DK144713B - Tank med varmeisolerende beklaedning isaer til vaesker med lav ttemperatur - Google Patents

Description

(19) DANMARK (^)

|p m FREMLÆGGELSESSKRIFT in) U4713 B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 34l 9/73 (51) IntCI.3 F 17 C 3/02 (22) Indleveringsdag 20. jun. 1975 (24) Løbedag 20. jun. 1973 (41) Aim. tilgængelig 28. dec. 1973 (44) Fremlagt 1 7 · maj 1 982 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag -(62) Stamansøgning nr. - (30) prioritet 27- jun. 1972, 64307/72, JP 23. apr. 1973, 45974/73^ Jp (71) Ansøger MITSUBISHI JUK0GY0 KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Jp.

(72) Opfinder Kihei Katsuta, JP.

(74) Fuldmægtig Th. Ostenfeld Patentbureau å/S.

(54) Tank med varmeisolerende beklædning, især til væsker med lav temperatur.

Den foreliggende opfindelse angår en tank med varmeisolerende beklædning og i øvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne type. En sådan tank er velegnet som en større lagertank for væsker med lav temperatur, såsom naturgasser i væskefasen.

Til tanke til oplagring af væskeformigt metan har der været foreslået flere typer isolerende beklædninger, men ingen af disse har vist sig at være virkelig praktisk anvendelige. Tanke med varmeisolerende g beklædninger, som bruges i udstrakt grad, kræver en stor mængde kost- 0 bart konstruktionsstål, når de skal benyttes ved lave temperaturer.

” Dette forøger tankenes fremstillingsomkostninger i væsentlig grad, j“ især i forbindelse med tankskibe til transport af væskeformige natur- £ gasser ved. lave temperaturer.

t 144713 2

Fra dansk patentskrift nr. 125.766 kendes et eksempel på en indvendigt varmeisoleret tank af den aktuelle type, og hvori isoleringen som armering indeholder både netværk eller stofduge med forholdsvis store masker og forskellige kontinuerlige metalfilm.

I tanke af den aktuelle type er det ofte observeret, at der på isoleringens side med lav temperatur opstår en trækspændingstilstand, som aftager gradvis, efterhånden som temperaturen stiger gennem isoleringen, og på isoleringens side med højest temperatur optræder der en svag trykspændingszone. Denne spændingsfordeling gennem isoleringen vil kunne give anledning til alvorlige revnedannelser, hvis isoleringens armering ikke er tilstrækkelig tæt, og på den anden side vil resultatet blive et for stort forbrug af armeringsmateriale, hvis armeringen gøres for tæt i et forsøg på at hindre sådanne revnedannelser.

Den foreliggende opfindelse tager sigte på løsning af de netop omtalte problemer i forbindelse med termisk isolering af konventionelle tanke, især til væsker med lave temperaturer. Det er således opfindelsens formål at tilvejebringe en varmeisoleret tank, som er særlig velegnet til at rumme væsker som væskeformige naturgasser med lave temperaturer, og hvori armeringens tæthed er afpasset efter den optrædende spændingsfordeling gennem isoleringen. Dette opnås ved tanken ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 angivne.

X tanken ifølge opfindelsen er adskillige tråde, som består af glasfiberstrenge eller metaltråde, udstrakt i form af net parallelt med tankens indvendige vægoverflade, og trådene er indlejrede i isolationslaget til forstærkning af dette. De enkelte tråde i hvert net og selve nettene er anbragt med aftagende indbyrdes afstand i retning mod det inderste lag af beklædningen. Derved opnås en effektiv hindring af de revnedannelser eller brud i isolationslaget, som ellers kunne opstå som følge af en overgang fra den normale temperatur, som tanken har efter fremstillingen på fabrik, til den lave temperatur, som tanken udsættes for under brugen.

Med tanken ifølge opfindelsen kan der følgelig opnås en bedst mulig hindring af revnedannelser i isoleringen med det mindst mulige forbrug af armeringstråde. Desuden nødvendiggør armeringstrådenes anbringelse sædvanligvis en betragtelig mængde håndarbejde, og en formindskelse af det fornødne antal tråde resulterer altså ikke blot i et formindsket materialeforbrug men også i en væsentlig formindskelse af arbejdstidsforbruget.

