DK151507B - Varmeisoleret beholder til opbevaring eller transport af flydende gas - Google Patents

Description

- 1 - 151507

Opfindelsen angår en varmeisoleret beholder til lagring eller transport af flydende gas, især methan eller naturgas, omfattende en sammenhængende, varmeisolerende foring af polyurethanskum anbragt på den indre overflade af en stiv ydre kappe, hvor der inden for polyure-5 thanskumforingen er en barriere, som er parallel med eller hovedsagelig parallel med den stive ydre kappe.

Flydende gas lagres i beholdere af denne art ved meget lave temperaturer (fx. er flydende methan- eller naturgas ved en temperatur på ca. minus 160*C ved atmosfærisk tryk), og der er derfor risiko for, at 10 der opstår revner i polyurethanskumforingen og at flydende gas trænger gennem disse revner og når frem til den stive, ydre kappe. Da den stive ydre kappe normalt er fremstillet af stål, som mister sin smidighed ved lave temperaturer, ved hvilke flydende gas opbevares, må en afkøling af den stive, ydre kappe forhindres med alle mulige midler.

15 Opfindelsen har til formål at formindske risikoen for, at revner opstår i og breder sig gennem foringen af polyurethanskum, og navnlig at formindske risikoen for, at flydende gas kommer frem til den stive, ydre kappe, hvis der opstår revner i foringen.

Denne hensigt opnås i henhold til opfindelsen ved de i kravene an-20 givne træk.

Opfindelsen er nærmere forklaret i det følgende under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et skematisk tværsnit af et tankskib, som er forsynet med en tank ifølge opfindelsen, 25 fig. 2 et tværsnit af delen 4 på fig. 1 i større målestok i en første udførelse af tankvæggen, fig. 3 et tilsvarende tværsnit af en anden udførelse, og fig. 4 et tværsnit af en barriere ifølge fig. 2 og 3 i større målestok.

30 Tankskibet på fig. 1 omfatter et ydre skrog 12, et indre skrog 1 og et vandballastrum 13 mellem disse. Tankskibet er forsynet med et hoveddæk 14 og et øvre dæk 15. Det indre skrog 1 virker som en stiv, ydre kappe for beholderen til flydende gas, og vil normalt være fremstillet af stål, fx. klasse E. En foring 2 af polyurethanskum, for-35 trinsvis stiv med lukkede celler, er anbragt på kappens (1) overflade - 2 - 151507 og er hensigtsmæssigt påført ved sprøjtning* fx. ved hjælp af et apparat ifølge britisk patent nr. 1.300.352. Den indre overflade 4 af poly- urethanskummet 2 er indrettet til at være i direkte kontakt med ladning 2 16 af flydende gas, fx. flydende naturgas ved et tryk på 1 kp/cm og en 5 temperatur på omkring minus 160*C. Ovenover væskeoverfladen 17 findes et damprum 18.

Inde i foringen 2 er anbragt mindst én barriere 5. Ved udførelsen ifølge fig. 2 er der kun én barriere 5, medens der ved udførelsen i fig. 3 er tre barrierer 5. En forenklet gengivelse af en barriere 5 er 10 vist på fig. 4 og omfatter to lag 6, 7 af glasfibermateriale, som er imprægneret med en epoxyharpiks. Dette lag har fortrinsvis form af et klæde med maskevidde på 0,2 til 0,75 mm svarende til den største afstand i en maske. Lagene 6, 7 ligger i en kort indbyrdes afstand d, og mellem dem findes et tyndt lag 8 af epoxyharpiks. Afstanden d bør være 15 mindre end den kritiske revnestørrelse, så at der ikke kan udvikles revner i epoxyharpiksen, fx.0,2 mm eller mindre. Den totale tykkelse T af barrieren 5 er fortrinsvis 0,5-1 mm.

Barrieren 5 fremstilles på følgende måde.

