DE2535596B2 - Speicherbehaelter fuer ein bei tiefer temperatur verfluessigtes gas - Google Patents

Speicherbehaelter fuer ein bei tiefer temperatur verfluessigtes gas

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Speicherbehälter für ein bei tiefer Temperatur verflüssigtes Gas, mit M einem starren Außenbehälter, einem membranartigen Innenbehälter und einer zwischen den behältern angeordneten Isolierschicht, wobei der Innenbehälter eine durch vertikal verlaufende Sicken gewellte Seitenwand und einen flüssigkeitsdichtend an diese angeschlossenen Boden aufweist und wobei die Seitenwand an ihrem oberen Ende mit einem Federelement aufgehängt ist.
Der Konstruktion aller Speicherbehälter der eingangsgenannten Art liegt das Problem zugrunde, daß der Innenbehälter einer kombinierten Belastung aus hydrostatischem Druck und Schrumpfung ausgesetzt ist, die sich durch die extrem niedrige Temperatur des verflüssigten Gases einstellt. Man hat dieses Problem dadurch gelöst, daß man die Funktion der Aufnahme des hydrostatischen Drucks dem Außenbehälter übertragen hat und somit imstande war, einen besonders dünnwandigen, membranartigen Innenbehälter zu schaffen, bei dem die Wärmeschrumpfung nicht zur Bildung von Rissen insbesondere in der Zone von Schweißnähten führt, sondern lediglich zu Verwerfungen und Verbeulungen.
Da derartige Verwerfungen ihrerseits zu Faltenbildung und somit zur Knick- oder Rissebildung führen können und da ein membranartiger Innenbehälter, wenn er leer ist, nicht die erforderliche Eigensteifigkeit aufweist, um sich selbst zu stützen, sondern ständig einer stützenden Befestigung bedarf, haben sich neue Probleme ergeben.
Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Speicherbe- b0 halter vorgeschlagen (GB-PS 12 21 374), bei dem der Innenbehälter als beutelartiger Körper ausgebildet ist, der an einer Federung aufgehängt ist, wobei der Innenbehälter nicht für die Kraftaufnahme irgendeiner Art vorgesehen ist. Die dieser bekannten Konstruktion «*> zugrundeliegende Idee liegt im nachgiebigen Aufhalten eines taschenartigen Innenbehälters durch eine Federung; dieser Innenbehälter kann aber gegenüber dem Außenbehälter Relativbewegungen durchführen, die wegen der gegenseitigen Reibung und Verwerfungen oder hohen Zugbelastungen des Materials des Innenbehälters kommen, weswegen ein besonders widerstandsfähiges Material gewählt werden muß, das diesen Belastungen standhalten kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, den eingangsgenannten Speicherbehälter dahingehend weiterzubilden, daß der Innenbehälter in allen Betriebslagen verwerfungsfrei und demnach aus billigem Material herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das untere Ende der Seitenwand über ein Befestigungsglied am Innenumfang des Bodenabschnitts des Außenbehälters zum Einstellen einer ständigen vertikalen Vorspannung in der Seitenwand befestigt ist.
Es wird somit während des gesamten Betriebes sowohl bei lerrem als auch bei gefülltem Innenbehälter eine ständige Zugspannung in vertikaler Richtung aufrechterhalten, und es kann somit zwangsläufig nie zu Verwerfungen beim Entleeren des Behälters und zu hieraus resultierenden hohen Belastungen beim neuerlichen Füllen des Behälters kommen, da im Innenbehälter ständig Zugspannungen aufrechterhalten sind, eine Verwerfung aber eine entgegengesetzte Spannung voraussetzen würde.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Seitenwand des Innenbehälters aus auf ihrer Außenseite mit Platten aus Isoliermaterial beschichteten Flächenstücken zusammengesetzt, wobei die Platten auf der Innenfläche des Außenbehälters verschieblich angeordnet sind. Somit ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Vorspannung ständig aufrechterhalten bleibt, da die verschiebliche Anordnung der Platten für eine Übertragung der Vorspannung sorgt. Es können in gleicher Weise wegen dieser Ausbildung keine konzentrierten Spannungen oder Beanspruchungen auftreten, so daß ein Behälter entsteht, in dem eine äußerst tiefe Temperatur besitzendes verflüssigtes Gas außerordentlich sicher gespeichert werden kann.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen Speicherbehälter für bei tiefer Temperatur verflüssigtes Gas gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 einen Teilschnitt längs der Linie A-A in F i g. 1,
Fig.3a eine schematische Darstellung des Prinzips der Erfindung,
F i g. 3b eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Speicherbehälters gemäß F i g. 3a und
Fig.4 einen lotrechten Teilschnitt durch einen Speicherbehälter gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Figuren in einer Ausführungsform erläutert, bei welcher gemäß Fig. 1 ein versenkter bzw. Untergrund-Speicherbehälter in Form eines starren Außenbehälters oder Mantels 2 aus Beton in gefrorenes Erdreich 1 eingelassen ist. An den Innenflächen der Seitenwand und des Bodens dieses Behältermantels sind Isolierschichten 3a und 3b aus einem geeigneten Isoliermaterial vorgesehen.
