DE202009011136U1 - Modularer Tank für Flüssiggastransport - Google Patents

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Abstract

Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) für den Einbau in die Laderäume von Schiffen für den Flüssiggastransport (LNG oder PLNG) dadurch gekennzeichnet, das die unabhängigen Tanks in der Regel eine Quaderform haben und begrenzt werden durch einen räumlichen Rahmen aus Rohren geeigneten Querschnitts und dass in die Rahmenfelder ein Trägerrost aus aneinander gereihten, in der Ebene des Feldes liegenden miteinander und mit den Rahmen gasdicht verbundenen Schalen eingesetzt ist

Description

  • Die derzeit als Massenguttransporter fahrenden Gastanker transportieren das Erdgas als Flüssiggas (LNG = Liquefied Natural Gas). Damit wird der flüssige Zustand des Methans (Methan als Hauptbestandteil des Erdgases) bei einem Druck von 1 bar und der Temperatur von –162°C bezeichnet und für den Transport genutzt. Die transportierte Masse an flüssigem Erdgas ist infolge der hohen Dichte, die Methan im flüssigen Zustand hat (etwa 0,425 kg/dm3), relativ hoch. Alle Zustände des Erdgases bei höheren Temperaturen und höheren Drücken führen wegen geringerer Dichte zu einer Abnahme der Erdgasmasse pro Transporteinheit.
  • Die Gastankschiffe fahren mit etwas geringeren Temperaturen von –162°C bis –164°C, um das während der Fahrt durch steigende Temperaturen eintretendes Abgasen zu verringern. Außerdem verschieben die im Erdgas enthaltenen höheren Homologe der Kohlenwasserstoffe die Dampfdruckkurve für das Gemisch zu etwas höheren Temperaturen.
  • Zwei Formen des Transports haben sich international durchgesetzt.
  • Das Kugeltanksystem (nach Moss-Rosenberg), bei dem annähernd kugelförmige Behälter aus Edelstahl oder Aluminiumlegierung mit einem Durchmesser von 40 m oder mehr zum Transport des flüssigen Gases genutzt werden. Die Kugeltanks sind schiffsunabhängige Tanks, selbsttragend und kein Bestandteil des Schiffskörpers.
  • Die Membransysteme (von Gaztransport und Technigaz). Dabei handelt sich um Integraltanks, die in den Schiffskörper integriert und nicht selbsttragend sind.
  • Beide Systeme benutzen den oben erwähnten Betriebszustand mit 1 bar Druck und einer Temperatur von unter –162°C.
  • Die Transportbehälter beider Systeme sind isoliert, um das verflüssigte Erdgas längere Zeit ohne Kühlung unter seinem Siedepunkt zu halten und den Kälteeinfluß auf das Transportsystem Schiffskörper zu verhindern. Damit wird eine Versprödung des Schiffskörpers vermieden, die bei Belastung zu seiner Zerstörung führen würde.
  • Der Nachteil dieser Transportsysteme ist, dass die damit ausgerüsteten Schiffe sehr bauaufwändig sind, damit lange Bauzeiten und als Folge hohe Kosten haben. Notwendige Reparaturen am Transportsystem können nur mit sehr hohem Kostenaufwand ausgeführt werden.
  • Zur Verbesserung des ökonomischen Problems gibt es eine Reihe von technischen Lösungen, die in Patenten beschrieben sind und die zum Teil im Bereich höherer Drücke arbeiten. Sie konnten sich jedoch bisher nicht durchsetzen, da mit den höheren Drücken entlang der Dampfdruckkurve von Methan gleichzeitig die Dichte der flüssigen Phase reduziert und damit die Transportmasse bei gleichem Transportvolumen verringert wird. Dazu gehört das Gebrauchsmuster DE 29824939 U1 mit liegenden Rohrcontainern im Schiff für LNG-Transport bei höheren Drücken.
  • Im US-Patent 3,414,155 ist ein unabhängiger Tank mit Rohrwänden für den Gastransport bei für Flüssiggase bei Raumtemperatur beschrieben.
  • Eine neue Lösung für den Gastransport in Form von Flüssiggas wurde in der Gebrauchsmusterschrift 20 206 020 562.4 angegeben. Sie besteht aus röhrenförmigen Containern, gelagert in Containerstaugerüsten von Schiffen.
  • Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines für Schiffe geeigneten Transportsystems für flüssiges Erdgas, das im Vergleich zu bestehenden Systemen zu etwa gleichen Transportmassen bei gleichem Volumen kommt, in der Herstellung des Schiffes jedoch wesentliche Kosten einspart.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, für den Flüssiggastransport auf Schiffen als Massengut unabhängige Flüssiggastanks in Quaderform, angepasst an die Laderaumform des Schiffes einzusetzen, wobei Wände, Boden und Decke des Tanks in Leichtbauweise als Schalenbauform ausgeführt sind.
