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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Rückhalteanlage
und einer kryogenen Einheit. Die Kombination findet insbesondere an
Standorten vor der Küste
und auf hoher See Anwendung.
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Es
gibt viele Anwendungen, die eine kryogene Einheit nutzen. Solche
kryogenen Einheiten schließen
typisch Luftzerlegungseinheiten, Gasverflüssigungseinheiten und Syntheseeinheiten
ein. Mitunter ist es wünschenswert
oder aus Sicherheitsgründen
notwendig, derartige Einheiten, insbesondere wenn sie kryogene Flüssigkeiten
oder Dämpfe
enthalten, die aus der kryogenen Einheit entweichen, zu umschließen. Während Sicherheitsbehälter bzw. Rückhalteanlagen
bei speziellen Anwendungen an Land wünschenswert sein können, sind
sie bei Anwendungen auf See (Offshore-Anwendungen) unverzichtbar,
da oftmals das Bedienungspersonal nur wenige Meter von der kryogenen
Einheit entfernt arbeiten und leben muss. Bei vielen Offshore-Anwendungen,
wie etwa Tiefsee-Bohrinseln oder anderen Plattformen, und auf Schiffen
sind sie wegen der großen Nähe des Bedienungspersonals
zu der kryogenen Einheit und außerdem
wegen der Schwierigkeiten bei einer Evakuierung des Bedienungspersonals
von derartigen Offshore-Anwendungen, die Lecks einer kryogenen Einheit
aufweisen, von größter Wichtigkeit.
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Wenn
eine kryogene Flüssigkeit
oder ein kryogener Dampf aus einer kryogenen Einheit entweicht,
ist es notwendig, die austretende Flüssigkeit und/oder den austretenden
Dampf zu beseitigen oder zu verteilen. Bei Anwendungen an Land kann dies
normalerweise einfach durch Auslassen der kryogenen Flüssigkeit
und/oder des kryogenen Dampfes in die Atmosphäre erreicht werden. Jedoch
kann ein Auslassen einer kryogenen Flüssigkeit oder eines kryogenen
Dampfes in die Atmosphäre
einen dicken Nebel in der Nähe
der Auslassöffnung
erzeugen, der die Sicht in der Gegend der Auslassöffnung erheblich verschlechtert,
und kann ein Vereisen benachbarter Bauwerke zur Folge haben. Außerdem kann
ein einfaches Auslassen von Flüssigkeiten
und Dämpfen
in die Atmosphäre,
je nachdem, welche Flüssigkeiten oder
Dämpfe
gerade ausgelassen werden, eine Gesundheitsgefährdung des in der Nähe arbeitenden Bedienungspersonals
und eine Beschädigung
benachbarter Bauwerke zur Folge haben. Beispielsweise kann dort,
wo die Flüssigkeit
oder der Dampf sauerstoffreich ist, die Gefahr eines Brandes oder
einer Explosion bestehen. Außerdem
besteht die Gefahr einer Gefügeschädigung bei
Baustählen,
die typisch beim Bau von Offshore-Ausrüstungen benutzt werden, durch
Verspröden
und Ermüden
infolge des Kontakts mit kryogenen Fluida.
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In
einer Arbeit mit dem Titel ”Tonnage
Nitrogen Generation For Oil And Gas Enhanced Recovery In The North
Sea”,
vorgestellt in: Annual Report, Session 6 of the 9th Continental
Meeting of the Gas Processors Association, 14. Mai 1992, ist eine
Rückhalteanlage
für eine
Luftzerlegungseinheit offenbart. Die in dieser Arbeit offenbarte
Rückhalteanlage
verwendet eine Wärmeisolierung
bekannten Typs, wobei loses Isoliermaterial, das von einem Drahtgeflecht (”Hühnerdraht”) umschlossen
ist, eine wärmeisolierende
Schicht bildet, die gegen ein Eindringen von kryogenen Sickerverlusten
aus der Luftzerlegungseinheit widerstandsfähig ist. Jedoch ist festgestellt worden,
dass die Wirksamkeit der Wärmeisolation, die
durch eine lose Aufschüttung
von Isoliermaterial geschaffen wird, stark veränderlich ist, da es schwierig
ist, eine optimale und reproduzierbare Dichte sicherzustellen und
folglich für
eine minimale Wärmeleitfähigkeit
des lose aufgeschütteten
Isoliermaterials zu sorgen. Außerdem
ist das lose aufgeschüttete
Isoliermaterial gegen kryogene Sickerverluste lediglich widerstandsfähig, wobei
schwere Sickerverluste die Isolation durchdingen können, wodurch
die Unversehrtheit und Wirksamkeit der Wärmeisolation zerstört wird.
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Außerdem ist
es dort, wo eine Wartung einer kryogenen Einheit erforderlich ist,
notwendig, durch eine Wärmeisolation
hindurch einen Zugang zu der kryogenen Einheit vorzusehen. Bei einer
Offshore-Anwendung ist es besonders wichtig, in der Lage zu sein,
zu Wartungszwecken leichten Zugang zu der kryogenen Einheit zu haben,
da Verzögerungen
bei der Schaffung eines Wartungszugangs zu der kryogenen Einheit
das Sicherheitsrisiko für
das Bedienungspersonal erhöhen
können.
