DE3121721A1

DE3121721A1 - "dichter uebergangsabschluss fuer behaelter fuer tiefsttemperatur-fluessigkeiten"

Info

Publication number: DE3121721A1
Application number: DE19813121721
Authority: DE
Inventors: Dale A. Newport Beach Calif. Smith
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1980-06-09
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1982-02-11
Also published as: JPS5761896A; NL8102665A; FR2484056B1; FR2484056A1; US4344264A

Description

Dichter Übergangsabschluß für Behälter für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft Behälter, Tanks und dergleichen für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten wie flüssiges Erdgas und insbesondere Behälter und Tanks der oben genannten Art mit einem Betonboden, einer nicht festgelegten Betonwandung sowie einer Schaumstoff- oder anderen Isolierung auf den Innenflächen. Eine Eckenübergangskonstruktion dichteden Behälter für die Flüssigkeit ab, erlaubt aber eine Relativbewegung der Betonwand und des Betonbodens am Übergang zwischen diesen.

Zahlreiche Staaten planen derzeit die Energieeinfuhr in Form von verflüssigtem Erdgas. Diese Projekte erfordern Eingangslager mit großen, für Tiefsttemperaturen geeigneten Lagertanks. Jüngere Entwicklungen - einschließlich der Sicherheitsanalysen für diese Tanks - haben zu einer Doppeltankanordnung geführt, bei der der Außentank das flüssige Erdgas sicher zurückhält, wenn der Innentank versagt. Der Außentank muß gegen den Innentank isoliert werden, um die Konstruktion gegen die auftretenden Temperaturunterschiede zu schützen und die Gasmengen klein zu halten, die entstehen, wenn die kalte Flüssigkeit in Berührung mit der verhältnismäßig warmen Außentankwand gerät.

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Typischerweise besteht der vorgeschlagene Außentank aus einer Betonbodenplatte mit einer aufgesetzten, aber nicht festgelegten Betonwandung, die sich normalerweise aus einer Anzahl von Ursachen radial relativ zum Boden bewegt - beispielsweise Äbmessungsänderungen beim Abbinden des Betons, auf der Außenwand lastenden Kräften, wenn eine Erdaufschüttung verwendet wird, Materialschrumpfung infolge von Temperatureffekten beim Betrieb und bei Ausfallzuständen sowie die hydrostatischen Belastungen durch die Flüssigkeit, die beim Versagen des Innentanks auftreten. Die Isolierung muß also die Flüssigkeit dicht einfassen, aber eine Relativbewegung zwischen der Außentankwandung und dem Boden zulassen»

Aus der Literatur ist derzeit der Anmelderin eine isolierende Abdichtanordnung für einen beweglichen Betonübergang nicht bekannt. Typischerweise hat man das Problem gelöst, indem man die Betonwand fest mit dem Boden verbunden hat. Dann lassen sich die Isolierung und die Abdichtkonstruktion vereinfachen; der feste übergang verstärkt jedoch auch die Spannungen im Beton und macht daher die Tankkonstruktion komplizierter und teurere

Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verhältnismäßig einfache Übergangskonstruktion für einen Tank und insbesondere für einen Tiefsttemperaturbehälter mit einer Betonaußenwandung und einem Betonboden anzugeben, die im Fall eines Versagens des Innentanks einen Wärmeschutz bietet. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abdichtkonstruktion für den übergang an den Innenflächen des Betontanks anzugeben, die im Betrieb eine begrenzte seitliche Bewegung des unteren Wandungsteils bezüglich des Bodens ohne wesentliche Spannungen erlaubt.

Diese Ziele lassen sich nach der vorliegenden Erfindung bei einem einen Innentank für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten ent—

haltenden Beton-Außentank erreichen, indem man eine Tiefsttemperatur-, d.h. beispielsweise Schaumstoff-Isolierung auf eine Metallauskleidung beispielsweise aus Stahl aufbringt, die an der Betonwand des Außentanks im übergangsbereich so angebracht ist, daß die Wandung sich seitlich frei gewegen kann, wobei die Auskleidung und die auf ihr angebrachte Isolierung sie bigen, um den dichten Abschluß am Übergang aufrechtzuerhalten .

