DE2124915A1

DE2124915A1 - Vorratstank für Tieftemperaturflüssigkeiten

Info

Publication number: DE2124915A1
Application number: DE19712124915
Authority: DE
Inventors: John J. Garden City N.Y. Closner (V.St.A.)
Original assignee: Preload Engineering Co
Current assignee: Preload Engineering Co
Priority date: 1970-05-20
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE2124915C2; GB1341892A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN

^Patentanwalt ?1?/. q Ί ς

MÜNCHEN-SOLLN ~

Franz-Hals-Straße 21
Telefon 796213

PRE 2857 München, 17. Mai 1971

sch

The Preload Engineering Company

839 Stewart Avenue

Garden City, N.Y., V. St. A.

Vorratstank für Tieftemperaturflüssigkeiten

Priorität; 20. Mai 1970; V.St.A.;. Nr. 38 941

Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung flüssiger Gase und insbesondere auf solche Gase enthaltende Behälter, die auf sehr tiefen Temperaturen gehalten werden müssen.

Viele Gase, wie beispielsweise Erdgas, Sauerstoff, Stickstoff u. ä., werden in wirtschaftlicher Weise bei Temperaturen gelagert, die weit unter der üblichen Umgebungstemperatur liegen, so daß die Gase in flüssigem Zustand gehalten werden können. Wenn Gase als Tieftemperaturflüssigkeiten gehalten werden, ist das Flüssigkeitsvolumen um ein Vielfaches geringer als das Gasvolumen. Ein typisches Beispiel ist verflüssigtes Erdgas, das bei Lagerung bei extrem tiefer Temperatur, die etwa -162° C beträgt, etwa 1/600 des Lagervolumens benötigt, das in gasförmigem Zustand benötigt werden würde. Offensichtlich müssen Tanks oder andere Einrichtungen für die Lagerung von flüssigem Gas isoliert und entsprechend konstruiert sein. Ein Lagertank für Tieftemperaturflüssigkeiten ist in der US-Patentanmeldung 666

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Bayerische Vereinsbank München 820993

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vom 6. September 1967 der Anmelderin beschrieben.

Im allgemeinen sind Vorratstanks für Tieftemperaturflüssiglceiten so konstruiert, daß sie einen inneren und einen äußeren Behälter aufweisen, wobei der innere Behälter seiner Struktur nach das flüssige Gas enthält und außerdem von ausreichender Stärke ist, um das Gewicht der Isoliermaterialien, die als Wärmeschutz zwischen den Gefäßen angeordnet werden, aufzunehmen. Jedoch ist die äußere Schutzwand normalerweise nicht zur Aufnahme des gelagerten Produktes ausgelegt. Infolgedessen wird im Falle eines Bruches und Versagens des inneren Behälters auch die äußere Behälterwand versagen. Das Problem eines möglichen Versagens des äußeren Behälters ist besonders kritisch bei oberirdischen Tanks oder bei· teilweise oberirdisch angeordneten Tanks. Es ist vorgeschlagen worden, daß eine den äußeren Behälter umgebende Berme vorgesehen wird, welche eine Stärke von einigen Metern hat und bei Benutzung von Erde als Material für die Berme in ihrer Lage gehalten wird durch ihren natürlichen Schüttwinkel oder auch durch eine Stützwand. Außer Erde können Beton oder Mauerwerk als Materialien für eine Beree verwendet werden. Wenn der innere Behälter versagt und in ihm gelagertes flüssiges Gas entweicht, würde wahrscheinlich

ψ infolge der plötzlichen Temperaturveränderung der äußere Verstärkungsbehälter ebenfalls zu Bruch gehen. Die entweichende kalte Flüssigkeit würde dann in Kontakt mit der umgebenden Berme gelangen. Infolge der Massivität der Berme würde die Wärmeübertragung von der Berme auf die Flüssigkeit für einen beträchtlichen Zeitraum stattfinden, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Bei Auftreten eines solchen Zustandes würde sich die Berme zusammengezogen haben und rissig geworden sein, so daß Flüssigkeit oder Dampf möglicherweise am Erdboden oder in der Nähe desselben aus dem Tank entweicht. Dieses mögliche Entweichen von Flüssigkeit am Erdboden oder in dessen Nähe ist insbesondere dann

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eine Gefahr, wenn der Vorratstank in einem bebauten Gebiet steht.