144713 3 I udførelsesformer for tanken ifølge opfindelsen har det vist sig, at trådafstanden i trådlagene samt afstanden mellem trådlagene kan være op til 10 mm eller fortrinsvis op til 7 mm ved den laveste temperaturside, som præciseret i krav 2, og trådafstanden samt tråd-lagafstanden kan altså forøges gradvis fra denne værdi gennem isoleringen i retning mod den højeste temperaturside.

I en udførelsesform for opfindelsen, der er præciseret i krav 3, er trådlagene fastholdt af gennem isoleringen forløbende bolte, som desuden bærer tankens inderstliggende væsketætte væg. Dette er hensigtsmæssigt, idet trådenes og trådlagenes placering og afstand på enkel måde kan fastlægges af sådanne bolte, eksempelvis ved hjælp af passende anbragte kroge herpå.

I en anden udførelsesform for opfindelsen, der er præciseret i krav 4, er hvert trådlag fastholdt lokalt af lag af isoleringsmateriale, som er anbragt pletvis på et underliggende skumlag. Efter at et skumlag af en ønsket tykkelse er fremstillet, kan et trådlag anbringes og fikseres på denne måde i en ønsket afstand, hvorefter det således anbragte trådlag kan indlejres i et næste skumlag. Denne udførelsesform er følgelig særlig velegnet til lagvis opbygning af isoleringen, hvilket er aktuelt i det tilfælde, at trådlagene ønskes kombineret eller suppleret med lag af forholdsvis korte glasfibre.

Et lag af sådanne løse glasfibre kan pålægges og fastholdes på et underliggende skumlag, eksempelvis ved elektrostatisk opladning af dette, hvorefter et trådlag kan pålægges og fastholdes i position ved hjælp af de pletvis påsprøjtede lag af isoleringsmateriale.

Den foreliggende opfindelse skal i det følgende forklares nærmere ud fra forskellige udførelsesformer og under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et fragmentarisk billede af et snit gennem en varmeisolerende beklædning til en tank ifølge opfindelsen, fig. 2 en spændingsfordelingskurve for en beklædning, hvori stift polyurethanskum er benyttet som varmeisolerende materiale, fig. 3 et billede som illustrerer fordelingen på tankend indvendige overflade af bolte til fastholdelse af isolationsbeklædningen, fig. 4 et lodret billede, delvis i snit og i større målestok af en bolt, fig. 5 et fragmentarisk billede af et snit gennem en varmeisolerende beklædning i en anden udførelsesform for opfindelsen, og 144713 4 fig. 6 et snitbillede i større målestok af beklaadningen ifølge fig. 5 og visende beklædningens konstruktion i detaljer.

En første udførelsesform for opfindelsen skal i det følgende forklares under henvisning til figurerne 1-4. I fig. 1 er vist en vægdel af en tank 1, som kan have enhver form, alt efter den påregnede anvendelse. Det plademateriale, som udgør tanken 1, kan eksempelvis bestå af den stålpladetype, som sædvanligvis benyttes som konstruktionsmateriale ved skibsbygning. På den indvendige overflade af tanken 1 er vist et af flere metalankre 2, der tjener som sæde for ankerbolte, og som er punktsvejst ved 3.

I dette anker 2 indskrues den ene ende af en hul ankerbolt 4, som udfyldes med polyuretanskum eller en anden form for varmeisolerende materiale 5. Glasfiberstrenge eller rustfri ståltråde 6, 6', som er overtrukket med uretanharpiks, fastholdes og udspændes af boltene 4 i flere lag i et netlignende mønster parallelt med tankens indvendige vægflade. Glasfiberstrengene eller metaltrådene 6 og/eller 6' er anbragt i en sådan indbyrdes afstand, at tætheden i streng- eller trådarrangementet er større, jo længere strengene eller trådene er beliggende fra tankens inder-væg, eller med andre ord jo nærmere de ligger ved lavtemperatursiden.

En plade 7 af krydsfiner eller syntetisk harpiks er vist fastgjort til hovedet af ankerbolten 4 ved hjælp af en skrue 8. Pladen 7 er udstyret med et indløb 7', gennem hvilket en ekspanderbar uretanopløsning kan indsprøjtes i mellemrummet mellem pladen 7 og tankvæggen 1, således at et varmeisolerende lag 10 af stift polyuretanskum kan tilvejebringes. Efter indsprøjtningen tillukkes indløbet 7' væsketæt ved hjælp af en prop 9.

Hele overfladen af pladen 7 er belagt med et flerdelt lag 11 af en armeret syntetisk harpiks opbygget af flere lag glasfiber og epoxyharpiks eller polyuretanharpiks lagt skiftevis, det ene ovenpå det andet, for at holde pladen 7 fuldstændig adskilt fra den væske 12 med lav temperatur, som skal håndteres.

