DE2340105A1

DE2340105A1 - Behaelter zur lagerung von substanzen bei tiefen temperaturen, insbesondere zur lagerung von verfluessigten gasen sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2340105A1
Application number: DE19732340105
Authority: DE
Inventors: Telemachus Nicolas Galatis; John Paul Papanicolaou
Original assignee: MARINE IAND IND DEVELOPMENTS L
Current assignee: MARINE IAND IND DEVELOPMENTS L
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1974-02-21
Also published as: IT996595B; GB1436109A; JPS4986177A; CH570578A5; CA992477A; US3948406A; FR2195771B1; FR2195771A1; AU5890473A; NL7310945A

Description

DR. HEINZ FEDER DR. WOLF-D. FEDER

PATENTANWÄLTE Düsseldorf

73-10/20-112

6. August 19 73 WP/Wi

Marine 3Χ)ά_ Industrial Developments Limited _of Jö5_ Akti Maipuli_

Pi r aeu s / Gr i e chen 1 and

Behälter zur Lagertmg von Substanzen bei tiefen Temperaturen, insbesondere zur Lagerung von verflüssigten Gasen sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft Behälter zur Lagerung von Substanzen bei Teniperattiren unter 0 C₃ die einen äußeren Mantel aufweisen, der mit einer Auskleidung aus thermisch isolierendem Material versehen ist, welche auf ihrer dem Inneren des Behälters züge- · wandten Seite'eine mit ihr verbundene flüssigkeitsdichte Grenzschicht (im folgenden "erste Grenzschicht" genannt) aufweist.

Derartige Behälter werden zur Lagerung verschiedener flüssiger und fester Substanzen, beispielsweise chemischer Substanzen und Nahrungsmittel, verwendet. Die thermisch isolierende Auskleidiang kann eine V/ärmeleitfähigkeit besitzen, die so niedrig ist, daß der Inhalt des Behälters über längere Zeiträume auf Temperaturen unter 0° C gehalten werden kann, ohne daß eine eigene Kühlanlage erforderlich ist. Die erste Grenzschicht kann dazu dienen, das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Behälters zu verhindern. Dies kann beispielsweise bei der Lagerung bestimmter Nahrungsmittel notwendig sein. Eine noch wichtigere Funktion der ersten Grenzschicht besteht darin_? den Inhalt des Behälters zusammenzuhalten, wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt.

Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich gerichtet auf die Anwendung von Behältern zur Lagerung von Flüssig-

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keiten bei cryogenen Temperaturen, d. h. Temperaturen unter *t*-**-.~50 C, beispielsweise zur Lagerung von verflüssigtem Erdgas bei ungefähr Atmosphärendruck. Bei der Lagerung von Flüssigkeiten bei derartigen Temperaturen ist es entscheidend zu verhindern, daß- die Flüssigkeit infolge eines Lecks in Kontakt mit dem äußeren Mantel des Behälters gerät, wenn dieser aus gewöhnlichem Stahl hergestellt ist.

Es ist schon vorgeschlagen worden, einen cryogenischen Lagertank mit einem äußeren Mantel aus gewöhnlichem Stahl, einer thermisch isolierenden Auskleidung und einer ersten Grenzschicht herzustellen, bei dem die erste Grenzschicht eine innere Membran ist, idle aus einem speziellen Metall oder einer Legierung hergestellt j ist, die bei den niedrigen Lagertemperaturen nicht spröde wird und so hergestellt ist, daß sie Zusammenziehungen und Ausdehnungen zuläßt, die beim Füllen und beim darauffolgenden Leeren des Tanks auftreten. Derartige Tanks sind sehr kostspielig.

Ein anderer Lagerbehälter für tiefe Temperaturen, der vorgeschlagen worden ist, weist eine erste Grenzschicht auf, die als innerer Kunststofftank ausgebildet ist, der an der ihn unterstützenden Isolation durch den Inhalt des gefüllten Behälters festgehalten wird. Diese Konstruktion weist jedoch schwerwiegende Machteile auf. Insbesondere ist es extrem schwierig, wenn nicht gar unmöglich, sicherzustellen, daß der innere Kunststofftank zu allen Zeiten während der Benutzung genügend unter- : stützt ist,unabhängig von der Zusammenziehung der Tankv/ände, die auftritt, wenn er auf tiefe Temperaturen gebracht wird. ;

Eine weitere bereits vorgeschlagene Behälterkonstruktion ver- \ wendet eine thermisch isolierende Auskleidung, welche Paneele ' j

aus thermisch isolierendem Material aufweist, die an ihrer Innen-I seite mit einer Schicht aus Kunststoff versehen sind, die die ^! erste Grenzschicht darstellt. Diese Kunststoffschicht ist mit j den inneren Flächen der thermisch isolierenden Paneele durch j

eine Klebeschicht verbunden. Der Aufbau einer thermisch iso- ; lierenden Auskleidung in dieser Weise führt zu beträchtlichen