Das Entfernen und Hinzufügen
rings um eine kryogene Einheit lose auf geschütteten Isoliermaterials kann
sehr zeitaufwändig
sein und sollte deshalb vor allem bei Offshore-Anwendungen vermieden
werden.
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Was
die in der oben erwähnten
Arbeit offenbarte Rückhalteanlage
betrifft, so weist sie an ihrer Basis einen Sumpf bzw. Sammelbehälter auf,
der eine Flüssigkeit,
die aus der kryogenen Einheit entweicht, die in der Rückhalteanlage
eingeschlossen ist, aufnehmen und einschließen kann. Der Sumpf hat eine
Auskleidung aus rostfreiem Stahl, die die Sumpfwand bildet. Bei
diesem Vorschlag des Standes der Technik kann Flüssigkeit aus dem Sumpf zu einem
Verdampfer geleitet werden, der dann die Flüssigkeit vor einer Verteilung
verdampft.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eines oder mehrere der oben
genannten Probleme zu beheben.
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US-A-4 513 550 offenbart
ein Verfahren zur Errichtung eines großen Tanks oder Vorratsbehälters zur
Aufbewahrung einer Flüssigkeit
bei niedriger Temperatur.
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US-A-4 452 162 offenbart
eine Ecksäule
für ein
Tieftemperatur-Isolationssystem, dass als ein Großbehälter zur
Aufbewahrung von kryogenen Flüssiggasen
verwendet wird.
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US-A-4 041 722 offenbart
einen Großtank zur
Aufbewahrung von kryogenen Flüssiggasen.
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US-A-4 575 386 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Gases unter Verwendung
von mehreren in Reihe angeordneten Wärmetauschern.
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Das
Dokument
WO-A-99/26
033 (
EP-A-1 034
409 ), das nur unter EPÜ A.54
(3) relevant ist, offenbart eine so genannte Cold Box für eine Kryo-Destillationsanlage,
wobei die Wärmeisolierung
der Seitenwände
der Cold Box durch eine lose Masse von Blähperlite geschaffen wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kombination aus einer Rückhalteanlage und einer kryogenen
Einheit geschaffen, wobei die kryogene Einheit mindestens entweder
eine Luftzerlegungseinheit, eine Gasverflüssigungseinheit, eine Gassyntheseeinheit
oder eine Gasreinigungseinheit ist, wobei die Rückhalteanlage so angeordnet
ist, dass sie Flüssigkeit
unterbringt bzw. zurückhält, die
aus der kryogenen Einheit ausleckt, und eine Kammer umfasst, in welcher
die kryogene Einheit angeordnet ist; eine Kammerwand, welche eine
Wärmeisolation
zum Wärmeisolieren
der kryogenen Einheit in der Kammer umfasst; und einen Sumpf zur
Aufnahme von Flüssigkeit,
die aus der kryogenen Einheit ausleckt; dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammerwand undurchlässig
für Flüssigkeit
ist, die aus der kryogenen Einheit ausleckt, wobei mindestens eine
Seitenwand der Kammer eine Vielzahl von isolierenden Mauersteinen
bzw. Ziegeln zum Wärmeisolieren
der Kammer aufweist; wobei die Kombination mindestens ein Paneel
aufweist, das an der Kammerwand zwischen der Isolierung und der
Kammer fixiert ist, wobei das mindestens eine Paneel undurchlässig für Flüssigkeit ist,
die aus der kryogenen Einheit ausleckt, um die Kammerwand undurchlässig für Flüssigkeit
zu machen, die aus der kryogenen Einheit ausleckt, und wobei das
oder mindestens einige der Paneele an der Wärmeisolierung fixiert sind
und diese zusammendrücken,
und zwar mittels Bolzen welche durch die Paneele hindurch in die
Isolierung führen.
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Die
Rückhalteanlage
kann alle Leckverluste aus der kryogenen Einheit, die im Inneren
der Kammer angeordnet ist, vollständig aufnehmen. Die Unversehrtheit
der Wärmeisolation
ist jederzeit gegeben.
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Die
Kammerwand enthält
mehrere wärmeisolierende
Mauersteine zum Wärmeisolieren
der Kammer. Die Mauersteine sind vorzugsweise frei von jedwedem
Bindemittel. Am stärksten
bevorzugt sind die Mauersteine aus vorverdichtetem mineralischem Faserstoff.
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Die
Verwendung von wärmeisolierenden Mauersteinen
statt einer losen Schüttung
aus Wärmeisoliermaterial
wie im Stand der Technik vereinfacht den Zusammenbau der Rückhalteanlage
in starkem Maße
und erleichtert außerdem
den Zugang zu einer kryogenen Einheit im Inneren der Kammer zu Wartungszwecken.
Die Wärmeisolierungseigenschaften
der Mauersteine können
wohldefiniert sein, wobei sie gewöhnlich in einem sehr schmalen
Bereich sein werden, was im Gegensatz zu den stark schwankenden
Wärmeisolierungseigenschaften
der lose aufgeschütteten
Wärmeisolation
ist. Es ist klar, dass das Wort ”Mauerstein”, das hier benutzt wird, weitere
im Wesentlichen selbsttragende Strukturen wie beispielsweise Blöcke und
Platten einschließt. Vorzugsweise
sind die Mauersteine bindemittelfrei; falls eine sauerstoffhaltige
Flüssigkeit
oder ein sauerstoffhaltiger Dampf, die bzw. der aus der kryogenen Einheit
entweicht, mit den Mauersteinen in Kontakt kommt, könnten solche
Bindemittel nämlich
bei Kontakt mit Flüssigkeiten
oder Dämpfen,
die Sauerstoff enthalten, verbrennen.
