DE2639862C2 - Wärmeisolierter Behälter für Tiefsttemperaturflüssigkeiten - Google Patents

Wärmeisolierter Behälter für Tiefsttemperaturflüssigkeiten

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Description

"■ι Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Behälter für Tiefsttemperaturfiüssigkeiten, insbesondere flüssiges Erdgas, mit wenigstens zwei eine äußere Isolierschicht und eine innere Isolierschicht umfassenden Lagen aus Isolationsmaterial innerhalb des Behälters, wobei die innere Isolierschicht fJüssigkeitsdurchlässigist und mit einer Auskleidung versehen ist, weiche mit der Tiefsstemperaturfiüssigkeit in direktem Kontakt steht, , und wobei eine Zwischenschicht aus Glasfasergewebe zwischen der äußeren Isolierschicht und der inneren Isolierschicht vorhanden ist.
In der DE-OS 23 16 859 ist ein wärmeisolierter
Behälter der obengenannten Art zum Speichern und
' fördern von Tiefsttemperatufflüssigkeiten beschrieben,
bei welchem jedoch keine Maßnahme vorgesehen ist, um zu verhindern, daß Flüssigkeit bzw. Gas durch die gesamte Schaumstoffisolierung zur Behälteraußenwand durchdringen kann.
Weiterhin ist aus der DE-OS'24 54 615 ein wärmeisolierter Behälter zum Lagern und Transportieren von Flüssiggas bekannt, dessen Auskleidung aus Polyurethanschaum mit einer Sperre versehen ist, die ein Glasfasermaterial- und Epoxyharz-System einschließt. Dabei ist zwischen den beiden Glasfaserschichten eine dünne Epoxyharzschicht vorgesehen. Diese Schicht ist vollständig undurchlässig.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Behälter der eingangs umrissenen. Gattung so auszubilden, daß das Eindringen von Flüssigkeit und dem sich bildenden Gaspolster bzw. der Dampfschicht in die Schaumstoffisolierung begrenzt ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht zusätzlich eine mit dem Glasfasergewebe verbundene Aluminiumfolie geringer Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweist.
Die wesentlichen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausbildung eines Behälters der erfindungsgemäßen Ausbildung lassen sich in etwa folgendermaßen zusammenfassen.
Es wird ein »Naßwand«-System mit zuverlässiger und vorhersagbarer thermischer Leistungsfähigkeit geschaffen, wobei kostspielige undurchlässige primäre Flüssigkeitssperren in unmittelbarer Berührung mit der Tiefsttemperaturflüssigkeit, die gegen Beschädigungen empfindlich sind, nicht erforderlich sind. Auch fällt die Notwendigkeit einer teuren und eng tolerierten Schaumstoffisolierung mit extrem geringer Durchlässigkeit weg, wobei eine Isolierung vorgesehen ist, bei der die wirkliche Flüssigkeitssperre innerhalb der Isolierung liegt und daher im Einsatz und während der Wartung weniger leicht beschädigt werden kann. Auf die Verwendung poröser bzw, gelüfteter Sperren oder Auskleidungen in der Isolierung wird verzichtet, so daß sich kein starker Druckanstieg im Schaum während des Aufwärmens ergibt, der normalerweise die Isolierung stark beschädigt. Das Entweichen von Gasen wird
lu erleichtert und damit die Wahrscheinlichkeit eines Festhaltens gefährlicher Flüssigkeiten verringert.