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Schwierigkeiten, da die Kräfte_;die auf die Einzelteile der Auskleidung beim Kühlen und Zusammenziehen ausgeübt werden die Tendenz haben, die erste Grenzschicht von den unterstützenden isolierenden Paneelen wegzuziehen, die Verbindungen zwischen den isolierenden Paneelen zu unterbrechen und/oder die Paneele selbst '7V verbrechen. Es müßten also auch die durch die Masse des Bejhälterinhalts hervorgerufenen Kräfte aufgenommen werden. Diese ,Probleme treten insbesondere bei einem Behälter auf, der eine j.iphr große Kapazität aufweist und zur Aufnahme von Substanzen 'bei sehr tiefen Temperaturen dient. So kann es beispielsweise :bei Behältern zur Laaerunq von verflüssigtem Erdaas in erdae— !bnndenen Einrichtungen oder in.den Ozean überguerenden Fracht-

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.schiffen erforderlich sein, eine Kapazität von 30 000 m oder rr¹? verwenden und den- Inhalt auf. einer Temperatur in der

von --*i-»,—'¹65" C für längere Zeiträume zu halten. Die auf V¹Ie isolierende Auskleidung in Tanks dieser Bauart ausgeübten ;Kräfte rind sehr groß. '

'Ein Zweck de.r vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Lager- j !behalte'--für niedrige Temperaturen mit einer Auskleidung zu !

schaffen, die in hohem Maße widerstandsfähig gegen Beeinträch- ι tigung durch Zugspannungen ist, die während des Kühlens des j

Behälterinneren auf Temperaturen wesentlich unter die Umgebung?- i temperaturen auftreten. Die Erfindung hat ferner das Ziel, einen : solchen Behälter zu schaffen, der ohne unangemessen hohe Kosten ■ ". !den sehr strengen Anforderungen genügt, die an sehr große Be- !hälter für die Lagerung von verflüssigtem Erdgas oder verflüssigtem Petroleumgas bei Atmosphärendruck gestellt werden müssen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Behälter zur Lagerung von Sub (Stanzen bei tiefen Temperaturen mit einem äußeren Mantel, in dem 'eine Auskleidung aus thermisch isolierendem Material angeordnet iist, die eine dem Inneren des Behälters zugekehrte flüssigkeitsidichte Grenzschicht aufweist. Dabei ist erfindungsgemäß die JGren^schicht eine Kunststoffschicht, deren Matedal eine höhere !Zugfestigkeit besitzt als das thermisch isolierende Material und i j Teil einer einheitlichen Zellenstruktur, die direkt oder indirekt)

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mit dem äußeren Mantel verbunden ist, wobei das thermisch isolierende Material mindestens teilweise in den Zellen der Z°]Jeni struktur angeordnet ist. Bei einem Behälter gemäß der Erfindung ^werden die Zugspannungen, die innerhalb der Auskleidung und an der Auskleidung beim Kühlen des Behälters wirksam werden, von kunststoffschichten aufgenommen, die integrale Bestandteile !einer einheitlichen Zellenstruktur darstellen. Die die Zellenstruktur aufbauenden Kunststoffschichten schließen die erste !Grenzschicht und mindestens eine weitere flüssigkeitsdichte

!Grenzschicht ein, die zwischen dieser ersten Grenzschicht und dem äußeren Mantel angeordnet ist sowie sich wechselweise kreuzende Schichten, die die Grenzschichten miteinander verbinden ■und die in Richtung der Dicke der Auskleidung verlaufen. Auf Grund dieser einheitlichen Struktur können die Zugspannungen sehr τ,ιχ— jfriedenstellend aufgenommen Werden ohne Beeinträchtigung der Auskleidung.

!Die Zellenstruktur sollte direkt oder indirekt an dem äußeren Mantel über die gesamte Fläche der Struktur befestigt sein zur jSicherstellung einer günstigen Verteilung der Kräfte auf die Auf— !kleidung. Vorzugsweise ist die Zellenstruktur direkt über ihre gesamte Fläche mit dom äußeren Mantel verbunden, so daß die mit dieser Struktur erreichbaren Vorteile über die gesamte Dicke

ι jder Auskleidung verwirklichbar sind. j

Ein weiterer Vorteil des Gegenstandes der Erfindung besteht darin_f rJaR die Zellenstruktur eine große Sicherheit oeoe*ry jedes Durchdringen der im Behälter gelagerten Flüssigkeit, beispielsweise des verflüssigten Gases_} bis zum äußeren Mantel bietet sogar jdann, wenn die erste Grenzschicht an irgendeinem Punkt verletzt ' jsein sollte, ι

iforrug^weise weist die Zellenstruktur mindestens zwei Schichten /on Zellen innerhalb der Dicke der Auskleidung =>?*f« In dienen F¹^lIe '-'eist die Zellenstruktur mindestens ^rei -FV^si nkei^siichte Gr er "schichten zwischen d'em Inneren ^ ^s B^faäf te.rp ¹TrJ Ηορτ M-rtel auf. - 5 —