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Die
Mauersteine sind vorzugsweise in Schichten angeordnet, wobei jede
Schicht eine Vielzahl von Mauersteinen umfasst, wobei die Mauersteine
in mindestens einer Schicht relativ zu den Mauersteinen in einer
angrenzenden Schicht so versetzt sind, dass der Stoß zwischen
aneinander angrenzenden Mauersteinen in der mindestens einen Schicht nicht
kontinuierlich mit dem Stoß zwischen
aneinander angrenzenden Mauersteinen in der anliegenden Schicht
liegt. Ein Versetzen der Mauersteine in einer Schicht in Bezug auf
die Mauersteine in einer angrenzenden Schicht verbessert die Wärmeisolierungseigenschaften
der Mauersteine, da es die Konvektionswege für warme Luft, die von außerhalb
der Rückhalteanlage
in die Kammer eindringt, einschränkt.
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Eine
Konvektionsunterbrechung ist vorzugsweise zwischen mindestens einigen
Mauersteinen angeordnet. Die oder jede Konvektionsunterbrechung
kann ein Flächengebilde
aus im Wesentlichen gasundurchlässiger
Folie umfassen.
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Bolzen
oder Stifte sind vorgesehen, um die Mauersteine an der Kammerwand
zu sichern. Die Bolzen werden benutzt, um die Mauersteine in Bezug auf
die Kammerwand und relativ zueinander zu fixieren. Die Bolzen werden
zusammen mit einem undurchlässigen
Paneel verwendet, um auf Wusch die Mauersteine zusammenzupressen,
was erstrebenswert sein kann, um mittels der Mauersteine eine optimale
Wärmeisolierung
zu erzielen.
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Mindestens
ein Paneel ist an der Kammerwand zwischen der Isolation und der
Kammer fixiert, wobei das mindestens eine Paneel undurchlässig für Flüssigkeit
ist, die aus der kryogenen Einheit ausleckt, um die Kammerwand undurchlässig für Flüssigkeit
zu machen, die aus der kryogenen Einheit ausleckt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist eine Vielzahl von Paneelen an der Kammerwand zwischen der Isolation
und der Kammer fixiert, wobei an einer horizontalen Verbindung zwischen
nebeneinander liegenden oberen und unteren Paneelen die unterste
Kante des oberen Paneels über
der obersten Kante des anliegenden unteren Paneels an der Kammerseite
der nebeneinander liegenden oberen und unteren Paneele liegt. Vorzugsweise
sind an einer vertikalen Verbindung zwischen mehreren aneinander
anliegenden Paneelen die aneinander stoßenden Kanten dieser Paneele
aneinander arretiert.
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Das
oder jedes Paneel ist aus einem Material, das so beschaffen ist,
dass es verhindert, dass Flüssigkeiten
oder Dämpfe,
die aus der kryogenen Einheit in die Kammer entweichen, die Isolation
erreichen. Deshalb verwirklicht das Paneel oder verwirklichen die
Paneele eine die Isolation schützenden Schicht.
In der bevorzugten Ausführungsform
sind mehrere Paneele in einer Art und Weise, die Dachplatten ähnlich ist,
in der Weise wirksam angeordnet, dass eine Flüssigkeit, die auftrifft und
die Paneele herunterläuft,
von den Paneelen abtropft und nicht in die Isolation eindringt.
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Das
Paneel ist oder zumindest einige der Paneele sind mittels Bolzen,
die durch die Paneele hindurch in die Isolation führen, an
der Wärmeisolation fixiert
und drücken
diese zusammen. Die Bolzen können
an einem Ende an einer Rückhaltewand
der Rückhalteanlage
fixiert sein, so dass die Wärmeisolation
zwischen den Paneelen und der Rückhaltewand
komprimierbar ist.
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Der
Sumpf ist vorzugsweise an seinem höchsten Ende offen, um Flüssigkeit
aufzunehmen, die aus der kryogenen Einheit ausleckt, wobei der Sumpf
durch eine Sumpfwand und eine Sumpfbasis definiert ist und eine
Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen von Flüssigkeit aus dem Sumpf durch
das offene, höchste
Ende des Sumpfes umfasst. Die Entnahmeeinrichtung erfordert normalerweise
den spezifischen Einsatz von Energie (beispielsweise Elektroenergie/Dampf/Treibgas),
um für
das Abziehen der Flüssigkeit
für eine
Auftriebsfähigkeit
zu sorgen. Eine Freisetzung des eingeschlossenen kryogenen Stoffs
durch einen Störfall
ist nicht möglich,
da die Entnahmeeinrichtung eine Fernenergieversorgung aufweist;
sie kann nur durch Betreiben der Entnahmeeinrichtung erzielt werden.
An die Entnahmeeinrichtung kann ein Verdampfer angeschlossen sein, um
aus dem Sumpf entnommene Flüssigkeit
aufzunehmen und zu verdampfen. Es kann eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen des
Dampfes, der durch den Verdampfer hergestellt wird, vor dem Verteilen
des Dampfes vorgesehen sein. Der Sumpf ist vorzugsweise groß genug,
um den gesamten Inhalt der kryogenen Einheit aufzunehmen.
