DE2915700C2 - Eckenkonstruktion eines Membrantanks für kryogene verflüssigte Gase, insbesondere für Schiffe - Google Patents

Eckenkonstruktion eines Membrantanks für kryogene verflüssigte Gase, insbesondere für Schiffe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Eckenkonstruktion eines Membrantanks für kryogene verflüssigte Gase, insbesondere für Schiffe, mit mindestens einer zwischen der umgebenden Behälterwand und einer tieftemperaturfesten Metallauskleidung befindlichen Wärmeisolierschicht, wobei die die Ecke bildenden Wandflächen der Metallauskleidung jeweils über eine Vielzahl von Metallbändern mit der Behälterwand verbunden sind.
Ein Membrantank zur Lagerung und/oder zum Transport einer kryogenen Flüssigkeit muß so konstruiert sein, daß er extrem niedrige Temperaturen aushält. Im allgemeinen setzen sich derartige Membrantanks aus einer äußeren Wand einer starren Konstruktion, einer Wärmeisolierschicht auf der Innenfläche dieser Wand und einer Innenmembran auf der Innenfläche der Wärmeisolierschicht zusammen. Oft werden mehrere Wärmeisolierschichten aus nichtmetallischem, beispielsweise Kunststoff-Schaummaterial sowie eine oder mehrere Membranen und insbesondere eine Innenmembran beispielsweise aus Nickelstahl verwendet, die von der kryogenen Flüssigkeit unmittelbar berührt wird. Weiterhin sind eine oder mehrere zusätzliche sekundäre Membranen /wischen den einzelnen Schichten der Schaumisolicrung angeordnet. Die Haiiptincinbran, die im allgemeinen aus einem dünnen und bei niedrigen Temperaturen festen Werkstoff niedriger Wärmeausdehnung wie beispielsweise Nickelstahl gefertigt ist, wird in inniger Berührung mit der Oberfläche der angrenzenden Wärmeisolierschicht gehalten und überträgt den von den auf niedriger Temperatur befindlichen verflüssigten Gasen ausgeübten Druck über die Wärmeisolierschichten auf den Membrantank bzw. den Rumpf eines Schiffes.
ίο Wichtig ist, daß der Membrantank in der Lage sein muß, den von der kalten Flüssigkeit ausgeübten Wärmespannungen sowie den Ausgleichsvorgängen zwischen den Kalt- und Warmzyklen zu widerstehen, die beim Laden und Entladen der Flüssigkeit verursacht werden, sowie desgleichen die mechanisch verursachten Verformungen des Membrantanks während des Betriebs zu kompensieren.
Kritische Stellen dtr kryogenen Isolierung bei der Abstützung der Hauptmembran sind die Ecken, wo die Lasten, denen die Membran unterliegt, auf die Behälterwandung bzw. den Schiffsrumpf übertragen werden. Bei Membrantanks für kryogene Flüssigkeiten müssen die Eckenkonstruktionen gegen eine Bewegung infolge der Membrankontraktion und der Eigenbewegung der Stüt7.struktur festgelegt sein. Eine solche Eckenkonstruktion muß Lasten unter unterschiedlichen Winkeln und in einer Anzahl verschiedener Richtungen bei minimalem Wärmeübergang auf den Kaltinhalt des Membrantanks widerstehen.
Bei einer bekannten Eckenkonstruktion der eingangs genannten Art (US-PS 33 37 079) werden die Metallbänder von Laschen dargestellt, die aus den Kantenbereichen der Metallauskleidungen ausgeschnitten und am Schnittpunkt der Wandflächen der Metallauskleidung zwecks Bildung einer Dichtung an der Ecke der Wandflächen verschweißt sind. Die Laschen sind somit einstückig mit den Wandflächen der Metallauskleidung ausgebildet, was den Nachteil mit sich bringt, daß von der Metallauskleidung zur Behälterwand übertragene Spannungen an der Eckendichtung konzentriert werden, die Ecken aber die kritischen Stellen der kryogenen Isolierung bei der Abstützung der Metallauskleidung eines Membrantanks sind.