Es ist daher eine Aufgabe yder Erfindung, einen Vorratstank zu schaffen, bei dem eine Berme Verwendung finden kann, wobei jedoch der Tank so geschützt ist, daß das Entweichen

von Gasdämpfen an einem im wesentlichen oberhalb des Erdbodens liegenden Punkt gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung ist daher eine Kombination eines eine Seitenwand und eine Dachkonstruktion aufweisenden Vorratstanks für Tieftemperaturflüssigkeiten mit einer kontinuierlichen massiven Betonwand, die die Seitenwand des Behälters umgibt, vorgesehen, wobei im Abstand von der massiven Wand eine konzentrisch verlaufende Außenwand vorgesehen ist, die als Schutzwand wirkt.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung eine von dem inneren Behälter im Abstand angeordnete Außenwand vorgesehen, die

widerstandsfähig ist gegen Sprödbruch und plötzliche Temperaturunterschiede, die auftreten können, wenn die Wand Tieftemperaturflüssigkeit oder -dampf ausgesetzt ist, wobei eine solche Flüssigkeit oder ein solcher Dam_pf auf die Außenfläche der Wand auftreffen können.

Ein 'lusführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme häuf die Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 in schematischer Form eine geschnittene

Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Tanks und einer erfindungsgemäßen Schutzwand;

Figur 2 eine schematische Draufsicht auf den Tank und die Schutzwand von Figur 1 entlang der Linie 2-2 von Figur 1; und

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Figur 3 eine teilweise fragmentarische geschnittene Seitenansicht eines Vorratstanks und einer Schutzwand.

Die Zeichnungen zeigen einen Tank 10 für die Lagerung von Tieftemperaturflüssigkeiten, wie beispielsweise flüssiges Erdgas. Der Tank 10 besteht aus einer seitlichen Wandung und einer Dachkonstruktion 14. Zusätzlich ist ein Boden 16 vorgesehen. Der gezeigte Tank ist in der Hauptsache zur oberirdischen Verwendung ausgelegt, wobei die Grundlinie bei 18 gezeigt ist.

Tanks der gemäß der Erfindung beschriebenen Art haben eine beträchtliche Größe. Ein typischer Tank hat einen Innendurchmesser von etwa 79 m und eine Innenwandhöhe von etwa 24 m* Das große Iiagervolumen einer solchen Konstruktion macht es notwendig, daß gute Konstruktions- und Baupraktiken Anwendung finden, utn sicherzustellen, daß die Tankanordnung ihre Punktion erfüllen kann.

Bei dem Bau eines solchen Tanks werden Tragpfähle 20 vorgesehen. Eine aus verstärktem Beton bestehende Bodenschalung 22 und ein Fundament 24 - für die Seitenwandkonstruktion werden auf die Tragpfähle aufgebracht. Boden- und Fundamentisolierung 26 wird dann vorgesehen, wobei die Isolierung aus irgendeinem geeigneten Material besteht, beispielsweise aus Schaumglas. Ein Fundamentabsatz 28 wird auf der Isolierung 26 vorgesehen, und eine aus Spannbeton bestehende Innenwandung 30 wird auf den Fundamentabsatz 28 gesetzt. Eine Bodeneinlage 32 aus geeignetem Material, beispielsweise 9 f&-igem Nickelstahl, wird auf der Isolierung 26 angebracht und mittels eines Ausdehnungsrohrbogens 34 mit einer Stahleinlage 36 verbunden, die die Außenfläche der Innenwandung 30 umgibt. Vorteilhafterweise ist die Einlage 36 zwischen der die Wandung 30 umhüllenden Spannarmierung angeordnet, um die Einlage und die eigentliche Wand zusammenzuspannen.

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Zur ordnungsgemäßen Isolierung des inneren Behälters, der durch die Bodeneinlage 32 und die Wand 30 gebildet ist, wird Isoliermaterial 38 um die Wandung 30 angeordnet. Diese Isolierung kann aus jedem geeigneten Material bestehen, z. B. aus Perlit, Yerhiculit, zerhacktem oder zerschnitzeltem Polystyrolschaum, Polyurethanschaum oder Glaswolle. Die Wahl des Isoliermaterials hängt ab von den speziellen Erfordernissen jeder Konstruktion.

Eine äußere Stahlwand 40 umgibt die Isolierung 38, und die Stahlwand 4-0 dient dazu, die Isolierung 38 in ihrer Lage zu haften. Die Wand 40 wirkt auch als Schutzwand gegen in die Isolierung eindringende Feuchtigkeit.

Die Dachanlage 14 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem inneren Dach 42 und einem äußeren Dach 44, wobei das äußere Dach 44 mit der äußeren Stahlwand 40 verbunden ist. Diese grundsätzliche Tankkonstruktion ist in der bereits genannten U.S.-Patentanmeldung 666 552 gezeigt und beschrieben.