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Die
Kammer weist mindestens eine Seitenwand auf, die eine Vielzahl von
isolierenden Mauersteinen zum Wärmeisolieren
der Kammer enthält.
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Die
Kammer kann eine obere Wand aufweisen, die eine Vielzahl von isolierenden
Mauersteinen zum Wärmeisolieren
der Kammer enthält.
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Die
Kombination kann sich vor der Küste bzw.
auf See befinden.
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Die
kryogene Einheit kann eine Luftzerlegungseinheit oder eine Gasverflüssigungseinheit oder
eine Reinigungs- oder Zerlegungseinheit für andere Gase sein.
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Es
wird nun eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben, worin
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1 eine
perspektivische, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines Beispiels
für eine
Rückhalteanlage
und eine kryogene Einheit gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2A und 2B detaillierte
Darstellungen von Abschnitten der Wärmeisolation für die Wände und
das Dach aus den Paneelen im Umschließungsbereich oberhalb des Sumpfes
sind;
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3 eine
schematische Perspektivansicht ist, die ein Paneel und die Wärmeisolation
zeigt;
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4 eine
Teilschnittdarstellung von oberhalb einer Kammerwand, Isolation
und Paneelen ist;
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5 eine
Teilschnittdarstellung von der Seite einer Kammerwand, Isolation
und Paneelen ist;
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6 eine
schematische Darstellung des unteren Abschnitts der Rückhalteanlage
ist, die einen Sumpf zeigt;
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7 eine
detaillierte Schnittdarstellung der Wärmeisolation in der Wand und
dem Dach bei Verwendung von Schaumglas als ein zu verdichtetem Mineralfaserstoff
alternatives Isoliermaterial ist;
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8 eine
schematische Perspektivansicht eines abdichtenden Bügels für eine Schaumglas-Wand-
oder -Dachinstallation ist.
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In
der Zeichnung ist eine Rückhalteanlage 1 für eine kryogene
Einheit 2 gezeigt. Die kryogene Einheit 2 kann
beispielsweise eine Luftzerlegungseinheit, ein Gas-(wie etwa Erdgas-)Verflüssigungseinheit,
eine Gaszerlegungs- und/oder -reini gungseinheit für solche
Gase wie etwa CO und/oder H2 usw. sein.
Die Rückhalteanlage 1 ist
besonders für eine
Verwendung bei Offshore-Anwendungen, beispielsweise auf Öl/Gas-Plattformen
oder beispielsweise an Bord eines Schiffes geeignet.
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Der
Klarheit wegen ist die Rückhalteanlage 1 in 1 teilweise
aufgeschnitten gezeigt. Die Rückhalteanlage 1 kann
zylindrisch sein oder einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen;
es ist jedoch klar, dass weitere Formen im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
wie durch die beigefügten
Ansprüche
definiert, möglich
sind. Verweise auf eine ”Seitenwand” oder auf ”Seitenwände” usw. sind
demgemäß zu verstehen.
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Die
Rückhalteanlage 1 weist
einen äußeren Rahmen 3 auf,
der aus Rahmenelementen mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet
ist, die zusammengeschweißt
oder auf eine andere Weise aneinander befestigt sind. Die Rückhalteanlage 1 hat äußere Seitenwände 4,
eine äußere Deckenwand 5 und
eine äußere Bodenwand 6,
die jeweils an dem Rahmen 3 befestigt sind. Der Rahmen
und die äußeren Wände 4, 5 und 6 sind
vorzugsweise Baustahlplatten. Die Rückhalteanlage 1 weist
eine mittige Kammer 7 auf, in der die kryogene Einheit 2 untergebracht
ist.
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Innerhalb
der Außenwände 4, 5, 6 und
an diese angrenzend sind Schichten aus wärmeisolierenden Mauersteinen 10, 11 angeordnet.
Es ist klar, dass in 1 der Klarheit wegen nur einige
der Mauersteine 10, 11 gezeigt sind. Die Mauersteine 10,
mit denen die oberen Abschnitte der äußeren Seitenwände 4 und
die Deckenwand 5 ausgemauert sind, sind vorzugsweise vorgeformte
Mauersteine oder Platten aus Mineralfaser-Isoliermaterial. Ein besonders
geeignetes Material ist Steinwolle geringer Dichte. Die Mauersteine 11,
mit denen der untere Abschnitt der Außenseiten-Rahmenelemente 4 und
der Bodenrahmen 6 ausgemauert sind, sind vorzugsweise vorgeformte
Mauersteine oder Platten aus Schaumglas, wie nachstehend näher beschrieben wird.
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Wie
in 1 zu sehen ist, sind die Mauersteine 10, 11 in
horizontalen und vertikalen Schichten vorgesehen, wovon der überwiegende
Teile eine Dicke von mehreren Mauersteinen 10, 11 hat.
Die Mauersteine 10, 11 in aneinander grenzenden
Schichten sind relativ zueinander so versetzt, dass der Stoß 12 zwischen
aneinander grenzenden Mauersteinen in einer Schicht nicht an den
Stoß 12 zwischen
aneinander grenzenden Mauersteinen 10, 11 in einer
angrenzenden Schicht anschließt.