Bei einer weiteren bekannten Eckenkonstruktion eines Membrantanks für kryogene verflüssigte Gase, der mindestens eine zwischen der umgebenden Behälterwand und einer tieftemperaturfesten Metallauskleidung befindliche Wärmeisolierschicht aufweist (DE-OS 27 10 338) sind Zungeneinrichtungen an der Metallauskleidung beabstandet entlang dieser befestigt und hängen von dieser herab. Weiterhin sind Zungenhalteeinrichtung in der mindestens einen Wärmeisolierschicht an deren Innenseite liegend mit dieser verbunden und beabstandet zueinander entlang der Wärmeisolierschicht angeordnet, wobei die Zungeneinrichtungen in die Zungenhalteeinrichtungen eingreifen. Die Zungeneinrichtungen weisen eine Vielzahl Zungen aus Stahl auf, während die Zungenhalteeinrichtungen aus Sperrholz gebildet, mit den Zungen verbunden und von der Wärmeisolierschicht getragen sind.
Bekannt ist schließlich (DE-AS 15 06 252; USPS 35 47 302) Kanten einer Tankauskleidung bzw. Membran mittels unterbrochener Verstärkungswinkel zu befestigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ekkenkonstruktion eines Membrantanks für kryogene verflüssigte Gase gemäß der eingangs erwähnten Art so /u gestalten, daß eine hinsichtlich der Aufnahme von
Spannungen und Belastungen sicherere Eckenabdichtung als beim Stand der Technik gewährleistet ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein tieftemperaturfestes Metallwinkelelement vorgesehen ist, dessen Schenkel parallel zu den die Ecke bildenden Wandflächen des Behälters verlaufen, daß die freien Enden der Schenkel jeweils zwischen der Metallauskleidung und der Wärmeisolierschicht angeordnet sind und daß das Metallwinkelelement über die Vielzahl der Metallbänder mit der Behälterwand verbunden ist, wobei jedts Metallband für sich mit der Außenfläche eines Schenkels des Metallelementes und der Behälterwand verbunden ist und parallel zur Ebene des Schenkels verläuft, an dem es befestigt ist
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Eckenkonstruktion ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Eckenkonstruktion kann an Ecken des Membrantanks mit unterschiedlichen Winkeln vorgesehen werden. Beispielsweise icann die Ekkenkonstruktion in eine 90c-Ecke eingebaut werden, in welchem Fall das Winkelelement einen Winkel von 90° hat und die erste Reihe der Metallbänder unter 90° zur zweiten Reihe der Meiallbänder verläuft Wird die erfindungsgemäße Eckenkonstruktion in eine spitzwinklige Ecke eingebaut ist das Winkelelement entsprechend spitzwinklig und die Metallbänder der ersten Reihe verlaufen unter einem entsprechenden spitzen Winkel zu denen der zweiten Reihe. Wird die erfindungsgemäße Eckenkonstruktion in einen stumpfen Winkel im Membrantank eingebaut, ist auch das Winkelelement entsprechend stumpfwinklig und die Metallbänder der ersten Reihe liegen unter einem stumpfen Winkel zu denen der zweiten Reihe.
