DE3125846C2

DE3125846C2 - Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE3125846C2
Application number: DE3125846A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Philipp Holzmann AG
Current assignee: Philipp Holzmann AG
Priority date: 1981-07-01
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1985-05-02
Also published as: NO822303L; YU44968B; EP0069051A2; NL8104136A; DE3273334D1; EP0069051A3; YU142282A; NO152383C; NO152383B; DE3125846A1; EP0069051B1

Abstract

Es wird ein Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen beschrieben, der aus einem allseitig geschlossenen Stahlbetonaußenbehälter und aus einem in diesen unter Einfügung eines Isoliermaterials eingesetzten Stahlinnenbehälter besteht, wobei als Isolierung zwischen den beiden Behältern ein Granulat auf mineralischer Basis dient. Um bei einem Riß des Stahlinnenbehälters zu verhindern, daß die Flüssigkeit schwallartig in den Zwischenraum einströmt und örtlich hohe Belastungen des Stahlbetonaußenbehälters verursacht, wird zwischen den Behältern wenigstens am oberen Rand ein ringförmiger Sperrkörper angeordnet, der schmaler ist als der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern, so daß erreicht wird, daß bei Auftreten eines solchen Risses das zur Isolierung dienende Granulat nicht nach oben aus dem Zwischenraum verdrängt und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zwischenraum klein gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Stahlbeton- oder Spannbeton-Außenbehälter, einem darin unter Einfügung eines Isoliermaterials eingesetzten, oben offenen Stahl-Innenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, wobei das Isoliermaterial im ebenfalls oben offenen ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Behältern aus einem Granulat auf mineralischer Basis besteht, und einem in zumindest einer Ebene zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter angeordneten ringförmigen Sperrkörper.

In letzter Zeit hat der Einsatz von Erdgas als Energieträger im Privatbereich und in der Wirtschaft zunehmend an Bedeutung gewonnen. Abgesehen vom Transport des Gases von weit abgelegenen Förderorten zu Abnehmern durch Rohrleitungen erfolgt der Transport auch nach Verflüssigung des Gas"es~auf dem Seeweg. Das verflüssigte Gas erfordert darin entsprechende Lagerungsvorrichtungen beim Abnehmer, wobei vorgeschrieben Sicherh_eitsbedingungen erfüllt sein müssen.

In-der Regel dient ein nach oben offener Stahi-Innenbehälter zur Aufnahme des verflüssigten Gases, wobei der Stahl-Innenbehälter von einem Stahlbeton-Außenbehälter unter Zwischenschaltung eines Isoliermaterials vollständig umgeben ist. .= ~

Für den Betrieb solcher Behälter müssen umfangrei-_ • ehe Sicherheitsvorkehrungen getroffen seiir. So muß der Außenbehälter-einerseits erdbebensicher sein,_andererseits aber auch Belastungen bei einer Gaswolkenexplosion überstehen können. Es muß aber auch dem Lastfall begegnet werden, daß der Innenbehälter plötzlich aufreißt. Da Stahl bei den niedrigen Temperaturen, mit denen verflüssigtes Gas gelagert wird, zur Sprödigkeit neigtjcönnen Materialfehler im Stahl tatsächlich dazu führen, daß eine zunächst kleine Bruchstelle sich zu einem durchgehenden Riß aufweitet. Die Folge davon ist, daß das tiefgekühlte Flüssiggas aus dem Riß austritt und sich in den Ringspalt zwischen dem Stahl-Innenbehälter und dem Stahlbeton-Außenbehälter ergießt und von der Austrittsstelle in beiden Richtungen in den Ringspalt einströmt

Betrachtet man zunächst den vereinfachten Fall, daß sich in dem Ringspalt kein Isoliermaterial befindet verläuft der Strom der Flüssigkeit in beiden Richtungen innerhalb des Ringspaltes, bis sich die beiden Teilströme etwa an der der Bruchstelle diametral gegenüberliegenden Seite treffen, und Modellversuche haben gezeigt daß dann an dieser Stelle des Aufeinandertreffens ein Druck auf den Stahlbeton-Behälter einwirkt der örtlich bis zu dem sechsfachen hydrostatischen Druck beträgt, so daß damit der Stahlbeton-Außenbehälter unzulässig beansprucht werden kann.