Dieses Versetzen der Mauersteine 10, 11 relativ
zueinander in benachbarten Schichten wird innerhalb der Grenzen
der Aufschichtung der Mauersteine 10, 11 bei allen
nebeneinander liegenden Schichten sowohl in vertikaler als auch
in horizontaler Richtung so weit wie möglich angewendet. Das Versetzen
der Mauersteine 10, 11 in dieser Weise verbessert
die Wärmeisolierungseigenschaften
der Schichten aus Mauersteinen 10, 11, da Konvektionspfade
für warme
Luft oder andere Gase, die von außerhalb der Rückhalteanlage 1 in
die Rückhalteanlage 1 eindringen,
auf ein Minimum reduziert oder völlig
abwesend sind.
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Die
Wärmeisolierungseigenschaften
der oberen Mauersteine 10 werden weiter verbessert durch
das Vorhandensein von Konvektionsunterbrechungen zwischen nebeneinander
liegenden Mauersteinen 10, insbesondere Mauersteinen 10,
die in einer vertikalen Richtung nebeneinander liegen. Beispielsweise
sind, wie in 2A für die Mauersteine 10,
die an dem oberen, äußeren Paneel 5 anliegen, Flächengebilde 13 aus
dünner
Aluminiumfolie zwischen aufeinander folgende horizontale Schichten aus
Mauersteinen 10 gelegt, um eine Wärmekonvektion durch die obere
Schicht aus Mauersteinen 10 zu verhindern. In ähnlicher
Weise sind, wie in 2B gezeigt ist, dünne Flächengebilde 14 aus
Aluminiumfolie zwischen den horizontalen Stoß zwischen vertikal nebeneinander
liegenden Mauersteinen 10 eingefügt. Die Konvektionsunterbrechungen 13, 14 dienen
nicht nur zur Verhinderung oder Vermeidung des Durchgangs warmer
Gase durch irgendwelche Zwischenräume zwischen nebeneinander
liegenden Mauersteinen 10, sondern auch dazu, einen Strom warmer
Gase durch die Mauersteine 10 selbst zu hemmen. Allerdings
kann es unter Umständen
wünschenswert
sein, die Gesamtheit einiger oder aller Mauersteine 10 in
eine Konvektionsunterbrechung, beispielsweise Aluminiumfolie, einzuhüllen, um
mögliche
Konvektionsverluste noch weiter zu verringern.
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Die
innersten Oberflächen
der innersten Mauersteine 10 für die oberen Wände und
das Dach der Rückhalteanlage
sind mit undurchlässigen
Paneelen 20 ausgekleidet. Diese an den Mauersteinen 10 anliegenden
Paneele 20 im oberen Teil der Rückhalteanlage 1, über dem
Rückhalte-Sumpf
können beispielsweise
aus nicht rostendem Stahl oder Aluminium sein und eine Dicke von
3 mm aufweisen.
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Wie
in 1 und deutlicher in 3 bis 5 gezeigt
ist, sind Bolzen 22 in einer regelmäßigen Anordnung an dem äußeren Deckenpaneel 5 und
an den oberen Abschnitten der Außenseitenpaneele 4 beispielsweise
durch Schweißen
in der Weise angebracht, dass die Bolzen 22 von den oberen Decken-
und Seitenpaneelen 4, 5 in den Innenraum der Rückhalteanlage 1 vorstehen.
Die Mineralfaser-Mauersteine 10 im
oberen Teil der Rückhalteanlage 1 sind
auf die Bolzen 22 aufgespießt, wodurch die Bolzen 22 dazu
beitragen, die Mauersteine 10 relativ zueinander festzuhalten.
Die oberen Innenauskleidungspaneele 20, die die oberen
Mauersteine 20 verkleiden und schützen, weisen Durchgangslöcher 23 auf,
die so angeordnet sind, dass sie mit den Bolzen 22 in Übereinstimmung
sind. Folglich können, nachdem
die Mauersteine 10 auf die Bolzen 22 aufgespießt worden
sind, die verschiedenen Innenauskleidungspaneele 20 den
Mauersteinen 10 dargeboten und auf den Bolzen 22 angeordnet
werden, wobei jeder Bolzen 22 durch ein entsprechendes
Durchgangsloch 23 in den Paneelen 20 geht. Die
freien Enden der Bolzen 22 sind mit einem Schraubengewinde versehen,
um eine Sicherungsmutter 24 aufzunehmen. Die Sicherungsmuttern 24 werden
mit einem festgelegten Drehmoment angezogen, um die Innenauskleidungspaneele 20 auf
den Bolzen 22 zu sichern. Das Drehmoment ist so festgelegt,
dass die Mauersteine 10 mit einer Kraft zusammengepresst werden,
die so bemessen ist, dass die Dichte und folglich die Wärmeisolierungseigenschaften
der Mauersteine 10 optimiert werden. Es ist klar, dass
die Mauersteine 10 normalerweise stärker wärmeleitend, jedoch weniger
eine Wärmekonvektion
ermöglichend sein
werden, wenn sie weiter zusammengepresst werden. Folglich kann eine
Ausgewogenheit zwischen einer minimalen Wärmeleitung und einer minimalen
Wärmekonvektion
erzielt werden, indem ein geeignetes Drehmoment gewählt wird.
