DE2306676A1 - Verfahren und vorrichtung zum schutz gegen gefahren der umwelt bei fluessigkeitsgas enthaltenden tanks - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Schutz gegen Gefahren der Umwelt bei Flüssigkeitsgas enthaltenden Tanks.
• Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Verrichtungen zum Schutz gegen Gefahren der Umwelt bei Flüssigkeitagas enthaltenden Tanks.
• In neuerer Zeit werden Gase in flüssigem Zustand -als Flüssigkeitsgase bezeichnet- in Tanks gelagert bzw, in Tanks transportiert. Da solche Flüssigkeitsgase z.B.
• Erdgas (Methan) einen niedrigen Siedepunkt (bei Methangas -161°C) haben, ist, um ein Verdampfen des Flüssigkeitsgases zu vermeiden, eine zweckentsprechende Isolierung vorgesehen.
• Eine gewisse Erwärmung des Inhaltes solcher Flüssigkeitßgastanks verschiedener Ausführung, beispielsweise in der Form von Kugeltanks oder Zylindertanks oder Rechtecktanks, läßt sich jedoch infolge Wärmeeinstrahlung nicht vermeiden und somit verdampft ein bestimmter Anteil des Flüssigkeitsgases während der Legerung oder während des Transports solcher ein Flüssigkeitsgas enthaltenden Tanks und kann als Energie, insbesondere als Antriebsenergie £ Maercbinen, Turbinen usw. nutzbar gemacht werden Das Ausmaß dieser unvermeidlichen Verdampfung des in Flüssigketsgas enthaltenen Flüssigkeitsgases wird als "boil-off raten bezeichnet. Es kann vorkommen, daß bei solchen Flüssigkeitsgastanks Leckagen oder Undichtigkeiten auftreten, insbesondere an den üblicherweise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Anschlüssen, wodurch ein unkontrolliertes Austreten des verdampften Flüssigkeits -gases erfolgt und außerdem das Ausmaß der Verdampfung des im Tank enthaltenen Flüssigkeitsgases intensiviert wird, was in mehrfacher Hinsicht eine erhebliche Gefahrenquelle bedeutet. Beispielsweise ist es möglich, daß bei einem bestimmten Druck oder bei einer bestimmten Temperatur das verdampfte Flüssigkeitsgas sich entzündet und bei seiner hohen Verbrennungstemperatur eine ernsthafte Gefahrenquelle ftir die Umgebung bildet. Außerdem ist, selbst wenn eine Entzündung des verdampften Flüssigkeitsgases nicht eintreten sollte, die Gefahr gegeben, daß eine Wolke von erdampftem Flüssigkeitsgas sich neben einem Flüssigkeitsgastank am Boden bildet, da das spezifische Gewicht des kalten verdampften Flüssigkeitsgases homer ist als das der Luft im Normalzustand und somit bei Auftreten von Wind eine solche Wolke, welche keinen auerstoff enthält, eine Gefahr fiir die Umwelt bilden kann.
• Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß bei Beschädigung der Isolierung eines Flüssigkeitsgas enthaltenden Tanks die stark forcierte Verdampfung zu einem gefährlichen Druckanstieg führt.
• Es kann auch vorkommen, daß bei Lagerung von giftigen Fliissigkeitsgas die gleichen Verhältnisse gegeben sind. wodurch die Gefahr für die Umwelt noch gesteigert wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ver@hren und Vorrichtungen zum Schutz gegen Umweltgefahren bei Flüssigkeitsgastanks oder -behältern zu schaffen, durch die Abweichungen vom Normalzustand in solchen Flüssigkeitsgastanks schnell beseitigt werden.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, durch die bei Abweichungen vom Normalzustand in Flüssigkeitsgastanks Explosionsgefahren bzw. Vergiftungsgefahren für die Umwelt auf schnelle und einfache Weise beseitigt werden.
• Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Schutz gegen Gefahren der Umwelt bei Flüssigkeitsgasbehältern, und gemäß der Erfindung wird bei Auftreten von anormalen Zuständen im Flüssigkeitsgastank eine Schutzgasflüssigkeit in das Innere des Flüssigkeitsgastanks eingeführt, deren Siedetemperatur niedriger ist als die Siedetemperatur des in dem Flüssigkeitsgastank befindlichen Flüssigkeitsgases.
