DE1909693B2 - Behälter zum Lagern oder Transportieren von Flüssigkeiten bei sich von der Umgebungstemperatur stark unterscheidenden Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zum Lagern oder Transportieren von Flüssigkeiten, deren Temperatur sich erheblich von der Umgebungstemperatur unterscheidet. Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist in ' · erster Linie bei Behältern für sehr kalte Flüssigkeiten gegeben, z. B. für verflüssigte Gase, beispielsweise Erdgas, die sich unter einem Druck in der Nähe des Atmosphärendrucks befinden; jedoch ist die Erfindung auch bei Behältern zum Aufnehmen warmer Flüssigkei- " ten anwendbar. Der Einfachheit halber beschränkt sich die folgende Beschreibung auf Behälter für kalte Flüssigkeilen, wie sie z. B. in llochseetankschiffen zum Transportieren verflüssigter Gase verwendet werden.

Behälter der genannten Art für die Lagerung und >'> bzw. oder den Transport von Flüssigkeiten bei sich von der Umgebungstemperatur erheblich unterscheidenden Temperaturen umfassen jeweils einen Innenbehälter, der mindestens von unt^n her durch eine Wärmeisolierung unterstützt ist, welche innerhalb eines starren ^hl> äußeren Mantels angeordnet ist. Die Erfindung befallt sich mit der Wärmeisolierung eines solchen Behälters.

Der Behälter kann einer von zwei Bauarten zugehören. Bei der einen Bauart weist dieser einen selbsttragenden Innenbehälter auf, der von unten her ^h> unterstützt ist und eine ausreichende Gcstaltfcsligkcit aufweist, um den hydrostatischen Drücken und Tragheitskräften der Flüssigkeit, ohne weitere Hilfsmittel außerhalb des Behälters, die die Wände gegen Ausbeulen abstützen, standzuhalten. Die Isolierung unterhalb des Innenbehälters nimmt dieses Gewicht sowie diejenigen Kräfic auf, dit ihn gegen waagerechte Bewegungen, z. B. auf See. sichern. Der Innenbehälter besteht aus einem Werkstoff, z. B. Metall, der keiner Kaltversprödung unterliegt. Er ist auf seiner Außenseite durch eine Wärmeisolierung thermisch isoliert, die eine Verkleidung des starren äußeren Mantels, z. B. des Laderaums eines Tankschiffs, bildet, so daß sie einen Raum abgrenzt, in dem der Innenbehälter angeordnet ist.

Die zweite Behälterbauart wird als integrierte Behälterkonstruktion bezeichnet. Sie umfaßt innerhalb eines starren äußeren Mantels ein Gehäuse aus einem fcsien bzw. massiven belastbaren Wärmeisolierungsmaterial, das innen einen dünnwandigen und flexiblen Innenbehälter (Membranbehälter) aus einem Flachmaterial, z. B. Blech, das keiner Kaltversprödung unterliegt, aufnimmt. Dieser Innenbehälter ist nicht selbsttragend, sondern gegen den im Inneren auftretenden hydrostatischen Druck und die Trägheitskräfte durch die feste belastbare Isolierung abgestützt. Die Isolierung bildet eine Auskleidung des starren äußeren Mantels, an dem sie befestigt ist, und wird durch diesen Mantel abgestützt, so daß sie den durch die Flüssigkeit auf die Wände des Membranbehälters ausgeübten Druck direkt auf den .'.barren äußeren Mantel überträgt. Ein weiteres Merkmal dieser Konstruktion besteht darin, daß der Innenbehälter an seinen Ecken und Kanten starr verankert ist, um ihn bei der Abkühlung entgegen seiner Zusammenziehungstendenz festzuhalten, und daß die Isolierung an den Ecken bzw. Kanten die auf -liese Verankerung zurückzuführenden örtlichen Beanspruchungen aufnimmt.

Bei beiden Behälterbauarten kann die Wärmeisolierung aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, das die auf es wirkenden Kräfte aufzunehmen vermag. Gewöhnlich muß dieses Material eine Abdichtung ermöglichen und daher für das kalte flüssige Ladegut undurchlässig sein, damit es einen zweiten Auffang (Sperre) bildet, der im Fall einer Beschädigung des Innenbehälters verhindert, daß das Ladegut mit dem Schiffskörper des Tankschiffes in Berührung kommt, was zur Materialversprödung und zum Bruch führen könnte.

