DE931660C

DE931660C - Behaelter zur Lagerung verfluessigter Gase

Info

Publication number: DE931660C
Application number: DEU2372A
Authority: DE
Inventors: John Heller Beckman; Lyman Althaus Bliss
Original assignee: Union Carbide and Carbon Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1952-09-12
Filing date: 1953-08-30
Publication date: 1955-08-16
Also published as: FR1088380A; US2777295A; BE522572A; GB728423A

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung von doppelwandigen, isolierten Vorratsbehältern für verflüssigte Gase, die auf niedrigen Temperaturen gehalten werden und bezieht sich insbesondere auf Behälter, bei denen eine innere Kammer und eine Hülle aus Eisenbeton oder vorgespanntem Eisenbeton bestehen und so aufgebaut sind, daß verflüssigte Gase, wie z. B. flüssiger Sauerstoff, Stickstoff, oder andere Gase mit Siedepunkten unter ίο 275⁰ abs. (+ i,8° C) sicher mit verhältnismäßig kleinen Verdampfungsverlusten gespeichert werden können.

Doppelwandige, isolierte Behälter zur Lagerung verflüssigter Gase mit niedrigen atmosphärischen Siedepunkttemperaturen sind bisher mit inneren Metallkammern ausgeführt worden, die von einer äußeren Metallkammer umgeben sind, wobei das Isoliermaterial in dem Raum zwischen der inneren Kammer und der äußeren Hülle liegt. Es war dabei notwendig, die innere Kammer aus besonderen Metallen, wie z. B. rostfreiem Stahl oder eisenfreien Legierungen, herzustellen, die bei den niedrigen Temperaturen nicht brüchig werden, und die eine solcheDicke aufweisen, daß sie denhydraulischen Druckkräften und dem maximalen inneren Druck widerstehen, unter dem das verflüssigte Gas gelagert wird, wenn die Lagerung bei mäßigen, über dem Atmosphärendruck liegenden Drucken

erfolgt. Die innere Kammer muß auch steif genug sein, um dem äußeren Druck der frei fließenden pulverförmigen Isolation standzuhalten, wenn der Behälter leer ist. Die äußere Hülle muß ebenfalls genügend stark sein, um die aus frei fließendem Pulver bestehende Isolierung zu tragen; sie muß gasdicht sein, um die äußere Luft fernzuhalten und zu verhindern, daß Luftfeuchtigkeit in die Isolation eindringt, wobei zweckmäßig ein mäßiger innerer Gasdruck aufrechterhalten wird. Es müssen ferner Vorsichtsmaßregeln getroffen werden, um die Schwierigkeiten zu vermeiden, die durch Frieren des Bodens, auf dem die äußere Hülle ruht, entstehen können, wenn dem Untergrund die Wärme durch den Boden der inneren Kammer entzogen wird. Alle diese Erwägungen führen dazu, daß der Aufbau eines Behälters oder Tanks mit Metallwänden, besonders bei Behältern großer Ausdehnung, für viele Anwendungszwecke zu teuer wird. Ein Hauptgegenstand der Erfindung ist es daher, einen doppelwandigen, iiisolierten Behälter zur sicheren Lagerung verflüssigter Gase bei Temperaturen ' unter 275 ° abs. anzugeben, der mit niedrigeren Kosten hergestellt werden kann wie bekannte Konstruktionen.

Die Erfindung richtet sich daher auf einen Behälter zur Lagerung verflüssigter Gase bei Temperaturen unter 275 ° abs., der eine innere Kammer und eine äußere Hülle aufweist, die einen Abstand von der inneren Kammer hat und sie umgibt, wobei der Raum zwischen der Kammer und der Hülle das wärmeisolierende Material enthält. Gemäß der Erfindung hat die innere Kammer im wesentlichen senkrechte Seitenwände, die aus vorgespanntem Eisenbeton bestehen, wobei der innere Teil der Betonseitenwände durch Spannbauteile, die den inneren Wandteil umgeben, unter Druck gehalten wird, wenn die Kammer mindestens teilweise mit verflüssigtem Gas gefüllt ist.
In den Zeichnungen ist

Fig. ι ein senkrechter Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Behälters gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein waagerechter Teilschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 ein vergrößerter Teilschnitt der linken unteren Ecke der inneren Kammer der Fig. 1, der die Befestigung der Bodenverkleidung zeigt,

Fig. 4 ein vergrößerter Teilschnitt durch das obere Mannloch in Fig. 1,

Fig. 5 ein vergrößerter Teilschnitt einer Ver-. stärkungsplatte an dem Bodenauslaß der inneren Kammer,

Fig. 6 ein vergrößerter Teilschnitt durch ein Verbindungsrohr, welches durch die Wandungen der inneren Kammer und der äußeren Hülle hindurchgeht, und

Fig. 7 ein Teilschnitt des unteren Teiles einer anderen Ausführungsform des Behälters gemäß der Erfindung.