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Die Anzahl der Zellen pro Flächeneinheit der Auskleidung ist ein Faktor, der die auf die Auskleidung wirkende Zugspannung ibeeinflußt. Ausgehend von der Annahme, daß die Zellen im wesent- ! liehen rechteckigen Querschnitt aufweisen hat es sich als zweck?· j
mäßig erwiesen, Zellen zu bilden, deren Abmessungen in jeder Rich'tung parallel zur ersten Grenzschicht kleiner als 2 m sind· j Dies bedeutet, daß bei einem prfinatisch aufgebauten Behälter großer Kapazität sich innerhalb der Bäche jedes größeren ebenen jWandteils des äußeren Mantels in jeder Schicht eine Vielzahl

von Zellen befindet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf prismatisch aufge-; ibaute Behälter beschränkt. ί

Das zum Aufbau der Zellenstruktur verwendete Material braucht unter den Betriebsbedingungen nicht starr zu sein. Im Gegenteil ist es vorteilhaft, wenn die die Zellenstruktur bildenden Kunststoffschichten dünn, flexibel und elastisch ausdehnbar sind. Bei der Verwendung dünner Schichten, beispielsweise Schichten von weniger als 6 mm Dicke,wird eine Wärmeleitung in das Innere des Behälters entlang der Zellenwände verhindert. Natürlich muß das Material bzw. müssen die Materialien zur Herstellung der Zellenstruktur so ausgewählt sein, daß jeder Teil der Zellenstruktur die geforderte Zugspannung über den gesamten Arbeits-Temperaturbereich aufweist. Die erste Grenzschicht muß eine hohe Schlagfestigkeit aufweisen, um der Beanspruchung zu widerstehen, die beim schnellen Kühlen des Behälterinneren auf Temperaturen gut unterhalb von ' τ 50^ und in einigen Fällen unterhalb ...v.~ auftritt. Das Material zur Herstellung der Zellenstruktur muß selbstverständlich chemisch widerstansfähig gegen die Substanzen sein, die in dem Behälter gelagert werden sollen. Diese Erfordernisse legen die Anwendung von synthetischen Elastomeren

ur Bildung der Zellenstruktur nahe. Für die in erster Linie mit dem Gegenstand der Erfindung verfolgten Zwecke können bevorzugte Materialien, insbesondere in der Klasse der Polyurethan_fgefunden werden.

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Die durch die Belastung mit dem Inhalt des Behälters auf d.ie !Auskleidung ausgeübten Kräfte v/erden durch die erste Grenzschicht voll auf/Bie unterstützenden Massen aus thermisch isolierendem Material übertragen, mit dem die Zellen der Struktur gefüllt sind, und dann von dem äußeren Mantel aufgenommen. Diese Kräfte können in ihrer Verteilung starken Schwankungen unterworfen sein, wenn der Behälter in ein den Ozean überquerendes Frachtschiff eingebaut ist. Das thermisch isolierende Material kann ganz oder in erster Linie nach seinen thermisch isolierenden und lasttragenden Eigenschaften ausgewählt werden. Dieses Material braucht keine hohen Zugspannungen auszuhalten, weil es von Zugspannungen im wesentlichen durch die Zellenstruktur entlastet wird. Als besonders brauchbares thermisch isolierendes Material hat sich Polyurethanschaum erwiesen. Es können jedoch andere Arten isolierendem Materials verwendet werden, so z. B. andere Kunststoff-! schäume, festes Isolationsmaterial, wie Balsaholz und |

Sperrholz und granuliertes Material, wie beispielsweise Glimmer ' und Kieselerde.

Vorzugsweise wird ein thermisch isolierendes Material aus Kunststoff -verwendet und es wird dafür gesorgt, daß eine chemische Integration zwischen dem isolierendem Material und den die Zellenstruktur aufbauenden Kunststoffschichten auftritt.

Die die Zellenstruktur aufbauenden Kunststoffschichten können an Ort und Stelle erzeugt werden, wenn die Auskleidung aufgebaut wird, beispielsweise in dem unter und zwischen und über Blöcke aus dem ausgewählten thermisch isolierendem Material,wenn sie ausgelegt werden, eine polymerisierbare oder aushärtbare polymere Verbindung aufgebracht v;ird, wobei die polymerisierbare _k Verbindung eine Art Mörtel darstellt, der dann an Ort und Stelle polymerisiert und/oder ausgehärtet wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbau einer thermisch isolierenden Auskleidung innerhalb eines äußeren Mantels zur Bildung eines Tieftemeratur—Lagerbehälters, bei dem ! - 7 -

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erfindungsgemäß in dem äußeren Mantel des Behälters mindestens eine zur Bildxang einer elastomere« Haut geeignete Substanz eingebracht wird, mit der fortlaufend eine Zellenstruktur aufgebaut wird,, wobei die Zellen beim Aufbau der Zellenstruktur mit thermisch isolierendem!lasttragenden Material gefüllt werden* ! Die Substan? wird an Ort und Stelle ausgehärtet oder vulkanisiert» wobei ein oder mehrere Elastomere entstehen, die eine höhere . Zugfestigkeit aufweisen als das thermisch isolierende Materialj [ und der Zellenstruktur-wird eine einheitliche Struktur verliehen, : mit einer innersten Elastomeren dem Lagerraum im Behälter zugekehrten flüssigkeitsdichten Grenzschicht.

