DE2154762A1 - Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur - Google Patents
Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger TemperaturInfo
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Description
BRIDGESTOKE LIQUEFIED GAS
Company, Ltd.
1-2 Kyobashi
Chuo-ku, Tokyo
Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur.
Priorität: Japan Nr. 98488/70
Patentanmeldung vom 1O. November 1970
Die Erfindung bezieht sich auf einen Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur, mit einem starren äusseren
Behälter, einem aus einer Membran bestehenden Behälter zur Aufnahme von verflüssigten Gasen mit niedriger Temperatur, und
einer wärmisolierenden Zwischenschicht zwischen dem äusseren und dem inneren Behälter, wobei der Tank zur Aufnahme verflüssigter
Gase,wie,z.B. Petroleumgase, dient, die bei normaler Temperatur
im gasförmigen Zustand und bei normalen Druck verflüssigt sind.
Ein bekannter zu dem diesen Zweck dienender Tank besteht im wesentlichen aus einem äusseren, die Druckbelastung aufnehmenden
Behälter, einer wärmisolierenden Schicht an der Innenseite des äusseren Behälters, und einem inneren aus einer Membran oder einem
dünnen Blech bestehenden Behälter, der durch den von den verflüssigten Gasen erzeugten inneren Druck elastisch verformt und in Berührung
mit der inneren Oberfläche der wärmeisolierenden Schicht gedrückt wird, so dass der innere Druck über die wärmeisolierende
Zwischenschict auf den äusseren Behälter übertragen wird.
Bei diesem bekannten Tank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur ist üblicherweise zusätzlich zu den oben beschriebenen
Bauteilen eine zweite Schutzwand erfordert, um ein Lecken der verflüssigten Gase vorübergehend zu verhindern, fallsder innere
Behälter seine Gasdichtheit verlieren sollte. Die zweite Schutzschicht mus3 nicht flüssigkeitsdicht sein sondern muss ebenfalls
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den hydraulischen Druck aufnehmen und niedrigen Temperaturen widerstehen, so dass diese zweite Schutzwand aus teuren Werkstoffen
herzustellen ist und einen komplizierten Aufbau hat. Somit werden die Herstellungskosten des Tankes durch die Anordnung
der zweiten Schutzwand erhöht.
Es ist deshalb die Aufgabe dieser Erfindung einen verbesserten
Aufbau für einen Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur zu schaffen, wobei die zweite Schutzwand
nicht erfordert ist und wobei bei einer unerwachteten Beschädigung des inneren Membranbehälters ein Lecken der verflüssigten
Gase durch einfache und wirtschaftliche Mittel wirkungsvoll verhindert
wird.
Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung bei einem Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur mit
einem äusseren starren Behälter, einem inneren aus einer Membran bestehenden Behälter zur Aufnahme der verflüssigten Gase mit niedriger
Temperatur, und einer wärmeisolierenden Zwischenschicht
zwischen dem inneren und dem äusseren Behälter dadurch gelöst, dass ein zweiter aus einer Membran bestehenden Behälter zwischen
der wärmeisolierenden Zwischenschicht und dem ersten inneren Behälter
vorgesehen ist. Entsprechend diesem Merkmal nach der Erfindung ist der erste innere Behälter vom zweiten inneren Behälter
umhüllt, so dass ein doppelwand ige r Membranbehälter zur Aufnahme der verflüssigten Gase mit niedriger Temperatur geschaffen
wird wobei der zweite innere Behälter ebenfalls die Aufgabe einer zweiten Schutzwand übernimmt, so dass die üblicherweise in der
wärmeisolierenden Schicht eingebaute komplizierte und teure, bekannte
zweite Schutzwand nicht erfordert ist.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht
der zweite innere Behälter aus einer Membran oder einem dünnen Blech mit einer geringeren Dicke als die den ersten inneren
Behälter bildende Membran, während der Krümmungsradius an den abgerundeten Kanten des zweiten inneren Behälters kleiner ist als
an dem ersten inneren Behälter.