Es wurde festgestellt, daß die Eigenschaften von bei normalen Temperaturen abgebundenem Beton bei Berührung mit extrem tiefen Temperaturen, wie sie z. B. bei flüssigem Sauerstoff oder Stickstoff auftreten, nicht so beeinträchtigt werden, daß das Material nicht mit Sicherheit zur Herstellung von Behälterwänden zur Aufnahme solcher Flüssigkeiten noch verwendet werden könnte. Tatsächlich nimmt die Druckfestigkeit und der Elastizitätsmodul wesentlich zu, wenn der Beton der Temperatur von flüssigem Sauerstoff ausgesetzt wird. Es ist bekannt, daß Baustähle und andere Kohlenstoffstähle brüchig werden, wenn sie diesen tiefen Temperaturen ausgesetzt sind. Aber es wurde ferner gefunden, daß es nicht notwendig ist, rostfreien Stahl oder Nichteisenmetalle hoher Festigkeit zur Verstärkung zu verwenden, sondern daß hartgezogene Drähte aus Kohlenstoffstahl oder dünne Bänder aus Kohlenstoffstahl mit einer axial gedehnten Kornstruktur beim Einlegen in Eisenbeton nicht in nachteiliger Weise spröde werden, wenn der Eisenbeton und besonders vorgespannter _g5 Eisenbeton den niedrigen Temperaturen des verflüssigten Gases ausgesetzt wird.

Unter den Drähten, die für die Herstellung von vorgespanntem Eisenbeton als geeignet befunden wurden, und zwar mindestens für die Seitenwandüngen der inneren Kammer, sind besonders diejenigen Drähte zu nennen, die eine Endzugsfestigkeit von über 7000 kg pro cm² haben und einen Durchmesser von weniger als 7 mm aufweisen. Dazu gehören: kalt gezogene Kohlenstoffstahldrähte, Klaviersaitendrähte, Musikinstrumentendrähte, ölgetemperte Stahldrähte mit einem korrosionsfesten Überzug, wie z. B. galvanisierte, hartgezogene, in Blei abgeschreckte Drähte. Die folgende Tabelle gibt die Versuchsergebnisse an, die bei für diese Zwecke verwendbaren Drähten erhalten wurden:

Material

Kaltgezogener Kohlenstoffstahl

Ölgetemperter Stahl

Hartgezogener, in Blei abgeschreckter Stahl ...

Klaviersaitenstahl

Rostfreier Stahl

Beton hat geringe Zugfestigkeit, aber große Druckfestigkeit. Die thermischen Beanspruchungen,

Zugfestigkeit in kg/cm²	von flüssigem	Schlagfestigkeit in mkg	von flüssigem
bei der Temperatur	Stickstoff	bei der Temperatur	Stickstoff
des	21160	des	3,3
Raumes	I9260	Raumes	2,7
16 170	20530	3.2	3,5-
15540	2313Ο	3,6	—
14622	Ii 250	3.3	5,7
18 140	—
8160	5,0

die an der Innenseite der Betonwandungen der inneren Kammer auftreten, während sie sich von der

Raumtemperatur auf die Temperatur des flüssigen Sauerstoffs abkühlt, sind der Natur nach Zugbeanspruchungen und haben die Neigung, die Wandungen des Flüssigkeitsbehälters zu zerreißen. Während die Wandungen durch die Flüssigkeit abgekühlt werden, ist ein Temperaturgradient vorhanden, der die Wandung waagerecht durchsetzt. Da die innere Oberfläche kälter ist, zieht sie sich mehr zusammen wie die äußeren Teile. Die innere Wandung wird ίο daher auf Spannung beansprucht, da ihre Zusammenziehung durch die verhältnismäßig wärmeren äußeren Wandteile beschränkt ist. Wenn die Abkühlung beendet und der Temperaturgradient in der Wandung im wesentlichen gleich Null ist, dann treten diese inneren Kräfte nicht mehr auf, da keine Unterschiede im Betrag der Zusammenziehung infolge des Temperaturwechsels mehr vorhanden sind. Es wurde nun gefunden, daß die ein Aufreißen bedingenden Kräfte vermieden werden können, wenn die inneren Lagen der Betonbehälterwandung vorgespannt werden, indem die Wandungen mit Bändern oder Drähten unter hoher Spannung umhüllt werden. Die Feststellung, daß Kohlenstofrstahldrähte oder dünne Bänder aus Kohlenstoffstahl für eine solche Vorspannung benutzt werden können, wenn sie sehr tiefen Temperaturen ausgesetzt sind, war unerwartet und überraschend, da alle frühere Kenntnis darauf hindeutete, daß Kohlenstoffstahl bei niedrigen Temperaturen zu brüchig wird, um eine Verwendung bei hoher Zugbeanspruchung zu gestatten.

