DE69926505T3 - Rückhalteanlage - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu beheben.
  • US-A-4 513 550 offenbart ein Verfahren zur Errichtung eines großen Tanks oder Vorratsbehälters zur Aufbewahrung einer Flüssigkeit bei niedriger Temperatur.
  • US-A-4 452 162 offenbart eine Ecksäule für ein Tieftemperatur-Isolationssystem, dass als ein Großbehälter zur Aufbewahrung von kryogenen Flüssiggasen verwendet wird.
  • US-A-4 041 722 offenbart einen Großtank zur Aufbewahrung von kryogenen Flüssiggasen.
  • DE-A-4 038 131 und US-A-4 625 753 offenbaren jeweils ein Beispiel eines kleinen Behälters zur Aufbewahrung von kryogenen Flüssiggasen.
  • US-A-4 575 386 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verflüssigen eines Gases unter Verwendung von mehreren in Reihe angeordneten Wärmetauschern.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Konvektionsunterbrechung ist vorzugsweise zwischen mindestens einigen Mauersteinen angeordnet. Die oder jede Konvektionsunterbrechung kann ein Flächengebilde aus im Wesentlichen gasundurchlässiger Folie umfassen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Kammer weist mindestens eine Seitenwand auf, die eine Vielzahl von isolierenden Mauersteinen zum Wärmeisolieren der Kammer enthält.
  • Die Kammer kann eine obere Wand aufweisen, die eine Vielzahl von isolierenden Mauersteinen zum Wärmeisolieren der Kammer enthält.
  • Die Kombination kann sich vor der Küste bzw. auf See befinden.
  • Die kryogene Einheit kann eine Luftzerlegungseinheit oder eine Gasverflüssigungseinheit oder eine Reinigungs- oder Zerlegungseinheit für andere Gase sein.
  • Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin
  • 1 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines Beispiels für eine Rückhalteanlage und eine kryogene Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2A und 2B detaillierte Darstellungen von Abschnitten der Wärmeisolation für die Wände und das Dach aus den Paneelen im Umschließungsbereich oberhalb des Sumpfes sind;
  • 3 eine schematische Perspektivansicht ist, die ein Paneel und die Wärmeisolation zeigt;
  • 4 eine Teilschnittdarstellung von oberhalb einer Kammerwand, Isolation und Paneelen ist;
  • 5 eine Teilschnittdarstellung von der Seite einer Kammerwand, Isolation und Paneelen ist;
  • 6 eine schematische Darstellung des unteren Abschnitts der Rückhalteanlage ist, die einen Sumpf zeigt;
  • 7 eine detaillierte Schnittdarstellung der Wärmeisolation in der Wand und dem Dach bei Verwendung von Schaumglas als ein zu verdichtetem Mineralfaserstoff alternatives Isoliermaterial ist;
  • 8 eine schematische Perspektivansicht eines abdichtenden Bügels für eine Schaumglas-Wand- oder -Dachinstallation ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (17)

  1. Kombination aus einer Rückhalteanlage (1) und einer kryogenen Einheit (2), wobei die kryogene Einheit (2) mindestens entweder eine Luftzerlegungseinheit, eine Gasverflüssigungseinheit, eine Gassyntheseeinheit oder eine Gasreinigungseinheit ist, wobei die Rückhalteanlage (1) so angeordnet ist, dass sie Flüssigkeit unterbringt bzw. zurückhält, die aus der kryogenen Einheit ausleckt, und eine Kammer (7) umfasst, in welcher die kryogene Einheit (2) angeordnet ist; eine Kammerwand (4, 5, 6), welche eine Wärmeisolation (10, 11) zum Wärmeisolieren der kryogenen Einheit (2) in der Kammer (7) umfasst; und einen Sumpf (30) zur Aufnahme von Flüssigkeit, die aus der kryogenen Einheit ausleckt; dadurch gekennzeichnet, dass: die Kammerwand (4, 5, 6) undurchlässig für Flüssigkeit ist, die aus der kryogenen Einheit (2) ausleckt; mindestens eine Seitenwand (4) der Kammer (7) eine Vielzahl von isolierenden Mauersteinen bzw. Ziegeln (10, 11) zum Wärmeisolieren der Kammer (7) aufweist; die Kombination mindestens ein Paneel (20, 21) aufweist, das an der Kammerwand (4, 5, 6) zwischen der Isolierung (10, 11) und der Kammer (7) fixiert ist, wobei das mindestens eine Paneel (20, 21) undurchlässig für Flüssigkeit ist, die aus der kryogenen Einheit (2) ausleckt, um die Kammerwand (4, 5, 6) undurchlässig für Flüssigkeit zu machen, die aus der kryogenen Einheit (2) ausleckt, und das oder mindestens einige der Paneele (20, 21) an der Wärmeisolierung (10, 11) fixiert sind und diese zusammendrücken, und zwar mittels Bolzen (22) welche durch die Paneele (20, 21) hindurch in die Isolierung (10, 11) führen.