  • Der unabhängige Tank hat ein Rahmengerüst aus Rohren, die als Kanten einen Raum aufspannen und deren Querschnitt dem Zweck angepasst ist und vorzugsweise rechteckig ist. In dieses Gerüst sind als schließende Wände Tragroste aus Schalen eingesetzt, wobei die einzelnen Schalen so miteinander verbunden sind, dass sie eine ebene Wand bilden und in das Rohrgerüst eingesetzt und verbunden werden können. Diese Schalentragroste bilden damit die Wände, die Decke und den Boden des unabhängigen Tanks.
  • Vorzugsweise haben die einzelnen Schalen eine Halbkreisform. Um die erforderliche doppelte Barriere eines unabhängigen Tanks zu bilden, sind die einzelnen Schalensegmente eines Schalentragrostes gedoppelt. Dabei werden zwei gleiche Schalen im festgelegten Abstand voneinander angeordnet, an den Rändern miteinander verbunden und bilden so eine Doppelwand mit abgeschlossenem Raum. Diese Doppelschalensegmente werden zu einem Wandschalenmodul zusammen gefügt, wobei die Doppelschalensegmente an den Rändern mit Hilfe von Stegen biegesteif miteinander verbunden werden und die Stege die Doppelwandfunktion fortsetzen. Die Doppelschalenfunktion hat den Vorteil, die gleiche Festigkeit der Wand bei einer Leckage der ersten Barriere zu sichern. Die konkave Seite der Einzelschalenelemente soll vorzugsweise zum Tankinnern angeordnet sein, um damit den Flüssigkeitsschlag (sloshing) in den Tanks infolge Schiffsbewegung, hervorgerufen durch die Bewegung des Schiffes im Seegang, zu unterbinden bzw. zu reduzieren. Bei der Schalendoppelwand kann die äußere Schale durch ein Konstruktion aus ebenen Bauteilen ersetzt sein.
  • Die Flüssiggastanks stehen auf Stützen geringer Wärmeleitfähigkeit, die im geeigneten Raster auf dem Doppelboden befestigt sind. An den Tankseitenwänden angebrachte Stützen gegen Kräfte aus den Schiffsbewegungen, besonders bei Fahrt des Schiffes im Seegang, sind in geeigneter Form verstellbare Verankerungen geringer Wärmeleitfähigkeit die an der Schiffsinnenwand und an den Schotten befestigt sind. Diese erfindungsgemäßen Verankerungen basieren vorzugsweise auf bekannten Hydraulik-zylindern, die eine Steuerung der Hydraulikkolben für zwei Betriebszustände besitzen, in denen sie arretiert werden können. Die Steuerung kann manuell oder automatisch erfolgen. Beide Betriebszustände betreffen die Fahrt auf dem Meer im Seegangszustand. Der eine Betriebszustand betrifft das beladene Schiff mit Tanks, die mit Flüssiggas gefüllt sind. Bei diesem Betriebszustand hat der Tank mit Flüssiggas eine Temperatur von etwa –162°C und bei Annahme einer linearen Ausdehnung des Tanks von etwa 40 m schrumpft der Tank gegenüber Raumtemperatur um etwa 90 mm. Der andere Betriebszustand ist der des leeren Schiffes mit einer Tanktemperatur von maximal Raumtemperatur.
  • Die Wandschalenmodule von Boden und Decke der Flüssiggastanks sind vorzugsweise in der Mitte durch ein Sammellängsrohr getrennt, in das die Schalensegmente des Moduls gasdicht eingebunden sind. Die Wandschalenmodule des Bodens können unter einem geringen Winkel von dem Längsrohr zur Tankseite hin ansteigen, um so den Zufluss des Flüssiggases zum Längsrohr beim Entleeren des Tanks zu erleichtern und die Wandschalenmodule der Decke können unter einem geringen Winkel von dem Längsrohr zur Tankseite hin abfallen, um das Sammeln von Gas im Längsrohr zu erleichtern. In der Tankmitte ist ein senkrechtes Rohr angeordnet, das auf dem Längsrohr des Bodens abgestützt ist und durch das Längsrohr der Decke in einen Dom zum Gassammeln führt. Alle Rohre sind gasdicht miteinander verbunden und besitzen geeignete Öffnungen an den Verbindungsstellen zum Durchtritt von Flüssiggas.
  • Die Außenseite des quaderförmigen Flüssiggastanks trägt eine offene oder geschlossene Tragwand, auf der eine Kälteisolierung befestigt ist.