Die erfindungsgemäße Eckenkonstruktion vermag verhältnismäßig hohe Spannungen und Belastungen aufzunehmen, wodurch eine im Vergleich zum Stand der Technik sichere Eckenabdichtung gewährleistet ist
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Eckenkonstruktion werden nun anhand der Zeichnungen erläutert. In letzteren sind
F i g. 1 eine Perspektivdarstellung eines Membrantanks für verflüssigtes Methan;
F i g. 2 ein Schnitt durch eine 90°-Ecke des Membrantanks entlang der Linie 2-2 der F i g. 1;
Fig.3 eine Detailansicht der Ausführuügsform der Eckenkonstruktion gemäß F i g. 2;
F i g. 4 eine Draufsicht der Ausführungsform der Ekkenkonstruktion gemäß F i g. 3;
F i g. 5 eine isometrische Darstellung, aus der eine abwechselnde Anordnung der ersten und der zweiten Reihe der Metallbänder der Eckenkonstruktion hervorgeht;
Fig.6 eine der Fig.2 ähnlicher Schnitt in einer stumpfwinkligen Ecke des Membrantanks;
F i g. 7 ein der F i g. 2 entsprechender Schnitt in einer spitzwinkligen Ecke des Membrantanks und
F i g. 8 ein Schnitt längs der Linie 8-8 der F i g. 1, wobei eine Ausführungsform der Eckenkoustruktion mit nur einer Reihe Metallbändern gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt einen Membrantank 10 für kryogene Flüssigkeiten mit einer von einem Schiffsrumpf gebildeten Behälterwand 12 und einer auf diese aufgelegten Wärmeisolierschichtanordnung 13. Diese ist aus einer äußeren Isolierschicht 14 aus faserverstärktem Schaumstoff, die auf der Behälterwand 12 aufliegt, sowie einer inneren faserverstärkten Wärmeisolierschicht 16 aus Schaumstoff zusammengesetzt. Diese faserverstärkten Schaumisolierschichten sind beispielsweise dreidimensional mit Glasfaser verstärkte Po'lyurethanschaumschichten. Das Isoliermaterial besteht dabei aus Blöcken oder Platten aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum mit Lagen aus Glasfasern, wobei jede Lage sowohl in waagerechter als auch in Querrichtung verläuft (X- und V-Fasern), und Lagen von vertikal verlaufenden Fasern, den Z-Verstärkungsfasern, vorgesehen sind. Die äußere und innere Isolierschicht 14 bzw. 16 sind beispielsweise mit einem Polyurethankleber verklebt
Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, liegt eine die erste oder innere Membran bildende dünne Metallauskleidung 18 auf der inneren dreidimensional verstärkten Wärmeisolierschicht 16 auf und ist mit dieser z. B. durch mechanisehe Befestiger mit Zungen 15 (F i g. 8) verbunden, die in Haltern in Form von Sperrholzstreifen 17 festgelegt werden, die ihrerseits auf die Wärmeisolierschicht 16 aufgeklebt sind. Die Metallauskleidung 18 ist aus einer Anzahl paralleler Abschnitte 19 gebildet, die an ihren Längskanten hochstehende Flansche 21 aufweisen. Die Flansche nebeneinanderliegender Abschnitte sind miteinander verbunden. Die Zungen 15 liegen zwischen den Flanschen 21 nebeneinanderliegender Abschnitte 19. Die Metallauskleidung besteht aus einem tieftemperaturfesten Material niedriger Wärmeausdehnung wie beispielsweise Nickelstahl. Die Metallauskleidung 18 besteht aus einem für Flüssigkeiten undurchdringlichen Material und bildet ein Innengefäß zur Aufnahme der kryogenen verflüssigten Gase. Eine zweite Membran 20 ist zwischen die äußere Isolierschicht 14 und die innere Wärmeisolierschicht 16 eingelegt. Die Membran 20 kann aus Glasfasertuch oder einer Kombination von Glasfasertuch mit einer Metallfolie beispielsweise aus Aluminium bestehen. Es kann sich bei ihr auch um ein mit Polyurethanharz getränktes Glasfasertuch oder um ein mit einer Polyvinylfluoridfolie kombiniertes harzgetränktes Glasfasertuch handeln. Die Membran kann lochfrei ausgebildet sein, so daß ein Durchgang der kryogenen Flüssigkeit von