Die stabilisierende Zwischenschicht ist in einem vorbestimmten Abstand zur Kaltfläche bzw. Innenfläche der Isolierung angeordnet, so daß sich eine stabile Schicht aus kryogenischem Dampf in der Schaumisolierung an der Innenfläche der Zwischenschicht entwickelt, die im wesentlichen den Durchgang der Tiefsttemperaturflüssigkeit in die äußere Isolierschicht zwischen Zwischenschicht und äußerer Behälterwand verhindert,
2ü gleichzeitig aber einen Abgang von Dämpfen oder Gasen aus der Dampf zone durch die poröse innere «; Isolierung erlaubt
Als wesentliche Besonderheit ist diese Zwischenschicht in der Isolierung in einem bestimmten Abstand dp von der Grenzfläche zwischen kryogenischer Tiefsttemperaiurflüssigkeit im Behälter und der inneren Auskleidung angeordnet Dieser Abstand ist geringfügig größer als die Eindringtiefe einer stabilen Flüssigkeitsschicht der Tiefsttemperaturflüssigkeit, basierend auf Parametern einschließlich der gelagerten Flüssigkeit und der Druckhöhe des Behälters. Die Flüssigkeitsströmung durch die stabilisierende Zwischenschicht wird Verhindert durch die Bildung einer dünnen Dampfschicht, die zwischen der eingedrungenen Flüssigkeit und der Zwischenschicht entsteht, und durch eine stabile Beibehaltung dieser Gasschicht. Da sich die Lage der Zwischenschicht und die resultierende Wärmeleistung vorausbestimmen lassen, handelt es sich erfindungsgemäß um einen Behälter, der nicht wesentlich von der Verwendung eng tolerierter Isolier- bzw. Auskleidungsmaterialien abhängt
Die Erfindung wird nachfolgend an besonderen Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnung erläutert In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch einen wärmeisolierten Behälter,
Fig.2 eine Schnittansicht in der durch Pfeil A in F i g. 1 gezeigten Ebene;
. F i g. 3 eine Art einer faserverstärkten Isolierung,
F i g. 4 eine andere faserverstärkte Schaumisolierung, Fig.5 ein Diagramm des kritischen Abstands der Zwischenschicht (dcr) als Funktion der Druckhöhe im Behälter für verschiedene Gesamtisolierdicken, basierend auf einer spezieilen Warmgrenztemperatur,
Fig.6 ein Diagramm der thermischen Leistungsfähigkeit für optimale Anordnung der Zwischenschicht entsprechend F i g. 5.
In F i g. 1 ist ein Behälter 10 für verflüssigtes Erdgas 12 mit einer äußeren Wand 14, einem Boden 16 sowie
ί>ο einem Deckel oder Verschluß 18 gezeigt Der Behälter 'kann aus einem geeigneten Material wie Flußstahl oder ' einer Stahllegierung aufgebaut sein.
Auf die Wand 14, den Boden 16 und den Deckel 18 des Behälters 10 ist eine äußere Isolierschicht 20 aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum sowie auf diese äußere Isolierschicht 20 eine innere Isolierschicht 22 aufgebracht
Auf der Innenfläche der inneren Isolierschicht 22 und
in Berührung mit dem Erdgas 12 im BehäJler befindet sich eine innere Auskleidung 24 aus einer Kombination von Aluminiumfolie mit Glasfasergewebe, die perforiert ist. Zwischen der iJußeren Isolierschicht 20 und der inneren Isolierschicht 22 befindet sich eine wärmestabilisierende Zwischenschichi 26 aus der Kjmbination einer Schicht aus Aluminiumfolie und Glasfasertuch. Die Zwischenschicht 26 befindet sich in einem bestimmten Abstand von der Innenfläche der inneren Auskleidung 24, wie dies im folgenden beschrieben ist. i"
Der Behälter JO ist weiterhin mit einem Auslaß 28 zum Entweichen von Dämpfen bzw. Gasen aus dem Behälter versehen, um einen Anstieg des Innendrucks zu vermeiden. *
Wie in F i g. 2 gezeigt ist, wird das Wärmeisoliersystem aufgebaut, indem die äußere Isolierschicht 20 auf die Innenfläche der äußeren metallenen Behälterwände 14, den Boden 16 und den Deckel 18 aufgeklebt wird. Es lassen sich verschiedene Arten durchlässigen Isoliermateriuls einsetzen: geschlossenzelliger Polyurethan- 2<> schaum, geschJossenzelliger Polyvinylchl^ridschaum 'sowie Polystyrolschaum und dergleichen. Das bevorzugte und besonders wirkungsvolle Isoliermaterial ist geschlossenzeiiiger Polyurethanschaum. Weiterhin enthalt das Isoliermaterial eine Faserverstärkung, um seine Festigkeit zu erhöhen und eine Verschlechterung und Rißbildung im Schaum insbesondere als Ergebnis thermischer Expansion und Kontraktion zu verhindern. - Vorzugsweise dienen zur Verstärkung Glasfasern, aber auch andere Fasern wie Polyamid, Polyester, Baumwol-Ie, Cellulose und dergl. lassen sich einsetzen.
In Fig.3 ist eine Art eines faserverstärkten , Isoliermaterials aus Blöcken von geschlossenzelligem Polyurethanschaum 30 mit gehackten Glasfasern 32 gezeigt, die im wesentlichen gleichmäßig im Polyure-ΐ thanblock verteilt sind.