Wenn auch der Boden der inneren Kammer ebenfalls aus vorgespanntem Beton hergestellt werden kann, so wurde doch gefunden, daß bei großen Behälterdurchmessern die Kräfte der Ausdehnung und Zusammenziehung unkontrollierbar groß werden. Daher kann der Boden mit einfachen Mitteln nicht aus Beton hergestellt werden, der flüssigkeitsdicht bleibt. Der Boden wird daher mit einem dünnen Metallblech oder einer Schicht anderen Materials bedeckt, welches genügend Festigkeit und Geschmeidigkeit bei tiefen Temperaturen hat. Es ist notwendig, einen solchen Boden mit den senkrechten Seitenwandungen flüssigkeitsdicht zu verbinden, und gemäß der Erfindung wird dies dadurch bewerkstelligt, daß der Bodenbelag mit einem nach oben ragenden Rande am Umfang versehen wird, dessen obere Kante mit der Betonwandung fest verbunden ist. Der Rand kann durch Hochziehen des Metallblechbodenbelags an den Rändern erzeugt werden oder durch Anschweißen eines ringförmigen Winkelteils an das Bodenblech. In beiden Fällen gestattet der Rand, daß der Boden sich mit einem Mindestmaß an Zugbeanspruchung zusammenzieht, und zwar auf die folgende Weise:

Das erste verflüssigte Gas, das in den Behälter eingegossen wird, kühlt den Boden angenähert gleichförmig ab, wenn der Boden flach ist, und die untere Kante des Randes nimmt schnell die Temperatur des verflüssigten Gases an. Die obere Kante des Randes behält eine Temperatur, die in der Nähe der Temperatur der Wandung liegt, so daß ein Temperaturgefälle in dem Rand existiert, das bewirkt, daß der Durchmesser des Randes sich gleichmäßig und ohne konzentrierte Beanspruchung an dem Umfang ändert. Der Rand wird nur leicht gebogen. Nichtsdestoweniger sollte mindestens der Randteil des Belages aus einem Metall bestehen, das eine hohe Schlagfestigkeit bei sehr tiefen Temperaturen hat, z. B. aus Austenitstahl (vorzugsweise rostfreiem Stahl), Kupfer, Kupferlegierungen (vorzugsweise Siliciumbronze, einer Legierung, bestehend aus Mangan, Silicium und Kupfer, z. B. im Verhältnis von 1% Mangan, 4°/o Silicium und 95'% Kupfer), Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.

Die obere Kante des Randes kann mit Hilfe eines Ringes befestigt sein, der in den Beton der Wandung eingebettet ist. Vorzugsweise ist die obere Kante des Randes mit einem Ring aus Kohlenstoffstahl verschweißt, der in den Beton der Seitenwandung eingebettet und darin verankert ist, und zwar ein kurzes Stück, vorzugsweise mindestens 15 cm, oberhalb des Bodenbelages. Der Ring oder die Schiene sollten aus einem Metall bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen der gleiche ist wie der des Betons, und das die Eigenschaft hat, sich mit dem Beton gut zu verbinden. Es wurde gefunden, daß Kohlenstoffstahl diese Eigenschaften aufweist und daß beim Einbetten dieses Materials go in den Beton ein Sprödewerden infolge der Abkühlung auf die Temperatur des verflüssigten Gases keine Schwierigkeiten ergibt.

Die obere Kante des Randes kann daher an einen Kohlenstoffstahlring angeschweißt werden, so daß sich eine flüssigkeitsdichte Abdichtung ergibt.

Für den Behälter, der das verflüssigte Gas enthält, ist eine äußere Hülle zur Aufnahme und zum Schutz der Isolierschicht erforderlich. Diese Hülle könnte aus Stahlblech bestehen, weil sie den gewohnlichen Außentemperaturen ausgesetzt ist. Es empfiehlt sich jedoch, die äußere Hülle oder mindestens ihre senkrechten Seitenwände ebenfalls aus Eisenbeton oder vorzugsweise aus vorgespanntem Eisenbeton anzufertigen, ähnlich wie die senkrechten Wandungen der inneren Kammer. Auf diese Weise ist die äußere Hülle, wenn die innere Kammer durchlässig werden sollte und das kalte, verflüssigte Gas in den Isolierraum eintreten sollte, in der Lage, die Flüssigkeit ohne Schaden aufzu- n₀ nehmen, selbst wenn die äußere Hülle dabei der Temperatur des verflüssigten Gases ausgesetzt wird.

Für die Bedienung des Vorratsbehälters für verflüssigte Gase sind Ein- und Auslaßleitungen für n₅ Flüssigkeit und Gas erforderlich, und diese müssen von dem Innern der inneren Kammer durch die Wandungen der inneren Kammer und der äußeren Hülle hindurchgehen. Es ist daher notwendig, eine Abdichtung an der Stelle vorzusehen, wo diese Leitungen durch die Betonwandungen hindurchführen. Aus diesem Grunde ist ein Kohlenstoffstahlrohr in die Betonwandung eingesetzt und damit verankert, und zwar an den Stellen, wo die Leitungen durch die Wandung hindurchführen. Diese Rohrstücke bilden eine dichte Verbindung

mit dem Beton und gleichzeitig eine Verstärkung für die durch die Betonwandung führende Öffnung. Die Leitungen laufen durch diese Rohrstücke hindurch, und die Abdichtung wird durch Anschweißen eines Metallblechringes erzielt, der eine solche Form hat, daß eine genügende Biegsamkeit gegenüber dem Kohlenstoffstahlrohr und der durch dieses hindurchführenden Leitung besteht.