der inneren Wärmeisolierschicht 16 zur äußeren Isolierschicht 14 verhindert wird. Die Fig.2 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Eckenkonstruktion in einer 90°-Ecke mit einem Metallwinkelelement 22, das wie die Metallauskleidung 18 aus einem tieftemperaturfesten Werkstoff mit niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie beispielsweise hochnickelhaltigem Stahl besteht und an Schweißstellen 24 mit der Metallauskleidung 18 verbunden ist. Ein Stützelement 26 für das Metallwinkelelement 22 ist in der inneren Wärmeisolierschicht 16 am Metallwinkelelement 22 angeordnet und bei 28 mit der Wärmeisolierschicht 16 verbunden. Das Stützelement 26 besteht beispielsweise aus Sperrholz in Form zweier Unterlegelemente 30 und 32, die unter 90° zueinander an den Außenflächen jedes Schenkels des 90° -Mttallwinkelelementes 22 vorgesehen sind. Das Stützelement 26 dient nicht nur zum Abstützen des Metallwinkelelements 22, sondern auch zum Stabilisieren der Metallauskleidung 18 und damit als Basis für das Schweißen. Das Metallwinkelelement 22 ist am Stützelement 26 angeschraubt Eine erste Reihe von Metallbändern 36 ist mit den inneren Enden bei 38 mit der Außenfläche 40 eines Schenkels des Metallwinkelelementes 22 verschweißt. Eine zweite Reihe ähnlicher Metallbänder 42 ist entsprechend mit ihren inneren Enden bei 43 mit der Außenfläche 44 des anderen Schenkels des Metallwinkelelements verschweißt. Die Metallbänder 36 und 42 bestehen aus einem Werkstoff niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit wie nichtrostendem Stahl, um
Belastungen von der Metallauskleidung 18 auf die Behälterwand 12 zu übertragen. Es ist in Fi g. 3 zu erkennen, daß die Metallbänder 36 der ersten Reihe und die Metallbänder 42 der zweiten Reihe unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind und daß die Metallbänder 36 der ersten Reihe in der gleichen Ebene wie die Metallauskleidung 18 und der eine Schenkel des Metallwinkelelementes 22 und die Metallbänder 42 der zweiten Reihe in der gleichen Ebene wie die Metallauskleidung 18 und der andere Schenkel des Metallwinkelelementes 22 angeordnet sind.
Aus den F i g. 4 und 5 ist zu ersehen, daß die erste Reihe aus einer Vielzahl beabstandeter paralleler Metallbänder 36 und die zweite Reihe aus einer Vielzahl beabstandeter paralleler Metallbänder 42 gebildet ist, wobei die Metallbänder 42 der zweiten Reihe sich mit denen der ersten Reihe abwechseln. Die innen angeordneten Enden der jeweiligen Metallbänder 36 bzw. 42 sind in Nuten 46 in den entsprechenden Unterlegelementen 30 bzw. 32 des Stützelementes 26 eingelegt. Daher wirkt das Stützelement 26 als Basis zum Anschweißen der Metallauskleidung 18 an das Metallwinkelelement 22 an den Stellen 38 und 43. Die Metallbänder 36 und 42 sind insbesondere hinsichtlich ihrer Breite so gewählt, daß sie vorbestimmte Belastungen aufnehmen können, die sie von der Metallauskleidung 18 zur Behälterwand 12 übertragen sollen.
Die anderen Enden 48 der Metallbänder 36 sind beispielsweise mit einem Metallband 50 verschweißt, das seinerseits auf einer T-Schiene 52 angebracht ist, die mit der Behälterwand 12 verbunden ist (F i g. 2). Das Metallband 50 ist vertikal in eine Nut 54 im oberen Schenke! der T-Schiene 52 eingelegt und wird dort von einem Winkel 56 gehalten, der auf der anderen Seite der Metallbänder 36 aufliegt und mit dem unteren Teil der T-Schiene 52 durch eine Schraubbolzenverbindung 58 befestigt ist Die T-Schiene 52 ist beispielsweise durch die Schweißstelle 60 und durch einen Stutzen 62 an der Innenfläche der Behälterwand 12 festgelegt Eine Unterlage 64 befindet sich zwischen der Unterfläche der T-Schiene 52 und der angrenzenden Behälterwand 12.