Dieser überhöhte hydrostatische Druck kann aber auch bei den bisher üblichen Flüssiggas-Behältern auftreten, bei denen zwischen dem Stahl-Innenbehälter und dem Stahlbeton-Außenbehälter eine Isolierung angeordnet ist Diese Isolierung besteht nämlich üblicher weise aus expandiertem Perlit Ausgangsmaterial ist da bei ein vulkanisches Silikitgestein, bei dem durch kurz fristiges Erhitzen auf etwa 1000° C das gebundene Was

ser ijafi Dampf verwandelt wird, so daß die Glasschmelze /^ auf ein Vielfaches ihres ursprünglichen Volumens aufgebläht wird.

Während zwischen dem Boden des Stahl-Innenbehälters und dem Stahlbeton-Außenbehälter die Isolierung aus Schaumglas besteht, die in der Lage ist, dem statischen Druck des Stahl-Innenbehälters und des darin befindlichen Flüssiggases standzuhalten, dient zur Isolierung im Ringraum zwischen den beiden Behältern das Perlit-Granulat, das den Vorteil einer hohen Isolationsfähigkeit besitzt, nicht brennbar und verhältnismäßig preiswert ist

Wie jedes wärmeisolierende Material hat jedoch das Perlit-Granulat ein sehr geringes spezifisches Gewicht, was im Falle eines Aufreißens des Stahl-Innenbehälters bedeutet, daß die Isolierung der dann austretenden Flüssigkeit keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen würde und von der austretenden Flüssigkeit nach oben aus dem Ringspalt verdrängt würde, so daß dann die gleichen Folgen eintreten wurden, als sei zwisehen den beiden Behältern kein Isoliermaterial vorhanden.

Um dem entgegenzutreten, wären zwei Lösungen denkbar. Eine dieser Lösungen bestände darin, das Perlit-Material durch ein anderes Isoliermaterial zu ersetzen, das eine'r Ausbreitung des Flüssiggases bei einem Riß des Innenbehälters entgegenwirkt Dies wäre beispielsweise durch Ausschäumen des Zwischenraums mit einem Kunststoff möglich, der im aufgeschäumten Zustand ausreichend widerstandsfähig ist. Dem stehen jedoch technische und ökonomische Gesichtspunkte entgegen. So sind Kunststoffschaumstoffe brennbar und schon aus diesem Grunde ungeeignet. Ferner ist kein technisches Verfahren bekannt, um eine homogene Schaumauskleidung dieses Ausmaßes herzustellen, denn der Ringspalt hat bei Behältern gängiger Größe eine Breite von etwa 1 m bei einem Umfang von etwa 300 m. Außerdem würde ein vollständiges Auskleiden des PJngspaltes den Zugang zum Stahl-Innenbehälter

beispielsweise zu Kontrollzwecken, verhindern. Die Kosten des Kunststoffmaterials und dessen Einbringung in den Ringspalt wären zudem erheblich größer als bei Verwendung des Perlit-Granulats, das den Vorzug der Nicht-Brennbarkeit besitzt, weil es auf mineralischer Basis beruht

Ausgehend von der Verwendung eines solchen mineralischen Granulats könnte man zwar daran denken, den ■Ringspalt auf seiner Oberseite zu verschließen, um so bei einem Riß des Innen-Behälters eine Verdrängung des Isoliermaterials zu verhindern. Ein solcher Verschluß ist jedoch aus mehreren Gründen nicht möglich. Zum einen würde hierdurch eine unerwünschte Kältebrücke geschaffen, da eine unmittelbare Verbindung zwischen Stahl-Innenbehälter und Stahlbeion-Außenbehälter geschaffen würde. Außerdem würde dann ein Druckausgleich nach außen unterbunden, der beispielsweise notwendig ist, wenn das tiefgekühlte Flüssiggas in den Stahl-Innenbehälter eingefüllt wird.

