie in Pig. 4 gezeigt, sind die Hölzer mit abgefasten Kanten 48 an der oberen und unteren Seite des Tanke auegebildet.

Die Glasfasermatten 39 sind zwischen die Hölzer 35 ein gelegt, Holzplanken werden an den Balken befestigt, um die Innere, die Beanspruchung tragende Oberfläche der inneren Wand 15 zu eohaffen. Jedes beliebige geeignete Bauholz, wie etwa Douglastannenholz, kann fUr die Balken und die Holzplanken verwendet werden. Solche Hölzer bieten die erforderliche Widerstandsfähigkeit und

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Wärmebelastungsgrenze gegenüber den Reissfestigkeitseigenschaften fUr die Innenwand 15 und weisen gleichzeitig eine verhältnismässig niedrige Wärmeleitfähigkeit auf. Die Wärmeisolationseigenschaften der Wand werden in diesem Beispiel durch den Abstand der Planken 37 von der äusseren Wand 14 erhöht, und das Ausfüllen dieses Raumes mit Wärmeisolationsmatten 39·

In der Ausfuhrungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 2-4 dargestellt ist, besteht der Membranaufbau 16 aus grossen, dünnen (z.B. 1,6 mm) biegsamen, flachen Blechen aus einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung, die gegen die innere Oberfläche der Planken 37 gelegt und durch mediumdichte Eisen-Nickel-Legierungsverbindungen geringer Ausdehnung verbunden werden. Die Verbindung zwischen Blechen auf einer flachen Wand des Tanks werden durch flache Stangen 50 einer Eisen-Nickel-Legierung von geringer Ausdehnung geschaffen, die in Einschnitte in den Holzplanken eingelegt werden, um so im wesentlichen eben mit den Planken 37 zu liegen, und zwar erfolgt die Befestigung durch versenkte Hulzschrauben 52, die an den Seitenkanten der Stangen liegen. Die Bleche 49 überlappen die Stangen 50, die die Schraubenkopf e 52 abdecken und sind mit einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung, wie bei 53 gezeigt, daran angeschweisst. Während getrennte Schweisslinien für die beiden die Legierungsstange 50 überlappenden Bleche gezeigt sind, können die Bleche auch In ein aneinanderatossendee

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Verhältnis gebracht werden und eine einzige Schweisstelle, d.h. eine Stumpfschvfeisstelle, kann zwischen den beiden Platten und der Stange hex'gestellt werden.

Wie aus Nachstehendem ersichtlich, schaffen bei einer solchen Anordnung die Stangen und Schweissnähte eine mediumdichte Verbindung aus Elseri-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung zwischen den Blechen 49, wobei die Stangen als Haltestreifen für die Membran dienen. Da die Bleche die Schrauben 52 überdecken, entsteht keine Undichtigkeit um die Schraubenküpfe herum. Die Befestigung der Stangen 50 an den Holzplanken 37 legt die Membranbleche starr an den Planken fest und spannt die Membran ein. Falls erwünscht, können die Bleche auch zwischen den Stangen 50 an den Planken festgeklebt werden.

Wie besonders in Fig. 3 gezeigt, sind an den Ecken des Tanks die Membranbleche 49 an den Winkelteilen 56 aus Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung befestigt, die ebenfalls in Einschnitte in den Planken 357 eingepasst und daran durch versenkte Holzschrauben 58 befestigt sind. Die Bleche 49 überlappen den Winkelteil 56, um so die Schraubenköpfe abzudecken, und sind an dem Bauteil 56 mit Schweißstellen aus einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung befestigt, wie bei 59 gezeigt. Wie ersichtlich, wirken die Winkelteile mit den flachen Stangen 50 zusammen, um die Membran in eingespanntem Zustand an den Planken 37 zu befestigen.

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Falls erwünscht, kann die Membran in gewissen örtlichen Bereichen des Tanks aus etwas dickeren Legierungsblechen hergestellt werden (2.B. 6 mm-Blechen), um das Befestigen von Rohren, Pumpen oder anderen inneren Aufbauten, wie etwa Leitern, zu erleichtern.

