DE1551573A1

DE1551573A1 - Doppelwandiger Kugelbehaelter fuer verfluessigte Gase

Info

Publication number: DE1551573A1
Application number: DE19671551573
Authority: DE
Inventors: Lusk Dudley T
Original assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Current assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Priority date: 1966-08-10
Filing date: 1967-04-08
Publication date: 1970-03-19
Also published as: NL132688C; US3406526A; GB1180094A; BE702402A; NL6705800A

Description

Chicago Bridge & Iron Company 6. 4. 1967
9ol West 22nd Street
Oak Brook, Illinois/USA

Doppelwandiger Kugelbehälter
für verflüssigte Gase

Die Erfindung betrifft einen Kugelbehälter für verflüssigte Gase, wie beispielsweise verflüssigten Stickstoff und verflüssigten Sauerstoff.

Bei der Lagerung von verflüssigten Gasen muß der Lagertank die Flüssigkeit auf eine bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck halten. Bei der Herstellung solcher großen Tanks sind die Materialkosten von Wichtigkeit. Bis jetzt wurden die verflüssigten Gase gewöhnlich in kugeligen, hochdruckfesten Tanks mit doppelten Wänden gelagert, die hohem Druck widerstehen.

Solche Tanks haben einen inneren kugeligen Behälter aus korrosionsbeständigem Stahl, der ziemlich teuer ist, da für solche Fälle hohe Anforderungen an Kerbzähigkeit,
Dehnung und hinsichtlich anderer Eigenschaften des Stahls gestellt werden. Der innere Behälter liegt innerhalb
eines äußeren kugelförmigen Behälters, derart, daß zwischen den beiden Behältern ein Ringraum entsteht. Bei
manchen solchen Tanks ist ein Druekgaspolster notwendig, um das Entleeren des Tanks zu erleichtern. Im allgemeinen hat der innere Behälter Wandungen solcher Dicke,

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Wo/Os

daß der Behälter den vereinigten Kräften des Gewichts der gelagerten Flüssigkeit und des Gasdrucks standhält.

Der innere Behälter muß entweder aus l8/8 Chromnickelstahl, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem 9 % Nickel enthaltendem Stahl hergestellt werden, und diese Materialien sind 5-8 mal teuerer als der für den äußeren Behälter ausreichende einfache Baustahl. Der äußere Tank, bzw. die äußere Umhüllung, besteht gewöhnlich aus Flußstahl.

Bei Lagerung von verflüssigtem Stickstoff bei einem Überdruck von 23 kg/cm in einem Behälter mit 9 m Durchmesser muß die innere Kugel etwa eine Wandstärke von 45 mm haben, und die äußere Kugel eine Wandstärke von 6,5 mm.

Bei der Erfindung steht das Druckgaspolster mit dem Ringraum zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Behälter in Verbindung, so daß bei größer werdendem Druck auf die Innenfläche der inneren Kugel diesem größeren Druck eine gleiche entgegengesetzt wirkende Kraft gegenübersteht, die auf die äußere Fläche der inneren Kugel einwirkt .

Obwohl es genügt, wenn der auf die äußere Fläche der inneren Kugel wirkende Druck gleich dem Gasdruck ist, ist es manchmal besser, wenn der Druck in dem Ringraum größer oder geringer ist als der Gasdruck.

Wenn auf beiden Seiten der inneren Kugel gleicher Druck herrscht, dann braucht die Wandstärke der inneren Kugel nur so dick zu sein, daß das Gewicht der gelagerten Flüssigkeit aufgenommen wird einschließlich eines Sicherheitsfaktors. Bei einem größeren Druck auf die

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innere Fläche der äußeren Kugel muß die Wandstärke der äußeren Kugel größer sein. Die dann höheren Materialkosten für die äußere Kugel werden aber mehr als aufgehoben durch Ersparnisse.bei Verwendung dupeh geringerer Materialmengen des teueren Materials für die innere Kugel. Diese Materialersparnis ist natürlich abhängig von der Art des gelagerten verflüssigten Gases und von dem notwendigen Gasdruck.