Das obengenannte Verfahren hat sich als sehr zufriedenstellend erw¹ eser>„ Es gibt aber noch ein anderes Verfahren, das noch vorteilhafter ist und eine noch leichtere und billigere Her— "5⁴Te-ITring von Behältern gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Bei diesem anderen Verfahren, dem eine besondere Bedeutung zukommt,.werden zum Aufbau der Auskleidung innerhalb des ; ä'ißor^n Mantels vorgefertigte Blöcke verwendet, von denen jeder j app thermisch isolierendem Material besteht und eine flüssig—

■ keisdichte Außenhaut aus Kunststoff besitzt, die eine arößere \ ■■ ι

S⁴T ink ext beritzt als das thermisch isolierende Material. ''-

n^^^aera³?? "e.rder· bei dies-em Verfahre^ die Blöcke ir einer ^:

roeh^^rer: Schichten an der Innenseite des 3hißi*ren Mantels or-i«^⁴-. ->Ti\(i mtt HI If^ mindestens eines Bindemittels mitein— 3τ ¹¹⁵^d m* *· ^em ?uppren. Mantel verbunden, η:~Α war so, d^ß di° "5Π'}°'-1 ?egen^e" A^rPe^häute der Blöcke ^u einer einheitlichen iTr j nt/^criert werden.

'■ 7.\-r Verbindung der Blöcke wird zweckmäßig eir.^ Klebemittel •-"wischen ^ie Außenhäute gebracht, wobei die Verbindung durch Vulkanisatior oder chemische Vernetzung bewirkt wird. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen monolithische Zellenstruktur ,erhalten, wobei die Zellenstruktur eine im wesentlichen ein— Iheitliche chemische Zusammensetzung über die Verbindungspunkte ;hinweg aufweist. Dieses Merkmal ist von großer Bedeutung für den : Ä'ifba¹? .einer Auskleidung mit optimalen Eigenschaften, die aut ^: - 8 -

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geeignet ist für Behälter großer Kapazität zur Lagerung von Substanzen bei sehr niedrigen Temperaturen unterhalb 0 C.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Endansicht eines Tieftemperatur-Lagerbehälters mit Aufbrüchen zur Sichtbarmachung der Auskleidung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines thermisch isolierendem Blocks sur Verwendung beim Aufbau einer Behälteraus— kleidung gemäß Fig* 1.

^!Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Teil einer thermisch isojlierenden Wand einer anderen Ausführungsform eines Behälters gemäß der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Teil einer isolierenden Wand eines sphärisch gekrümmten Behälters gemäß der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Teil der isolierenden Auskleidung einer anderen Ausführungsform 'eines Behälters.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch einen Doppelrumpf-Tanker der mit FrachtbehäÜtern nach der Erfindung ausgerüstet ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Behälter 1 v/eist einen äußeren Mantel 2 auf, der aus miteinander verbundenen ebenen Platten aus gewöhnlichem Stahl, beispielsweise aus Stahl der Güteklasse A oder D aufgebaut ist. Diese Platten 3, 4, 5, 6 und 7 sind so ange-Drdnet, daß die inneren Winkel zwischen benachbarten Wandteilen 3es Ma±els wesentlich größer als 90° sind.

Der Behälter ist mit einer thermisch isolierenden Auskleidung /■ersehen, die Bauteile 8 aus thermisch isolierendem Material aufweist und flüssigkeitsdichte Grenzschichten 9, 10 und 11. Die

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!Grenzschicht 9 ist dem Lagerraum innerhalb des Behälters zugewandt und wird im folgenden als."erste Grenzschicht" bezeichnet.

Erfindungsgemäß ist die erste Grenzschicht 9 eine Kunststoffschicht, die feinen integralen Bestandteil einer einheitlichen Zellenstruktur darstellt und die Bauteile 8 aus thermisch isolierendem Material sind innerhalb der Zellen di.eser Struktur angeordnet. Die Zellenstruktur weist zusätzlich zu der ersten Grenze-Schicht 9 eine zweite und dritte Grenzschicht 10 und 11 und ein System von verbindenden Schichten oder Stegen auf, die zwischen den obengenannten Grenzschichten 9, 10 und 11 angeordnet sind und diese miteinander verbinden. Es sind erste Serien derartiger verbindender Schichten vorhanden, die im wesentlichen in Ebenen parallel zur Zeichenebene angeordnet sind und zweite Serien derartiger verbindender Schichten, die im wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind. Die obengenannten zweiten Serien weisen Schichten,wie beispielsweise die Schichten 12 und 13 auf, die sich zwischen einer Grenzschicht und der nächsten erstrecken, sowie Schichten 14, die sich über die volle Dicke der Auskleidung zwischen den Grenzschichten 9 und 11 erstrecken. Die verbindenden Schichten 12 sind gegeneinander und gegen die verbindenden Schichten 13 versetzt angeordnet, in der gleichen Weise wie die Mörtelverbindungen bei dem bekannten Ziegelmauerwerk.