Det antages, at foringen 2 er blevet påført på inderfladen 3 af 20 kappen 1 indtil en bestemt tykkelse er nået, alt efter den ønskede beliggenhed af barrieren 5, fx. en tykkelse på 200 - 250 mm. Den frie overflade af foringen 2 påføres så et tyndt lag af en kombination omfattende en epoxyharpiks og et hærdningsraiddel, fortrinsvis ved sprøjtning. Denne kombination indeholder fortrinsvis et thixotroperingsmid-25 del, og evt. en flexibiliseringskomponent og/eller en passende hærd-ningsaccellerator. Derefter pålægges glasfiberklæderne 6, hvorpå der -om nødvendigt - påføres en yderligere mængde af epoxyharpikskompositio-nen, fortrinsvis ved sprøjtning. Disse lag overfladebehandles med valser for at opnå en god fugtning og sammenpersning af klædet med epoxy-30 harpikskompositionen. Derefter kan klædet 7 anbringes efterfulgt af en yderligere mængde af denne komposition, og valsen føres hen over disse lag for igen at tilvejebringe en god fugtning og sammenpresning. Epoxyharpiksen skal nu hærde, hvorefter barrieren 5 påføren polyurethanskum indtil den ønskede tykkelse af foringen 2 er opnået. Hvis der kræves 35 mere end én barriere 5, gentages denne proces én eller flere gange - 3 - 151507 (fig. 3).

Til opnåelse af en pålidelig barriere 5 af god kvalitet kan glasfiberindholdet i denne være omkring 30-50 vægt%, fx. 40 vægt%.

Epoxyharpiksen (også kaldet polyepoxider) er forbindelser, som I i 5 gennemsnitlig indeholder mere end en epoxygruppe, dvs. en -C--C- gruppe 0 pr. molekyle. Polyepoxiderne kan være mættede eller umættede, aliphati-ske, aromatiske eller heterocycliske og kan indeholde substituenter som 10 halogenatomer, hydroxylgrupper og ethergrupper.

Foretrukne polyepoxider er glycidylpolyethere af polyhydrogenphe-noler såsom novolac, resoler, resorcinol, 4,4'-dihydroxydiphenylsul-phon, og diphenylolalkaner såsom 2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-propan og 2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-methan.

15 Foretrukne glycidylpolyethere er glycidylpolyethere af 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl)-propan med en epoxyequivalentvægt på 170 - 300. Disse glycidylpolyethere er almindeligvis tykflydende til halvfaste ved 25*C og viskositeten kan formindskes ved blanding med en mindre mængde, dvs. 5-20 vægt%, af flydende monoepoxid, såsom butylglycidylether, 20 phenylglycidylether, stearylglycidylether eller en glycidylester af en monocarboxylsyre som aliphatisk monocarboxylsyre med 9-11 carbonato-mer pr. molekyle.

Andre polyepoxider er: polyglycedylethere af aliphatiske polyhy-droxyforbindelser, såsom ethylenglycol, glycerol, trimethylolmethan, og 25 pentaerythrityl-polyglycidylestere af polycarboxylsyrer, såsom phthalsyre, terephthalatsyre, tetrahydrophthalatsyre, hexahydrophtalat-syre, og polymeriserede, umættede fedtsyrer, samt polyepoxider opnået ved epoxydering af cyclohexenderivater, såsom (3,4-epoxy-6-methylcyclo-hexyl)-metylester af 3,4-epoxy-6-methylcyclohexan-carboxylsyre. Blan-30 dinger af polyepoxider som beskrevet ovenfor eller blandinger af polyepoxider og flydende monoepoxider kan også anvendes.