Durch diese Ausführung des Krümmungsradiuses ist der
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zweite innere Behälter, der aus einer verhältnisraässig dünnen
Membran oder Folie besteht, keiner hohen Ringspannung in dem Bereich der Kanten ausgesetzt, falls bei einem Bruch des ersten inneren
Behälters der zweite innere Behälter durch den Druck im Inneren des ersten Behälters belastet wird. Auf diese Weise erhältman
eine hohe Sicherheit des Tankes sogar wenn der zweite innere Behälter aus einer verhältnismässig dünnen Membran oder Folie besteht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird der Druck zwischen dem ersten unddem zweiten inneren
Behälter geregelt, so dass dieser Druck nicht geringer ist als der Druck ausserhalb des zweiten inneren Behälters und nicht grosser
ist als derjenige in dem ersten inneren Behälter, Durch diesen Druckunterschied sind die abgerundeten Kanten des ersten und das '
zweiten inneren Behälters dauernd nach aussen gekrümmt und es kann kein entgegengesetztgerichteter Druckunterschied auftreten, welcher
eine Verbeulung der Kanten durch Eindrücken derselben hervorrufen würde.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kaum zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Behälter und der Raum
zwischen dem zweiten inneren Behälter und dem äusseren Behälter über je eine Gasleitung an eine Gasanalysevorrichtung angeschlossen
wodurch ein Lecken durch den ersten inneren Behälter schnell durch
Analyse der Atmosphäre in dem Raum zwischen dem ersten und dsm
zweiten inneren Behälter festgestellt werden kann, während ein ( Lecken durch den zweiten inneren Behälter durch Analyse der Atmosphäre
in dem Raum zwischen dem zweiten inneren Behälter und dem äusseren Behälter schnell nachweisbar ist.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung sind überhängende Dachteile des ersten und des zweiten inneren
Behälters durch mehrere Konsolen abgestützt, die sich vom Umfang eines.Behälterstutzens erstrecken. Bei einem Membrantank für
verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur ist es erfordert, dass einer freien Verformung bei Temperatur-und/oder Belastungsänderungen
des inneren Behälters ein möglichst Heiner Widerstand entgegengesetzt wird, dabei darf aber der innere Behälter nicht zusammenklappen,
wenn er im Inneren während der Herstellunq oder zur
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- 4 Wachtung einem normalen Druck ausgesetzt ist. Durch die Anordnung
der oben erwähnten Konsolen wird der erste und der zweite innere Membranbehälter in geeigneter Weise getragen und diese Konsolen
bewirken keine wesentliche Einschränkung der freien Verformbarkeit
der Behälter bei Temperatur und /oder Belastungsänderuncjen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung v/ird nun anhand
der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
FigJ., einen Schnitt durch einen Teil des Bootskörpers
eines Tankschiffes, der als Tank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur ausgebildet ist.
Fig. 2, einen Schnitt entlang der Linie 2-2 nach Fig.l
Fig. 3, einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig.l.
In Figur 1 ist ein doppelwandiger Bootskörper 1 mit einer
starren inneren Wand 1 a dargestellt, v/elche den starren äusseren
Behälter eines in dem Tankschiff angeordneten Tankes für verflüssigte Gase mit niedrioer Temperatur bildet. An der Innenseiteder
inneren Wand la ist eine wärmeisolierende Schicht 2 vorgesehen, die eine Druckbelastung aufnehmen kann. An der Innenseite der
wärmeisolierenden Schicht 2 ist ein zweiter innere Membranbehä11er
3a und innerhalb des Membranbehälters 3a ist der erste innere Membranbehälter
3 vorgesehen.
Die wärmeisolierende Schicht 2 kann aus einem Werkstoff
wie z.B. festem Polyurethanschaum bestehen, der eine Druckbelastung aufnehmen kann, oder diese Schutzschicht kann aus einem hölzernen
Gestell aufgebaut sein, dessen Innenraum mit wärmeisοJ ieiendem
Material, wie z.B. körnigem PerJ it oder dergleichen gefüllt ist.
Die innere Behälter 3 und 3a sind aus ^iner Membran oder einem
dünnen Blech eines Werkstoffen hergestellt, der niedrigen Temperaturen
widersteht, wie z.B. Nickelstahl, rostfreiem Stahl oder Aluminium. Falls der erste innere Behälter 3 z. B. eine Dicke von
4 bis 6 mm hat so beträgt die Dicke des zwiten inneren Behälters
3a etwa lmm. Der zweite innere Behälter Ja ist also wesentlich
dünner als der erste innere Behälter 3.
Etv/a im Zentrum des Tcwikdaches befindet sich ein stairor
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B ORfGfNAL
Stutzen 5 der durch Konsolen 4 verstärkt ist. Der Stutze« 5 ist
durch den Flansch 5a in der Nähe seines unteren Endes gasdicht mit dem ersten und dera zweiten inneren Behälter 3, 3a verbunden. Der
Raum zwischen dem ersten und dsm zweiten inneren Behälter ist ebenfalls
durch den Anschluss an den Flansch 5a dieser Behälter gasdicht verschlossen.