In den Zeichnungen, und zwar besonders in ίο Fig. ι und 2, ist ein Behälter für verflüssigte Gase gemäß der Erfindung dargestellt, der eine innere Kammer A zur Aufnahme einer Menge von verflüssigtem Gas L aufweist und von einer äußeren Hülle B mit einem dazwischen geschalteten Isolierraum io umgeben ist. Der Raum io ist vorzugsweise mit einem Pulver oder einer faserigen Isoliermasse gefüllt, die hoch isolierende Eigenschaften hat. Die senkrechten Seitenwände ii der inneren Kammer bestehen vorzugsweise aus vorgespanntem Eisenbeton. Der Beton ist bei Raumtemperatur durch senkrechte Spanndrähte 12 und durch ringförmig herumgeführte Spanndrähte 13 vorgespannt. Die Spanndrähte stehen, wenn der Behälter sich auf Raumtemperatur befindet, vorzugsweise unter einer Spannung von etwa 9840 kg/cm². Wenn diese Wandung auf die Temperatur des verflüssigten Gases abgekühlt wird, z. B. auf die Temperatur von flüssigem Sauerstoff, dann ist die Schrumpfung des Betons so groß, daß ein großer Teil oder die gesamte Druckbelastung in den inneren Lagen der senkrechten Wandungen entlastet wird. Die verwendeten Drähte hoher Zugfestigkeit haben jedoch eine solche Elastizität, daß sie noch weiter Halt verleihen.

Die innere Kammer ist vorzugsweise mit einem Dach 14 versehen, das entweder als flaches Hänge-4och ausgebildet sein kann oder vorzugsweise kuppeiförmig und aus Eisenbeton oder vorgespanntem Eisenbeton geformt ist. Die Kuppel 14 kann durch eine Lage von Drahtgeflecht 14' verstärkt sein, welches nahe der unteren Oberfläche der Kuppel liegt und in Fig. 1 nicht dargestellt, aber aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Kuppel kann durch eine ringsherum führende Wicklung von eng aneinanderliegenden Spanndrähten 11' oder durch ein dünnes Metallband vorgespannt sein, welches um den Wandteil A herumgeführt ist, wo die Kuppel in die Wandung übergeht, und das die Kuppel in einem Druckzustand hält. Die unteren Ränder der Wandungen 11 können durch einen Fundamentring 15 getragen werden, der aus Eisenbeton od. dgl. hergestellt sein kann, und der vorzugsweise auf einer Schicht von wärmeisolierendem Material ruht, die genügend Druckfestigkeit außer hoher Wärmeisolationsfähigkeit aufweist. Eine bevorzugte Form der Isolierschicht 16 ist aus Blöcken von wärmeisolierendem Material, wie z. B. Schaumglas, aufgebaut. Die Schicht 16 kann auf dem Baugrund in irgendeiner geeigneten Weise ruhen; vorzugsweise wird sie, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, von einem Betonblock 17 getragen, der auf einer Schicht von verfestigtem Sand 18 unmittelbar auf dem festen Erdboden 19 ruht. Der Fußboden der inneren Kammer A enthält vorzugsweise eine Schicht aus leichtem zementartigem Material, das z. B. aus Beton in Verbindung mit leichten Beimengungen, wie Perlit, bestehen kann und auch Lufteinflüsse enthält. Eine solche Betonschicht 20 hat wärmeisolierende Eigenschaften und bildet eine glatte Auflage für einen dünnen Fußbodenbelag 21 aus Metallblech oder eine Verkleidung, deren Dicke in der Zeichnung übertrieben ist, um sie darstellen zu können. Der Belag 21 ist an seinem äußeren Rand an einem Winkel 22 befestigt, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, wenn der Fußbodenbelag 21 auch aus diesem Metall besteht. An dem Winkel 22 ist ein nach oben ragender Rand 23 aus ähnlichem Metallblech angeschweißt, an dessen oberer Kante eine ringförmige Schiene 24 aus Kohlenstoffstahl angeschweißt ist. Diese ist in die innere Oberfläche der senkrechten Wand 11 eingebettet und mit ihr fest verankert und verbunden. Die Naht zwischen dem Rand 23 und der Schiene 24 ist vorzugsweise mit einer Schicht von Luftmörtel 50 bedeckt. Diese Schicht ist hauptsächlich zum mechanischen Schutz der Naht und der äußeren Teile der Schiene 24 aufgebracht.