  2. Kombination nach Anspruch 1, bei der die Mauersteine (10, 11) frei von jedwedem Bindemittel sind.
  3. Kombination nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, bei der die Mauersteine (10, 11) in Schichten angeordnet sind, wobei jede Schicht eine Vielzahl von Mauersteinen (10, 11) umfasst, wobei die Mauersteine (10, 11) in mindestens einer Schicht relativ zu den Mauersteinen (10, 11) in einer angrenzenden Schicht so versetzt sind, dass der Stoß zwischen aneinander angrenzenden Mauersteinen (10, 11) in der mindestens einen Schicht nicht kontinuierlich mit dem Stoß zwischen aneinander angrenzenden Mauersteinen (10, 11) in der anliegenden Schicht liegt.
  4. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Konvektionsbremse (13, 14) zwischen mindestens einigen Mauersteinen (10, 11) umfasst.
  5. Kombination nach Anspruch 4, bei der die oder jede Konvektionsbremse ein Flächengebilde aus im Wesentlichen gasundurchlässiger Folie (13, 14) umfasst.
  6. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die Bolzen (22) zum Sichern der Mauersteine (10, 11) an der Kammerwand (4, 5, 6) aufweist.
  7. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die eine Vielzahl von Paneelen (20, 21) umfasst, welche an der Kammerwand (4, 5, 6) zwischen der Isolation (10, 11) und der Kammer (7) fixiert sind, wobei an einer horizontalen Verbindung zwischen nebeneinander liegenden oberen und unteren Paneelen (20, 21) die unterste Kante (25) des oberen Paneels (20) über der obersten Kante (26) des anliegenden unteren Paneels (21) an der Kammerseite der nebeneinander liegenden oberen und unteren Paneele (20, 21) liegt.
  8. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Vielzahl von Paneelen (20, 21) aufweist, die an der Kammerwand (4, 5, 6) zwischen der Isolation (10, 11) und der Kammer (7) fixiert sind, wobei die aneinander stoßenden Kanten (27, 28) der aneinander anliegenden Paneele (20, 21) an einer vertikalen Verbindung zwischen aneinander anliegenden Paneelen (20, 21) aneinander arretiert sind.
  9. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Bolzen (22) an einem Ende an einer Rückhaltewand der Rückhalteanlage (1) fixiert sind, so dass die Wärmeisolation (10, 11) zwischen den Paneelen (20, 21) und der Rückhaltewand komprimierbar ist.
  10. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der der Sumpf (30) an seinem untersten Ende offen ist, um Flüssigkeit aufzunehmen, die aus der kryogenen Einheit (2) ausleckt, wobei der Sumpf (30) durch eine Sumpfwand und eine Sumpfbasis definiert ist und eine Entnahmeeinrichtung (31) zum Entnehmen von Flüssigkeit aus dem Sumpf (30) durch das offene oberste Ende des Sumpfes (30) umfasst.
  11. Kombination nach Anspruch 10, die einen Verdampfer umfasst, der mit der Entnahmeeinrichtung (31) verbunden ist, um Flüssigkeit, die aus dem Sumpf (30) entnommen wird, aufzunehmen und zu verdampfen.
  12. Kombination nach Anspruch 11, die eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen von Dampf umfasst, der durch den Verdampfer hergestellt wird, und zwar vor der Verteilung des Dampfes.
  13. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Kammer eine obere Wand (5) hat, welche eine Vielzahl von isolierenden Mauersteinen (10, 11) zum Wärmeisolieren der Kammer (7) aufweist.
  14. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die kryogene Einheit (2) eine Luftzerlegungseinheit ist.
  15. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die kryogene Einheit (2) eine Gasverflüssigungseinheit ist.
  16. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die kryogene Einheit (2) eine Gasreinigungs- oder Zerlegungs-Prozesseinheit ist.
  17. Verwendung einer Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auf hoher See.
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