In Fig.4 ist eine bevorzugte faserverstärkte Isolierung aus Blöcken aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum 34 mit Schichten von Glasfasern 36 gezeigt, die «in dem Schaum eingebettet sind und deren Faserenden #38 offenliegen, um ein Festlegen der verstärkten Polyurethanblöcke 34 auf einem Element wie der Wand 14 zu erleichtern. Der Polyurethanblock 34 enthält andere, vertikal verlaufende Glasfasern 40, wobei die öffenliegcnden Faserenden 42 das Festlegen der einzelnen Blöcke aneinander erleichtern und Schichten anderer Fasern 44 waagerecht und rechtwinklig zu den Fasern 36 verlaufen.
Wie weiter in F i g. 2 gezeigt ist, sind die Blöcke 34 aus verstärktem Polyjrethanschaum gemäß Fig.4 bei 46 miteinander und an der Innenfläche der Behälterwand 14 durch einen geeigneten Polyurethan-Kleber festgelegt.
Die stabilisierende Zwischenschicht 26 wird mittels eines geeigneten Polyurethanklebers auf die Innenfläehe der äußeren Isolierschicht 20 geklebt. Diese stabilisierende Zwischenschicht 26 besteht aus einer Schicht aus Glasfasergewebe 48 und einer Aluminiumfolie 50, die in Berührung mit dem Glasfasergewebe steht, wobei die Schicht aus Glasfasergewebe 48 in Berührung mit der Innenfläche der äußeren Isolierschicht 20 steht und auf diese geklebt ist. Die auf der Innenseite des Glasfasergewebes 48 befindliche Aluminiumfolie 50 hat eine geringe Durchlässigkeit, ist also nicht völlig undurchlässig und mit dem Polyurethankleber auf das Glasfasergewebe 48 aufgeklebt. Der Aluminiumfolie/ Glasfaser-Verbund wirkt als Sperre mit kontrollierter Durchlässigkeit für den Durchgang von Tiefsttempera lurflüssigkeit von der inneren Isolierschicht 22 zur äußeren Isolierschicht 20.
Die Außenfläche der Aluminiumfolie 50 berührt die innere isolierschicht 22 und ist mit dieser mit einem geeigneten Kleber wie einem Polyurethankleber verklebt. Die innere Isolierschicht 22 ist ebenfalls aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum ausgebildet und umfaßt glasfaserverstärkte Schaumstoffisolierblökke 34', die in ihrem Aufbau den Schaumblöcken 34 entsprechen, wobei jedoch die Dicke der inneren Isolierschicht allgemein nicht so groß ist wie die äußere Isolierschicht 20.
Die Auskleidung 24, die aus einem in Berührung mit der inneren Isolierung 22 stehenden Glasfasergewebe 52 und einer Aluminiumfolie 54 besteht, steht in Berührung mit dem Flüssiggas 12 im Behälter. Die Aluminiumfolie 54 und das Glasfasergewebe 52 sind vorzugsweise durch kleine regelmäßig angeordnete Löcher 56 von etwa 1,5 ... 2,5 mm Größe versehen, um eine poröse und gelüftete Auskleidung zu schaffen.
Die Aluminiumfolien 54 und 50 der inneren Auskleidung 24 und der Zwischenschicht 26 tragen dazu bei, daß sie die Durchlässigkeit der Auskleidung und Zwischenschicht kontrollieren und zum Feuerschutz der Isolierung dienen. Die Folien-Dicke liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 25 μπι bis 75 μηι.
Die Glasfasergewebe 48 und 52 sind mit Polyurethanharz getränkt und mit einem Polyurethankleber auf die angrenzende Aluminiumfolie 50 bzw. 54 aufgeklebt.
Wie bereits erwähnt wurde, ist der Abstand zwischen der stabilisierenden Zwischenschicht 26 und der Kaltfläche auf der Innenseite der Aluminiumfolie 54 der Auskleidung 24 wesentlich. Wenn die innere Isolierschicht 22 sich durch die Temperaturwechsel löst, bewirken thermodynamische und strömungsdynamische Kräfte einen Durchgang der gelagerten Tiefsttemperaturfiüssigkeit durch die perforierte Auskleidung 24 und in die innere Isolierschicht hinein, in der dann infolge der Schwerkraft die Flüssigkeit zu fließen beginnt. Wenn sich die Zwischenschicht 26 in einem 'Abstand dp zur Kaltfläche befindet, der gleich oder größer ist als eine bestimmte kritisene Entfernung dcr, beginnt die Flüssigkeit in der inneren Isolierschicht 22 an der Innenfläche der Zwischenschicht 26 zu sieden, und es entwickelt sich eine dünne stabile Gasschicht 58 in der Isolierschicht 22 zwischen der gestrichelten Linie 60 und der Innenfläche der Zwischenschicht 26. Dieses Sieden hält die Zwischenschicht 26 geringfügig über der Sänigungstemperatur der Flüssigkeit und verhindert, daß Flüssigkeit die Zwischenschicht 26 berührt und in sie eindringt.