• Dadurch, daß die in das Flüssigkeitsgas eingeführte schutzgasflüssigkeit eine Siedetemperatur hat, welche niedriger als die Siedetemperatur des Flüssigkeitsgases ist, wird dem in dem Tank enthaltenen Flüssigkeitsgas augen blicklich Wärme entzogen, welche an die Schutzgasflüssigkeit mit niedrigerem Siedepunkt abgegeben wird. Dadurch verdampft die Schutzgasflüssigkeit und bildet oberhalb des Flüssigkeitsspiegels eine Schutzgashülle. Durch den Wärmeentzug wird die Verdampfung des Flüssigkeitsgases gestoppt. Falls bereits ein Feuer eingetreten sein sollte, wird dieses durch das Fehlen des verdampften Flüssigkeitsgases und das nicht-brennbare Schutzgas oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsgastank zum Erlöschen gebracht.
• Es ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorzuziehen, die Schutzgasflüssigkeit in fein verteiltem Zustand in das Flüssigkeitsgas einzuführen oder auf dessen Oberfläche zu versprühen, was beispielsweise unter Verwendung einer Mehrzahl von Düsen oder einer Ringdüse erfolgen kann.
• Nach einer praktischen Ausführungsform der Erfindung kann bei Flüssigkeitsgas, das aus Erdgas heruntergekühlt worden ist und in der Nauptsache aus Methan besteht.
• vorzugsweise ein inertes Schutzgas in der.Form von flüssigern Stickstoffgas verwendet werden, welches einen beträchtlich niedrigeren Siedepunkt als das Flüssigkeitsgas hat.
• Die Erfindung ist nicht nur. auf den Schutz gegen Gefahren für die Umwelt bei Flüssigkeitsgas der vorgenannten Art mit Vorteil verwendbar, die Erfindung läßt sich auch bei Flüssigkeitsgasen anwenden, die in verdampftem Zustand Giftgase oder zum mindesten für den Menschen gesundheitsschädliche Gase sind.
• So ist es beispielsweise nach einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung möglich, in Flüssigkeitsgas auf der Basis von Ammoniak bei Auftreten von übermäßiger Verdampfung desselben eine entsprehcnde Schutzgas flüssigkeit mit einem Siedepunkt niedriger als dem Siedepunkt des Ammoniaks in das Axnmoniak-F1iissigkeitsgas einz führen, wodurch dessen Verdampfung gestoppt und außerdem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels eine Schutzschicht aus einem inerten Gas gebildet wird, dessen Austreten durch eine Beschädigung oder Abblasen durch Sicherheitsventile ungefahrlich erfolgen kann.
• Die Kriterien, nach welchen das Verfahren der Erfindung durch Einspritzen (oder Aufsprühen) einer Schutzgasglüssigkeit in (oder auf) ein Flüssigkeitsgas in Wirkung tritt, können insbesondere Druck, Temperatur oder das Auftreten eines bestimmten Mischungsverhältnisses von oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Flüssigkeitsgases befindlichen Gasen sein, wobei es durch entsprechende Temperaturfühler oder Druckfühler oder durch Gas fühler möglich ist, unter Zuhilfenahme zweckentsprechender mechanischer Einrichtungen und eines Vorratsbehä.lters mit Schutzgasflüssigkeit diese in den bzw. die zu schützenden Flüssigkeitsgasbehälter einzuführen, Auch die Beendigung des Vorganges des Einftilirens der Schutzgasflüssigkeit kann von den vorgenannten Kriterien entweder einzeln oder in Verbindung mit mehreren kriterien abhängig gemacht werden.
• Das Einbringen der $chutzgasflüssigkeit kann nach Signalgabe durch die genannten Kriterien auch manuell ausgelöst werden.