  • Als Werkstoff für die Bauelemente des Tanks kommen mehrere Werkstoffarten infrage, die die Bedingungen der Tieftemperatur mit ausreichender Zähigkeit erfüllen und eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Das kann ein hochfester legierter Stahl mit einem Nickelanteil bis 9% sein, der bei der niedrigen Temperatur von etwa –162°C eine ausreichende Bruchzähigkeit aufweist oder eine hochfeste Aluminiumlegierung, geeignet für die tiefen Temperaturen. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen, die ebenfalls eine ausreichende Festigkeit und Bruchzähigkeit für diese niedrigern Temperaturen haben und außerdem den Vorteil der geringen Masse besitzen. Auch eine Misch- oder Verbundkonstruktion der erwähnten Werkstoffe ist denkbar.
  • Durch die erfindungsgemäße Transportform von flüssigem Erdgas in quaderförmigen Tanks aus Wandschalenmodulen kann der Transportbereich für flüssiges Erdgas erweitert werden. Dadurch ist es möglich, mit der Transportform Erdgas nicht nur in dem LNG-Be triebszustand bei einer Temperatur von etwa –162°C und einem Druck von 1 bar zu transportieren. Der Transportbereich des Betriebszustands von flüssigem Erdgas LNG wird durch die erfindungsgemäße Tankform auf einen ganzen Bereich des Betriebszustands des Erdgases erweitert. Dieser Bereich reicht entsprechend der Dampfdruckkurve für Methan beim Druck von 1 bis 15 bar und einer zugehörigen Temperatur von –162°C bis –114°C.
  • Mit der möglichen Erweiterung des Betriebszustands LNG für einen ganzen Bereich von Betriebszuständen durch die vorgeschlagene erfindungsgemäße konstruktive Tankstruktur wird die Nutzung der Transportform für den ganzen o. a. Temperatur- und Druckbereich des flüssigen Erdgases entsprechend der Dampfdruckkurve von Methan möglich. Damit wird der LNG-Transport (LNG = Liquefied Natural Gas) auch zum PLNG-Transport (PLNG = Pressurized Liquefied Natural Gas) und der LNG-Tanker mit der erfindungsgemäßen Tankform kann ebenfalls als PLNG-Tanker eingesetzt werden.
  • Die Dichte von Methan hat bei etwa 10 bar und –124°C um etwa 12% und bei etwa 15 bar und –115°C um etwa 20% gegenüber LNG abgenommen, was zu einer entsprechenden Minderung der Transportmasse um die gleiche Größe bei gleichem Transportvolumen führt. Allerdings kann für den gleichen Wärmefluss die Isolierung des Laderaums entsprechend verringert werden. Das zeigt, dass in dem beanspruchten Betriebszustandsbereich spezielle Optimierungen der Gesamtkosten möglich sind.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Flüssiggastanks (1), bestehend aus Tankboden (2), Tankdecke (3), Tankseitenwand (4) und Tankquerwand (9), deren Felder aus Doppelschalen im Rahmengerüst (5) aus Vierkantrohren befestigt sind. Ein Festigkeitsrahmen (6) stützt das Schalentragrost der Seitenfelder. Boden und Decke haben in der Feldmitte Längsrohre (7) und im Zentrum des Tanks befindet sich ein senkrechtes Zentralrohr (8), das vom Tankboden (2) durch die Tankdecke (3) bis in den Dom (8.1) führt.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt in Querrichtung eines Doppelschalenfeldes mit der Innenwand 10 und der Außenwand 11 und den Stegen 12 und 13.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch einen in einem Laderaum eines Schiffs eingebauten Flüssiggastank mit Tankboden (2) Tankdecke (3), Tankseitenwand (4), Rahmengerüst (5), Festigkeitsrahmen (6), Längsrohr (7), senkrechtem Zentralrohr (8) und Tankdom (8.1). Weiterhin Bodenstützen (24), Seitenstützen (23) und die Tankisolierung (15). Der Schiffskörper (16) ist gezeigt durch die Schiffsaußenhaut (17), Laderaumwand (18), Doppelboden (19), Schiffshauptdeck (21), Seitenstützen (22), und Inspektionsgang (20).
  • 4 zeigt einen Horizontalschnitt mit Blick von oben durch einen Tank, eingebaut in den Laderaum eines Schiffes, mit Tankboden (2), Tankseitenwand (4), Tankrahmen (5), Tankquerwand (9) und den beiden angrenzenden Laderaumschotts (26) und (27).
  • 5 zeigt ein Beispiel für die Isolierung des Tanks mit der Tankinnenwand (10), der Tankaußenwand (11), dem Steg (13). Die Halterung (31) trägt die Tragwand (14) für die Tankisolierung (15) mit Verkleidung (30). Neben dem Betriebsgang (20) beginnt die Schiffsinnenwand (18).
  • 6 zeigt ein Beispiel für die Abstützung des Tanks auf dem Doppelboden (19) mit Tankrahmen (5), Tragwand für die Tankisolierung (14), Tankisolierung (15), Verkleidung (30), Druckstück (28), Pufferplatte (29) und Bodenfundament (32).
