DE1684845A1 - Abdeckung fuer Untergrundbehaelter fuer Fluessiggas - Google Patents

Description

Patentanwälte Diving. HANS RUSCHKE DlpUng. HüHZ AGULAR 8 Mönchen 27, Pienzenauer Sfr.2

Maurice Nachshen, London, S.W.

"Abdeckung für Untergrundbehälter für Flüssiggas"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdeckung für Untergrundbehälter zum Speichern kalter Flüssigkeiten.

Untergrundbehälter eignen sich ganz besonders zum Speichern eines Flüssiggases, das bei atmosphärischem Druck bei einer Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur siedet. Beispiele solcher Erzeugnisse sind verflüssigter Stickstoff, verflüssigte Luft, verflüssigtes Methan, verflüssigtes Naturgas, verflüssigter Sauerstoff und verflüssigtes Propan,

Wenn bisher Flüssiggase in Untergrundbehältern gelagert wurden, wurden die Abdeckungen um den Umfang des Behälters herum verankert, v/eil nach oben gerichtete Drücke auf die

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Abdeckung durch das Absieden des Gases entstanden. Eine solche Verankerung hat im allgemeinen grosse Massen an Beton am Umfang und lange Verankerungsbolzen notwendig gemacht. Ausserdem wurde es im Falle grosser Untergrundbehälter normalerweise als üblich angesehen, die Abdeckung und den Oberaufbau aus teurem Metall herzustellen, das bei den niedrigen Temperaturen des Flüssiggases nicht brüchig wird.

In der deutschen Patentanmeldung Nr. C 31427 V/57f wurde bereits vorgeschlagen, diese Nachteile mit Hilfe einer Abdeckung zu überwinden, die aus einer flachen oder gewölbten Membran oder Platte besteht, die mindestens auf einer Seite mit einer Wärmeisolation versehen ist und wobei ein Oberaufbau vorgesehen ist, an den die Membran oder Platte befestigt ist, sowie ein Gegengewicht, das auf diese Platte einwirkt. Die Membran oder die Platte, die an dem Oberaufbau befestigt wird, ist jedoch vorzugsweise dünn und aus Metall und wünschenswerterweise wird ein Metall verwendet, das bei sehr niedrigen Temperaturen nicht brüchig wird, beispielsweise ein stark nickelhaltiger Stahl, rostfreier Stahl, Kupfer, Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Solch eine Membran oder Platte hat, wenn sie den betträchtlichen Bereich abdeckt, den ein Untergrundbehälter einnimmt, eine sehr beschränkte Fähigkeit, Beanspruchungen und Belastungen Widerstand zu leisten. Demgemäss erfordert das Vorsehen

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eines Gegengewichtes, das genügt, um die aufwärts gerichteten Drücke auf die Membran oder die Platte auszuhalten, eine wesentlich robuster Konstruktion für die Abdeckplatte und das führt zu stark erhöhten Kosten.

Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass das Vorsehen eines Gegengewichtes nur für diejenigen Fälle notwendig ist, wenn die Membran oder Platte, die die Abdeckung des Untergrundbehalters bildet, aufwärts gerichteten Drücken durch das Absieden verflüssigter Gase im Behälter ausgesetzt ist. Ausserdem wird das Gegengewicht dann nur im Verhältnis zu den Hebedrücken auf die dünne Membran benötigt. Der Wunsch nach Wirtschaftlichkeit beim Bau eines Untergrundbehalters zum Speichern verflüssigter Gase macht es notwendig, nach einer Bauweise Ausschau zu halten, die vom Standpunkt der Materialien und der Bauarbeiten aus verhältnismässig billig ist.

Die Erfindung schafft eine Abdeckung für einen Untergrundbehälter für Flüssiggase aus einem Oberaufbau, einer von dem Oberaufbau gehaltenen Membran, die in der Lage ist, eine gasdichte Abdichtung über dem Behälter zu bilden, eine VJärme isolationsschicht, die mindestens eine Oberfläche der Membran bedeckt und mindestens ein Gegengewicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht vom Oberaufbau und nicht von der Membran als solchen getragen wird, wenn

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die Membran unter nach oben gerichtetem Druck steht, wobei das Gegengewicht direkt oder indirekt auf die Membran als Reaktion gegen den Aufwärtsdruck des Gases auf die Unterseite der Membran wirkt.