Es ist klar, dass das Drehmoment an einem bestimmten Bolzen 22 und
einer Mutter 24 je nach dem Ort dieses Bolzens 22 und
der Mutter 24 in der Rückhalteanlage 1, der
Anzahl und Dicke der auf diesen Bolzen 22 aufgespießten Mauersteine 10 und
dem Material des auf diesen Bolzen 22 aufgespießten Mauersteins 10 unterschiedlich
sein kann.
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Aufgrund
der großen
Abmessungen der Rückhalteanlage 1,
die eine Höhe
von mehreren zehn Metern haben kann, wird es gewöhnlich erforderlich sein, mehrere
Innenauskleidungspaneele 20 für jede Innenwand der Rückhalteanlage 1 vorzusehen.
Wie in 1 und 5 gezeigt ist, hat die tiefste
horizontale Kante 25 jedes vertikal angeordneten Innenauskleidungspaneels 20 im
oberen Teil der Rückhalteanlage 1 eine
progressive Z-Querschnittsform, derart, dass die unterste horizontale
Kante 25 die oberste horizontale Kante 26 des
unmittelbar anschließenden
unteren Innenauskleidungspaneels 20 überlappt. Diese Anordnung trägt dazu
bei, sicherzustellen, dass die Innenauskleidungspaneele 20 jede Flüssigkeit
von der kryogenen Einheit 2, die auf den Innenauskleidungspaneelen 20 auftrifft,
abtropfen lassen, so dass jede derartige Flüssigkeit die innersten Oberflächen der
Innenauskleidungspaneele in Richtung des Bodens der Rückhalteanlage 1 herabfließt und nicht
in das Material der Mauersteine 10 eindringt.
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Wie
besonders deutlich in 4 gezeigt ist, greifen die benachbarten
vertikalen Kanten 27, 28 der Innenauskleidungspaneele 20 ineinander – wiederum,
um ein Eindringen von Flüssigkeit
durch die Paneele 20 hindurch in das Material der Mauersteine 10 zu
verhindern. Wie in 4 gezeigt ist, kann das Ineinandergreifen
durch die vertikalen Kanten 27, 28 der Innenauskleidungspaneele 20 erzielt
werden, die auf sich selbst zurückgebogen
sind, so dass sie bei Betrachtung von oben entgegengesetzte, im
Allgemeinen C-förmige
Querschnitte haben, wobei die Kanten 27, 28 mit
C-Querschnitt koppeln, um die Paneele 20 an ihren in vertikaler
Richtung benachbarten Kanten gemeinsam zu verriegeln.
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Das
ziegelartige Überlappen
an den horizontalen Kanten der Paneele 20 und das Ineinandergreifen
an den vertikalen Kanten der Paneele 20 ermöglicht außerdem eine
Wärmebewegung
der Paneele 20, die sehr stark sein kann, da die Paneele 20 großen Temperaturschwankungen
ausgesetzt sein können.
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Der
tiefstgelegene Abschnitt der Rückhalteanlage 1 ist
als ein Sumpf 30 ausgebildet, der vorzugsweise groß genug
ist, um das gesamte Flüssigkeitsvolumen,
das in der kryogenen Einheit verwendet oder in dieser erzeugt wird,
im Falle eines schweren Lecks, wodurch die gesamte Flüssigkeit
aus der kryogenen Einheit 2 entweicht, aufzunehmen. Der Sumpf 30 ist
vorzugsweise groß genug,
um selbst dann die gesamte Flüssigkeit
aufzunehmen, wenn die kryogene Einheit auf einem Schiff oder auf
einer Offshore-Plattform aufgestellt ist, wo die Rückhalteanlage 1 einer
Schaukelbewegung ausgesetzt ist, die bewirken wird, dass sich die
Flüssigkeit
in dem Sumpf 30 umherbewegt. Die Innenauskleidungspaneele 21 des
tiefstgelegenen Abschnitts der Rückhalteanlage 1 sind
aus Aluminium oder rostfreiem Stahl. Diese tiefstgelegenen Innenauskleidungspaneele 21 sind
zusammengeschweißt,
um die Seitenwände und
die Basis des Sumpfes 30 zu bilden, wobei sie möglicherweise
einem längeren
Kontakt mit kryogenen Flüssigkeiten
ausgesetzt sind. Eine Schaumglasisolation ist verhältnismäßig teuer,
und obwohl sie als Material für
alle Mauersteine 10, 11 benutzt werden könnte, sind,
um die Kosten niedrig zu halten, nur die Mauersteine 11,
die zwischen dem Sumpf 30 und den Außenpaneelen 4 der
Rückhalteanlage 1 angeordnet
sind, um den Sumpf 30 zu isolieren, aus Schaumglas geformt,
wobei die Druckfestigkeit des Schaumglases mit größtmöglichem
Vorteil genutzt werden kann. Wie weiter oben angegeben ist, können die
Mauersteine 10, die für
eine Wärmeisolierung der
höchsten
Abschnitte der Rückhalteanlage 1 benutzt
werden, aus Mineralfaserstoff, wie etwa Steinwolle, die weniger
teuer ist, hergestellt sein.
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An
der Zusammenfügung
des oberen und unteren (Sumpf-)Abschnitts der Rückhalteanlage 1 überlappt
die untere horizontale Kante der Hüllplatten 25 den oberen
Abschnitt der Sumpfverkleidungsplatten 21, um jede entwichene
Flüssigkeit
direkt in den Sumpf ablaufen zu lassen, ohne dass sie in die Mauersteine 10, 11 der
Isolation eindringt.