Die vorliegende Erfindung schafft also einen auch für Tiefsttemperaturen sicheren isolierenden Abschluß für einen Betonbehälter mit einem Innentank für eine Tiefsttemperaturflüssigkeit, einer Betonbodenplatte, einer vertikalen Betonwandung, die verschiebbar auf der Bodenplatte gelagert ist, einer im Behälter an der waagerechten Bodenplatte und an der vertikalen Betonwandung angeordneten Isolierung und mit einer Metallauskleidung aus beispielsweise Stahl, die auf die gesamte Innenfläche des Behälter am Übergang zwischen der Innenfläche der Bodenplatte und der Betonwandung angeordnet ist, die Isolierung trägt und innen einen Abschluß um den Behälter herum bildet. Die Stahlauskleidung verläuft im Ubergangsbereich oberhalb der Bodenplatte schräg von der Vertikalen geneigt und ist an der vertikalen Betonwandung in. einer vorbestimmten Höhe über der Bodenplatte festgelegt, so daß im Übergangsbereich ein Zwischenraum zwischen der Auskleidung und der vertikalen Betonwandung entsteht und die vertikale Wandung sich seitlich einwärts bezüglich der Bodenplatte bewegen kann, während die Stahlauskleidung und die Isolierung auf ihr sich biegen und den dichten Abschluß im Übergangsbereich aufrechterhalten.

Die Erfindung soll nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich erläutert werden.

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Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Behälter oder Tank mit der flexiblen Übergangsabdichtkonstruktion nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. ia ist ein Horizontalschnitt auf der Ebene la-"la der Fig. 1 ;

Fig. 1b zeigt eine bevorzugte Art einer faserverstärkten Isolierung für das System der Fig. 1;

Fig. 2 ist eine Einzelheit der flexiblen Übergangskonstruktion der Fig ο 1 im Schnitt; und

Fig. 3 stellt eine Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Übergangsanordnung dar„

Wie die Fig» 1, la der Zeichnung zeigen, bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Behälter oder Tank allgemein zylindrischer Gestalt, der aus einer waagerechten Bodenplatte 12 aus Beton sowie einer zylindrischen Betom^andung 14 besteht, die beweglich auf die Oberseite der Bodenplatte 12 aufgesetzt und mittels einer umlaufenden elastischen Dichtung 16 abgedichtet ist. Die Stirnflächen 17 am Fuß der Wandung 14 werden also von der Bodenplatte aufgenommen und können sich unter den auftretenden Systembelastungen auf ihr frei in radialer Richtung verschieben. Die Dichtung 16 kann beispielsweise aus Polymerisatmaterial oder anderen organischen Werkstoffen wie beispielsweise Bitumen ausgebildet sein, die eine seitliche Relativbewegung der vertikalen Wandung 14 auf der Beton-Bodenplatte 12 erlauben. Im Tank bzw. Behälter 10 ist innerhalb der Betonwandung 14 ein zylindrischer Tank 18 zur Aufnahme einer Tiefsttemperatur-Flüssigkeit wie flüssiges Erdgas angeordnet. Der Innentank 18 mit allgemein zylindrischer Gestalt sitzt auf einem Lagerelement 22 beispielsweise aus Perlitbeton, das als Abschluß dient und eine gewisse Bewegung des Tanks 18 erlaubt.

Der Tank 18 hat eine Auskleidung oder Membran 24 aus einem bei Tiefsttemperaturen widerstandsfähigem Werkstoff wie Nickelstahl und vorzugsweise hoch nickelhaltigem Stahl wie beispielsweise dem unter der Bezeichnung "Invar" vertriebenen Werkstoff, obgleich auch andere Werkstoffe wie beispielsweise nichtrostender Stahl verwendet werden können.