Wie in Fig. 2 und J> dargestellt, wird bei der Ausbildung der Ausschnitte in den Planken zum Aufnehmen der vorstehend genannten flachen Stangen und Winkelteile das Holz übermässig gross ausgeschnitten (d.h. auf eine Breite, die grosser ist als die der aufgenommenen Legierungsstangen und Teile), um kontinuierliche Räume zu schaffen, die sich entlang der Aussenaeite der Membranen neben den Verbindungen zwischen den Blechen erstrecken. Diese Räume sind so angeordnet, dass sie mit Stellen ausserhalb des Tanks in Verbindung stehen, und schaffen Durchlässe für Gas, z.B. um das "Vakuumkasten"-Testen des Tanks auf Flüssigkeitsdichtigkeit zu erleichtern und auch Gas aus den Tankwandungen abzuleiten, falls an den Verbindungsstellen eine Undichtigkeit auftritt. Zusätzlich kann das Gas in diesen Zwischenräumen während des Transportes von flüssigem Methan ständig überwacht werden, um das Vorhandensein von Methan festzustellen, was auf Leckstellen an den Verbindungen schliesaen lassen würde.

Beim Zusammenbau des Tankaufbaus nach Fig. 2-4 wird zunäohst der Schiffsrumpfaufbau einschliesslich der

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Seitenwandungen, die die Aussenwand 14 darstellen, gebaut, wobei Schraubenbolzen 42 an der Innenfläche dieser letzteren Wand befestigt werden. Die Hölzer 33 v/erden dann eingebaut mit dazwischen angeordneten Isolationsmatten 39· Danach werden die Holzplanken 37 an den Balken befestigt, um eine vollständige innere Wand für den Tank zu bilden. Teile der inneren Plankenoberfläche werden ausgeschnitten, um die flachen Stangen 50 und Winkelteile 56 aufzunehmen. Schliesslich werden, nachdem diese Stangen und Winkelteile angeschraubt worden sind, die Legierungsbleche 49 in Stellung gebracht und aufgeschweisst, um die Membran 16 zu bilden.

Während die Verwendung von flachen StangenverstSlrkungsstreifen und. Winkelueiien _xur uxe Memoranverdindungen, wie in Fig. 2-4 gezeigt, eine bequeme und leicht zu bauende Anordnung zum Verbinden der Membranbleche und Befestigen derselben an den Planken 37 darstellt, können der eine oder der andere oder beide dieser Bauteile weggelassen werden. Beispielsweise können die Membranplatten einfach auf die Planken 37 aufgeklebt werden, oder sie können daran durch Schraubenbolzen 67 (wie in Fig. 5 gezeigt) befestigt werden, die sich durch die Membran selbst in das Holz hinein erstrecken, mit einer Schweisstelle 68 aus Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung um den Sehraubenbolzenkopf herum, zur sicheren Mediumabdichtung, In diesem Falle können die

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Bleche direkt miteinander durch einfache Stumpfschweissstellen 70 der Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung (wie in Fig. 6 gezeigt) oder durch Überlappungsachweisstellen 71 einer solchen Legierung (wie in Fig. 7 gezeigt) verbunden werden.

Die so durch eine beliebige der vorstehenden Anordnungen geschaffene Membran stellt eine kontinuierliche, flache, mediumundurchlässige, innere Auskleidung für den Tank dar, die das Innere des Tanks vollständig umgibt, und kann entweder die primäre mediumdichte Barriere für den Tank oder die sekundäre Barriere darstellen.

Die Tankaufbauten nach Fig. 2 bis ^l\, wobei die innere Wand 15 (bestehend aus Balken 35* Planken yj und Isola- , tion 39) nicht mediumundurchlässig ist, ist eine zweite mediumundurchlässige Membran (die ebenfalls vollständig das Innere des Tanks auskleidet) innerhalb der Membran aus Legierung geringer Ausdehnung montiert, die dann die sekundäre Barriere des Tanks ergibt. Die zweite Membran, die in Fig. 2 bei 71 dargestellt ist, kann ein mediumdichter Sack sein, der aus gewalzten Folien aus Mylarfilm, einem Polyäthylenterephthalatfilm hergestellt ist. Mylarfilm ist ein zähes, kräftiges Material mit niedriger Wärmebeanspruchung (3.470 p.s.i. = 244 kg/cm über dem Temperaturbereich, der im derzeitigen Tank angegeben ist) im Verhältnis zur Streckgrenze (22.000 p.s.i.