Die Schichten 14 laufen in Richtung auf die erste Grenzschicht 9 zusammen und sind so angeordnet, daß sie auf die erste Grenzschicht entlang von Linien auftreffen, die diese in ebene Abschnitte aufteilen, die einen inneren Winkel bilden, wobei an diesen Linien die in der Grenzschicht wirkenden Zugkräfte nach innen gerichtete resulierende Spannungsvektoren hervorrufen. Der sich verjüngende Querschnitt der Schichten 14 ergibt einen breiteren äußeren Rand für die Verbindung mit dem äußeren Mantel 2aber verhindert Kälteverluste auf Grund der Wärmeleitung entlang dieser Schichten zur ersten Grenzschicht 9.

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Bei dem dargestellten Behälter sind die die Zellenstruktur auf-
;bauenden Kunststoffschichten dünn und elastisch. Jede der'Grenzschichten 9, -J.0 und 11 und der verbindenfen Schichten 12 und 13 besitzt eine Dicke von weniger als 5 ram. Die Bauteile 8 aus thermisch isolierendem Material bestehen aus Schaum-Kunststoffblöcken, beispielsweise Polyurethan-Schaumblöcken mit Abmessungen in der : Länge und Breite, die zwischen 0,2 m und 2 m variieren. Einige
dieser Blöcke besitzen rechteckigen Querschnitt, während andere
die die inneren Winkel des äußeren Mantels 2 überbrücken
trapezförmigen oder pentagonalen Querschnitt atif weisen. Jeder
der Blöcke mit rechteckigem Querschnitt besitzt eine Dicke von
etwa 10 cm.

Die Zellenstruktur ist vorzugsweise aus einer oder mehreren
Urethan—Gummiverbindungen zusammengesetzt. Urethan—Gummiver- j bindungen, die für den angestrebten Zweck sehr vorteilhaft ver- ' v/endbar sind, sind unter den Handelsbezeichnungen "Adipren" j und "Hytrel" im Handel.

Die Schichten, die die Zellenstruktur aufbauen, können an Ort
und Stelle hergestellt werden, indem unter, zwischen und über
die thermisch isolierenden Blöcke ein Vorpolymer und ein Binde- |

mittel in geeigneten Anteilen gebracht werden, oder eine aus- I härtbare flüssige synthetische elastomere Verbindung und diese ■

i Verbindung an Ort und Stelle ausgehärtet oder vulkanisiert wird. |

So können beispielsweise Urethan-Gummiverbindungen hergestellt j

werden, indem ein unstabiles oder stabiles Isocyanat-Vorpolymer ; mit einem Ketten-Streckmittel zur Reaktion gebracht wird. So

kann ein Vorpolymer erhalten werden, indem ein Polymer, das ι

5 bis 20% Tetramethylen-Äther-Glycol-Einheiten enthält mit '

Toluen—di—isocyanat zur Reaktion gebracht wird und dieses Vor- ' |

ι polymer dann einer zwischen- oder innermolekularen Polymerisation!

mit Hilfe eines Bindemittels, beispielsweise einer Amidino, ' Polyamino oder Polyäthylen-Glykol-Verbindung unterworfen wird.
Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung von Urethan-Gummiverbindungen wird eine Mischung aus einem geeigneten Polyäthylen-Glykol, einem Ketten-Streckmittel und einem Katalysator mit
= ΊΊ — ' " " "

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einem Di-isocyanat zur Reaktion gebracht, womit die Schwierigkeiten in der Handhabung eines viskosen Vorpolymeren vermieden 'werden. - . ■

!Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Auskleidung ι

■ jedoch, das beim Aufbau der Auskleidung des in Pig. I darge-

¹stellte-n Behälters verwendet wurde, wird die Auskleidung aus 'Blöcken aus thermisch isolierendem Material aufgebaut, .von denen jeder einzelne mit einer flüssigkeitsdichten Außenhaut aus einem \ ;geeigneten Elastomer, beispielsweise einer der oben beschriebenen