Der Stutzen 5 ist durch den Flansch 5a und einen weiteren Flansch 5b über Befestieungsstücke 6 und 8 aus einem starren,
wärmeisolierenden Material an dem doppelwandigen Bootskörper 1
gehaltert. Ein Ringraum 3 zwischen dem Bootskörper 1 und dem Stutzen 5 ist mit einem wärineisolierenden Material gefüllt, so dass
die niedrige Temperatur in dem inneren Behälter nicht auf den Bootskörper des Tankschiffes übertragen werden kann. Einfülleitungen
und EntleerungsIeitunaen, Gasrohre, und dergleichen (nicht
dargestellt), die in den ernten inneren Behälter 3 einzuführen sind verlaufen durch den Stutzen 5. Der Stutzen ist durch einen
Deckel (nicht dargestellt) abgeschlossen und die oben erwähnten Leitungen und Rohre erstrecken sich gasdicht durch diesen Deckel.
Mehrere Konsolen 9 sind am unteren Ende des Stutzens 5 an seinem Umfang befestigt und diese Konsolen erstrecken sich
radial nach aussen um den Stutzen. Diese Konsolen tragen die Dacht^ile
des ersten und des zweiten inneren Behälters 3, 3a, so dass diese Behälter infolge der Schwerkraft nicht zusammenklappen können
v/enn das Innere des ersten inneren Behälters 3 bei normalen Druck entleert ist.
Der gasdichte Raum zwischen dem ersten unddem zweiten
inneren 15 .'halter 3, 3a ist. in '."Vtbindung mit einer Gasleitung IO
und der Raum zwischen dem z'./olteti inneren Behälter 3a und der inneren
Wand la des festen Bootskörpers ist in Verbindung mit einer Gasleitung 11.Diese zwei Leitungen können über eine Verbindungs-Leitunq
13 in der ein Ventil Li angeordnet ist aneinandergescnlossen
sein und sind deswi.'iteren »,ii.t nicht dargenteilten Pumpen in
Verb int"; iwiq. Diese Gasleitungen dienen zur Entnahme von Gasproben
;ur Aruity;.;e der Gase in den entsprechenden Räumen zwischen den
H'ft.ci Lterii um auf diese We if if; d Io Gasdichtheit des ersten unddes
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zweiten inneren Behälters zu prüfen und zur Regelung des Druckes in diesen Räumen.
Der Krümmungsradius der abgerunö eten Kanten des ersten
und des zweiten inneren Behälters wird vorzugsweise in Abhängigkeit des höchst zulässigen inneren Druckes, der Dicke des ersten
und des zweiten inneren Behälters, und der zulässigen Ringspannung der Werkstoffe der beiden inneren Behälter durch die folgenden
Formeln bestimmt:
= PR2/t2 ■ ( 2 )
fe worin,
R: Krümmungsradius der abgerundeten Kanten des ersten
inneren Behälters 3
R2. Krümmungsradius der abgerundeten Kanten des zweiten
inneren Behälters 3
P: maximal zu erwartender innere Druck t·^: Dicke des ersten inneren Behälters
t2: Dicke des zweiten inneren Behälters
\ : Zulässige Ringspannung des Werkstoffes des ersten
inneren Behälters 3
2 : Zulässige Ringspannung des Werkstoffes des zweiten
inneren Behälters 3a.
Der maximale innere Druck P, der in dem ersten inneren
Behälter 3 auftreten kann wird ebenfalls in der Formel 2 für den zweiten inneren Behälter 3a verwendet,da der zweite innere Behälter
dienern inneren Druck ausgesetzt ist, falls ein Leck in dem ersten inneren Behälter 3 auftreten sollte.
Falls man annimmt, dass der erste und der zweite innere Behälter 3, 3a aus dem gleichen Material hergestellt sind und die
Dicke des Behälters 3a etwa h der Dicke des Behälters 3 ist, so
ist^f*^ =^JC und durch Auflösung der obigen Formeln 1 und 2 erhält
man das Ri=4R2 sein muss. Deshalb beträgt der Krümmungsradius der
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BAD
— ν —
abgerundeten Kanten des zweiten inneren Behälters ein Viertel des Krümmungsradiuses des ersten inneren Behälters.
Figur 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 nach Figur 1 und zeicrt eine vertikale Kante des Tankes. Auch in dieser
Figur ist der Krümmungsradius R2' des1zweiten inneren Behälters 3a
kleiner als der Krümmungsradius Ri' des ersten inneren Behälters 3.
Wie jedoch in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, haben die abgerundeten Bodenkanten des ersten und des zweiten inneren
Behälters im wesentlichen den gleichen Krümmungsradius, da in
diesem Bereich die beiden inneren Behälter infolge der Belastung durch die Flüssigkeit in dem ersten inneren Behälter fest gegen
die innere Fläche der wärraeisolierenden Schicht 2 gedruckt werden.