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= l^H-6 kg/cm ). Der Sack aus Mylarfolie kann beispielsweise an der Oberseite des Tanks aufgehängt sein (wobei er stets durch einen leichten überdruck auf das Innenteil des Sackes an seinem Platz gehalten wird) und kann von der Membran 16 durch eine Schicht 73 aus porösem Isoliermaterial getrennt sein, z.B. Ölasfasermaterial. Wenn der Tank mit flüssigem Methan gefüllt ist, werden die Druckkräfte des Tankinhaltes nach aussen durch den Sack aus Mylarfolie übertragen, der somit in eingespannter Stellung gegen die Glasfaserschicht 72 gedrückt wird. Der Zweck der Glasfaserschicht ist es, einen Durchlass oder Raum für Gas zwischen der Mylarfolie und den Membranbarrieren aus Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung zu schaffen, der mit einer Stelle ausserhalb des Tanks in Verbindung stehen kann, so dass das Gas darin zur Entdeckung·des Vorhandenseins von Leckstellen überwacht werden kann. Da die Legierungsmembran eine glatte, flache Oberfläche aufweist, ohne scharfe Kanten oder Vertiefungen, im Gegensatz zu gewellten oder gewölbten Metallmembranen, neigt sie nicht dazu, den Sack aus Mylarfolie zu zerreissen, selbst wenn die Glasfaserschicht 75 weggelassen wird.

An Stelle von Schichtstoffmaterial aus Mylarfolie kann als primäre Barriere eine harzgebundene Glasfasermembran mediumdichter Art verwendet werden.

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In Pig. 8 1st eine abgewandelte Ausführungsform des VJandaufbaues gezeigt, bei der die innere Wand 15 aus einer einzigen dicken Schicht aus Polyurethanschaum 90 besteht, der sowohl Wärmeisolation als auch einen flachen, unelastischen Träger für die Sekundärmembran bildet. Die Schaumschicht 90 ist nicht mediumdicht und eine sekundäre mediumdichte Barriere wird durch eine flüssitSkeltsdichte Schicht 94 aus mit Harz imprägniertem Glastuch geschaffen, gegen das die Legierungsmembran anliegt.

Im Gebrauch wird der in Pig, I gezeigte Tank mit verflüssigtem Methan oder einem anderen Medium niederer Temperatur gefüllt, das durch das Füllrohr 19 eingepumpt wird, vorzugsweise bis ein hohes Niveau darin erreicht wird, wobei ein kleiner Gasraum oberhalb der Flüssigkeit belassen wird, um das aus der Flüssigkeit verdampfende Gas zu sammeln. Die Flüssigkeitslast wird nicht von der Membran getragen, sondern wird durch diese (und von dort durch die innere ./and I5) auf den Schiffsrumpfaufbau übertragen (der, wie gesagt, den die Last tragenden Aufbau des Tankes darstellt), und daher braucht die Membran nicht von irgend einer besonderen Stärke zu sein, '.im die Kompressionskräfte der Flüssigkeit auszuhalten. 'Demgemäß?; ist nie unterste Grenze der Stärke für die Γ'"OiTiDran die Mindeststärke, die zufriedenstellend ge~ schweisst und gehandhabt werden kann. Da die Membran

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sich auf der inneren Oberfläche der inneren '.-/and l~ befindet, haben die Kompressionskräfte der Flüssigkeit (und auch der vorzugsweise leicht überatmosphärische Druck oberhalb der Flüssigkeit in dem Tank) das Bestreben, die Membran gegen die unelastischen inneren Oberflächen der inneren Wand 15 zu drücken, und halten so das gewünschte Eingriffsverhältnis zwischen der Membran und der letzteren Oberfläche, aufrecht (d.h. tragen zum eingespannten Verhältnis der Membran bei) und so wird jegliche Möglichkeit des Bruches der Membran durch einen Druck, der gegen die Membran wirkt, ausgeschaltet.

Während des Transportes verdampft Gas aus dem flüssigen Methan in dem Tank, absorbiert Hitze und erhält so die gewünschten Temperaturbedingungen darin aufrecht. Dieses Gas wird durch das Entlüftungsrohr 21 abgezogen. Im Bestimmungshafen wird das Methan durch Tiefbrunnenpumpen oder andere Mittel durch das Pumpentauchrohr 20 ausgepumpt und der Tank kann sich dann auf der Rückreise bis auf die Umgebungstemperatur aufwärmen. Da Wärnebeanspruehungen in diesem Tank sehr niedrig sind, besteht keine Notwendigkeit, einen Teil der flüssiger. Methanladung für die Rückreise an Bord zu belassen, oder sorgfältige Äbkühlungsverfahren anzuwenden, nachdem sicn der Tank auf die Umgebungstemperatur erwärmt hat.