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Vorzugsweise
gibt es überhaupt
keine Durchgangslöcher
in den Paneelen 21, die die Seite und den Boden des Sumpfes 30 auskleiden,
so dass die Wahrscheinlichkeit, dass Flüssigkeit oder Dampf durch die
Seite oder den Boden des Sumpfes 30 entweicht, auf ein
Minimum herabgesetzt ist. Um die Flüssigkeit, die sich in dem Sumpf 30 angesammelt hat,
nachdem ein Leck aufgetreten ist, zu entfernen, erstreckt sich ein
Steigrohr 31 von einer Position nahe dem Boden des Sumpfes 30 durch
das offene, höchste
Ende 32 des Sumpfes 30 nach oben und durch eines
der oberen Innenauskleidungspaneele 20 und die angrenzenden
Mauersteine 10 der oberen Isolation und das Außenpaneel 4 nach
außen.
Flüssigkeit 33,
die sich im tiefsten Teil des Sumpfes 30 befindet, wird
durch das Steigrohr 31 mit einem geeigneten Verfahren,
wie etwa einem Anwenden eines Unterdrucks auf das freie Ende 34 des
Steigrohrs 31, mittels einer Venturi-Düse oder durch Einbringen eines
Hochdruckgases wie etwa Luft in den Bereich des Sumpfes 30 über der
Flüssigkeit 33,
um die Flüssigkeit 33 das
Steigrohr 31 nach oben zu drängen, abgezogen. Die abgezogene
Flüssigkeit
kann durch Wärmetausch
mit Seewasser in einem nahegelegenen Wärmetauscher, der seinen eigenen,
gesonderten Sekundärrückhaltesumpf
haben kann, verdampft werden. Der auf diese Weise erzeugte Dampf
kann dann beispielsweise durch elektrisches Erwärmen oder durch Wärmetausch
mit einem Gasturbinenabdampf überhitzt
werden. Dieses Überhitzen
des Dampfes stellt sicher, dass der Dampf anschließend freigesetzt
werden kann, ohne in der Nähe
der Endauslassöffnung
der Überhitzungseinrichtung
eine Nebelbildung oder ein Vereisen zu bewirken und ohne eine explosive
Verdampfung zur Folge zu haben, die ansonsten durch direktes Ablassen
einer kryogenen Flüssigkeit
auf die Oberfläche
der See auftreten kann. Da das Fassungsvermögen des Sumpfes 30 so
ausgelegt ist, dass es die gesamte Flüssigkeit, die aus der kryogenen
Einheit 2 austreten könnte,
aufnimmt, ist es nicht erforderlich, die angesammelte Flüssigkeit 33 sofort
zu beseitigen, und die Flüssigkeit 33 kann
wie oben beschrieben unter kontrollierten Bedingungen beseitigt
oder verteilt werden.
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Wie
weiter oben erwähnt
worden ist, sind die unteren Mauersteine 11 im Bereich
des Sumpfes 30 vorzugsweise aus Schaumglas, wobei die Druckfestigkeit
des Schaumglases mit größtmöglichem
Vorteil genutzt werden kann. Die Schaumglas- Mauersteine 11 sind in mehreren
Schichten und versetzt angeordnet, um sich durch die Wand fortsetzende
Stöße zu vermeiden,
wobei sie ohne Haftmittel aufeinandergelegt sind, um eine Wärmebewegung
zu ermöglichen. Die
Stoßflächen nebeneinander
liegender Mauersteine 11 können eine gewebte Glasfaser-Schutzabdeckung oder
eine dünne
Schicht aus Glasfaserpulver als Schmiermittel zur Verhinderung von
Abrieb der Mauersteine 11, wenn sich die Mauersteine 11 infolge
der Wärmedehnung
und -schrumpfung bewegen, aufweisen.
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Wenn
für alle
Isolationsmauersteine 11, 12 der Rückhalteanlage 1 Schaumglas
verwendet wird, dann können
die oberen Mauersteine 10, die sich oberhalb des die Flüssigkeit
einschließenden
Sumpfes 30 befinden, nicht lose gelegt werden, sondern
es ist ein anderes Verfahren zur Befestigung erforderlich, das in 7 gezeigt
ist.
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In 7 gibt
es drei horizontale Schichten Schaumglas-Mauersteine 10,
die die Isolationsschicht oberhalb des kryogenen Sumpfes 30 bilden. Die
Mauersteine 10 in der Anfangsschicht sind mit einem Klebstoff,
der für
eine gewisse Flexibilität
der Klebeverbindung zwischen den äußersten Mauersteinen 10 und
dem Außenpaneel 6,
an dem die Temperaturen jenen der Umgebung nahe sind, sorgt, wie etwa
Epoxidharz 40, an das Außenpaneel 6 der Rückhalteanlage 1 geklebt.
Epoxidharz kann benutzt werden, da Schaumglas undurchlässig ist
und deshalb das Epoxidharz normalerweise keiner Reaktion mit irgendwelchen
Gasen wie etwa Sauerstoff oder sauerstoffreichen Mischungen ausgesetzt
ist, die andernfalls durch die Mauersteine 10 diffundieren
könnten.