■ Urethnn-Gummiverbindungen versehen ist. Ein typischer umhüllter ; B] <~>r-k dieser Art mit rechteckigem Querschnitt ist in Fig. 2 dargept <=11⁴". Der Block 15 besteht aus einem Grundkörper 16 aus ; Polyurethan-Schaum, der mit einer f lüssigkeiisiichten Außenhaut I 1.7 aus Urethan-Gummi umhüllt ist. Es ist möglich, einen umhülltenj BIo^k nem'^ß Fig. 2 herzustellen, indem Urethan-Gummi in Blattformj

au dem Grundkörper aus thermisch isolierendem Material befestigt ' ; ., ι

jv.'ird. Vorzugsweise wird jedoch eine Vakuum-Form- oder Rotations— Guß-Technik verwendet. So kann beispielsweise der Grundkörper 16

in eine Form eingelegt werden, wobei Abstandshalter um d:en Grundjkörper herum einen Raum freihalten, in den das Reaktionsgemisch i zur Bildung des Urethan-Gummis eingebracht werden kann zur Herstellung der umhüllenden Außenhaut 17. Es kann aber auch eine leere Hülle aus einem Elastomer im Rotationsguß vorbereitend ι hergestellt werden, in die eine schäumbare polymere Verbindung 'eingebracht werden /kann zur Bildung der thermisch isolierenden

Füllung an Ort und Stelle. Diese Techniken sind dem Fachmann für ' Kunststoffverarbeitung wohl' bekannt. Bei der Anwendung eines

■ Vakuum-Form—Verfahrens kann der Grundkörper 16 aus thermisch

j ί r-o Ii er end-em Material zunächst mit einer verstärkenden Hülle, beispielsweise einer Glasfasermatte umgeben v/erden, so daß die

j elastomere Verbindung, aus der die Außenhaut 17 gebildet wird, idurch die Verstärkung hindurchgezogen wird, die auf diese Weise icran- in ?ie einaebettet wird.

j ^T'7«nn rH« erforderliche Anzahl von umhüllten Blöcken in den er—

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forderlichen Formen und Größen hergestellt ist, werden sie wie ■Ziegelwerk innerhalb des äußeren Mantels des Behälters aufeinander geschichtet. Zur Bindung der mit einer Außenhaut versehenen Blöcke an dem Stahlmantel und zur Verbindung aneinander angrenzender Blöcke miteinander dient ein Klebemittel, das in '' seiner Zusammensetzung identisch oder ähnlich dem Material der Außenhaut der Blöcke istj und das Klebemittel wird vulkanisiert,* ' Die. Vulkanisation des Klebemittels zwischen den umhüllten Blöcken wird durch chemische Vernetzung der Außenhäute der Blöcke erreicht, wodurch Schichten 10, 12 und 13 gebildet werden, die von im wesentlichen einheitlicher chemischer Zusammensetzung sind und i in eine im x^esentlichen monolithische Zellenstruktur integriert !

isind. Zur Bindung von Urethan-Gummi-Hauten kann ein Klebemittel ' Verwendet werden, das Isopren und ein Vernetzungsmittel enthält. In Fig. 1 sind innerhalb der Dicke dieser Schichten wohl definier-j te Grenzlinien gezogen. Dies erfolgte jedoch nur um die Art in der die umhüllten Blöcke zum Aufbau der Auskleidung zusammengesetzt würden zu kennzeichnen. Nach der Verbindung der Blöcke miteinander in der oben beschriebenen Art existieren keinerlei derartige wohl definierte Grenzen. Die Schichten der Zellenstruktur sind im wesentlichen homogen. Geeignete Urethan-Gummi-Kleber verbinden nicht nur Urethan-Gummi-Schichten in der oben beschriebenen Welse miteinander, sondern ergeben auch eine sehr zufriedenstellende Verbindung zwischen den Urethan—Gummi-Schichte Und dem grundierten gewöhnlichen Stahl.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 weist die Zellenstruktur zwei Schichten von Zellen auf. Entsprechend den Anforderungen bei einem speziellen Behälter im Hinblick auf die Dicke und Wirksamkeit der thermischen Isolation bei der Auskleidung kann jede beliebige Anzahl von Schichten an Zellen angewendet werden. Fig. 3 zeigt einen Teil eines Behälters, der einen äußefLren Mantel 18 aufweist,mit einer an ihm angeordneten Auskleidung, die eine Zellenstruktur aufweist, mit drei Schichten von Zellen, die aus Bauteilen 19 aus thermisch isolierendem Material, beispielsweise Polystyren oder Polyvinylchlorid-Schaum aufgebaut sind. Die Zellenstruktur weist eine erste flüspigkeitsdichte

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ι Grenzschicht 20 und drei v/eitere flüssigkeitsdichte .Grenzschichten 21, 22 und 23 auf. Die Auskleidung ist aus umhüllten Einzelblöcken, wie in Pig,2 dargestellt, aufgebaut.

Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform wird eine Auskleidung verwendet mit einer Zellenstruktur die nur eine

Schicht von Zellen aufweist. i

Wenn es wünschenswert ist, können die Verbindungslinien zwischen i den Blöcken der inneren Schicht an der Innenseite der Auskleidung! durch überlappende Streifen bedeckt werden, die mit der die erste Grenzschicht bildenden Haut der Blöcke verbunden 4β%τ sind. Zwei derartige überlappende Streifen 24 sind mit gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellt. Die Streifen sind aus dem gleichen Elastomer hergestellt, wie die Haut der Klötze, welche die erste Grenzschicht 9 aufbauen und sie sind an ihrer Stelle mit Hilfe eines Klebers festgehalten, der eine chemische Vernetzung zustande bringt, so daß die überlappenden Streifen in ihrer Wirkung Teile der ersten Grenzschicht darstellen und lokale Verdickungen an ihr bilden. Derartige überlappende Streifen können natürlich auch bei einer Auskleidung, wie sie in Pig. I dargestellt ist, /erwendet werden.

2s ist nicht notwendig, das gleiche Elastomer zur Bildung der gesamten Zellenstruktur zu verwenden. In einigen Fällen kann BS vorteilhaft sein, verschiedene Elastomere zur Bildung verschiedener Teile der Zellenstruktur zu verwenden. So können beispielsweise die Häute der umhüllten Blöcke, die in verschiedenen Schichten einer Auskleidung angeordnet sind, aus verschiedenen lastomeren mit unterschiedlichen Elastizitäts-Temperatur-Coeffizienten besiäien. Auf diese Weise wird dem steilen Temperatur jradienten Rechnung getragen, der über die Dicke der Auskleidung existiert, wenn die erste Grenzschicht auf eine sehr niedrige ?emperatur, beispielsv/eise in der Größenordnung von -^50⁰C jebracht wird. Weiterhin können bei der Ausführungsform nach Fig.1 ingeregt durch die Grenzlinien der Schichten 14, diese Schichten

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• - 14 -

ι '

; mit im Querschnitt keilförmigen Streifen 25 zwischen benachbar-

'

ten Außenhäuten der Blöcke versehen sein. Derartige Streifen 25 können aus einem Elastomer bestehen, das härter ist als die Elastomere, die die erste Grenzschicht bilden und das besser geeignet ist, die Zugbelastung bei höheren Temperaturen aufzunehmen, die in der Nähe des äußeren Mantels,mit dem die Streifen verbunden sind, existieren.

Fig. 4 zeigt einen Teil eines sphärisch gekrümmten Behälters gemäß der Erfindung. Der Behälter weist einen sphärischen äußerer!

i Mantel 26 aus Stahl auf und eine einheitliche Zellenstruktur, die¹ aus zwei Schichten von Zellen besteht, welche aus Grundkörpern 2 aus Kunststoff schaum oder einem anderen Iharmisch isolierenden !Material aufgebaut sind. Die Zellenstruktur weist eine erste Grenzschicht 28 auf, die dem Lagerraum innerhalb des Behälters zugekehrt ist und zwei weitere flüssigkeitsdichte Schichten 29 und 30.. Die Auskleidung kann nach einem der Verfahren aufgebaut werden, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben wurden.

Pig. 5 zeigt einen Teil eines Behälters mit einem Stahlmantel an dem eine thermisch isolierende Schicht 32 aus Holz, beispielsweise ein Holzpaneel, befestigt ist. Eine Zellenstruktur aus Kunststoff mit einer ersten flüfsigkeitsdichten Grenzschicht 33 und einer zweiten flüssigkeitsdichten Grenzschicht 34 ist durch ein Klebemittel mit der Schicht 32 verbunden. Die Schichten 33 und 34 sind durch Zwischenschichten oder Stege 35 miteinander verbunden. Auf diese Weise ist die Zellenstruktur indirekt mit dem Stahlmantel 31 verbunden. Die Zellen der Zellenstruktur sind mit Blöcken 36 aus thermisch isolierendem Material, beispielsweise Polyvinylchlorid-Schaum, ausgefüllt. Verstärkende Streifen 37 sind mit der ersten Grenzschicht einstückig verbunden.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch ein Frachtschiff. Der Schiffsrumpf ist vom Doppelwandtyp und weist eine äußere Haut 38 auf, sowie eine innere Haut 39. Die innere Haut 39 besitzt den äußeren

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Mantel pines Frachttanks zur Lagerung von verflüssigtem Gas, beispielsv/eise verflüssigtem Erdgas, und ist gemäß der Erfindung :ausgebildet. Diese Haut ist aus gewöhlichem Schiffsbau-Stahl hergestellt und ist mit einer thermisch isolierenden Auskleidung ¹ versehen» Dlife Einzelheiten dieser Auskleidung sind in der Pig. j nicht dargestellt· Die Auskleidung ist aber in jeder Hinsicht ■qemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 aufgebaut.

In den Pig« 1 und 6 sind die Zuführungsöffnungen der Behälter nicht dargestellt. Derartige Öffnungen sind normalerweise in der obersten Wand angeordnet und ermöglichen die Einführung von Füllrohren, Entleerungsrohren und Pumpvorrichtungen bekannter Bauart.