• Die ein Schutzgas entwickelnde Schutzgasflüssigkeit kann auf verschiedene zweckentsprechende Weise in einen Flüssigkeitggasbehälter bzw. Flüssigkeitsgastank oder mehrere eingebracht werden. Beispielsweise ist es nach einer Ausfilhrungsform der Erfindung möglich, einen durch Temperatur, Druck oder Mischungsverhältnis auBgelösten Impuls zur Freigabe von Wärme auszunutzen, durch welche in einem Behälter mit flüssigem Schutzgas ein Druck erzeugt wird, mit dem die Schutzgasflüssigkeit dem bzw. den Flssigkeitsgasbehältern zugeleitet wird.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, einen auf die vorgenannte Weise erzeugten Impuls als Startimpuls für eine Fördereinrichtung nutzbar zu machen, durch welche Schutzgas -flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den zu schützenden Flüssigkeitsgastank eingebracht wird.
• In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt.
• Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsgasbehälter, einen Schutzgasflüssigkeitsbehälter und zugeordnete Steuereinrichtungen.
• Fig.2 zeigt eine ähnliche Querschnittsansicht, Jedoch mit einer abgewandelten Ausführung einer Einrichtung für flüssiges Schutzgas.
• Gemäß Fig.1 ist ein Flässigkeitsgasbehälter mit 3 bezeichnet, der mit einer zweckentsprechendnn Isolierung versehen ist, und der an seinem oberen Ende einen mit 4 bezeichneten Dom aufweist.
• Der Flüssigkeitsspiegel des Flüssigkeitsgases ist mit 5 bezeichnet, während verdampftes Flüssigkeitsgas mit 6 bezeichnet ist.
• Innerhalb des Flüssigkeitsgasbehälters 3 ist ein mit 7 bezeichneter schematisch dargestellter Düsenring vorgesehen, der auf einer zweckentsprechenden Höhe innerhalb des Flüssigkeitsgasbehälters 3 angeordnet ist, und der beispielsweise aus einem kreisfo.'rmig gebogenen Rohr besteht, in dessen Wandung eine Vielzahl von Austrittsöffnungen für eine Schutzgasflüssigkeit vorgesehen ist.
• Dieser DUsenring 7 kann in Abhängigkeit von der 4rt und der Größe des Flüssigkeitsgasbehälters 3 entweder hoher oder niedriger unterhalb (in bestimmten Fällen auch oberhalb) des Flüssigkeitsspiegels 5 des Flüssigkeitsgases angeordnet sein. Auch ist die Nöglichkeit gegeben, den Düsenring 7 durch eine Mehrzahl von einzelnen Düsen oder DUsenarmen zu ersetzen, die sich strahlenförmig von einer mittleren Stelle aus gegen die Wandung des Flüssigkeits gasbehälters 3 erstrecken.
• In dem Dom 4 ist ein mit 8 bezeichnetes Sicherheitsventil sowie ggf. weitere Anzeigevorrichtungen bekannter Ausführung angeordnet.
• Der Düsenring 7 steht über eine Leitung 9, die aus dem Dom 4 des Flüssigkeitsgastanks 3 herausgeführt ist mit einem mit 10 bezeichneten Regelventil in Verbindung, das seinerseits über eine Leitung ii und eine Fördereinrichtung 12, z.B. eine Förderpumpe, mit einem mit13 bezeichneten Behälter fiir Schutzgasflüssigkeit in Verbindung steht. Dieser chutzgasflüssigkeitsbehäiter 13, der isoliert ist, steht über einen Schwimmer 14 mit einer Leitung 15 und einem vom Schwimmer 14 gesteuerten Ventil 16 mit einem (nicht gezeigten) Vorratsbebälter für flüssiges Schutzgas in Verbindung, so daß der Inhalt des Bebäiters 13 fUr flüssiges Schutzgas automatisch ergänzt wird. Mit 17 ist ein Sicherheitsventil an dem Behälter 13 für Schutzgasflüssigkeit bezeichnet.
• Der Dom 4 des Flüssigkeitsgasbehälters 3 steht über einen Impulsgeber 18 und eine Leitung 19 mit der Fördereinrichtung 12 in Verbindung; weiterhin steht die Leitung 19 über eine Leitung 20 mit dem vorgenannten Regelventil 10 in Verbindung.
• Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet wie folgt: Solange innerhalb des Flüssigkeitsgasbehälters 3 ein normaler Betriebszustand vorhanden ist, bleiben die vorgenan@en Teile in Ruhe. Falls Jedoch das Ausmaß der "boil-off rate' bzw. deren Druck oder deren Temperatur von einem vorbestimmten Wert abweichen sollte,wird in Funktion eines der vorgenannten Kriterien über den Impulsgeber 18 und die Leitung 19 ein Impuls an die Förderein -richtung 12 gegeben, welche anläuft. Der von dem Impuls -geber 18 abgegebene Impuls wird zusätzlich über die Leitung 20 das Regelventil 10 zugeführt, das in Funktion eines der vorgenannten Kriterien gesteuert wird und damit die über den Düsenring 7 in den Dom 4 gelangende Menge der Schutzgasflüssigkeit regelt bzw. bei mehreren angeschlossenen Tanks die Schutzgasflüssigkeit in den gefährdeten und impulsauslösenden Tank einführt.
• Diese Schutzgasflüssigkeit hat eine Siedetemperatur, welche beträchtlich unterhalb der Siedetemperatur des eigentlichen Flüssigkeitsgases liegt, so daß nach Austritt de Schutzga a flüssigkeit aus dem Düsenring 7 das Flüssigkeitsgas innerhalb des Behälters 9 abgektihlt wird, während sich die Temperatur der Schutzgasflüssigkeit erhöht und die Schutzgasflüssigkeit infolge der Erwärmung in den gasförmigen Zustand übergeht und damit den Dom 4 des Flüssigkeitsgasbehälters 3 mehr oder weniger ausfüllt.
• Im Verlauf dieses Verdampfungsprozesses wird zugleich die Temperatur des innerhalb des Flüssigkeitsgasbehälters 3 befindlichen Flüssigkeitsgases gesenkt. Damit wird einmal erreicht, daß das Verdampfen von gefährlichem Gas aufhört und zugleich eine evtl.Feuergefahr durch das Vorhandensein des inerten Schutzgases im Dom 4 des Flüssigkeitsgasbehälters 3 wirksam verhindert wird.
• Die Ausführung kann dabei so getroffen sein, daß in Funktion der Wiedererreichung des Normalwertes der Temperatur, des Drucke oder des Mischungsverhältnisses von Gasen innerhalb des Doms 4 ein Impuls über den Impulsgeber 18 abgegeben wird, durch den die Fdrdereinrichtung 12 stillgesetzt und zugleich das Regelventil 10 abgesperrt wird..
• Das Regelventil 10 kann als ein sich schnell öffnendes Ventil ausgebildet sein, um im Augenblick einer gefälir -lichen Situation die Sicherheitseinrichtung unverzüglich in Funktion troten zu lascen.
• Die in Fig.2 dargestellte Ausführungsform weicht von der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform insoweit ab, als zum Transport der Schutzgasflüssigkeit zu dem Flüssigkeitsgasbehälter 3 eine Drucksteigerung in dem Schutzgasbehälter 13 für das flüssige Schutzgas gemacht wird.
• Soweit die Einzelteile dieser Ausführungsform der Ausführungsform der Fig.I entsprechen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt.
• Der Impulsgeber 18 steht über eine Leitung 21 mit einem Wärmeerzeuger 22 in Verbindung, der seinerseits über zweckentsprechende Einrichtungen mit dem Schutzgasbehälter 13 für flüssiges Schutzgas in Verbindung steht. Aus diesem Schutzgasbehälter 13 ist eine Leitung 24 zu einem SchFellöffnungsventil 25 geführt, das seinerseits über eine Leitung 26 mit dem Düsenring 7 in Verbindung steht. Zwischen der Leitung 21 und dem Schnelld'ffnungsventil 25 ist eine Verbindungsleitung 27 vorgesehen. Diese Leitung ist erforderlich, wenn mehrere Flüssigkeitsgastanks an einen Be -hälter für flüssiges Schutzgas angeschlossen sind. Ein Impulsgeber 28 für Druck ist über eine weitere Impulsleitung 29 ebenfalls mit dem Schnellöffnungsventil 25 verbunden.