Entsprechende Elemente 50,52 und 56 bis 64 dienen zur Festlegung der außenliegenden Enden der Metallbänder 42 der zweiten Reihe an der Behälterwand 12.
Eine Stützplatte 66, beispielsweise aus Stahl, ist vorgesehen und an den T-Schienen 52 an der Ecke mittels der Stutzen 62 befestigt, um Teile 14' und 16' der Isolierschichten 14, 16 an den Ecken abzustützen. Weiterhin sind Stützplatten 68, beispielsweise aus Sperrholz, mit den Schraubbolzenverbindungen 58 der T-Schiene 52 an entgegengesetzten Ecken verbunden, um den Hauptteil der Isolierschichten 14 und 16 über die Länge und Breite des Membrantanks im Abstand von der Innenfläche der Behälterwand 12 zu halten.
An den Enden der Metallauskleidung 18 ist in der Wärmeisolierschicht 16 ein Element 70 vorgesehen (F i g. 2), das eine Vielzahl Spülkanäle 72 aufweist, durch die Gase aus dem Raum hinter der Metallauskleidung 18 abströmen können. Das Element 70 befindet sich auf einer Lagereinrichtung 74, die in einer geeigneten Nut 76 in der Wärmeisolierschicht 16 angeordnet ist Die Lagereinrichtung 74 besteht beispielsweise aus Sperrholz und ist mit der Wärmeisolierschicht 16 verklebt
Die Metallbänder 36 und 42 weisen gegenüber der Metallauskleidung 18 und dem Metallwinkelelement 22 einen höheren Wärmeausdehnungsöeiweri, aber eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit auf und sind aus festerem Material als die Metallauskleidung 18 und das Metallwinkelelement 22 hergestellt, wodurch weniger Wärme von der umgebenden Behälterwand 19 des Membrantanks 10 auf die Metallauskleidung 18 übertragen wird und die Eckenkonstruktion eine höhere Festigkeit aufweist, um Belastungen von der Metallauskleidung 18 zu übernehmen und zur Behälterwand 12 zu übertragen.
Fig.6 zeigt eine Ausführungsform der Eckenkonstruktion in einer stumpwinkligen Ecke des Membrantanks. Ein Metallwinkelelement 78, das mit der Metallauskleidung 18 auf die oben erläuterte Weise verbunden ist, bildet einen stumpfen Winkel und die beiden Reihen der Metallbänder 36' und 42' verlaufen unter einem entsprechenden stumpfen Winkel bezüglich des Winkelelements 78, wobei die Metallbänder 36' bzw.42' der ersten bzw. zweiten Reihe annähernd in der Ebene der Fläche 18a bzw. 18a' der Metallauskleidung 18 an der Ecke verlaufen. Die Eckenkonstruktion der Ausführungsform nach Fig.6 ist ansonsten die gleiche wie für die 90°-Ausführung gemäß F i g. 2.
F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform der Eckenkonstruktion in einer spitzwinkligen Ecke des Membrantanks, wobei ein spitzwinkliges Metallwinkelelement 80 vorgesehen ist und die Metallbänder 36" der ersten Reihe sowie die Metallbänder 42" der zweiten Reihe unter einem entsprechenden spitzen Winkel verlaufen. Auch hier verlaufen die Metallbänder 36" annähernd in der Ebene der Fläche 18a der Metallauskleidung 18 und die Metallbänder 42" der anderen Reihe annähernd in der Ebene der Fläche 18a'der Metallauskleidung 18.
Bei den Ausführungsformen der Eckenkonstruktion gemäß F i g. 2, 6 und 7 verlaufen die aufrechtstehenden parallelen Flansche 21 auf den Abschnitten 19 der Metallauskleidung 18 an deren beiden Flächen an der Ecke rechtwinklig zur Ecke, wie in F i g. 1 auch neben der Schnittlinie 2-2 zu sehen ist.