En almindelig tendens, som ofte observeres ved brugen af stift polyuretanskum som isoleringsmateriale, består i, at der som antydet ved kurven i fig. 2 på siden med lav temperatur opstår trækspændinger, som aftager gradvis, efterhånden som temperaturen stiger, og på siden med høj temperatur opstår en svag trykspændingszone.

Når der benyttes stift polyuretanskum som varmeisolationsmateriale, og især når der er tale om beklædninger til tanke, må det bemærkes, at medmindre modforholdsregler foretages, vil de termiske trækspændinger være tilstrækkelige til at forårsage revner i isolationslaget.

144713 5

Beklædningen i tanken ifølge opfindelsen er derfor indrettet med henblik på en hindring af revnedannelser i isolationslaget forårsaget af termiske trækspændinger, og dette opnås ved hjælp af de parallelt med tankindervæggen arrangerede netværk af glasfiberstrenge eller metaltråde 6, 6', som har en lavere termisk kontraktionskoefficient end isolationsmaterialet.

Ifølge opfindelsen er en lodrette afstand mellem glasfiberstrengene eller metaltrådene 6, 6' også gjort mindre på den lave temperaturside for derved at tilvejebringe en forøget forstærkning her af isolationslaget 10.

Den isolerende struktur ifølge opfindelsen har vist sig at være særdeles velegnet til en fuldstændig beklædning af store tanke, eksempelvis med et bundareal på 30 gange 30 m og en højde på mere end 20 m. I hjørnerne af sådanne store tanke kan der opbygges særdeles alvorlige termiske spændinger. Dette problem kan løses i overensstemmelse med opfindelsen ved frit og passende valg af struktur og konstruktion, eksempelvis ved brug af glasfiberstrenge eller metaltråde 6, 6', som er udstrakt på kryds og tværs af ankerboltene 4, og hvori maskevidden og den indbyrdes afstand mellem de enkelte net gøres gradvis mindre i retning indad mod tankens indre.

Da anker- eller bæreboltene 4 selv er gode isolatorer, vil metaltråde udstrakt mellem disse kun forårsage en varmetransport i retning parallelt med tankens stålplade. I den tværgående retning foregår varme-overgangen kun gennem isolationslaget 10 af stift polyurethanskum og til en vis grad gennem bæreboltene 4. Ved udspændingen af metaltråde ved hjælp af bæreboltene 4 opnås endvidere en udjævning af temperaturfordelingen i hvert lag med enhedstykkelse af isolationslaget 10, og derved udjævnes spændingerne i hele laget.

Bæreboltene 4 er fortrinsvis arrangeret med den i fig. 3 viste fordeling, således at afstanden mellem de enkelte glasfiberstrenge eller metaltråde 6, 6' kan vælges frit. Som vist i fig. 4 kan bæreboltene 4 være udstyret med kroge 13 for derved at lette udspændingen af strenge eller tråde mellem bæreboltene.

Som bekendt er polyuretanskum, som er pålagt ved påsprøjtning, ved kontinuerlig ekspansion eller ved hjælp af en anden kendt teknik, sædvanligvis velegnet til varmeisolering af genstande ved temperaturer ned til ca. -100°C. En som helhed økonomisk fordelagtig og effektiv varmeisolering kan derfor opnås ved at tilvejebringe isoleringen for temperaturer ned til dette niveau på den kendte måde og ved derefter at tilvejebringe en isolering for lavere temperaturer i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse.

"v 144713 6 I det følgende skal en anden udførelsesform for opfindelsen beskrives i forbindelse med figurerne 5 og 6.

I denne udførelsesform er bæreboltene i den første udførelsesform, hvis anvendelse nødvendiggør en hel del håndarbejde, udeladt, og tråd-lagene er arrangeret på en lidt ændret måde for at bringe faren for revnedannelse i isolationslaget ned på et minimum.

X denne udførelsesform er det anbragt en sekundær væsketæt væg parallelt med og i afstand fra tankvæggens indvendige overflade, og en isolerende struktur er opbygget på den sekundære væg i retning indad i tanken.

I figurerne 5 og 6 er dele svarende til de i figurerne 1-4 benyttede betegnet med samme henvisningsbetegnelser, og deres detaljerede forklaring er udeladt.