Die Membran wird vorzugsweise durch Aufhängevorrichtungen am Oberaufbau befestigt, die von jeder beliebigen geeigneten Form sein können. Während die Membran aus einem Kälte-widerstandsfähigem Material besteht, d.h. das frei von Sprödewerden bei Kälte ist, braucht der Oberaufbau nicht aus einem Material zu bestehen, das Kälte-widerstandsfähig ist.

Vorzugsweise ist das Gegengewicht am Oberaufbau über der Membran durch Aufhängungseinrichtungen aufgehängt. Am besten hängt die genannte Einrichtung, die das Gegengewicht an dem Oberaufbau aufhängt, auch die Membran auf. In jedem Falle kann das Gegengewicht direkt auf die Membran durch eine Lage lastentragenden Füllmaterials einwirken, das zwischen dem Gegengewicht und der Membran eingebracht ist. D.h., dass zwischen der Unterseite des Gegengewichtes und der dünnen Metallmembran eine Lage oder Lagen von Belastung tragendem Füllmaterial angeordnet ist oder sind, die in sich selbst auch einen gewissen Wärmeisolationswert haben können. Solch eine Lage oder Lagen können dazu dienen, einen Aufwärtsdruck auf die Membran zu absorbieren oder zu übertragen und können

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vielleicht auch jeglicher Neigung der Membran zum Werfen entgegenwirken. Als geeignete Lagen für diese Zwecke können Kunststoffe verwendet werden, wie etwa Schaumpolystyrol, Schaumpolyurethan, Schaumpolyvinylchlorid, oder es kann wahlweise Kork verwendet werden. Falls erwünscht, kann zusätzlich zwischen dem Boden des Gegengewichtes und der Membran eine Lage Wärmeisolationsmaterial eingebracht werden. Solch eine Massnahme kann die Notwendigkeit für jegliche weitere Wärmeisolationsbarrieren ausschalten, um den das Gegengewicht tragenden Oberaufbau zu schützen.

Das Gegengewicht kann aus einer Vielzahl von Blöcken oder Gewichten bestehen, die so angeordnet sind, dass sie auf die Membran eine gleichmässig verteilte Reaktion ausüben, wenn ein Aufwärtsschub auf die Membran durch den aufwärts gerichteten Druck des Gases ausgeübt wird. In diesem Falle umfasst die das Gegengewicht aufhängende Einrichtung ein System von Trägern, von denen jeder so angeordnet ist, dass er mindestens einen Teil der Last benachbarter Gegengewichtblocks trägt. Die Träger können die Form eines Gussstückes oder einer starren Baugruppe aus einer waagerechten Platte und senkrechten Rippen annehmen, oder geneigte Versteif ungsstäbe können angeordnet sein, um die benachbarten Ecken verschiedener Gegengewichte zu stützen. Diese letzteren können eine gewisse regelmässlge Form haben, die sich dazu

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eignet, an den Ecken zu stützen. Beispielsweise können cie Gegengewichtblöcke viereckig, rechteckig oder sechseckig sein. Die Träger können direkt von dem Oberaufbau abwärts hängen oder sie können am Oberaufbau durch Einhängevorrichtungen befestigt sein, die eine gewisse waagerechte Bewegung gestatten.

Die Gegengewichtblöcke können Betonplatten sein, die in irgend einer beliebigen geeigneten Form gegossen sind. Sie können beispielsweise viereckig, rechteckig oder sechseckig sein und, falls das erwünscht ist, können sie auf einer starren Basis oder in einem Rahmen gehalten werden, der aus Metallwinkeln gebildet wird. Ein solcher Träger oder Rahmen kann vorteilhaft sein, um Störungen zu vermeiden, die sich andernfalls durch einen Bruch oder ein Zersplittern eines Teiles der Platte ergeben. Wahlweise können die Gegengewichtblöcke die Form von starren Schalen haben, die mit Sand oder mit Kies gefüllt sind. Vorzugsweise sind die Gegengewichtblöcke so angeordnet, dass sie einen gleichmässig verteilten Abwärtsschub fUr die Membran schaffen, wenn diese Hebedrücken ausgesetzt wird. Die Grosse der Gegengewichtlast sollte nicht stark über die hinausgehen, die notwendig ist, um den Höchstdruck aufzunehmen, der sich durch Absieden der verflüssigten Gase ergibt, um die Last zu begrenzen, die auf den Oberaufbau einwirkt, wenn kein Gasdruck vorhanden ist.