Es sind bereits verschiedene Wärmeisulicrungsmaierialien und geeignete Konstruktionen bekanntgeworden. Eine bekannte Isolation umfaßt Blöcke oder Tafeln aus mit Sperrholz umkleidetem Balsaholz, die auf einem Gitter aus hölzernen lJefcstigungsleisten angeordnet sind und am starren äußeren Mantel befestigt sind. Die Spalten zwischen diesen Tafeln werden mit Hilfe eines verdichteten Kunststoffes abgedichtet. Eine solche Konstruktion ist in der Patentschrift 12 19 504 beschrieben. Weitere Konstruktionen sind in der DE-Z. »Hansa«, 1962, Nr. 22, S. 2317-2328 abgehandelt.

Das belastbare Balsaholz besitzt bei relativ guten Isoliereigenschaften hervorragende Festigkeitswerte und ist für begrenzte Zeit widerstandsfähig gegen flüssiges Erdgas, so daß es einen zweiten Auffang (zweite Sperre) bilden kann. Infolge der hohen Druckfestigkeit können die Innenbehälter direkt aiii die Bodenisolierung gesetzt werden. Nachteilig wirkt sii h cl'.T sehr hohe Preis dieses Materials aus, so d;:ll man zumindest für die Seiten- und Deckenisolierung andere Stoffe einzusetzen versucht. Wird ein anderes Isoliermaterial verwende!, das auch nicht begrenzte Zeit

beständig gegen das Ludegut ist, so muß es mit einer geeigneten Abdeckung versehen werden, um als sekundärer Auffang dienen zu können.

isolierschaumsioffe aus Polystyrol un<! Polyurethan weisen ebenfalls eine Reihe hervorragender Eigenschaften uuf. haben gute Isolierwerte und sind weitgehend sieher gegen eindringende Feuchtigkeit und können durch Variation des Raumgewichies eine hohe Druckfestigkeit erreichen. Mull das Material in Platten oder Blöcken,ebenso wie Balsaholz-Isolierungen, angebracht werden, so ergeben sich Probleme bei der Dichtung der Kanten und Stoßstellcn, da diese Isolierstoffe sehr hohe Kontraktionszahlen haben. Bedeutende Vorteile bietet das Spritzen von Polyurethan-Hartschaum wegen der fugenlosen Isolicrfläche, und da es unabhängig von Flächengröße und -form auf offene Oberflächen anzuwenden ist. Es ergeben sich aber noch große verfahrensiechnische Schwierigkeilen, zumal die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Raumdichte, mit der die Druckfestigkeit einhergeht, größer wird. Die thermische Beanspruchung derartiger Hartschaumisolierungen ist wegen der hohen Kontraktionszahlen außerordentlich hoch, wenn Flüssiggase od. dgl. zu lagern oder zu transportieren sind, da einerseits ein starker Temperaturgradient über der Dicke der Isolierung auftritt und andererseits wegen der starken Zusammenziehung die Gefahr des Ablösens von der Unterlage, auf die der Hartschaum gesp itzt ist, auftreten kann. Bei gewissen geometrischen Verhältnissen, z. B. in Ecken und Kanten, ist diese Tendenz sehr ausgeprägt. Sofern eine ausreichende Isolierwirlung erzielt werden soll, ist auch bei Hartschäumen die erzielte Druckfestigkeit nicht derart, daß die bei den eingangs genannten Behältern auftretenden Belastungen überall unmittelbar aufgenommen werden können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für die Wärmeisolierung eines eingangs genannten Behälters anzugeben, der unter Berücksichtigung der zu erfüllenden Erfordernisse, zu denen auch gehört, wenigstens zeitweilig einen zweiten Auffang zu bilden, eine preiswertere Herstellung ermöglicht.

Ein diese Aufgabe lösender Behälter ist im Patentanspruch I angegeben. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüehen.