Normalerweise ist die oben beschriebene Konstruktion zufriedenstellend, wenn die Anlage von bebauten oder bewohnten Gegenden entfernt liegt. Wenn jedoch der Tank in den genannten Bereichen liegen soll, müssen größere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, uia sicherzustellen, daß ia Falle eines Versagens des Behälters die Umgebung nicht gefährdet wird

durch die entweichende Flüssigkeit bzw. den entweichenden Dampf, der in der Atmosphäre vergast.

Als Schutzwand und zum Schutz gegen entweichende Flüssigkeit oder Dampf wird eine massive Betonwand 46 so aufgerichtet, daß sie die äußere Stahlwand 40 umgibt. Die Stärke der Wand 46 kann unterschiedlich sein, aber bei Tanke eit großen Durchmesser, wie sie vorher beschrieben wurden, wird eine

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Wandstärke von mindestens 3,35m vorgezogen. Insoweit die Masse der Wand 46 den gestellten Anforderungen entspricht,ä-j kann die Festigkeit des Betons verändert werden, solange ;i dieser nach dem Aushärten einen festen Schüttwinkel aufrechterhält. Normalerweise hat der gemischte, gegossene und ausgehärtete Beton einen,Winkel von etwa 90° in bezug auf die Grundlinie.

Es kann.Magerbeton verwendet werden, weil dieser einen niedrigen Zementgehalt hat.

Um die JMas si wandung 46 herum ist eine Lage aus eindrückbarem Isoliermaterial 48 vorgesehen. Dieses Isoliermaterial kann von jeder geeigneten Art sein, solange es nur unter einer von .süßen einwirkenden Kraft eingedrückt und verdichtet werden kann. Ein derartiges Isoliermaterial ist Polystyrolschaum. Um die Isolierung 48 herum und von der massiven Wand 46 im Abstand ist eine äußere Betonwand 50 vorgesehen, die durch Sehnen 52 gespannt ist. Die Außenwand 50 ist ein Konstruktionsteil, das in bezug auf Festigkeit und Aufbau der Innenwand 30 ähnlich ist.

Palis erwünscht, kann über der von der massiven Wand 46 gebildeten Schutzwand, der zusaraaendrückbaren Isolierung und der gespannten Außenwand 50 eine Abdeckung 54 angebracht werden. Außerdem kann ein fieinigungsrohr 56 für die innere Isolierung 38 vorgesehen werden, obwohl dies bei der erfindungsgeMäB%ii Konstruktion nicht wesentlich ist.

Wenn bei der beschriebenen Ausführungsform die Innenwand versagen und der Inhalt des Tanks durch diese entweichen sollte ,S würde der Tankinhalt durch die Isolierung 38 zur äußeren Stahlwand 40 gelangen. Wenn diese Wand der plötzlichen¹ Tempera tür änderung nicht standhalten würde, würde sich die Flüssigkeit dann in Kontakt «it der «assiven Schutzwand 46 befinden. Das Ströuen von kalter Flüssigkeit

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oder kaltem Dampf gegen die Wand 46 "bewirkt eine Wärmeübertragung von der Wand 46. Zu Beginn der Kontaktperiode ist es sehr wahrscheinlich, daß die mit der massiven Wand 46 in Kontakt gelangende Flüssigkeit sehr schnell verdampfen, sich entlang der Innenseite der Wand bewegen und weit oberhalb der Grundlinie am Oberende des Tanks ins Freie treten würde. Bei fortgesetztem Kontakt zwischen der Wand und dem entweichenden Dampf oder der Flüssigkeit wird schließlich ein Gleichgewichtszustand erreicht. In diesem Zeitpunkt strömt die entweichende kalte Flüssigkeit oder der Dampf durch die Außenfläche der Wand 46 hindurch, so daß die Flüssigkeit oder der Dampf an der Grundlinie oder in der Nähe der Grundlinie 18 in die Atmosphäre entweichen kann. Jedoch ist die gespannte Wand 50 vorzugsweise so konstruiert, daß sie die entweichende Flüssigkeit oder den Dampf einschließen und aufnehmen kann, wie es bereits unter Bezugnahme auf die Wand 30 beschrieben wurde. Dementsprechend würde die Flüssigkeit oder der Dampf nach Durchdringen der Wand 46 bei Auftreffen auf die Wand 50 nach oben steigen, und zwar in sicherer Entfernung von der Grundlinie. Normalerweise ist die Wand 50 nicht den gleichen thermischen Bedingungen ausgesetzt wie die Wand 30, welche sich in unmittelbarem Kontakt mit dem Inhalt des Tanks befindet. Da jedoch die Wand 50 aus Spannbeton besteht, kann sie den gleichen thermischen Bedingungen ausgesetzt werden wie die Wand 30.