Epoxyharpiksen kan omdannes til hårde harpiksmaterialer ved blanding og reaktion med et hærdemiddel. Der foretrækkes hærdemiddelsyste-mer, som hærder epoxyharpiksen ved stuetemperatur, dvs. temperaturer 35 fra 10 - 40*C. Velkendte hærdemidler er almindeligvis aminoforbindel- 151507 - 4 - ser, såsom aliphatiske, cykloaliphatiske, heterocykliske og aromatiske aminer. Eksempler på sådanne aminer er ethylendiamin, diethylentriamin, triethylentetramin, N-hydroxyethyldiethylentriamin, N-(aminoethy1)-pi-perazin, N,N-(diethyl)aminopropylamin, triethylamin, triethanolamin, 5 benzyldimethylamin, bis(4-aminocyclohexyl)methan, bis(3-methyl-4-amino-phenyl)methan isophorondiamin, 4,4'-diamino-diphenylmethan, 4,4'-di-aminodiphenylsulphon, m-phenylendiamin, tilsætninger af aromatiske, aliphatiske og cycloaliphatiske aminer og polyaminer med monoepoxider, og amider af polycarboxylsyrer med et overskud af en aliphatisk primær-10 polyamin, såsom aminoamider afledt fra polymeriserede ethylenisk umættede fedtsyrer og ethylendiamin eller diethylentriamin, og tilsætninger af polyepoxider med et overskud af aliphatiske polyamider. Der foretrækkes aminoforbindelser med mindst to aminohydrogenatomer pr. molekyle, og denne type aminoforbindelse benyttes generelt som hærdemiddel i 15 en mængde, som tilvejebringer mindst ét aminohydrogenatom pr. epoxygruppe i epoxyharpiksen. Blandinger af aminer kan også benyttes, og hvis det ønskes, kan hærdningen fremskyndes ved tilsætning af accelle-torer, som fortrinsvis er hydroxyforbindelser, såsom phenoler, fx. phenol, cresol og alkylphenoler med 8-12 carbonatomer, salicylsyre og 20 mælkesyre.

Andre anvendelige hærdemidler er bortrifluorid og tilsætninger af dette med aminer, alkoholer og ethere.

I epoxidharpikskompositionen kan også findes opløsningsmidler, fortyndingsmidler, strækkemidier og fyldstoffer. Fortrinsvis indeholder 25 den flydende epoxyharpikskomposition et thixotroperingsmiddel til undgåelse af drypning og nedgliden efter påføring på ikke-vandrette flader. Anvendelige tixotroperingsmidler er findelte silicater, således som de fås i handlen under varemærkerne "AEROSIL" og "Cab-o-sil" , og bentoniter, navnlig aminmodificerede bentoniter, såsom handelsproduktet 30 "Bentone".

Epoxyharpikskompositionen indeholder fortrinsvis en fleksibilise-ringskomponent, dvs. en komponent, som forøger flexibiliteten af den hærdede komposition. Flexibiliseringskomponenten kan være et epoxid, såsom en polyglycidylester af polymeriserede, flerumættede fedtsyrer 35 eller en glycedylether af en langkædet fedtalkohol med 10 - 18 carbon- - 5 - 151507 atomer pr. molekyle, eller et flexibiliserende hærdemiddel, såsom en aminoamid af polymeriseret, umættet fedtsyre, eller et reaktionsprodukt af en carboxyleret polydien med en polyamin, eller en "ydre" flexibili-seringskomponent (dvs. at denne ikke indeholder epoxy- eller amingrup-5 per), som terpentinolie, kultjære, asfaltbitumen eller en naturlig eller synthetisk elastomer.

Forskellige egnede epoxyharpikskorapos itioner beskrives i de følgene eksempler.

EKSEMPEL I

10 a) Epoxyharpiks: glycidylpolyether af 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-propan med en epoxyækvivalentvægt på 182 - 194 og en viskositet på 100 -150 poise ved 25*C, b) Flexibiliseringskomponent: teknisk diglycidylester af dimeri- 15 serede, umættede C^g-fedtsyrer, c) Hærdemiddel; N-(aminoethyl)piperacin, d) Accellerator: phenol, e) Thixotroperingsmiddel: "AEROSIL" 380.

20 Vægtforholdet af de ovennævnte komponenter er a:b:c:d:e = 25:75;14:5:3.

i

Eksempel II

a) Epoxyharpiks: glycidylpolyether af 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)-propan 25 med en epoxyækvivalentvægt på 182 - 194 og en viskositet på 100 - 150 poise ved 25’C, b) Flexibiliseringskomponent: "Flexibilizer" 151, som er en epoxyharpiks med en epoxyækvivalent på 700 (Procter & Gamble Limited, UK.), 30 c) Hærdemiddel: en modificeret cycloaliphatisk amin, d) Thixotroperingsmiddel: "AEROSIL" 380.

Vægtforholdet af de ovennævnte komponenter er a:b:c:d = 100:50:46:5.