Die innere Kugel ist so konstruiert> daß sie das Gewicht der zu lagernden Flüssigkeit aufnimmt. Oben in der inneren Kugel liegt eine Leitung, die das Druckgaspolster der inneren Kugel mit dem Ringraum zwischen der inneren Kugel und der äußeren Kugel verbindet.

Da dieser Ringraum normalerweise mit einem kernförmigen Isoliermaterial, z.B. Perlit, aufgefüllt ist, muß die Leitung nicht nur die Gase aus dem Druckpolster gleichmäßig über den Ringraum verteilen, sondern es muß auch verhindert werden, daß Isoliermaterial in die Innere Kugel zurückgelangen kann, wenn der Tank entleert wird. Da die äußere Kugel zweckmäßig nicht Temperaturen unter -29° C ausgesetzt werdensall, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen der inneren Kugel und dem Ringraum ein Wärmeaustauscher vorgesehen, der die Gase auf Umgebungstemperatur erwärmt bevor diese in den Ringraum eintreten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Flg. 1 zeigt im Querschnitt einen kugeligen Lagertank für verflüssigte Gase gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen bei dem erfindungsgemäßen Lagertank benutzten Wärmeaustauscher.

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Der Tank Io nimmt verflüssigtes Gas L auf und besteht aus einer äußeren Kugel 11, die mittels Säulen 12 gegen den Boden abgestützt ist. In der äußeren Kugel 11 liegt eine innere Kugel 13. Der Ringraum 16 zwischen beiden Kugeln ist mit kornförmigem Isoliermaterial 22 aufgefüllt. Die innere Kugel 13 wird mittels Tragstangen l4 in ihrer Lage gehalten. Über der Flüssigkeit L liegt in der inneren Kugel 13 ein Druckgaspolster U, das aus verdampfter Flüssigkeit oder einem anderen Gas mit höherem Druck besteht. Der Druck in dem Druckgaspolster U bestimmt sich nach den Bedingungen für eine gute Lagerung und für ein Ablassen der Flüssigkeit L. Die Kraft, die durch den Druck des Gases in dem Druckgaspolster U erzeugt wird, ist mit P_Q bezeichnet und das Gewicht oder der Druck der Flüssigkeit ist mit P_L bezeichnet.

Von dem Druckgaspolster U führt eine Leitung 17 zu dem Ringraum 16. Die Leitung 17 erstreckt sich durch den Ringraum 16 hindurch bis in die umgebende Atmosphäre. Die Leitung 17 liegt in einer in der Wandung der äußeren Kugel 11 angeordneten Expansionsverbindung 23, so daß die Leitung 17 sich ausdehnen und zusammenziehen kann. Das durch eine Leitung 18 in den Ringraum 16 strömende Gas wird durch einen Wärmeaustauscher 19 erwärmt bevor es durch einen Filter 21 in die Leitung 18 gelangt. Der Druck P_Q ist also auf beiden Seiten der Wandungen der inneren Kugel gleich groß, und infolgedessen ist die Wandstärke der inneren Kugel 13 nur nach dem Wert «Pt zu bemessen. Die Wandstärke der äußeren Kugel 11 muß dem Druck Ρ_β zusätzlich dem Gewicht der inneren Kugel 13 widerstehen.

Die an das Ende der Leitung 17 angeschlossene Leitung l8 läuft um die innere Kugel 13 herum und hat öffnungen,

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damit sich das Gas in dem Ringraum verteilt. Auf diese Weise ist der auf die äußere Fläche der inneren Kugel wirkende Druck gleichförmig. Die öffnungen in der Leitung 18 sind so klein, daß kein Isoliermaterial 22 in die Leitung 18 gelangen kann.