Wenn die kalte Flüssigkeit oder der Dampf mit der Wand 50 in Kontakt gelangt, muß aich diese Wand zusammenziehen, und wenn sie unmittelbar anschließend an die massive Wand 46 vorgesehen wäre, würde sie durch den Widerstand der Wand in unzulässiger Weise beansprucht werden. Vorteilhafterweise stellt der durch das verdichtbare Material 48 gebildete Raum sicher, daß die Außenwand 50 Platz ζüb Zusammenziehen hat, so daß sie strukturell intakt bleibt und

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weiterhin zusammen mit der massiven Wand 46 als Schutzwand wirkt.

Bei der gezeigten Ausführungsform wurde die Wand 50 als aus Spannbeton bestehend beschrieben; diese Wand kann jedoch aus Materialien bestehen, die, wenn sie Tieftemperaturflüssigkeiten oder Tiefteisperaturdampf ausgesetzt sind, widerstandsfähig gegen Sprödbruch sind. Diese Gruppe von Materialien umfaßt Spannbeton, 9 #-igen Nickelstahl, korrosionsbeständigen Stahl und Aluminium.

In manchen Fällen kann/iie Tieftemperaturflüssigkeit oder der Tieftemperaturdampf vor der Innenfläche der Außenwand mit deren Außenfläche in Kontakt gelangen oder in größerem Maß mit der Außenfläche in Kontakt gelangen. Beispielsweise kann ein benachbarter Vorratstank versagen oder zu Bruch gehen, oder es kann eine in den geschützten Tank oder aus diesem herausführende Pipeline zu Bruch gehen. Die Außenwand 50 bildet eine Schutzwand für den inneren Behälter und seinen Inhalt ungeachtet der Quelle der austretenden Tiefteraperaturflüssigkeit.

Patentansprüche; 109849/1740

Claims

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Patent an s ρ r ü ο h e

(1/ Vorratstank für Tieftemperaturflüssigkeiten, die bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck gasförmig sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine seitliche Wandung (12) und eine Dachkonstruktion (14) aufweist, daß in Kombination damit eine kontinuierliche massive Betonwand (46) vorgesehen ist, die die Seitenwand (12) des Behälters (10) umgibt, und daß eine Außenwand (50) vorgesehen ist, die in bezug auf die massive Betonwand (46) konzentrisch und im Abstand von dieser angeordnet ist, wobei die Außenwand (50) von der massiven Betonwand (46) einen ausreichenden Abstand aufweist, so daß sich die Wand (50) zusammenziehen kann, wenn sie Tieftemperaturflüssigkeit oder -dampf ausgesetzt ist, der aus dem Vorratstank und durch die massive Wand (46) austritt.
2. Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenwand (50) bei Kontakt mit einer Tieftemperaturflüssigkeit oder einem Tieftemperaturdampf widerstandsfähig gegen Sprödbruch ist.
3. Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch "gekennzeichnet , daß in dem Raum zwischen der massiven Betonwand (46) und der Außenwand (50) ein wärmeisolierendes, zusammendrückbares Material (48) vorgesehen ist.
4. Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenwand (50) aus einem Material besteht, das der Gruppe Spannbeton, 9 ^-iger Nickelstahl, korrosionsfreier Stahl oder Aluminium angehört.
5. Vorratstank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwandung (.12) des

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Behälters, die massive Betonwand (46) und die Außenwand (50) zylindrisch sind.
6. Vorratstank für Tieftemperaturflüssigkeiten, die bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck gasförmig sind, dadurch g. ekennzeieh.net, daß der Behälter (10) eine Seitenwandung (12) und eine Dachkonstruktion (14) aufweist, daß in Kombination damit eine kontinuierliche Außenwand (50) vorgesehen ist, die in bezug auf den Behälter (10) konzentrisch angeordnet ist und von dem Behälter einen ausreichenden Abstand aufweist, so daß sich die Wand (50) zusammenziehen kann, wenn ihre Innen- oder Außenfläche einer Tieftemperaturflüssigkeit oder einem Tieftemperaturdampf ausgesetzt ist, wobei die Außenwand (50) bei Kontakt mit einer derartigen Flüssigkeit oder Dampf widerstandsfähig ist gegen Sprödbruch und plötzliche Temperaturveränderungen.

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