I figr 5 betegner henvisningstallet 21 en sekundær væsketæt væg understøttet af bolte 4 parallelt med og i afstand fra indersiden af et skibsskrog 1. I mellemrummet mellem den væsketætte væg 21 og skroget 1 indsprøjtes en opløsning af et varmeisolerende materiale 20, såsom stift uretan, som senere ekspanderes. Den sekundære væsketætte væg 21 og isoleringsmaterialet 20 kan være præfabrikeret i form af paneler på en fabrik, således at panelerne kan samles på anvendelsesstedet.

En ekspanderbar opløsning af stift uretan påsprøjtes og opskummes over den indvendige overflade af den sekundære væg 21, hvorved der dannes varmeisolerende lag 22^, 222· Løsrevne korte glasfibre 23 spredes derefter ud over de opskummede lag 22^, 222> hvorefter tråde 24, 24’ udspændes på kryds og tværs i et netlignende mønster over laget af glasfibre 23. Derefter dannes et andet isoleringslag 22^ ved påsprøjtning og opskumning med det resultat, at trådene 24, 24' indlejres i isoleringslaget 22^. På den beskrevne måde fremstilles skiftevis isoleringslag og trådlag flere gange, indtil et flerdelt isolationslag med en ønsket vægtykkelse er opnået.

For at fremstille det inderstliggende lag sprøjtes et skumdannende middel 25 indeholdende korte glasfibre ud over isoleringslaget, og det resulterende blandede lag beklædes derefter med en primær væsketæt væg 26 bestående af glasfibermåtter og en syntetisk harpiks, såsom polyuretan-harpiks.

I denne ovenfor beskrevne anden udførelsesform lægges de korte glasfibre 23 altså ovenpå de påsprøjtede og opskummede isolationslag 22^, 22.2, hvorefter trådene 24, 24' udspændes på kryds og tværs, og derefter fremstilles yderligere et isolationslag ved påsprøjtning. Efterhånden som det sidstnævnte lag tager form under opskumningen, har de korte glasfibre tendens til at flyde opad men forhindres i dette af netværket af trådene 7 14-4713 24, 24'. Følgelig efterlades netværket af tråde indlejret i det ekspanderede isoleringslag 223> Den overskydende polyuretan fortsætter ekspanderingen opad, således at lagene af tråde 24, 24' fastholdes heri.

Lagene af tråde 24, 24' kan alternativt fremstilles på den i fig. 6 viste måde. Overfladen 27 af isoleringslaget 222, som er fremstillet ved påsprøjtning og ekspandering, afskrabes og udsættes for en elektrostatisk opladning ved hjælp af en børste af et syntetisk harpiksmateriale. De korte glasfibre 23 blæses mod og aflejres på den statisk opladede overflade, og trådene 24, 24’ udspændes derefter i et netlignende mønster og holdes midlertidigt i position ved pletvis påsprøjtning af det ekspanderbare isoleringsmateriale, såsom ved 28. Efter dette fremstilles yderligere et isoleringslag ved påsprøjtning og opskumning på samme måde som beskrevet ovenfor.

Herunder flyder de korte glasfibre opad til trådenes 24, 24' niveau, hvor de holdes i position som en forholdsvis homogen struktur.

Som følge af de ovenfor beskrevne træk ved den foreliggende opfindelse tillader denne brug af plader af sædvanligt konstruktionsstål ved opbygningen af tankvæggen 1, og der opnås således en væsentlig omkostningsbesparelse. Desuden resulterer det ifølge opfindelsen benyttede specielle arrangement af glasfiberstrenge eller metaltråde, som er anbragt med gradvis aftagende indbyrdes afstand i form af net liggende parallelt med tankvæggen,i en armering af isoleringslaget, som er tilstrækkelig til at afhjælpe problemer forårsaget af de termiske spændinger, som strukturen udsættes for.

Hvis der til fremstillingen af trådlagene benyttes en kombination af korte glasfibre og tråde, kan den resulterende netlignende struktur have en større maskevidde, da glasfibrene udfylder maskeåbningern'e og tilvejebringer en forstærkning af ønsket styrke. Eksempelvis kan et trådnet, som må have en maskevidde på ca. 5 mm, i stedet have langt grovere masker på ca. 20 mm, hvis trådene suppleres med glasfibre. Ved anvendelse af metaltråde som netmateriale opnås endvidere at temperaturfordelingen i langsgående retning i isolationsbeklædningen gøres ensartet, hvorved lokale termiske spændingskoncentrationer i beklædningen kan undgås.