Die Erfindung geht von der bekannten Erkenntnis aus, daß es nicht erforderlich ist, das gleiche Wärmeisolierungsmaterial zur Herstellung der verschiedenen Teile der Isolierung zu verwenden, da es in diesen verschiedenen Teilen unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen hat. So muß bei einem selbsttragenden Innenbehälter der untere Teil der Isolierung, durch den der Boden des Behälters abgestützt ist, eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, damit der Behälter und das flüssige Ladegut einwandfrei abgestützt sind, während die übrigen Teile der Isolierung meist keine oder kleinere Kräfte aufzunehmen haben, und daher keine so hohe Druckfestigkeit aufzuweisen brauchen. Entsprechend müssen bei der integrierten Behälterkonstruktion bzw. einem Membranbehälter die Ecken- und Kantenteile der Isolierung eine hohe Festigkeit aufweisen, damit der Innenbehälter am äußeren Mantel ausreichend fest verankert ist. um auch bei der beim Befüllen ,uiftretcndcn Abkühlung ein Zusammenziehen /u verhindern.

Die spezielle gemeinsame Verwendung von hochbelastbarem Wärmeisolationsmatei'ial und aufgespritztem llarlschaum erlaubt eine preiswertere Herstellung der eingangs genannten Behälter, ohne daß an sie zu stellende strenge Forderungen nicht jeweils voll erfüllt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schemalischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert

Fig. 1 ist ein senkrechter Querschnitt durch ein Hochseetanksehiff. das mit einem freistehenden, selbsttragenden Behälter versehen ist,

F i g. 2 zeigt in einem erheblich größeren Maßslab in einem senkrechten Teilschnitt Einzelheiten der Wärmeisolierung des Behälters nach Fig. 1 und insbesondere die Verbindung zwischen dem Hartschaum und dem hochbelastbaren Teil der Wärmeisolierung,

F i g. J zeigt ebenfalls in einem erheblich größeren Maßslab in einem senkrechten Teilschnitt durch die Wärmeisolierung des Behälters nach Fig. 1 die am oberen R;'nd einer Seitenwand des Behälters vorgesehene Anordnung,

F i g. 4 ist ein senkrechter Querschnitt durch ein Hochscetankschiff mit einem Behälter mit einem Mcmbraninnenbehäller.

In Fig. 1 ernennt man ein Hochseetankschiff mit einem äußeren Schiffskörper 1 und einem inneren Schiffskörper 2. In einem den äußeren Mantel des Behälters bildenden Laderaum 3, der durch den inneren Schiffskörper und c|iierliegenden Schottwände abgegrenzt ist. ist ein insgesamt mit 4 bezeichneter selbsttragender Innenbehälter vorgesehen, der aus einem kaltzähcn Werkstoff besteht. Der Innenbehälter 4 ist von einer insgesamt mit 5 bezeichneten, eine Auskleidung des Laderaums 3 bildenden Wärmeisolierung umgeben. F i g. I ist nicht maßstäblich gezeichnet, d. h. die Isolierung ist der Deutlichkeit halber in einem größeren Maßstab dargestellt als das Tankschiff. Auf allen Seiten des hinenbehälters 4 ist zwischen dessen Außenfiächen und den Innenflächen des Laderaums 3 ein Zwischenraum .S'von etwa einem Meter vorhanden.

Die Wärmeisolierung 5 umfaßt einen hochbelastbaren Teil A, der eine Verkleidung des Behälterbodens bildet und sich längs der Wände des Laderaums über eine kurze Strecke nach oben erstreckt, sowie Teile B. die die verbleibenden Teile der Wände der Wärmeisolierung bilden und ebenfalls Verkleidungsteile für den Laderaum bilden. Der Teil Λ umfaßt Befestigungsleisten 6. die in gleichmäßigen Abständen an den Innenflächen des Laderaums befestigt sind. Auf den Befestigungsleisten 6 sind relativ dicke Tafeln 7 aus Balsahol/ angeordnet, die mit Sperrholz verkleidet sind, wobei die Fugen zwischen benachbarten Tafeln mit Hilfe eines verdichteten Kunststoffs 8 abgedichtet sind. Diese Tafeln bilden bei Leckagen einen zweiten Auffang für das Ladegut. Zwischen dem Boden des Innenbehälters und den Tafeln 7 ist eine Schicht 9 als Balsaholz angeordnet, leder der Teile B umfaßt eine Verkleidung 10, die aus einem an Ort und Stelle aufgespritzten, geschlossenzelligen Polyurethan-Hartschaum besteht, die eine konstante Dicke von z. B. etwa 100 mm (je nach der Dichte) besitzt und die Flauptteile der senkrechten Wände des Laderaums überdeckt und ihrerseits mit einer Verkleidung Il aus Glasfasermaterial oder Schlackenwolle versehen ist, deren Dichte /.. B. 150 mm beträgt.