Die äußere Hülle B des Behälters kann äußere Wandungen 25 aus Eisenbeton oder vorgespanntem go Eisenbeton und ein kuppeiförmiges Dach 26 aufweisen. Die Wände 25 sind bis nach unten um die Isolationsschicht 16 herumgeführt und reichen bis zu einem Fundament 27 innerhalb des Bodens, vorzugsweise unterhalb der Frostlinie. Der Klotz 17 ist vorzugsweise mit den Wänden 25 in einer solchen Weise dicht verbunden, daß eine leichte gegenseitige Bewegung zwischen diesen Teilen möglich ist. Diese Verbindung kann entweder aus einem Metallblech bestehen, das an seinen Rändern mit dem Klotz und den Wandungen^ verbunden ist, oder, wie in der Zeichnung dargestellt, aus einer nachgiebigen Dichtungsmasse 28. Diese Dichtung ist erwünscht, um zu verhindern, daß Feuchtigkeit aus der Erde ihren Weg bis zur Isolierschicht 16 findet. Nach längerer Zeit kann es vorkommen, daß die Wärme, welche allmählich von der Erde 19 nach dem verflüssigten Gas L hinfließt, eine Abkühlung der Erde verursacht, die ausreicht, um die Bodenfeuchtigkeit zum Frieren zu bringen. Dies kann zu einem unerwünschten Anheben des Baugrunds führen. Um dies zu verhindern, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, um der Oberfläche des Baugrunds Wärme zuzuleiten, und zwar vorzugsweise über Heizleitungen 29, die in der Sandschicht 18 verteilt und untergebracht sind. Die Leitung 29 kann eine Heizflüssigkeit führen oder auch elektrische Heizelemente enthalten.

Um die Flüssigkeit dem Behälter entnehmen zu können, ist vorzugsweise mindestens eine Flüssigkeitsabzugsleitung 30 vorgesehen, die an ihrem inneren Ende 31 mit einer Verstärkungsplatte 32 aus dickerem Metall als der Bodenbelag 21 befestigt ist und die so angeordnet ist, daß die Fläche der Isolierschicht 16, welche die Flüssig-

keitsleitung 30 unmittelbar umgibt, Öffnungen aufweist, durch welche die Leitung 30 und andere Leitungen hindurchführen können. Die Leitung 30 geht durch die Isolierschicht 16 und durch die Wandung 25 der äußeren Hülle hindurch, wobei sie bei 33 durch eine besondere, weiter unten beschriebene Vorrichtung abgedichtet ist.

Es ist ferner ein Überlauf 34 vorgesehen, dessen oberes, offenes Ende auf dem höchsten zulässigen Flüssigkeitsspiegel oder kurz darüber liegt und der durch eine Stütze 35 an der Kuppel 14 abgestützt ist. Der Überlauf 34 ist gasdicht in eine Öffnung 36 der Verstärkungsplatte 32 eingesetzt, und die Leitung 34 geht dann durch die Isolierschicht 16 und waagerecht durch die Wand 25 hindurch, wobei diese Durchführung durch eine weiter unten beschriebene Abdichtung 37 abgedichtet ist.

Eine Dampfauslaßleitung 38 kann ebenfalls vorgesehen sein und durch die Wandungen der inneren Kammer und der äußeren Hülle hindurchgehen. Die Leitung 38 kann z. B. durch die Decken 14 und 26 hindurchgeführt sein, wobei sie durch eine Abdichtung 39 abgedichtet und dazwischen mit Ausdehnungsmuffen 40 aus gewelltem Metall ausgestattet ist.

Für Behälter großer Ausdehnung ist es ferner wünschenswert, eine Einstiegsöffnung vorzusehen, um das Innere der inneren Kammer zugänglich zu machen. Ein solches Mannloch 41 ist in vergrößertem Maßstab in der Teilansicht der Fig. 4 dargestellt und besteht z.B. aus einem Ring42 aus Kohlenstoffstahl, der in eine Öffnung des Daches 14 fest eingesetzt und darin verankert ist. Ein ähnlicher muffenartiger Ring 43 ist in ein Loch des Daches 26 koaxial zu dem Ring 42 fest eingebaut und mit der Wandung verankert. Diese Ringe sind durch ein Rohrstück 44 miteinander verbunden, welches gewellte ringförmige Abschnitte 45 aufweist, um eine begrenzte gegenseitige Bewegung zwischen den Ringen 42 und 43 zu ermöglichen. Die Enden des Rohres 44 sind gasdicht mit den oberen und unteren Rändern der Ringe 42 bzw. 43 verschweißt, und das obere Ende des Ringes 43 kann mit seinem Ring 46 verschweißt sein, der Bolzen 47 besitzt, an denen eine Abdeckplatte befestigt sein kann. Die Wandungen der Hülle B können auch eine Einlaßleitung 48 aufweisen, durch welche ein trockenes Gas zugeführt werden kann, um die Isolation unter einem leichten Überdruck gegenüber der Atmosphäre zu halten. Diese Leitung kann auch mit einer nicht dargestellten Vorrichtung in Verbindung stehen, die zur Entlastung überschüssigen Gasdruckes dient für den Fall, daß sich ein solcher Druck zufällig entwickeln sollte.