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Wie bereits in der deutschen Patentanmeldung C 31427 angegeben, kann die Membran von einem System Metallversteifungsrippen gehalten werden, die sich in einer oder mehreren Richtungen ausdehnen und diese Rippen können beispielsweise genügend zusätzliche Widerstandsfähigkeit haben, urn einen Arbeiter und leichte Werkzeuge für gelegentliche Instandhaltung zu tragen. Anstatt dass eine getrennte Befestigungseinrichtung am Oberaufbau für die Memebran und ihre Halterippen vorgesehen wird, können die letzteren an der Unterseite der Gegengewichtträger befestigt werden. Wahlweise kann die Membran an den Unterseiten der Gegengewichthalter befestigt werden.

Die Membran ist mit Wärmeisolation auf mindestens einer Seite versehen und es ist wünschensxvert, dass dies die der Kälte ausgesetzte Unterseite ist. Eine solche Wärmeisolation kann .aus Glasfaser, Schaumkunststoff, Balsaholz, Papierwaben, Kapok, Schlacken- oder Steinwolle bestehen. Eine Unterstützung für die Wärmeisolationsabdeckung auf der Unterseite der Membran ist erforderlich. Ein sehr geeignetes Haltemittel ist ein Drahtgitter, aber auf andere Träger wie Sperrholzplatten, Wandplatten, Faserplatten, Holzwolle u.a. Materialien, die vorzugsweise an der Membran an oder neben den Punkten aufgehängt sind, wo die letztere ihrerseits beispielsweise durch die Gegengewichthalter getragen wird.

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Der Oberaufbau kann aus Bindern, Trägern oder Balken, entweder gerade oder gewölbt, bestehen, die in Abständen über die Abdeckung verteilt sind und sich gegenseitig schneiden können, um so ein Gitter zu bilden. Die Oberaufbauteile können sich gegenseitig alle in der Mitte im Falle einer kreisförmigen Abdeckung treffen, wobei sie als radiale Teile wirken. Der Überaufbau kann wahlweise aus Balken, Trägern oder Bindern aus einem beliebigen geeigneten Material, beispielsweise Metall oder Holz bestehen. Es ist selbstverständlich klar, dass ein Teil des Oberaufbaus sich über die Platte hinaus erstrecken muss, so dass das System von Gegengewichten und die dünne Plattenabdeckung, die die Öffnung des Behälters abdecken, wirksam gehalten werden können.

Die Abdeckung kann mit Flüssigkeitseinlass, Flüssigkeitsund Dampfauslass und Sicherheitsauslassventilen versehen sein und zusätzlich kann noch eine Gasdichtung vorgesehen werden. Eine geeignete Form einer Gasdichtung wurde bereits in der deutschen Patentanmeldung C 26144 beschrieben.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Oberaufbau für ein kreisförmiges Untergrundreservoir für Flüssiggase,

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Fig. 2 zeigt eine Querschnittsseitenansicht der Abdeckung und des gehaltenen Gegengewichtssystems, das an einem Oberaufbau aufgehängt ist,

Fig. 5 zeigt einen Teil des Schnitts nach Fig. 2 im grösseren Masstab und mit mehr Einzelheiten, und

Fig. 4 zeigt perspektivisch einen der Gegengewichtträger der Bauweise nach Fig. 1 und 2.

Der dargestellte Oberaufbau für einen Untergrundbehälter zum Speichern von Flüssiggas besteht aus einem Gitter von Stahlteilen, worin die Gitterteile 2 sich in rechten Winkeln zu den Gitterteilen 1 erstrecken und an deren Unterseite befestigt sind, wobei die Gitterteile 1 auf Säulen oder einer durchgehenden endlosen Ringwand 3 gehalten werden, die auf einem Betonbett 4 oder wahlweise auf einer Pfeilerfundamentgründung montiert ist.