In F i g. 5 ist der Wert von dcr dargestellt, wie er für flüssiges Erdgas für verschiedene Druckhöhen typisch ist, und zwar unter Annahme einer Warmgrenz- bzw. Behälterwandtemperatur von 15,6° C und Gesamtdikken der Isolierung von 203, 305 bzw. 356 mm entsprechend den Kurven A B bzw. C. Den kritischen Ort für die Anordnung der Sperrschicht berechnet man, indem man zunächst die Sättigungstemperatur der Zusammensetzung von flüssigem Erdgas bei der speziellen Druckhöhe aus einer Phasengleichgewichtsrechnung oder anderen Testdaten bestimmt und dann den Ort dieses Sättigungspunktes in der Isolierung berechnet, indem man die herkömmliche Wärmeübergangsgleichung für eine zweischichtige Isolierung im ausgeglichenen Zustand löst, bei der die innere Schicht eine Wärmeleitfähigkeit gleich der der Tiefsttemperaturflüssigkeit und die äußere eine Wärmeleitfähigkeit
gleich der der glasgefüllten Isolierung hat.
. Die entsprechende thermische Leistungsfähigkeit für optimale Anordnung der stabilisierenden Zwischenschicht, wie sie mit den Kurven A, B und Cin Pig.5 angedeutet ist* ist in Fig.6 mit A', B'bzw. Cgezeigt. Diese Wärmeübergangszahien folgen unmittelbar aus der obigen Analyse für die Bestimmung der Anordnung der Zwischenschicht. Wird die Zwischenschicht 26 in einem Abstand dp größer als dcr angeordnet, ist das Verhalten dieser Systeme zwar stabil und vorhersehbar, aber die Wärmeleitfähigkeit ist nicht optimal« da die ί Flüssigkeit tiefer in die isolierschicht 22 eindringt und sich der Zwischenschicht 26 nähert. Ist dp geringer als 1OcTi bildet sich keine pampfschicht, und das System wird instabil. Im letzteren Fall dringt die Flüssigkeit in die ^Zwischenschicht^ ein, obgleich letztere eine verringerte Durchlässigkeit aufweist; die Wärmeleitfähigkeit wird dann örtlich hoch und nicht zufriedenstellend sein. Wie ersichtlich, ist dcr eine Funktion der Flüssigkeits-"druckhohe und nimmt mit der Druckhöhe zu.
Die Zwischenschicht 26 trägt zu einer Stabilisierung
der Eindringtiefe der Flüssigkeit in der inneren isolierung 22 bei und bringt die Flüssigkeit dort zur Ruhe, so daß die Temperatur der Zwischenschicht auf <?der über der SättigUrigstemperatur der Flüssigkeit liegt und sich deshalb die angrenzende Dampfschicht 58 bildet Die innere Isolierschicht 22 ist durchlässig, so daß Flüssigkeit und Gas frei durch die perforierte Auskleidung 24 jn die und aus der Isolierschicht 22 fließen können. Weil Gas und/oder Flüssigkeit schnell aus dem System freigegeben wird, werden Schäden an der ,Auskleidung und der Isolierung verhindert, während das -Systemsich aufwärmt.,
.Obgleich die innere Auskleidung 24 porös oder durchlässig ist, kann auch mit einer vollständig undurchlässigen inneren Auskleidung zwischen der Lagerflüssigkeit und der Isolierschicht 22 gearbeitet werden. In diesem FaIi dient die stabilisierende Zwischenschicht dazu, das Eindringen der Flüssigkeit in die Isolierschicht zu kontrollieren und gering zu halten, falls die undurchlässige innere Auskleidung unter mechanischen Schäden reißen sollte.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Wärmeisolierter Behälter für Tiefsttemperaturflüssigkeiten, insbesondere flüssiges Erdgas, mit wenigstens zwei eine äußere Isolierschicht und eine innere Isolierschicht umfassenden Lagen aus Isolationsmaterial innerhalb des Behälters, wobei die innere Isolierschicht flüssigkeitsdurchlässig ist und mit einer Auskleidung versehen ist, welche mit der Tiefsttemperaturflüssigkeit in direktem Kontakt steht, und wobei eine Zwischenschicht aus Glasfasergewebe zwischen der äuOeren Isolierschicht und der inneren Isolierschicht vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (26) zusätzlich eine mit dem Glasfasergewebe (48) verbundene Aluminiumfolie (50) geringer Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweist.
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