Bei Lagerung von verflüssigtem Stickstoff hat der Tank beispielsweise 9 m Durchmesser, und der Druck in dem Druckpolster beträgt etwa 28 kg/cm . Die innere Kugel aus korrosionsbeständigem Stahl hat eine Wandstärke von 6,3 mm,an der Stelle, wo die Tragsäulen liegen, ist die Wandstärke etwas dicker. Es sind etwa 15·3οο kg korrosionsbeständiger Stahl notwendig. Die äußere Kugel besteht aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl mit einer gleichförmigen Wanddicke von 5o,8 mm, und hierfür sind etwa 180.000 kg Material erforderlich. Der Ringraum ist etwa 9o cm breit und ist mit einem isolierenden Material, beispielsweise Perlit, aufgefüllt.

Die Leitung, die das Gas in dem Ringraum verteilt, besteht aus einem Spiraldraht, der in einem Stoffrohr liegt, und dieses Stoffrohr ist umwickelt mit Glasfasern, die wie ein Filter wirken und ein Eindringen des Perlits verhindern, aber das Eindringen und das Austreten des Gases in den Ringraum erlauben.

Als weitere Sicherheitsmaßnahme kann ein Filter aus Sinterbronze in der Leitung vorgesehen sein, durch das eine Verunreinigung der gelagerten Flüssigkeit verhindert wird.

Bei der abgeänderten Ausführung nach Fig. 2 verläuft die Leitung 27 von dem Druckgaspolster U durch den Ringraum 28 bis zum äußeren Behälter 29 und dann zu einem Wärmeaustauscher 31. Eine Leitung 32 des Wärmeaustauschers 31 umgibt die Leitung 27 und erstreckt 009812/0539

sich bis in den Ringraum hinein, wo sie an eine Leitung 33 angeschlossen ist. Die Leitung 27 und die Leitung 32 verlaufen durch die Expansionsverbindung in die äußere Kugel 29, so daß das Ausdehnen und das Zusammenziehen der Leitungen 27 und 32 die äußere Kugel nicht beschädigen oder keine Leckage erzeugen können.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprücheι

Kugelbehälter zur Lagerung verflüssigter Gase, der aus einem inneren Kugelbehälter mit einem Druckgaspolster und aus einem äußeren Kugelbehälter besteht mit einem zwischen beiden Behältern liegenden Ringraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des inneren Kugelbehälters (13)» der bis zum Druckgaspolster (U) aufgefüllt ist, kleiner ist als es dem Gewicht des inneren Behälters (13) und der in ihm gelagerten Flüssigkeit und dem Druck in dem Druckgaspolster entspricht, während der äußere Behälter (ll) eine Wandstärke hat, die dem Gewicht des inneren Behälters (13) und dem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck in dem Druckgaspolster (U) entspricht.
2. Kugelbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des inneren Behälters (13) dem Gewicht der gelagerten Flüssigkeit entspricht, während die Wandstärke des äußeren Behälters (ll) dem Gewicht des inneren Behälters (13) und dem Druck in dem Druckgaspolster (U) entspricht.
3. Kugelbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Druckgaspolster eine Leitung (17) abzweigt, durch die das Gas zu einer außerhalb des äußeren Behälters (11) gelegenen Wärmevorrichtung (19) geleitet wird, von'der das Gas zu dem Ringraum (l6) zurückgeleitet wird.
4. Kugelbehälter nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß von dem Druckgaspolster (U) eine Leitung (17) zu dem mit körnigem Isoliermaterial gefüllten

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Ringraum (l6) führt, und daß von dieser Leitung (17)
eine durch den ganzen Ringraum herumgeführte Leitung
(l8) abzweigt, die so porös ist, daß das Gas hindurchtreten kann, während das körnige Isoliermaterial nicht in den inneren Behälter (13) gelangen kann.
5. Kugelbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Druckgaspolster (U)in den Ringraum (l6) führenden Leitung«(17) das Gas auf Umgebungstemperatur erwärmt wird.

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