Aus der DE-OS 24 43 641 und der DE-OS 21 34 323 ist es bekannt, im Zwischenraum zwischen Siahi-innenbehälter und Stahlbeton-Außenbehälter ringförmige Sperrkörper vorzusehen, die lose auf am Innen- bzw. Außenbehälter angebrachten Stützringen aufliegen und den Zweck haben, unerwünschten Setzungen des Isoliermaterials entgegenzuwirken. Diese bekannten Sperrkörper sind jedoch nicht in der Lage, bei einem Bersten des Innenbehälters einer Verschiebung des Isoliermaterials nach oben entgegenzuwirken, denn die lose aufliegenden Sperrkörper würden sich auch hier unter dem Druck der eintretenden Flüssigkeit nach oben abheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Behälter der eingangs genannten Art für den Fall eines Risses im Stahl-Innenbehälter zu verhindern, daß das Isoliermaterial durch die in den Zwischenraum eintretende Flüssigkeit nach oben verdrängt wird, um auf diese Weise der Gefahr entgegenzuwirken, daß der Flüssigkeitsschwall an der der Berststelle gegenüberliegenden Seite des Zwischenraums aufeinanderprallt und damit unzulässige örtliche Druckbeanspruchungen auf denJ^mBB'Außenbehälter ausgeübt werden.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der ringförmige Sperrkörper als starres Element ausgebildet und mit dem Außen- oder Innenbehälter unbeweglich verbunden ist, und daß der ringförmige Sperrkörper geringere radiale Abmessungen aufweist als der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß bei dem Lastfall des plötzlichen Aufreißens des Stahl-Iiinenbehälters die ausgetretene Flüssigkeit das leichte Granulat nicht schlagartig verdrängen kann, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit stark reduziert wird und an der der Austrittsstelle gegenüber liegenden Seite die beiden Teilströme nicht mehr schwallartig aufeinandertreffen können.

Dabei wird — da der Sperrkörper keine Verbindung zwischen den beiden Behältern herstellt — sowohl die Ausbildung einer Kältebrücke verhindert als auch ein ungehinderter Druckausgleich zugelassen.

Durch die Wahl der Größe des von dem Sperrkörper gelassenen Zwischenraums im Ringspalt und gegebenenfalls durch Löcher oder Schlitze im Sperrkörper läßt sich erreichen, daß die Druckbelastung des Spannbetonbehälters zu keinem Zeitp jnkt und an keiner Stelle größer ist als die hydrostatische Belastung.

Vorzugsweise ist nur ein Sperrköiper am oberen Rand des Behälters angeordnet, jedoch können auch weitere Sperrkörper in Ebenen unterhalb des oberen Randes der Behälter angeordnet sein.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung besteht der Sperrkörper aus einer ringförmigen Scheibe, die mittels Traversen versfeift und am Stahlbetonaußenbehälter befestigt ist. -

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der-Zeichnung dargestellten Ausfühfungsbeispiels näher erläutert, in derZeichnungbedeuten

F i g. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Behälters zur Einlagerung von Flüssiggas und"

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab. -

■ F i g. 1 zeigt einen Stahlbetqnaußenbehälter, der aus einer Bodenplatte 1, einer Wand 2 und einer Dachkuppel 3 besteht. Innerhalb des Außenbehalters ist getrennt durch eine 'solierung 4 ein Innenbehälter 5 aus Stahl angeordnet, der nach oben hin offen h. und zur Aufnahme von verflüssigtem Erdgas dient. Bei Einern solchen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 50 000 m³ beträgt die Wandstärke des Stahiinnenbehälters 5 etwa 14—30 mm, die Dicke der Isolierung 4 etwa 1 m und die Wandstärke des Stahlbetonaußenbehälters etwa 50 cm. Die Isolierung unter dem Boden des Stahlbehälters besteht dabei aus Schaumglas, das in der Lage ist, die statische Belastung des mit Flüssiggas gefüllten Behälters 5 auszuhalten, während die Isolierung an der Decke aus Mineralwolle besteht. Der Ringspalt zwischen den beiden Behältern ist mit einem Granulat aus Perlit gefüllt. Das nicht brennbare Perlitgranulat hat den Vorteil, daß es auf einfache Weise in den Ringspalt eingebracht werden kann, daß es aber auch für Inspektionszwecke oder für erforderliche Reparaturarbeiten genauso leicht durch Absaugen wieder entfernt werden kann.