Um die vertikale Wandung des Tanks 18 herum ist eine lockere Isolierung 26 wie beispielsweise Perlit geschüttet. Die lokkere Isolierung ist von einer lasttragenden faserverstärkten Schaumstoffisolierungsschicht 28 eingefaßt und abgestützt, bei der es sich vorzugsweise um dreidimensional glasfaserverstärkten Polyurethanschaum handelt. Diese faserverstärkte Isolierung besteht aus Blöcken oder Platten aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum mit Glasfaserlagen, wobei die Faserlagen in einer waagerechten und einer Querrichtung (X- und Y-Verstärkungsfäden) und weitere Faserlagen vertikal verlaufen (Z-Verstärkungsfäden). Die Fig. 1b zeigt diese Art eines Materials aus Blöcken 15 aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum mit in den Schaum eingebetteten Lagen von Glasfasern 19 und freiliegenden Fadenenden 21, die das Befestigen der verstärkten Polyurethanblöcke 15 an einem Bauelement des Tanks - beispielsweise seiner Wand - erleichtern. Durch den Polyurethanblock 15 verlaufen andere Glasfaserfäden 23 in vertikaler Richtung; die freiliegenden Fadenenden 25 erleichtern das Verbinden der einzelnen Blöcke miteinander und mit der Stahlauskleidung 34. Diese Art einer Verstärkung ist auch als X-Y-Z-Verstärkung bekannt; dabei sind die X-Fäden die Längsfäden, die Y-Fäden die Querfäden und die 2-Fäden die vertikalen Fäden - vergleichen beispielsweise auch die US-PS 3 222 868, auf die hier Bezug genommen sei. Der resultierende verstärkte Schaum ist auch als "3D-Schaum" bekannt. Vorzugsweise befestigt man Platten dieses 3D-Polyurethanschaums mit einen geeigneten Kleber (vorzugsweise einem Polyurethankleber) an-

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einander, um die äußeren Isolierungsschichten auszubilden.

Eine faserverstärkte bzw. dreidimensional lasttragende Schaumisolierung ist auch bei 30 auf der Beton-Bodenplatte 12 angeordnet, um den Innentank 18 mittels eines Auf set ze leinen ts abzustützen, das auf der 3D-Schaumisolierung 30 aufliegt. Der Raum 32 zwischen der Tankunterseite und der SD-Schaumisolierung 30 kann ebenfalls mit einer 3D-Schaumstoffisolierung oder einem anderen lasttragenden Isolierstoff gefüllt werden, der die vom Tankinhalt erzeugten hydrostatische Belastung aufnimmt»

Eine im wesentlichen zylindrische Stahlauskleidung 34 ist um den Tank 18 herum zwischen der 3D-Schaumstoffisolierung 28 und der vertikalen Betonwand 14 angeordnet und ihre Bodenfläche 35 verläuft zwischen der SD-Schaumisolierung 30 unter dem Tank 18 iand der Beton-Bodenplatte 12. Dies© Auskleidung verhindert, daß Wasser, das durch die poröse Betonwand 14 eindringen kann, in die Isolierung zwischen der Auskleidung 34 und dem Innentank 18 gelangt.

Wie weiterhin die Fig. 2 zeigt, ist die Stahlauskleidung 34 in ihrem untersten Bereich unter einem Winkel von der Vertikalen hinweg schräg geführt, wie bei 36 gezeigt ο Auf diese Weise entsteht ein Zwischenraum 38, der zuläßt, daß die Betonwandung 14 sich bezüglich der Bodenplatte 12 radial einwärts bewegen kann. Die Auskleidung 34 ist an der Betonwandung auf geeignete Weise befestigt - beispielsweise am Punkt 40 an ein in die Betonwandung eingelassenes Blech angeschweißt wobei der Punkt 41 in einer Höhe L über der Bodenplatte 12 liegt. Die maximale Breite des Zwischenraums 38 (vergl» bei A) wird gleich der unter den strengsten auftretenden Betriebsbedingungen maximal möglichen Einwärtsversehiefoung der Wand gewählt. Die Höhe L zur Anbringung der Auskleidung 34 an die vertikale Wandung 14 wählt man aufgrund der Biegespannungen _in der Auskleidung und der Isolierung bei den im Betrieb

maximal auftretenden Bewegungen des Außentanks. Ist der Zwischenraum A zu klein, können Knickverformungen auftreten, während bei einem zu großen Zwischenraum die Spannungen in Bestandheiten wie der Stahlauskleidung 34 gefährlich ansteigen können. Diese Bedingungen lassen sich jedoch abschwächen, indem man für die Auskleidung 34 einen stark nickelhaltigen Stahl (beispielsweise mit 9 % Ni) verwendet, der eine gewisse zulässige Nachgiebigkeit hat. Wie zu ersehen, kann die SD-Schaumstoff isolierung bei 28 und 30 auf der Stahlauskleidung 34 mit einem Kleber - beispielsweise einem Polyurethankleber festgelegt werden.