Wenn jedoch die Flansche 21 auf einer Fläche der Metallauskleidung 18 an der Ecke rechtwinklig zu der Ecke und die Flansche auf der anderen Fläche der Metallauskleidung an der Ecke parallel zur Ecke verlaufen, ist nur eine Reihe Metallbänder erforderlich, um die zur Ecke rechtwinklige Flansche aufweisende Fläche der Metallauskleidung 18 mit der Behälterwand 12 zu verbinden. Eine derartige Ausführungsform der Eckenkonstruktion zeigt F i g. 8, wo die Eckenkonstruktion in einer 135°-Ecke des Membrantanks vorgesehen ist. Hier verlaufen die vorstehenden Flansche 21, die mit der Fläche 18a'der Metallauskleidung 18 an der Ecke verbunden sind, rechtwinklig zur Ecke, während die Flansche 21', die mit der Fläche 18a der Metallauskleidung 18 an der Ecke verbunden sind, parallel zur Ecke verlaufen, wie auch in F i g. 1 an der Schnittlinie 8-8 zu erkennen ist.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist nur eine Reihe Metallbänder 42" mit dem Winkelelement 82 und der T-Schiene 52' verbunden, wobei die Metallbänder 42" in Fig.8 annähernd in der Ebene der Fläche 18a' der Metallauskleidung 18 liegen, in der sich die Flansche 21 befinden, die rechtwinklig zur Ecke verlaufen. Bei dieser Ausführungsform wird die Fläche 18a'der Metallauskleidung 18 gestützt wenn sie einer Zuglast ausgesetzt ist. Die andere Fläche 18a der Metallauskleidung 18, auf der die Flansche 21' parallel zur Ecke verlaufen, kann Zuglasten aufnehmen, ohne daß dort ein Abfangen mit Metallbändern an der Ecke erforderlich wäre.
Die Ausführungsform der Eckenkonstruktion gemäß F i g. 8 entspricht sonst der gemäß F i g. 2, bis auf eine Sperrholzplatte 86 an der Ecke, die zur Lagerung der
Isolierschichten 14", 16" an der Ecke dient und auf Stutzen 88 gelagert ist, die mit der Innenfläche der Behälterwand 12 verbunden sind.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
20
25
30
35
40
45
50
55 60 65

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Eckenkonstruktion eines Membrantanks für kryögene verflüssigte Gase, insbesondere für Schiffe, mit mindestens einer zwischen der umgebenden Behälterwand und der tieftemperaturfesten Metallauskleidung befindlichen Wärmeisolierschicht, wobei die die Ecke bildenden Wandflächen der Metallauskleidung jeweils über eine Vielzahl von Metallbändern mit der Behälterwand verbunden sind, d a durch gekennzeichnet, daß ein tieftemperaturfestes Metallwinkelelement (22) vorgesehen ist, dessen Schenkel parallel zu den die Ecke bildenden Wandflächen des Behälters verlaufen, daß die freien Enden der Schenkel jeweils zwischen der Metallauskleidung (18) und der Wärmeisolierschicht (16) angeordnet sind und daß das Mctallwinkelelement (22) über die Vielzahl der Metallbänder (36,42) mit der Behälterwand (12) verbunden ist, wobei jedes Metallband (36,42) für sich mit der Außenfläche eines Schenkels des Metallwinkelelementes (22) und der Behälterwand (12) verbunden ist und parallel zur Ebene des Schenkels verläuft, an dem es befestigt ist
2. Eckenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Vielzahl der Metallbänder (36,42) um eine erste Reihe beabstandeter und parallel zueinander in der Ebene der Außenfläche eines der Schenkel des Metallwinkelelementes (22) angeordneter Metallbänder (36) sowie um eine zweite Reihe beabstandeter und parallel zueinander verlaufender Metallbänder (42) handelt, die in der Ebene der Außenfläche des anderen Schenkels des Metallwinkelelementej (22) angeordnet sind.
3. Eckenkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder (42) der zweiten Reihe und die Metallbänder (36) der ersten Reihe sich einander abwechselnd angeordnet sind.
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