Um nun bei einem plötzlichen Aufreißen zu verhindern, daß die aus dem Spalt zu beiden Seiten au; dem Behälter austretenden Teilströme im Zwischenraum zwischen den beiden Behältern an der der Austrittsstelle gegenüber liegenden Seite unter Verdrängung des Perlitgrantilats schwallartig aufeinandertreffen, ist nun gemäß der Erfindung wenigstens in der Nähe des oberen Endes des Stahiinnenbehälters 5 ein ringförmiger Sperrkörper 6 vorgesehen, wobei F i g. 2 eine mögliche Ausführungs- und Befestigungsform für einen solchen Sperrkörper zeigt.

Dort ist der Sperrkörper 6 als ringförmige Scheibe ausgebildet, die mit Hilfe von Traverse* an der Wand 2 des Stahlbeton-Außenbehälters befestigt ist. Die Befestigung kann dabei mittels Schrauben 10 und im Stahlbeton verankerten Bolzen 11 erfolgen. Auf der Innenseite r'-.r Stahlbetonwand 2 befindet sich in üblicher Weise eine Blechverkleidung 12, während auf der Außenseite des Stahlinirsnbehälters 5 in ebenfall« übliche·· Weise eine Mineralfasermatte 13 angebracht ist, die als kompressible Puffsrschicht bei einer Ausdehnung des Innenbehälters 5 dient.

Die radialen Abmessungen der Scheibe 6 sind kleiner als der Abstand zwischen der Außenseite der Blechverkleidung 12 und der Außenseite der Mineralfase;matte 13, so daß ein Zwischenraum 14 verbleibt, durch den ein Druckausgleich erfolgen kann. Gegebenenfalls können auch in der ringförmigen Scheibe 6 zusätzlich noch Lö-

1-5 eher oder Schlitze 15 angebracht werden.

Sollte der Lastfall des plötzlichen Aufreißens des Stahlinnenbchiilters eintreten, würde das dann ati5tre^r tcnde Flüssiggas an einer raschen Strömung im Zwi-

schenraum zwischen den Behältern stark gehindert, da der Sperrkörper 6 dafür sorgt, daß das Perlitgranulat nur in begrenztem Maße durch den Zwischenraum 14 und gegebenenfalls die Löcher oder Schlitze 15 austreten kann, so daß der Zwischenraum zwischen den Behältern nur langsam vollsickert und'ein schwallartiges Aufeinandertreffen .von Teilflüssigkeitsströmen unterbunden wird. Beim Eindringen des Flüssiggases in den Zwischenraum durch Verdampfung sich bildende Gase können ebenfalls durch den Zwischenraum-14 und gegebenenfalls die Löcher oder Schlitze 15 entweichen. Modellversuche haben ergeben, daß die abgedeckte Oberfläche des Behälterzwischenraums etwa 50% bis 90% derGesamtoberfläche betragen sollte.

In Fig. 1 ist angedeutet, daß gegebenenfalls auch js noch weitere Sperrkörper 7 bzw. 8 in Ebenen unterhalb des oberen Randes der Behälter vorgesehen werden können, die gleich ausgebildet sind wie der in Fig.2 dargestellte Stahlkörper.

Natürlich sind auch andere Ausführungsformen des Sperrkörpers denkbar, und die Befestigung kann auch am Stahlinnenbehälter erfolgen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

-Patentansprüche:

1. Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Stahlbeton- oder Spannbeton-Außenbehälter, einem darin unter Einfügung eines Isoliermaterials eingesetzten, oben offenen Stahl-Innenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, wobei das Isoliermate- :'id\ im ebenfalls oben offenen ringförmigen Zwischenraum-zwischen den beiden Behältern aus einem Granulat auf mineralischer Basis besteht und einem in zumindest einer Ebene zwischen dem Außenbehälter und dem Innenbehälter angeordneten ringförmigen Sperrkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sperrkörper (6) als starres Element ausgebildet und mit dem Außenoder Innenbehälter (2 bzw. 5) unbeweglich verbunden ist, und daß der ringförmige Sperrkörper (6) geringere radis'e Abmessungen aufweist als der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sperrkörper (6) am oberen Rand des Behälters (2 bzw. 5) angeordnet ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sperrkörper (6) mittels Traversen (9) versteift ist.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Sperrkörper (6) mit Löchern oder Schlitzen (15) versehen ist.