Verschiebt im Betrieb die Betonwand 14 sich seitlich einwärts, können die Stahlauskleidung 34 und die Isolierung 28 auf ihr sich infolge des Zwischenraums A ausbiegen, so daß der flüssigkeitsdichte Abschluß im Übergangsbereich erhalten bleibt.

Der in Fig. 1 gezeigte ausgekleidete Betonbehälter kann in den Boden abgesenkt und auf eine Anzahl von Pfählen 43 aufgesetzt werden, die um den Rand der Betonplatte 12 herum verteilt angeordnet sind. Ein kuppelartiges Dach 42 aus Beton oder Stahl ist auf die Betonwandung 14 des Tankaufbaus aufgesetzt; vom Dach 42 ist mit Seilen 44 ein flacher Deckel 4 6 abgehängt, der den Innentank 18 nach oben abschließt. Bei der Deckelkonstruktion 46 kann es sich um ein offenmaschiges Material wie beispielsweise Maschendraht (nicht gezeigt) handeln, das mit einem Isolierstoff wie beispielsweise Glasfaservlies ausgefüllt ist (vergl. 48).

Wie bereits erwähnt, kann man den gesamten Behälter 10 einschließlich des Innentanks 18 in den Boden einlassen und eine Aufschüttung 50 bis zum oberen Ende der vertikalen Betonwandung 14 des Behälters um den Tank herum vorsehen, so daß nur die Dachkuppel 42 freiliegt.

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Die Fig. 3 zeigt eine Modifikation der flexiblen Eckenabdichtung nach der vorliegenden Erfindung für den Fall, daß keine lockere oder massive Isolierung wie bei 26 in Fig» 1 und 2 um die Auskleidung 24.des Innentanks herum vorliegt und der vertikale Teil der Innenauskleidung 24 des Tanks 18 unmittelbar in Berührung mit der lasttragenden 3D-Schaumstoffisolierung steht. Weiterhin sind in Fig. 3 die Tankauflager 22 der Fig. 1 fortgelassen und der Tank 18 und die Innenauskleidung 24 auf der Tankunterseite, wie bei 52 gezeigt, liegen ebenfalls unmittelbar auf der lasttragenden 3D-Tsolierung 32 unter dem Tank 18 auf. In der Fig. 3 stehen also die 3D-Schaumstoffisolierungen 28, 30 in unmittelbarer Berührung mit der Innenauskleidung 24 des Tanks 18 und mit der Stahl-Aussenauskleidung 34.

Obgleich der Eckenabschluß nach der vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist zum Abschließen einer verschiebbaren äußeren Betonwandung eines Flüssiggas-Lagertanks gegen dessen Bodenplatte, ist dieser Abschluß auch dort einsetzbar, wo bei Tief stteniperaturanwendungen ein Abschluß über einen bewegbaren übergang erforderlich ist.

Wach einer weiteren Modifikation kann gegebenenfalls eine Sperrholzplatte (nicht gezeigt) auf den Innenflächen der lasttragenden 3D-SchaumstoffIsolierungen 28„ 30 angeordnet werden, um während des Tankbaus weitere Abstützung und Schutz zu bieten»

Die Erfindung schafft also einen Ubergangsabschluß mit einfachem Aufbau zwischen gegeneinander verschiebbaren Betonbaueleinenten an Behältern für Tiefsttemperaturlüssigkeiten. Sie bietet einen vollständigen Wärmeschutz der SD-Schaumstoffiso-

lierung gegen den Beton-Außentank in Verbindung mit einem solchen Abschluß und verbindet diese Abschluß- und Warmesehuezeigenschaften mit den lasttragenden Eigenschaften der SD-Schaumstoff isolierung so, daß eine statische Abstützung des Innentanks erfolgt.