An der Innenseite der Isolierseitenschicht 3a befindet sich eine Seitenwand-Membran 4a aus einem kältebeständigen Werkstoff, wie rostfreiem Stahl. Das obere Ende der Membran 4a ist am oberen Ende des
Behältermaniels 2 mit Hilfe eines als Federglied dienenden Balgens 5 aufgehängt, während das untere ende der Membran 4a an einem ringförmigen Glied 6 befestigt ist, das seinerseits am Innenumfang des Bodens des Behältermantels 2 angebracht ist. Die Federwirkung des Balgens 5 ist mit Hilfe einer sein oberes Ende tragenden F. instellschraube 5a einstellbar.
Das untere Ende der Membran bzw. Seitenwand 4a ist im Bereich ihres festgelegten Abschnitts flüssigkeitsdicht mit dem Umfang einer Membran-Bodenplatte 4b aus einem kältebeständigen Werkstoff verbunden, so daß ein Membran-Innenbehälter 4 gebildet wird.
Auf der Membran-Bodenplatte 4b sind in zwei Richtungen verlaufende Wellungen ausgebildet, während die Seitenwand 4a nur mit lotrecht verlaufenden Sickern bzw. Wellungen 4c versehen ist. Gemäß Fig.2 werden die Wellungen 4c der Seitenwand 4a dadurch gebildet, daß die beiden Seitenkanten einer ungefähr flachen Plane 4d abgebogen bzw. abgewinkelt werden und der Endabschnitt jeder Abbiegung mit der abgebogenen Seitenkante der benachbarten Platte verschweiß! wird.
Auf dem Erdbodenniveau ist an der Oberseite des Behältermantels 2 um dessen Umfang herum eine ringartige Beton-Basiskonstruktion 7 vorgesehen, von welcher ein Gewölbe 8 getragen wird. An zahlreichen von der Inenseite dieses Gewölbes 8 herabhängenden Spannstangen 9 ist eine Tragplatte 10 ungefähr in waagerechter Lage aufgehängt, und an der Tragplatte 10 ist eine oberseitige Isolierschicht 11 angebracht.
Der Raum 12 zwischen der oberen Isolierschicht und dem Gewölbe 8 ist mit verdampftem Gas des kryogen verflüssigten Gases gefüllt, wobei die Temperatur dieses verdampften Gases auf Umgebungstemperatur gehalten wird, während sein Druck dem Gasdruck im Raum 12 über dem unterhalb der oberen Isolierschicht U gespeicherten verflüssigten Gas, d. h. normalerweise dem Atmosphärendruck entspricht. Dies bedeutet, daß sich die Gase in den Räumen 12 und 13 über bzw. unter der oberen Isolierschicht 11 frei austauschen können, wobei sie jeweils den gleichen Druck besitzen. Das Gas im oberen Raum 12 besitzt jedoch Umgebungstemperatur, während das Gas im unteren Raum 13 eine außerordentlich tiefe Temperatur besitzt.
F i g. 3a veranschaulicht schematisch das Prinzip der Wirkung eines Speicherbehälters mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau, bei welchem die Zugkraft P des als Federelement wirkenden Balgens 5 eine Größe zumindest entsprechend dem Eigengewicht W der Membran-Seitenwand 4a besitzt, deren unteres Ende über das Ringglied 6 an der Innenseite des Bodens des Behältermantels 2 befestigt ist. Hierdurch wird die Membran-Seitenwand 4a vorgespannt, so daß ein Verwerfen bzw. Wölben der Seitenwand 4a verhindert wird. Diese Vorspannung kann mittels der Einstellschraube 5a auf einen zweckmäßigen Wert eingestellt werden.
Wenn das tiefgekühlte, verflüssigte Gas in das Innere der Membran-Seitenwand 4a eingebracht wird, zieht sich letztere unter dem Einfluß dieser niedrigen Temperatur zusammen. Diese Kontraktion wird jedoch durch eine entsprechende Längung des Balgens 5 aufgefangen.