Mit einem üblichen
Glaskitt 41, der auch zwischen nebeneinander liegenden
Mauersteinen 10 innerhalb einer Schicht verwendet werden
kann, ist die zweite Schicht Mauersteine 10 an die erste
Schicht und die dritte Schicht Mauersteine 10 an die zweite Schicht
geklebt. Wie in 7 gezeigt ist, sind einige Mauersteine 10 in
einer horizontalen Schicht nicht aneinander geklebt, und in ähnlicher
Weise sind zumindest einige Abschnitte der Mauersteine 10 nicht an
Mauersteine 10 in einer in vertikaler Richtung angrenzenden
Schicht geklebt. Stattdessen sind zwischen solchen Mauersteinen 10 Dehnungsfugen 42 gelassen,
um der Wärmedehnung
und -schrumpfung der Mauersteine 10 zwischen der Umgebungstemperatur
und der Tieftemperatur Rechnung zu tragen. Die Fugen 42 sind
mit Mineralfaser-Isoliermaterial 43, wie etwa Steinwolle,
verfüllt,
um für
eine Wärmeisolierung
in den Fugen 42 zu sorgen. Ferner sind die Fugen 42 mit
maßgeschneiderten
expandierbaren Federbügeln 44,
die aus rostfreiem Stahl hergestellt sind und einen U-förmigen Querschnitt
aufweisen, wie am deutlichsten in 8 zu sehen
ist, abgedichtet.
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Es
kann ein (nicht gezeigtes) Sicherheitsventil vorgesehen sein, so
dass aus der kryogenen Einheit 2 in die innere Kammer der
Rückhalteanlage 1 austretende
Dämpfe
entweichen können.
Der Auslass eines solchen Sicherheitsventils ist vorzugsweise mit
einer Wärmequelle
im Wärmekontakt
oder kann in der Weise angeschlossen sein, dass der entweichende
Dampf direkt in einen heißen
Gasstrom geleitet wird, damit der aus der inneren Kammer der Rückhalteanlage 1 entweichende
Dampf bis in die Nähe
der Umgebungstemperatur oder über
diese hinaus erwärmt
wird, bevor der Dampf tatsächlich
in die Atmosphäre
verteilt wird, um wiederum ein Vereisen oder das Auftreten von Nebel
zu verhindern.
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Unter
ihren verschiedenen Aspekten schafft die vorliegende Erfindung eine
Kombination aus einer Rückhalteanlage
und einer kryogenen Einheit, die insbesondere vor der Küste und
auf hoher See Anwendung findet. Gleichwohl ist klar, dass die Rückhalteanlage 1 auch
an Land verwendet werden kann. In ihrer bevorzugten Ausführungsform
bietet die Rückhalteanlage 1 eine
ausgezeichnete Wärmeisolierung
für ein
Tieftemperaturverfahren in der inneren Kammer 7 der Rückhalteanlage 1.
Das Wärmeisoliermaterial
selbst ist gut vor Flüssigkeiten
und Dämpfen, die
aus der kryogenen Einheit 2 entweichen könnten, geschützt, da
die Innenauskleidungspaneele 20 für austretende Flüssigkeiten
und Dämpfe
vollkommen undurchlässig
sein können.
Es ist ein Sumpf 30 für austretende
Flüssigkeit
vorgesehen, der Sumpfwände
aufweist, die frei von Durchgangslöchern oder anderen Öffnungen
für Rohre
usw. sind. An sich ist die Unversehrtheit der Sumpfwände sichergestellt.
Eine Flüssigkeit
oder ein Dampf, die bzw. der aus der kryogenen Einheit 2 ausgetreten
ist, kann abgezogen werden oder zu einem Wärmetauscher entweichen, wo
die Flüssigkeit
oder der Dampf bis in die Nähe
der Umgebungstemperatur oder über
diese hinaus erwärmt
wird. Dies ist bei einer Offshore-An wendung besonders wichtig, um
das Entstehen von Nebel und das Vereisen zu unterbinden und um außerdem zu verhindern,
dass kryogene Flüssigkeiten
ein Verspröden
und Ermüden
des Baustahls oder anderer Werkstoffe der Plattform oder des Schiffs,
auf der bzw. dem die Rückhalteanlage 1 montiert
ist, bewirken. In der bevorzugten Ausführungsform, in der die Innenauskleidungspaneele 20 mit
Bolzen 22 und Sicherungsmuttern 24 festgehalten
werden, können
die Isolationsmauersteine 10 durch Anziehen der Sicherungsmuttern 24 bis
zu einem vorgegebenen Drehmoment auf eine vorgegebene Verdichtung
zusammengepresst werden. Dies optimiert die Dichte und folglich
die Isolierqualität
der Schichten und minimiert Konvektionspfade entlang der Mauersteingrenzen. Die
Isolationsmauersteine 10 weisen gewöhnlich Phenolharzbindemittel
zur Erhaltung der Form des Mauersteins 10 auf. Derartige
Bindemittel sind typisch sauerstoffunverträglich und sollten deshalb bei Anwendungen,
bei denen auch nur ein geringes Risiko des Kontaktes dieser Mauersteine
mit Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gemischen besteht, vermieden
werden.
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Es
ist eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, wobei sich insbesondere
auf das dargestellte Beispiel bezogen wurde. Es ist jedoch klar,
dass an dem beschriebenen Beispiel im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die
durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist, Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können.