Die Ausbildung der Dichtungen 39 für das Gasrohr 38 ist ähnlich wie die Konstruktion der Abdichtungen 33 und 37. Es wird daher nur die Dichtung 39 im einzelnen beschrieben. Diese ist in Fig. 6 in größerem Maßstab dargestellt. Die untere Abdichtung 39 enthält einen Ring 51 aus Kohlenstoffstahl von beträchtlicher Dicke, der mit dem Beton des Loches in dem Dach 14 fest verankert und mit ihm verbunden ist. Der Ring 51 geht durch die Decke hindurch, wobei seine Stirnseiten frei liegen. Die untere Stirnseite des Ringes 51 ist gasdicht mit dem weiten Ende eines Kegelstumpfes 52 aus Metallblech verschweißt, .der das Rohr 38 umgibt und dessen engeres Ende mit dem Rohr in einem Abstand von dem Ring 51 verschweißt ist. An die andere Stirnseite des Ringes 51 ist ein Führungsring 53 aus Metallblech angeschweißt, der flach oder, wie dargestellt, kegelstumpfförmig sein kann. Der Ring 53 ist kurz und steif, und seine engere Öffnung ist mit dem Rohr 38 nicht verschweißt, sondern dient nur als Führungs- und Zentriervorrichtung für dieses Rohr. Der Ring 51 aus Kohlenstoffstahl bildet eine Verankerung und eine Abdichtung, da er mit dem Beton eine dichte Verbindung eingeht. Er dient gleichzeitig als Verstärkung für die durch den Beton führende Öffnung. Der aus dünnem Metallblech, vorzugsweise rostfreiem Stahl, bestehende Kegelstumpf 52 schließt die Öffnung hermetisch ab, so daß ein Durchtritt von Gasen verhindert wird. Bei seiner Benutzung für die Wandung der äußeren Hülle verhindert er den Eintritt von Feuchtigkeit führender Luft, während er gleichzeitig nur eine sehr schwache Wärmeströmung gestattet, da die niedrige Leit- go fähigkeit des rostfreien Stahles, die Länge des Kegelstumpfes, seine Stärke und sein kleiner mittlerer Umfang infolge der konischen Form zusammenwirken. Die konische Form liefert auch einen großen Widerstand gegenüber axialen Kräften. Der innere Führungsring 53 bietet Widerstand gegenüber seitlichen Kräften; daher hat sein kurzes Ende einen steilen Winkel. Die Wärmeströmung durch den Führungsring 53 ist begrenzt, weil er nicht an die Leitung 38 angeschweißt ist, sondern sie nur an einer sehr kleinen Fläche berührt. Die Beanspruchungen treten infolge von Temperaturänderungen auf, wenn die kalten Stoffe durch die Leitung 38 hindurchströmen, und die Verankerungen führen zwangsweise dazu, daß die relativen Bewegungen nur an den Verbindungssteilen 40 auftreten können.

Die entsprechende Abdichtung 39 für den Durchgang der Leitung 38 durch die Decke 26 hat einen ähnlichen Aufbau, jedoch in umgekehrter Richtung. An Stelle der Ausdehnungsgelenke 40 können die Leitungen auch Ausdehnungsbogen enthalten. So hat z. B. die Leitung 30 nach Fig. 1 einen Ausdehnungsbogen, und ihre Abdichtung 33 kann in ähnlicher Weise ausgeführt sein wie die Abdichtung 39. Auch die Abdichtung 37 der Leitung 34 kann einen ähnlichen Aufbau aufweisen. Andererseits kann bei einer Leitung, die keine Ausdehnungsbiegung und kein Ausdehnungsgelenk aufweist, die Abdichtung dadurch hervorgerufen werden, daß an einen Ring, der dem Ring 51 ähnelt, ein Balg befestigt wird, dessen eines Ende an den Ring angeschweißt oder angelötet ist und dessen anderes Ende gasdicht mit der Leitung verbunden ist. Ein solcher Balg ermöglicht eine freie Axial- und Winkelbewegung der Leitung, während gleich-

zeitig die Öffnung hermetisch verschlossen ist und nur eine sehr geringe Wärmeleitung stattfindet.

In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, die sich hauptsächlich durch die Ausbildung des Fundamentes für den Behälter unterscheidet. Das Fundament enthält einen Klotz 117 aus .Eisenbeton, der genügend groß ist, um die äußere Hülle B' zu tragen. Der Klotz 117 wird über der Erdoberfläche 119 von einer Anzahl von Stützen 60 getragen, die in den Erdboden hinein bis zu einem Fundament 61 reichen, welches wesentlich unterhalb des normalen Frostpegels bei festem Boden liegt. Die Stützen gestatten die Zirkulation von Außenluft, so daß sie im wesentlichen die gleiche Temperatur wie die Luft annehmen. Es wird daher dem Boden keine übermäßige Wärme entzogen.