Während die Tankaufbauten nach der Erfindung vorstehend miter besonderen Hinweis auf den Transport von flüssigem .*;>ithan Ι-η Tankschiffen beschrieben wurde, können in %<:■·■ ·

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einstimmun^ mit der Erfindung gebaute Tanks verwendet ..^rer;en, um andere Flüssigkeiten niederer Temperatur zu enthalten, wie etwa verflüssigtes Helium, Viasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, fithan, Propan und Ammoniak, ~.B. bei ungefähr 1 atm Druck. Das heisst, solche Tanks können mit den beschriebenen Vorteilen verwen-Jet werden, v/o der angetroffene Temperaturbereich tischen der"Umgebungstemperatur und flüssigen Gas-Temperaturen liegt, die noch wesentlich niedriger sein können als die Temperatur flüssigen Methans, beispieIsvieise im Falle von flüssigem Helium, das einen Siedepunkt (bei 1 atm. Druck) von ungefähr -452° F (-269⁰ C) hat. Während die Erfindung als in Schiffen mit flachen Wänden gezeigt und beschrieben wurde, umfasst die Erfindung in ihren weiteren Aspekten auch stationäre Landvorratstanks einschliesslich Tanks mit zylindrischen Wandungen, wobei die Hinweise in dieser Beschreibung auf eine flache Membran 16 auch eine Membran bedeuten soll, die eine flache, d.h. glatte und durchgehende zylindrische Oberfläche hat, sowie eine Membran mit einer flachen, ebenen Oberfläche.

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Claims

Patentansprüche :

Tank mm Speichern von flüssigen Gasen, d a urch gekennzeichnet, dass er eine starre, wärmeisolierte Aussenwand aufweist, darin angeordnet primäre unc sekundäre Barrieren für das verflüssigte Gas, wovon eine eine dünne, biegsame, mediumdichte Membran aus einer Eisen-Nickel-Legierung geringer Ausdehnung ist und die andere eine mediumdichte Membran, die aus Kunststoff hergestellt ist.
2. Tank zur Lagerung von verflüssigten Gasen, dadurch gekennzeichnet, dass er eine starre, wärmeisolierte Aussenwand aufweist, worin primäre und sekundäre Barrieren angeordnet sind, wobei die primäre Barriere eine mediumdichte Membran ist, die aus Polyäthylenterephthalat hergestellt ist, und die zweite Barriere eine dünne, flache, biegsame, mediumdichte Membran aus einer Legierung geringer Ausdehnung mit einem Nickelgehalt von ungefähr 30 - 42# ist.
3. Tank für das Lagern von flüssigen Gasen, dadurch gekennzeichnet, dass er eine starre, wärmeisolierte Aussenwand aufweist, worin primäre und sekundäre Barrieren für die verflüssigten Gase angeordnet sind, wobei die primäre Barriere eine dünne, flache, biegsame, mediumdichte Membran von einer Legierung geringer Ausdehnung

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ist, mit einem Nickelgehalt von ungefähr JO - ^l\2)l, und die zweite Barriere eine· Membran ist, die aus har^gebundener Glasfaser hergestellt ist.

•i. Tank -ur Lagerung von verflüssigten Gasen nach

Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Barriere aus Blechen einer Elsen-Nickellegierung geringer Ausdehnung gebildet wird, die an flache otangenteile · us Eisen-Uickel-Legierung geringer Ausdehnung a:.-geschweisst sind, die in die einer Belastung abgesetzte, γ;·η der Aussenwand getragene Wärmeisolierung eingelegt \x-',;:. daran befestigt sind.

Tankschiff zum Befürdern verflüssigte: Gase ..". _ einem doj;'.elte:i Schiffsrumpfaufbau, !a;",urch gekennzeichnet, dass mindestens ein Tank vorgesehen ist, der innerhalb eines starren, wärmeisolierten, inneren SchLfx'ariiinpfes angeGr;.uiet und mit primären und ■; ?kand^;irün Barrieren ■"■■^· die verfius-iigteri Gase versehen ist, uovor· eir«e dieser ■,olden Bai'jciüroi- ^ine äüxxrie, flache, eiasti?;che, rriedium- "-:r,ze Menior ..n au3 ο aier Legierung geringer- AaüaeUinL·:: ' ::■'., v:--..i :-:'■■ \\~-r> "" >j kelgöhalt von ungefähr ^r- - <-2'. y.'"^r-e^T--^A ■ · .■::.' :.'■/ jiih: .- :\o:\in ist, die atu; i\.;~; y.^:. ^r; ,1-J₁.^:;; ;;:;;;:· I at

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