• Im Gefahrenfall wird über den Impulsgeber 18 und die Leitung 21 der Wärmeerzeuger 22, z.B..eine elektrische Heizeinrichtung, in Tätigkeit versetzt, wodurch sich im Schutzgasbehälter 13 und in der Leitung 24 bis an das Schnellöffnungsventil 25 ein Druck aufbaut. Nach Erreichung eines vorgegebenen Solldruckes wird durch den Impulsgeber 28 über die Impulaleitung 29 das Schnellöffnungsventil 25 auagelUst. Sind mehrere Flüssigkeitsgastanks an einen Behälter für flüssiges Schutzgas angeschlossen, eo wird über die Leitung 27 das Schnellöffnungsventil 25 des gefährdeten Tanks aktiviert, Jedoch erst auf den Impuls vom Impulsgeber 28 ausgelöst. Eine Variante der Erfindung sieht vor, den Behälter für flüssiges Schutzgas und die Leitung 24 ständig unter Druck zu halten und im Gefahrenfall direkt vom Impulsgeber 28 das Schnellöffnungsventil 25 anzusteuern und auszulösen.
• Die Abschaltung der Zufuhr von flüssigem Schutzgas in den betreffenden Tank kann auf äquivalente Weise erfolgen, wie es oben in bezug auf die AusfUhrungsform der Fig. 1 beschrieben wurde.
• Auf diese Weise ist eine Sicherheits,vorrichtung ftlr Flüssigkeitsgas enthaltende Tanks durch vergleichs -weise einfache Mittel geschaffen.
• Oben war bereits angedeutet, daß auch das Mischungsverhältnis zweier ia dem Dom des Flüssigkeitsgasbehälters befindlicher Gase zur Auslösung eines Impulses zur Betätigung der Sicherheitsvorrichtung nutzbar gemacht werde kann. Zu diesem Zweck kann ein Gasfühler vorgesehen sein-, der bei Abweichen des Mischungsverhältnisses der im Dom befindlichen Gase von einem bestimmten Wert die vorgenannte Vorrichtung zum Zuführen von flüssigem Schutzgas steuert.

Claims (8)

Patat ansprüche

1. Verfahren zum Schutz gegen Gefahren der Umwelt (Explosion, Feuer, schädliche Gase) bei Flüssigkeitsgas enthaltenden Tanks, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flüssigkeitsgastank eine Schutzgasflüssigkeit eingeführt wird, die eine Siedetemporatur hat, welche unterhalb der Siedetemperatur des Flüssigkeitsgases liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Flüssigkeitsgas eine ein inertes Gas (z.B. Stickstoff) erzeugende Schutzgasflüssigkeit eingeführt (vorzugSweise eingespritzt) wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasflüssigkeit in fein verteiltem Zustand in das Flüssigkeitsgas eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasflüssigkeit in fein verteiltem Zustand auf die Oberfläche des Flüssigkeitsgases gebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für das EiniUhren von Schutzgasflüssigkeit in das Flüssigkeitsgas eine oberhalb des Flüssigkeitsgasspiegels auftretende Druck- bzw. Temperaturänderung oder die Änderung des tißchungsverhtlltnisses mindestens zweier verschiedener Gase nutzbar gemacht wird.

6. Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flüssigkeitsgasbehälter (3) unterhalb des Flüssigkeitsgasspiegels (5) ein DUsenring (7) oder eine Anzahl Einzeldüsen für die Schutzgasflüssigkeit vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß fur das Zufuhren von flüssigem Schutzgas aus einem Vorratsbehälter (13) eine Fördereinrichtung (12) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einem Steuerimpuls betätigbar ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß ein Wärmeerzeuger (22 , Fig.2) zum Erhöhen des Drucks in dem Vorratsbehälter (13) für flüssiges Schutzgas und zur Förderung der S Schutzgasflüssigkeit in den Flüssigkeitsgasbehälter (3) vorgesehen ist.

L e e r s e i t e