Der Gegenstand der Erfindung wurde anhand von Behältern, welche einen äußeren Mantel aus Stahl aufweisen beschrieben. Behälter gemäß der Erfindung können auch äußere Mantel aus anderen Materialien aufweisen* Beispielsweise kann bei einem erfindungs- j gemäßen Behälter der äußere Mantel aus Beton bestehen. Ein derartiger Mantel wird vorteilhaft angewendet für erdgebundene Anlagen. Der Mantel kann außerdem auch eine zusammengesetzte Form aufweisen und aus verschiedenen Tierhäuten bestehen.

Andere Kunststoffe die geeignete Plastizität, Schlagfestigkeit, thermische Ausdehnungskoeffizienten und chemische Widerstandsfähigkeit im Hinblick auf die 2u lagernde Substanz besitzen-, ikönnen anstelle von Urethan-Elastomeren zur Bildung der Zellen— 'struktur verwendet worden.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

11. !Behälter zur Lagerung von Substanzen bei tiefen Temperaturen, \*^ insbesondere zur Lagerung von verflüssigten Gasen, mit einem äußeren Mantel,in dem eine Auskleidung aus thermisch isolierendem Material angeordnet ist, die eine dem Inneren des Behälters zugekehrte flüssigkeitsdichte Grenzschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschicht (9, 28, 33) eine Kunststoffschicht ist, deren Material eine höhere Zugfestig- i keit besitzt als das thermisch isolierende Material (8, 16, i 19, 27, 36) und Teil einer einheitlichen Zellenstruktur ist, , die direkt oder indirekt mit dem äußeren Mantel (2 bis 7, 18, _: 26, 31) verbunden ist, wobei das thermisch isolierende Ma- ^! terial mindestens teilweise in den Zellen der Zellenstruktur ; angeordnet ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenstruktur der Auskleidung aus Blöcken (16) aus thermisch isolierendem Material aufgebaut ist, von denen jeder, mit einer Außenhaut (17) aus Kunststoff umhüllt ist und die

. Außenhäute dieser Blöcke miteinander verbunden sind.

3. Behälter nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet.

daß die Zellenstruktur mindestens zwei Schichten von Zellen innerhalb der Dicke der Auskleidung aufweist.

4, Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenstruktur zusätzlich zur ersten Grenzschicht (9) mindestens zwei weitere flüssigkeitsdichte Grenzschichten (10, 11) aufweist, sowie Serien von sich kreuzenden Stegen (12, 13, 14), welche die Grenzschichten miteinander verbinden und die Räume zwischen den Grenzschichten in eine Vielzahl von Zellen aufteilen, die mit dem thermisch isolierenden, lasttragenden Material (8) gefüllt sind und daß eine der Grenzschichten (11) direkt mit dem äußeren Mantel verbunden ist.

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,5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch qekenn-· ' zeichnet, daß die Zellenstruktur aus einer oder mehreren . Polyurejbhangummi-Verbindungeh aufgebaut ist.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch isolierende Material mindestens zum Teil aus Kunststoffschaum besteht.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenstruktur chemisch in das thermisch isolierenden Material in den Zellen integriert ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu» Aufbau der Auskleidung in den äußeren Mantel des Behälters mindestens eine zur Bildung einer elastomeren Haut geeignete Substanz' eingebracht wird, mit der eine Zellenstruktur aufgebaut wird, wobei die Zellen beim Aufbau der Zellenstruktur mit thermisch isolierendem, lasttragendem Material gefüllt werden; daß die Substanz an Ort und Stelle ausgehärtet oder vulkanisiert wird, wobei ein oder mehrere Elastomere entstehen, die eine höhere Zugfestigkeit aufweisen als das thermisch isolierende Material und daß dieser Zellenstruktur eine einheitliche Struktur verliehen wird, mit einer innersten, elastomeren, dem Lagerraum im Behälter zugekehrten, flüssigkeitsdichten Grenzschicht. ,

9. Verfahren zur Herstellung eines Behälters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch qekennaeichnet, daß zum Aufbau der Auskleidung innerhalb des äußeren Mantels vorgefertigte Blöcke verwendet werden, von denen jeder aus thermisch isolierendem Material besteht und eine flüseigkeitsdichte Außenhaut aus Kunststoff besitzt, die eine größere Zugfestigkeit besitzt .als das thermisch isolierende Material; daß die Blöcke in einer oder mehreren Schichten an der Innenseite des äußeren Mantels angeordnet und mit Hilfe mindestens eines Bindemittels

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miteinander und mit dem äußeren Mantel verbunden werden, und zwar so, daß die aneinander liegenden Außenhäute zu einer ■ einheitlichen Zellenstruktur integriert "werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Blöcke eine Klebemittel zwischen die Außenhäute gebracht wird, wobei die Verbindung durch Vulkanisation oder chemische Vernetzung bewirkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß j die Außenhäute der Blöcke aus Polyurethangummi bestehen und ! mit Hilfe eines Urethanguramiklebera miteinander verbunden werden.

12. Anwendung eines Behälters nach den Ansprüchen 1 bis Prachtbehälter eines Prachtschiffes.

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