An den oberen Enden der Gitterteile 2 des Oberaufbaus befinden sich ütahlaufhängungen 5, die an ihren unteren Enden an Ringe 7 von Gegengewichtträgern 6 befestigt sind. Die tatsächliche Länge einer jeden Stahlaufhängung 5 kann verßtellt werden, indem eine Mutter am oberen Ende gedreht wird. Die Mutter sollte mit einer Unterlegscheibe versehen sein und die Berührungsoberfläche zwischen der Mutter und der Unterlegscheibe sollte kugelig sein, um kleine Verände-

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rungen des Winkels der Aufhängung gegenüber dem Oberaufbau auszugleichen. Die Gegengewichtträger 6 haben jeder eine Stahlgrundplatte 8, die durch senkrechte Rippen 9 verstärkt ist, die die Unterplatte in vier Segmente unterteilen, Die Stahlaufhängungen 5 und Gegengewichtträger 6 liegen jeder so, dass sie die benachbarten Ecken von vier Gegengewichtblöcken halten, wobei diese aus identischen rechteckigen Betonplatten 10 in einem (nicht gezeigten) Rahmen bestehen, der aus Winkeleisen hergestellt ist. Jeder Gegengewichtblock 10 kann mit einer Hebeschlaufe 10a versehen sein und die Gegengewichte sind in einem solchen Muster angeordnet, dass jedes Segment der Stahlgrundplatte 8 eine Ecke eines verschiedenen Gegengewichtblockes trägt. Auf diese Art und Weise sorgt die Anordnung dafür, dass das System der Gegengewichtblöcke 10 von einer Serie von Gegengewichtträgem 6 getragen wird, von denen jeder von am Oberaufbau befestigten Stahlaufhängungen 5 gehalten wird.

Direkt unter den Stahlgrundplatten 8 liegt die Dachmembran 12 und diese kann aus dünner Aluminium- oder Aluminiumlegierungsplatte oder einem anderen Material bestehen, das durch Kälte nicht spröde wird. Diese Dachmembran 12 kann an den Unterseiten der Stahlgrundplatten 8 befestigt oder in anderer Weise an den Gegengewichtträgern 6 angebracht sein, beispielsweise durch Aufhängestangen, die durch einen hohlen Mittelpunkt in den Gegengewichtträgern 6 verlaufen. Die Dachmembran ist mit einer Serie paralleler

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oder sich schneidender Versteifungsrippen IJ versehen und eine Gasabdichtung wird von der Kante 12a der Membran gebildet, die abwärts in den ringförmigen Kanal 14 gebogen ist, der in der Betonbettung 4 ausgebildet ist und worin sich eine Flüssigkeit befindet, die unter den bei der Lagerung von Flüssiggasen herrschenden Temperaturen gefroren ist. D-rekt unter den Betonplatten 10 und über der Dachmembran 12 ist Belastung tragendes Material 11 eingefügt und dieses kann vorzugsweise aus Wärmeisolationsmaterial bestehen, wie beispielsweise Schaum-Polyurethan. Dieses Füllmaterial passt sich kleinen Veränderungen in der Tiefe des Raumes zwischen der Membran und den Gegengewichten an, wobei das Hauptziel ist, sicherzustellen, dass der Gasdruck im wesentlichen gleichmässig durch die Membran und die Füllung auf die Gegengewichte übertragen wird.

Die Unterseite der Dachmembran 12 ist thermisch durch eine Lage von Wärmeisolationsmaterial 15» wie etwa Balsaholz, Glasfasern od. dgl. isoliert und dieses Material wird durch ein Drahtgitter 16 in Stellung gehalten, das von Haltestangen 17 an den Versteifungsrippen I3 gehalten wird. Alle Teile unter der Membran sollten aus einem Material hergestellt werden, das bei Kälte nicht spröde wird.

Die Anordnung sorgt dafür, dass die Dachmembran nicht unter Belastung der Gegengewichtblöcke steht. Ein aufwärts ge-

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richteter Druck auf die Membran wird jedoch auf die Gegengewichtlast übertragen.

Bei der beschriebenen Anordnung sind teuere Materialien, die bei Kälte nicht spröde werden, wie etwa Aluminiumlegierungen, nur zur Herstellung der Membran, ihres direkten Versteifungssystems und der leichten Trägerteile für die Isolation unter der Membran notwendig. Keiner dieser Teile braucht wesentlichen Gasdrücken Widerstand zu leisten. Diesen Gasdrücken wird Widerstand durch die Gegengewichtblöcke aus billigem Material geleistet. Wenn kein Gasdruck vorhanden ist, wird die Last, die aus den Gegengewichtblöcken und allen anderen oben beschriebenen Teilen besteht, von dem Trägeraufbau getragen, der aus üblichen Materialien geringer Kosten besteht, beispielsweise Flussstahl und Beton.