Bei dieser Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann die Isolierschicht 116 direkt auf dem Klotz 117 ruhen, und die Wände 125 der Hülle erstrecken sich nur bis zu dem Klotz 117, auf dem sie ruhen. Die Wandungen 125 und in der Hülle und der inneren Kammer können aus Eisenbeton hergestellt sein. Wenn die innere Kammer in aus nicht vorgespanntem Eisenbeton besteht, wird der Belag 62 vorzugsweise bis zum oberen Rande der Wandung geführt als Verlängerung des Randes 123. Der Rand 123 und. der Bodenbelag 121 sind vorzugsweise ähnlich dem Rande und dem Bodenbelag nach Fig. 1. Der Rand 123 ist an der waagerechten, ringförmigen Schiene 124 durch Schweißen befestigt, und die untere Kante des Belages 62 ist ebenfalls mit der Schiene 124 verschweißt. Die obere Kante des Belages 62 kann an dem oberen Teil der Wandung in durch eine ähnliche Konstruktion befestigt sein, die eine weitere ringförmige Schiene enthält, welche in den Beton der Wandung eingebettet ist.

Wenn die Wandungen der inneren Kammer nicht verkleidet sind wie in Fig. 1, dann wird ein dichter undurchlässiger Beton verwendet. Außerdem kann ein anorganischer, dichtender Überzug an der inneren Oberfläche aufgebracht sein.

Ein Beispiel einer geeigneten Betonmischung für die inneren Wandungen der Kammer kann pro Kubikmeter 437 kg Zement, 746 kg Sand, 1060 kg Kies von etwa 3,2 cm maximaler Größe und 4% Luft mitführendes Material enthalten, neben dem üblichen Gehalt von Wasser für normale Konsistenz. Es wurde gefunden, daß ein solcher Beton nach 58 Tagen eine Druckfestigkeit von über 422 kg/cm² bei Raumtemperatur und über 733 kg/cm² bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77,4° abs.) hat. Der Zerreißmodus ,bei Raumtemperatur betrug 36,4 kg/cm² und bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff 62,0 kg/cm². Es wurde ferner festgestellt, daß der durchschnittliche thermische Expansionskoeffizient 8,46 X ι o-⁶ cm/cm/⁰ C hatte.

Die Ausdrücke »Eisenbeton« und »vorgespannter Eisenbeton« sind nicht synonym. Der erste Ausdruck bezeichnet zur Zeit allgemein die gebräuchliche Verstärkung von Beton durch Metalldrähte und -stäbe, während der zweite Ausdruck sich insbesondere auf Betonbauwerke bezieht, bei denen der Beton durch eingebettete Drähte, die unter Spannung gesetzt und gehalten werden, vorgespannt ist. Bei gewöhnlichem Eisenbeton wird der Mangel an Zugfestigkeit durch Einbetten von Stahlstäben in die Teile des Betons ausgeglichen, welche Zugbeanspruchungen aufnehmen müssen. Der Stahl nimmt daher die Zugbeanspruchungen auf, denen diese Teile des Bauwerkes ausgesetzt sind. Im Falle von vorgespanntem Beton wird die verhältnismäßig hohe zulässige Druckbeanspruchung des Betons ausgenutzt, indem die Teile des Betons, welche normalerweise einer Zugbelastung ausgesetzt werden, einer anfänglichen Druckbelastung unterworfen werden, welche die erwartete Zugbelastung übertrifft. Infolge der hohen anfänglichen Zugbelastung in den Verstärkungsdrähten darf der vorgespannte Beton nicht einer Nettozugbelastung ausgesetzt werden, während gewöhnlicher Eisenbeton einer solchen Beanspruchung unterworfen werden darf. 8s

Während die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsbeispielen von Behältern beschrieben worden ist, die für die Aufspeicherung von flüssigem Sauerstoff oder Stickstoff geeignet sind, kann sie auch für die Speicherung anderer verflüssigter Gase, wie z. B. Erdgas, Methan od. dgl., benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Behälter zur Lagerung verflüssigter Gase bei Temperaturen unter 275 ° abs. (+ i,8° C) mit einer inneren Kammer und einer im Abstand davon befindlichen, die Kammer umgebenden äußeren Hülle, wobei der Raum zwischen der Kammer und der Hülle ein wärmeisolierendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kammer (A) im wesentlichen senkrechte, aus vorgespanntem Eisenbeton geformte Seitenwände (11 bzw. in) hat, deren innerer Teil durch ihn umgebende Spannbauteile (12 bzw. 13) in einem Druckzustand gehalten wird, wenn die Kammer mindestens teilweise mit verflüssigtem Gas (L) gefüllt ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbauteile (12 bzw. 13) aus kaltgezogenem Kohlenstoffstahl bestehen.

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbauteile (12 bzw. 13) aus hartgezogenem, bleigehärtetem Stahl bestehen.

4. Behälter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülle (B) Seitenwände (25 bzw. 125) aus Eisenbeton hat.

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenbeton der äußeren Hülle vorgespannt ist.

6. Behälter nach Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der inneren Kammer mit einem anorganischen Dichtungsüberzug verkleidet sind.
7. Behälter nach Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Bodenverkleidung (21 bzw. 121), z. B. aus Metallblech, mit einem sich nach oben erstreckenden, den Seitenwänden der inneren Kammer benachbarten Rand (23 bzw.