Durch die Gasleitungen 10 und 11 wird der Druck zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Behälter 3, 3a derart eingestellt,
dass er nicht kleiner ist als der Druck zwischen dem zweiten inneren Behälter 3a und der inneren Wand la des Bootskörpers
und nicht grosser ist als der Druck in dem ersten inneren Behälter
3. Auf diese Weise wird mit Sicherheit vermieden, dass die einen kleineren Krümmungsradius aufweisende Kante des zweiten inneren
Behälters aus einer verhältnismässig düi^ner Membran oder Folie
gegen die einen grösseren Krümmungsradius aufweisende Kante des
ersten inneren Behälters gedrückt und somit verbeult wird.
Um den Druck zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Behälter 3,3a dauernd auf einem Wert zu halten, welcher nicht
kleiner ist als der Druck zwischen dem zweiten inneren Behälter 3a
können und der inneren Wand la des Bootskörpers/die Leitungen 10 und 11
über eine Leitung 13 durch Oeffnen eines Ventiles 12 mitcinander
verbunden werden. In dieseai Fall muss das Ventil 12 natürlich geschlossen
werden, falls die Gase zwischen den erwähnten Behälter analysiert und hierzu Gasproben durch die Leitungen 10 und 11
entnommen werden.Der Raum zwischen dem zweiten inneren Behälter 3a
und der inneren Wand la des Bootskörpers mit der wärmeisolierenden Schicht 2 ist vorzugsweise mit Stickstoffgas oder einem anderen
inerten Gas gefüllt, um die Entzündunasgefahr von brennbaren Cusen
zu vermindern, falls diese durch ein Leck in dem ersten inneren
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Behälter ausströmen. Lurch Füllen des Raumes zwischen dem ersten
und dem zweiten inneren Behälter 3, 3a mit einem anderen Gas, wie z.B. Amoniak -kann durch Analyse einer durch die Leitung 11 entnomnaenden
Probe ein Leck in dem zweiten inneren Behälter 3a nachgewiesen
werden,
Falls durch Analyse festgestellt wird, dass in der durch das Rohr 10 aus dem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten inneren
Behälter 3, 3a entnommenden Probe, Gase aus dem ersten inneren Behälter 3 enthalten sind, so hat man den Beweis, dass der inn^r--·
Behälter 3 undicht ist. Da jedoch in diesem Fall der zweite innere Behälter 3a als zweite Schutzwand dient, die eine genügende Gasdichtheit
und Lebensdauer aufweist sind "keine sofortigen Gegenmassnahmen
erfordert.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass dor zweite
innere Behälter 3 nach der Erfindung wesentlich einfacher im Aufbau und wesentlich wirtschaftlicher in der Herstellung ist als die
bekannte zweite Schutzwand, und dass der zweite innere Behälter trotzdem unter rauhem Betriebsbedingungen sehr zuverlässig in einem
Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur ist.
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Claims (8)
1. ι Membrantank für verflüssigte Gase mit niedriger Temperatur,
mit einem starren äusseren Behälter, einem inneren aus einer Membran bestehenden Behälter zur Aufnahme der verflüssigten Gase
mit niedriger Temperatur, und einer wärmeisolierenden Zwischenschicht
zwischen dem äusseren und dem inneren Behälter, dadurch gekennzeichnet dass ein zweiter innerer aus einer Membran bestehender
Behälter (3a) zwischen der wärmeisolierenden Zwischenschicht
(2) und dem ersten inneren Behälter (3) vorgesehen ist.
2. Tank nach Anspruch 1, dadurch gekennezeichnet, dass die
Membran des zweiten inneren Behälters dünner ist als die Membran des ersten inneren Behälters, und das Krümmungsradius (R2) der abgerundeten
Kanten des zweiten inneren Behälters kleiner als derjenige (Rl) des ersten inneren Behälters.
3. Tank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichre t, dass
der Druck zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Behälter (3,3a) geregelt ist und nicht kleiner als der Druck zwischen dem
zweiten inneren Behälter (3a) und dem äusseren Behälter (la) und nicht grosser als der Druck in dem ersten inneren Behälter (3) ist.
4. Tank nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass der R?>um zwischen dem ersten und dem zweiten inneren
Behälter und der Raum zwischen dem zweiten inneren Behälter und dem äusseren Behälter über Gasleitungen (10,11) an eine Gasanalysevorrichtung
angeschlossen ist.
5. Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Gasleitungen über eine weitere Leitung (13) mit einem Absperrventil
(12) miteinander verbunden sind.
6. Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die überhänaende Dachteile des ersten und des zweiten inneren Behälters von mehreren Konsolen (9) getragen sind,
die sich vom Umfang eines T inkstutzens (5) erstrecken.
7. Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch cfekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem äusseren Behälter und dem
zweiten inneren Behälter mit einem inerten Gas gefüllt ist.
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- ίο -
8. Tank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Raum zwischen dem ersten und dem zweiten
inneren Behälter mit einem anderen Gas gefüllt ist als der Raum zwischen dem äusseren Behälter und dem zweiten inneren Behälter.
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