Ausserdem kann das beschriebene System so gebaut sein, dass jegliches wesentliches Leiten von Wärme vom Oberaufbau auf die Membran vermieden wird und so die Notwendigkeit für eine "Kälteunterbrechung" ausgeschaltet werden kann. Wenn es jedoch erwünscht ist, kann eine solche Kälteunterbrechung eingebaut werden, in dem die direkte Verbindung zwischen den Gegengewichtträgern und dem Oberaufbau unterbrochen wird. 3o können die an dem Oberaufbau aufgehängten Aufhängungen mit einem Block von Wärmeisolationsmaterial versehen werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   (l., Eine Abdeckung für einen Untergrundbehälter für Flüssiggas mit einem Oberaufbau, einer von dem Oberaufbau gehaltenen Membran, die in der Lage ist, eine gasdichte Abdichtung über dem Behälter zu bilden, wobei eine Wärmeisolation mindestens eine Oberfläche der Membran und mindestens ein Gegengewicht überzieht, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gegengewicht vom Oberaufbau und nicht von der Membran gehalten wird, so dass wenn die Membran einem Hebedruck ausgesetzt ist, das Gegengewicht direkt oder indirekt auf die Membran als eine Reaktion gegen den aufwärts gerichteten Druck des Gases auf die Unterseite der Membran einwirkt.

   2. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberaufbau aus einem nicht Kälte widerstandsfähigen Material besteht und die Membran aus Kälte widerstandsfähigem Material und am Oberaufbau durch Aufhängungen (5, 6) aufgehängt ist.

   5. Abdeckung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht am Oberaufbau über der Membran durch Aufhängungen (l>, 6) aufgehängt ist.

   4. Abdeckung nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht indirekt auf die Membran durch e:ae

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   Lage von Belastung tragendem Füllmaterial (II) einwirkt, das zwischen Gegengewicht und Membran eingebracht ist.

   5. Abdeckung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung, die das Gegengewicht am Oberaufbau aufhängt, auch die Membran aufhängt.

   6. Dach nach den Ansprüchen J, 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht aus einer Vielzahl von Blöcken oder Gewichten besteht, die so angeordnet sind, dass sie auf die Membran eine gleichmässig verteilte Reaktion ausüben, wenn ein aufwärts gerichteter Schub durch den Aufwärtsdruck des Gases auf die Membran ausgeübt wird,

   7. Abdeckung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die das Gegengewicht aufhängt, ein System von Trägern (6) umfasst, von denen Jeder so angeordnet ist, dass er mindestens einen Teil der Last benachbarter Gegengewichtblöcke trägt.

   8. Abdeckung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran Verstärkungsrippen aufweist, die sich in einer oder mehreren Richtungen erstrecken.

   9. Abdeckung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verotärkungsrippen der Membran an den

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   Unterseiten der Gegengewichtträger befestigt sind.

   10. Abdeckung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis

   9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf der Unterseite mit einer Wärmeisolierung (I5) verkleidet ist.

   11. Abdeckung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation von einem Drahtgitter (16) gehalten

   12. Abdeckung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Gegengewichtträger (6) an dem Oberaufbau mit Hilfe von Stahlaufhängungen (5) aufgehängt sind, die am Oberaufbau und an den Trägern befestigt sind und die genannten Stahlaufhängungen in ihrer Länge verstellbar und in waagerechter Richtung flexibel sind.

   13. Abdeckung nach den Ansprüchen 7 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegengewichtträger (6) aus einer Stahlgrundplatte (8) besteht, die mit senkrechten Rippen (9) oder Versteifungen versehen und von denen i,ede so angeordnet ist, dass sie die benachbarten Ecken einer Vielzahl der Gegengewichte trägt.

   1^1. Abdeckung nach Anspruch Ij5> dadurch gekennzeichnet, dass die Gegengewichtblöcke viereckige, rechteckige oder sechseckige Betonplatten sind.

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   15· Abdeckung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht.

   16. üntergrundbehälter zum Speichern von Flüssiggas, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Hohlraum in der Erdoberfläche umfasst, der gegen das zu lagernde Medium undurchlässig ist, eine Gasableitung, Leitungen und Pumpen zum Füllen und Entleeren das Behälters und eine Abdeckung, wie sie in einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist.

   17. Behälter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er sich zum Speichern eines verflüssigten Naturgases eignet.

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