123) am Umfang, dessen obere Kante an der Innenfläche der Betonseitenwände befestigt ist, wodurch die Bodenverkleidung mit der Seitenwand dicht verbunden ist, wobei gegenseitige Bewegungen infolge von verschiedener Ausdehnung und Zusammenziehung zwischen der Bodenverkleidung und der Seitenwand unter Biegung des Randes möglich sind.

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kante des Randes an einer waagerechten Metallschiene (24 bzw. 124), vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl, befestigt ist, die ein kurzes Stück, vorzugsweise mindestens 15 cm, oberhalb der Bodenverkleidung (21 bzw. 121) in die Betonseitenwände der inneren Kammer eingebettet und mit ihnen fest verbunden ist.

9. Behälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Randteil (23 bzw. 123) der Bodenverkleidung aus einem Metall besteht, das hohe Schlagfestigkeit bei sehr tiefen Temperaturen hat, z. B.Austenitstahl, vorzugsweise rostfreier Stahl, Kupfer, Kupferlegierung, vorzugsweise Siliciumbronce (eine Legierung, bestehend aus Mangan, Silicium und Kupfer, z. B. im Verhältnis von 1 % Mangan, 4% Silicium und 95% Kupfer), Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

10. Behälter nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der inneren Kammer oberhalb des Randes der Bodenverkleidung eine Metallblechverkleidung aufweist, die gasdicht mit dem Rand verbunden ist.

11. Behälter nach Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen waagerechten, verhältnismäßig dicken Boden (16 bzw. 116) aus wärmeisolierendem Material von beträchtlicher Druckfestigkeit, wobei die Seitenwände der inneren Kammer auf dem äußeren Rand dieses Bodens ruhen.

12. Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (16 bzw. 116) aus Schichten von Isolierblöcken, ζ. Β. aus Schaumglas, besteht, die auf einer Schicht verfestigten Sandes auf dem festen Untergrund ruhen.

13. Behälter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizvorrichtung (29) in der Schicht verfestigten Sandes in der Nähe des Untergrundes vorgesehen und über die Fläche des Bodens verteilt ist (Fig. 1).

14. Behälter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (20 bzw. 120) aus leichtem, zementartigem Material zwischen den Isolierblöcken (16 bzw. 116) und der Metallblechbodenverkleidung (21 bzw. 121) vorgesehen ist.

15. Behälter nach Anspruch 12, 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Eisenbetonplatte (117) zwischen den Isolierblöcken und der Sandschicht (Fig.

7).

16. Behälter nach Ansprüchen 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Seitenwände (25) der äußeren Hülle sich weit unter den Boden des Behälters erstrecken und von einem unabhängigen, im Boden abgestützten Fundament (27) getragen werden (Fig. i).

17. Behälter nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit einer Leitung (30 bzw. 34 bzw. 38) für das verflüssigte oder flüchtige Gas versehen ist, die durch eine Öffnung größeren Durchmessers in der Wandung des Behälters hindurchgeht und einen Metallring (51), vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl, aufweist, der in die Wandung der Öffnung eingebettet und in dem Beton der Wandung verankert ist, wobei die Enden des Ringes mit der Wandungsfläche abschneiden, und wobei eine Abdichtung mit einer möglichst kleinen Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist, um den Raum zwischen der Leitung und dem Metallring abzudichten (Fig. 6).

18. Behälter nach Anspruch 17, bei dem die Leitung mit einer Ausdehnungsvorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung einen Abstandsring (53) aufweist, dessen äußerer Rand mit dem inneren Ende des Metallringes (51) verbunden ist, und dessen innerer Rand in Berührung mit der Leitung steht, wobei ein Kegelstumpf (52) aus Blech, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, mit seiner Grundfläche dasdicht mit dem äußeren Ende des Ringes verschweißt und mit seinem engeren Ende gasdicht mit der Leitung verbunden ist (Fig. 6).

19. Behälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung bei einer Ausführung ohne die Ausdehnungsvorrichtung mit einer Abdichtung versehen ist, die einen gewellten Metallbalg (40) enthält, dessen eines Ende gasdicht mit dem Metallring, und dessen anderes Ende gasdicht mit der Leitung verbunden ist (Fig. 6).

20. Behälter nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (38) durch Öffnungen in den Wandungen der inneren Kammer und der äußeren Hülle hindurchgeht und für beide Wandungen je eine Abdichtung (39) vorgesehen ist.

21. Behälter nach Ansprüchen 4 bis 20 mit einer Decke, deren innere Wandung aus Eisenbeton mit den Seitenwänden der inneren Kammer verbunden ist, und deren äußere Wandung aus Eisenbeton mit den Seitenwänden der äußeren Hülle verbunden ist, wobei der Raum zwischen den Wandungen der Decke mit

wärmeisolierendem Material ausgefüllt ist und wobei ein Einstiegloch in der Decke vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstiegloch (41) je einen unten in einer Öffnung der inneren Wandung und einen oberen in einer Öffnung der äußeren Wandung der Decke eingebetteten und darin verankerten Metallring sowie eine gewellte Metallblechröhre (44) aufweist, deren beide Enden mit diesen Metallringen (42, 43) gasdicht verbunden sind.

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