Beim Einhau der Wärmeisolierung wird zunächst der Teil A hergestellt. Dann wird der Behälter 4 in dem Laderaum eingebracht, worauf die Teile Il der Isolierung hergestellt werden.

Die Wände des Laderaums werden zuerst durch Kugelstrahlen oder mit Hilfe von Drahibiirstcn

gereinigt, um eine saubere I-'lache /um Aufbringen eines geschlossenporigcn l'olyurethan-l htrtschaums mit einer Dichte im Bereich von 50 bis IJO kg/m¹ zu schaffen. Dieser l'olyurethan-l lartschaum wird Schicht für Schicht auf die Innenfläche des Laderaums gespritzt, bis die gewünschte Dicke des Scliaumniaterials erreicht ist.

F.ntweder die innere Oberflächenschicht oder die äußere Oberflächenschicht kann aus einem Polyurcthan-Harischaum bestehen, der im Vergleich /u den übrigen Schichten eine höhere Dichte hat. z. B. 1IO bis 130 kg/m¹. Die inneren Schichten enthalten zwei Bewehrungsmatten 12 aus Rupfengewebe oder dergleichen, das eine Maschenweite von z. B. 10 mm hat; eine dieser Bewehrungsmatten ist z. B. in einem Absland von 18 mm von der Innenfläche angeordnet, während die andere Matte in einem Abstand von z. B. 6 mm von der Innenfläche angebracht ist.

Gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Verbindungsfläche zwischen den Teilen A und B der Wärmeisolierung unter einem von einem rechten Winkel abweichenden Winkel von z.B. 10° gegenüber der Ebene der Innenfläche der Wand des Laderaums 3, so daß sich die Dicke des einen Teils fortschreitend verringert, während sich die Dicke des benachbarten Teils fortschreitend vergrößert. Somit verlaufen gemäß Fig. 2 die Randflächen 7a der jeweils an einem Ende angeordneten Tafeln T des Teils A unter dem genannten Winkel.

Gemäß Fig. 3 ist am oberen Rand jeder Wand eine Leiste 13 aus hochbelastbarem Wärmeisolationsmaterial befestigt. Die gegenüberliegenden Ränder der Bewehrungsmatten 12 sind an den Rändern T der Tafeln 7 des hochbelastbaren Teils A der Wärmeisolierung und der Leiste 13 befestigt und ragen z. B. in in den Rändern T ausgebildete Schlitze 76 hinein. Zusätzliche Bewehrungsmatten 14 von geringer Länge sind in den Polyurethan-Hartschaum an den Enden der Wände eingebettet und gemäß F i g. 2 und 3 an der Leiste 13 und Befestigungsleisten 6' für die Ränder T des Teils A befestigt. Eine senkrecht angeordnete Tafel 15 erstreckt sich von der Leiste 13 aus über eine kurze Strecke nach unten, während eine große waagerecht angeordnete Tafel 16 die Oberseite des Innenbehälters 4 überdeckt und mit der Tafel 15 durch ein Scharnier 17 verbunden ist. Schichten aus Glasfasermaterial oder Schlackenwolle sind oberhalb und unterhalb der Tafel 16 vorgesehen Die obere dieser Schichten erstreckt sich über die Oberseite des Behälters.