F i g. 3b veranschaulicht eine Möglichkeit zum Vorspannen der Membran-Seitenwand 4a, so daß die durch den Balgen 5 ausgeübte Zugkraft P gleich dem Eigengewicht IV der Seitenwand 4a wird. Dabei wird zunächst die Oberkante 4s der obersten Platte 4a 1 der Membran-Seitenwand 4a an der Unterkante des Balgens 5 und sodann die Unterkäme 4a 1 dieser Platte an der Oberkante der angrenzenden unteren Platte 4a 2 angeschweißt, worauf die einzelnen Platten 4a 3... 4a η miteinander verschweißt werden und schließlich die Unterkante 4s η der untersten Platte 4a η am Ringglied 6 befestigt wird.
Durch diesen Aufbau der Membran-Seitenwand 4a wird der Beziehung ρ = W genügt, so daß nur Zugspannungen auf die Seitenwand 4a einwirken und mithin keine Gefahr für ein Verwerfen bzw. Wölben besieht.
Fig.4 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die den Teilen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Bei dieser Ausführungsform sind an den die Membran-Seitenwand 4a des Innenbehälters bildenden Platten 4a 1, 4a 2 usw. jeweils Isolierplatten 3a 1, 3a 2 usw. angebracht, wobei die Zugkraft P des als Federelement wirkenden Balgens 5 so eingestellt wird, daß sie nicht kleiner ist als die Summe W', die durch Addieren des Gesamtgewichts der einzelnen Isolierplatten 3a 1, 3a 2 usw. zum Gewicht der Membran-Seitenwand 4a erhalten wird. Wenn ein tiefgekühltes, verflüssigtes Gas in den Innenbehälter eingefüllt wird, gelangen die Außenflächen der einzelnen Isolierplatten 3a 1, 3a 2 usw. in Berührung mit der Innenfläche des Behältermantels 2, wobei sie sich bei Ausdehnung und Kontraktion aufgrund von Temperaturänderungen relativ zum Behältermantel 2 entsprechend verschieben können.
Bei dieser Ausführungsform ist die Membran-Seitenwand 4a ebenfalls mit nicht dargestellten, nur lotrecht verlaufenden Wellungen versehen, durch welche die in Umfangsrichtung des Innenbehälters wirkenden them;.· sehen Ausdehnungen und Kontraktionen aufgefangen werden, während die lotrechte Ausdehnung und Kontraktion der Seitenwand 4a durch den Balgen 5 aufgenommen wird. Außerdem ist das untere Ende der Membran-Seitenwand 4a mittels des Ringgliedes 6 am Behältermantel 2 befestigt, während ihr oberes Ende unter der Zugkraft des als Federelement wirkenden Balgens nach oben gezogen wird, so daß aufgrund dieser Vorspannung das Auftreten von Verwerfungen oder Wölbungen in ausreichendem Maß verhindert werden kann.
Da bei dieser Ausführungsform die aus dem Isoliermaterial bestehenden Platten 3a 1, 3a 2 usw. im voraus an den betreffenden, die Membran-Seitenwand 4a bildenden Platten 4a 1, 4a 2 usw. angebracht werden können, kann die Zahl der Bearbeitungsschritte beim Einbau des Speicherbehälters am Aufstellort erheblich verringert werden, woraus sich die Vorteile des sogenannten Fertigteilbauverfahrens ergeben.
W) Die Erfindung ist nicht nur auf einen in gefrorenes Erdreich eingelassenen Speicherbehälter, sondern auch auf einen Speicherbehälter bzw. Tank an Bord eines Schiffes und ebenso auch auf halbversenkte oder auf dem Erdboden aufgestellte Speicherbehälter anwend-
h) bar.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Speicherbehälter für ein bei tiefer Temperatur verflüssigtes Gas, mit einem starren Außenbehälter, einem membranartigen Innenbehälter und einer zwischen den Behältern angeordneten Isolierschicht, wobei der Innenbehälter eine durch vertikal verlaufende Sicken gewellte Seitenwand und einen flüssigkeitsdichtend an diese angeschlossenen Boden aufweist und wobei die Seitenwand an ihrem oberen Ende mit einem Federelement aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Seitenwand (4a) über ein Befestigungsglied (6) am Innenumfang des Bodenabschnitts des '5 Außenbehälters (2) zum Einstellen einer ständigen vertikalen Vorspannung in der Seitenwand befestigt ist.
2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (4a) des »> Innenbehälters (4) aus auf ihrer Außenseite mit Platten aus Isoliermaterial beschichteten Flächenstücken zusammengesetzt ist und daß die Platten auf der Innenfläche des Außenbehälters (2) verschieblich angeordnet sind.
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