Leerseite

Claims

3855 Lakewood Boulevard? Long Beach, California, V. St. A. Patentansprüche

1. Behälter für Tiefsttemperatur-Flüssigkeiten mit einer Beton-Bodenplatte, einer auf der Bodenplatte verschiebbaren Betonwandung, einer Isolierung im Behälter an der Bodenplatte und der Betonwandung und einer Metallauskleidung, entlang den Behälterinnenflächen an der Innenfläche der Bodenplatte und der Betonwandung, wobei die Auskleidung die Isolierung trägt und einen um den Behälter herum verlaufenden Innenabschluß bildet, dadurch gekennzeichnet,daß die Auskleidung am übergang zur Bodenplatte mit einem schräg verlaufenden Unterteil ausgeführt ist und Mittel vorgesehen sind, um diesen schrägverlaufenden unteren Teil an seinem oberen Ende mit der Betonwandung in einer vorbestimmten Höhe über der Beton-Bodenplatte zu verbinden, wobei im übergangsbereich zwischen der Auskleidung und der Betonwandung ein Zwischenraum verbleibt, der im Übergangsbereich eine seitliche Einwärtsbewegung der Betonwandung auf der Bodenplatte erlaubt, wobei die Metallauskleidung und die von ihr getragene Isolierung sich biegen und den dichten Abschluß im Übergangsbereich aufrechterhalten,

2. Behälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Inr.entank für eine Tiefsttemperaturflüssigkeit mit einer Innenauskleidung, wobei die Isolierung zwischen der Innenauskleidung des Innentanks und der Metallauskleidung liegt.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Isolierung um eine lasttragende faserverstärkte. Schaumstoffisolierung handelt.

4. Behälter nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine lockere geschüttete Isolierung zwischen der Innentankwand und eier lasttragenden Schaumstoffisolierung.

5. Behälter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Tankauskleidung aus Stahl mit hohem Nickelgehalt besteht.

6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hoch nickelhaltige Stahl Invar ist.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lasttragende faserverstärkte Schaumstoffisolierung auf die Innenfläche der Metallauskleidung aufeeklebt ist.

8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung und die Isolierung die gesamten Seiten- und die Bodenflächen des Betonbehälters abdecken.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abstützen des inneren Flüssigkeitstanks auf der lasttragenden Isolierung auf dem Boden des Betonbehälters sowie durch eine zusätzliche Isolierung zwischen der Unterseite des Innentanks und der lasttragenden Isolierung auf dem Boden des Betontanks.

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10. Behälter nach einem der Ansp. -he 2 bis 9, gekennzeichnet durch eine Abdeckkonstruktion au: dem Innentank sowie eine mit der Abdeckkonstruktion gehalterte Isolierung.

11. Behälter nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte i^aagerecht liegt und aus Beton ist, daß die Betonwandung vertikal verläuft, daß Mittel vorgesehen sind, die die Betonwandung an deren unterem Ende seitlich einwärts verschiebbar auf der Bodenplatte aufnehmen, daß die Metallauskleidung aus Stahl besteht und es sich bei der Isolierung um eine faserverstärkte 3D-Schaumstoffisolierung handelt, die auf die Innenfläche der Stahlauskleidung in deren vertikalen und horizontalen Bereichen aufgeklebt ist, wobei der untere Teil der Stahlauskleidung im Übergangsbereich über der Bodenplatte schräg abwärts verläuft.

12. Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 9 und 11, gekennzeichnet durch ein kuppeiförmiges Dach, das auf dem oberen Ende der Betonwandung aufliegt, eine Abdeckkonstruktion über dem Innentank, eine mit der Abdeckkonstruktion gelagerte Isolierung sowie durch Pfähle, die von der Bodenplatte abwärts abstehen und den Behälter im Erdreich abstützen.

13. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zylindrisch ist, daß die Metallauskleidung im wesentlichne zylindrisch mit einem vertikalen Wandteil und einem waagerecht verlaufenden Boden ausgeführt ist und daß der schräg verlaufende untere Teil der Metallauskleidung deren vertikale Wandung und deren waagerechten Boden miteinander verbindet.

14. Behälter nach eineir. der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte Schaumstoffisolierung eine XYZ-faserverstärkte Polyurethanschaumstoff-Isolierung ist.