F i g. 4 /eigl in einem Querschnitt ebenfalls ein Hochseetankschiff mit einem äußeren Schiffskörper 1 und einem inneren Schiffskörper 2. In diesem Fall ist in einem durch den inneren Schiffskörper und qucrlicgcnde Schotiwände abgegrenzten Laderaum 3, der den äulieren starren Mantel des Behälters bildet, ein insgesamt mit 18 bezeichneter, als Membranbehälter ausgebildeter Innenbehälter angeordnet. Dieser Innenbehälter besteht aus einem dünnen Blech, das keiner Kaltversprödung unterliegt. Der Innncnbehälter 18 ist von einer insgesamt mit 5 bezeichneten, eine Auskleidung des Laderaums 3 bildenden Wärmeisolierung umgeben und durch diese gegen hydrostatische Belastungen und Trägheitskräfte abgestützt. Fig. 4 ist nicht maßstäblich gezeichnet, d. h. die Isolierung ist der Deutlichkeit halber in einem erheblichen größeren Maßstab dargestellt als das Tankschiff.

Die Wärmeisolierung umfaßt hochbelastbare Kantenteile Cund Wandteile D. Die Kantcnlcilc 6'sind von gleicher Konstruktion wie die hochbelastbaren Teile A der Wärmeisolierung 5 nach Fig. 1 und umfassen an Bcfesiigungsleisten 6 befestigte Tafeln 7 und eine /wischen diesen Tafeln und dem Innenbehälter 18 angeordnete Schicht aus Balsaholz. Die Kanten des Membranbehäliers sind so verankert, daß der Membranbehälter derart festgehalten ist. daß sich seine Gesanuabmessungen nicht verändern können; zu diesem Zweck sind zur Verankerung dienende Winkelprofile 19 an Klötzen 20 aus Hartholz befestigt, die ihrerseits an den Tafeln 7 befestigt sind. Die Tafeln haben eine ausreichende Zug-, Scher- und Druckfestigkeit, so daß sie die auftretenden Kräfte auf die Wände des Laderaums 3 übertragen können. Die Wandteile D sind von gleicher Konstruktion wie die Teile B der Wärmeisolierung 5 nach Fig. 1. d.h. sie umfassen entsprechend der an Hand von Fig. 1 gegebenen Beschreibung Polyurethan-Harlschaum, abgesehen davon, daß anstelle einer inneren Schicht aus Glasfasermaterial oder Schlackenwolle eine innere Schicht 21 vorgesehen ist, die dünne Tafeln aus Balüaholz umfaßt. Die in F i g. 4 nicht dargestellten senkrechten Behälterkanten sind ebenso ausgebildet wie die hcichbelastbaren Kantenteile C nach Fig.4 und die hcichbelastbaren Teile A der Wärmeisolierung 5 nach F i g. 1.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

fs tit Patentansprüche:

1. Behälter zum Lagern oder Transportieren von Flüssigkeiten bei sich von der Umgebungstemperatur stark unterscheidenden Temperaturen, mit einem Innenbehälter, der sich auf einer in einem starren äußeren Mantel befestigten, hochbelastbaren Wärmeisolierung abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß nur die höher beanspruchten Teile (A. C) im Boden- und Kanicnbereich des Behälters aus der hochbelastbaren Wärmeisolierung bestehen, daß die übrigen Teile (B, D)der Wärmeisolierung (5) aus einem auf die Innenfläche des äußeren Mantels an Ort und Stelle aufgespritzten Hartschaum bestehen, daß die Verbindungsflächen {Ja) zwischen den Teilen (B, D) der Wärmeisolierung aus Hartschaum und den hochbelastbaren. Teilen (A, C) der Wärmeisolierung jeweils einen Abstand von den Kanten des äußeren Mantels aufweisen und daß die Verbindungsflächen (7u) zwischen den Teilen (A, B, C, D) der Wärmeisolierung (5) jeweils unter einem Winkel zur Ebene der Innenfläche des äußeren Mantels verlaufen.

2. Behälter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartschauni mittels zwischen benachbarten Schichten eingelegter Bewehrungsmatten (12, 14) aus weitmaschigem Gewebe verstärkt ist, deren Ränder fest an den angrenzenden, hochbelastbaren Teilen (A, Qder Wärmeisolierung (5) verankert sind.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsflächen (Ta) der hochbelastbaren Teile (A, C) der Wärmeisolierung (5) mit Schlitzen (7b) zum Aufnehmen und Verankern der Bewchmngsmatten (12, 14) versehen ist.