  • 7 zeigt beispielhaft eine seitliche für den Betriebszustand einstellbare Abstützung des Tanks (6) durch ein Stützsystem, befestigt an der Laderaumwand (18), mit Hydraulikzylinder (26), Hydraulikanschluss (27), Druckstück (28) und seitlichem Stützfundament (31), das an der Tankwand (6) befestigt ist.
    • 1
    Flüssiggastank
    2
    Tankboden
    3
    Tankdecke
    4
    Tankseitenwand
    5
    Tankrahmen
    6
    Festigkeitsrahmen
    7
    Längsrohr
    8
    Zentralrohr
    8.1
    Tankdom
    9
    Tankquerwand
    10
    Tankinnenwand
    11
    Tankaußenwand
    12
    Steg
    13
    Steg
    14
    Tragwand für Tankisolierung
    15
    Tankisolierung
    16
    Schiffskörper
    17
    Schiffsaußenhaut
    18
    Laderaumwand
    19
    Doppelboden
    20
    Inspektionsgang
    21
    Schiffshauptdeck
    22
    Seitenstützen
    23
    Tankabstützung seitlich
    24
    Tankabstützung unten
    25
    Oberdeck
    26
    Schott vorn
    27
    Schott hinten
    28
    Druckstück mit Abstützung seitlich
    29
    Pufferplatte
    30
    Verkleidung
    31
    Halterung
    32
    Bodenfundament
    33
    Stützfundament unten
    34
    Hydraulikzylinder
    35
    Hydraulikanschluß
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 29824939 U1 [0009]
    • - US 3414155 [0010]

Claims (11)

  1. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) für den Einbau in die Laderäume von Schiffen für den Flüssiggastransport (LNG oder PLNG) dadurch gekennzeichnet, das die unabhängigen Tanks in der Regel eine Quaderform haben und begrenzt werden durch einen räumlichen Rahmen aus Rohren geeigneten Querschnitts und dass in die Rahmenfelder ein Trägerrost aus aneinander gereihten, in der Ebene des Feldes liegenden miteinander und mit den Rahmen gasdicht verbundenen Schalen eingesetzt ist
  2. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Schalen eine Doppelwand bilden, mit einer festgelegten konstanten Distanz der Schalen voneinander und dass die Einzelschalen untereinander und mit den Rahmen gasdicht verbunden sind und an den Verbindungsstellen durch Stege verstärkt sind und das die Stege an der Verbindungsstelle der Schalen eine Doppelwand bilden.
  3. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass die Doppelwand durch ein zum Tankinnern liegendes Schalenträgerrost und an der Tankaußenseite durch eine ebene Platte gebildet wird.
  4. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass die gekrümmten Schalen des Trägerrostes vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt haben und das die konkaven Seiten der Schalen vorzugsweise zur Innenseite des Tanks gerichtet sind.
  5. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet dass der Raum zwischen den Doppelschalen der Schalenwand mit Isoliermaterial oder einem Verbindungsmaterial gefüllt ist
  6. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass die Tanks aus hochfestem kaltzähem Stahl und/oder faserverstärkten Kunststoffen und/oder hochfester kaltzäher Aluminiumlegierung oder Verbundwerkstoffen bestehen.
  7. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass an der Außenseite der Tanks eine adäquate Kälteisolierung angebracht/befestigt ist.
  8. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass vorzugsweise die Schalenträgerroste von Decke und Boden vorzugsweise auf halber Länge getrennt sind und in ein an dieser Stelle liegendes gleichgroßes oder größeres horizontales Querrohr offen gasdicht eingebunden sind.
  9. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass vorzugsweise gegenüber der ebenen Anordnung im Bezugssystem Quader die Schalenträgerroste der Decke in einem leicht abfallendem Winkel vom Querrohr zum Ende des Tanks und die Schalenträgerroste des Bodens in einem leicht ansteigenden Winkel vom Querrohr zum Ende des Tanks angeordnet sind.
  10. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet dass vorzugsweise in der Mitte des Tanks ein senkrechtes Rohr angeordnet ist, das auf dem Boden abgestützt ist und geeignete Öffnungen zum Be- und Entladen besitzt und das in der Decke gelagert ist und geeignete Öffnungen zum Gassammeln im Laderaum besitzt und das über der Decke in einen Dom zum Gassammeln mündet.
  11. Ladungsbehälter (unabhängige Tanks) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass die Tanks in geeigneter Weise zu den Seitenwänden des Schiffskörpers abgestützt sind und dass diese Abstützungen vorzugsweise bekannte hydraulische Systeme sind und das diese hydraulischen Systeme eine Steuerung besitzen zur Anpassung der Abstützung an die Temperaturausdehnung der Tanks.
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