Ved forbedring af sammenhængen af foringen 2 er det, hvis det øn-35 skes, muligt at indlejre et eller flere armeringsnet af glasfibermate- - 6 - 151507 riale i foringen 2. Fx. er det som vist på fig. 2 muligt at anbringe to sådanne net 9, 10 i den isolation, som ligger på barrieren 5, og som er anbragt svarende til isolationens defekttolerance, fx. i afstande på op til 10 mm hhv. 30 mm fra den indre overflade 4. Beliggenheden af barri-5 eren 5 er også afhængig af isolationens defekttolerance, og barrierens afstand fra den indre overflade 4 kan eksempelvis være 50 mm. Formålet med nettet 9 tæt ved den indre overflade 4 er .at standse eller sinke udbredelsen af eventuelle revner, som udvikler sig ved denne indre o-verflade og stammer fra overfladefejl i foringen 2. Det andet net 10 er 10 anbragt som en sikkerhedsforanstaltning for at sinke eller standse udbredelsen af revner, som stammer fra eventuelle indre fejl i foringen.

Nettet 10 sinker eller standser desuden eventuelle fejl, som måtte være trængt gennem nettet 9. En komination af armeringsnet som nettene 9 og 10, anbragt svarende til de brudmekaniske egenskaber ved foringen 2, er 15 et meget effektivt middel til forbedring af foringens sammenhæng.

Armeringsnettet 11 tjener til at standse eller sinke udbredelsen af eventuelle udmattelsesrevner, som udvikler sig fra den stive ydre kappe 1.

Nettene 9 og 10 har en maskevidde på mellem 6-15 mm.

20 Barrieren 5 hindrer revner i foringen 2 i at passere barrieren 5, og den hæmmer også dannelsen af revner bag sig. Hvis kold, flydende gas passerer foringen 2 gennem eventuelle revner i dnne, vil barrieren 5 desuden hindre gassen i at trænge videre frem og at nå at afkøle kappen 1.

25 Under normal brug af beholderen ifølge opfindelsen er den flydende gas lagret inde i denne op til den indre overflade 4 af foringen 2. Den indre overflade 4 vil således have omtrent samme temperatur som gassen i beholderen. Kappen 1 vil normalt have omtrent samme temperatur som omgivelserne. Foringen 2 vil sammen med en eller flere barrierer 5 ef-30 fektivt forhindre en nedkøling af kappen 1 til utilladeligt lave temperaturer.

Kappen 1 kan dannes af et skibs skrog eller af et indre skrog i et skib med dobbeltskrog. Beholderen kan også anvendes ved lagring af flydende gas på land.

35 Opfindelsen har den fordel, at den normale, omkostningstunge indre - 7 - 151507 tank kan udelades# dvs. at den flydense gas altid er i direkte kontakt med isoleringsmaterialet i foringen 2 under normal lagring. I forbindelse med tankbeholdere eller tankskibe til flydende naturgas betyder dette en stor reduktion af byggeomkostningerne. Opfindelsen kan iraid-5 leritd også anvendes til beholdere med en indre tank# i hvilke den flydende gas da kun er i direkte kontakt med isoleringsmaterialet i tilfælde af fejl og lækage i forbindelse med denne tank«

Barrieren 5 og nettene 9# 10, 11 er fortrinsvis parallelle med eller hovedsagelig parallelle med den stive ydre kappe 1· 10 Hvis det ønskes# kan glasfibermaterialet i barrieren 5 og/eller armeringsnettene have form som tråde af glasfibre, som fx. er påført ved sprøjteteknik.

Anvendelsen af glasfibermateriale i barrieren 5 er meget attraktiv af flere grunde: Glasfibermateriale er billigt og let tilgængeligt# og 15 det kan let strikkes eller væves til net med den fordrede konstruktion.

Dets mekaniske egenskaber ved kryogene betingelser, dvs. stor styrke og lav termisk udvidelseskoefficient# gør det til et sikkert materiale at anvende.

Hvis det ønskes, kan netene 9, 10# 11 udelades. Den på fig. 3 vi-20 ste udførelsesform har fx. kun tre barrierer 5 af den i fig. 4 viste type og ingen glasfibernet. 1

Claims (2)

1. Varmeisoleret beholder til lagring eller transport af flydende gas, isser methan eller naturgas, omfattende en sammenhængende, varmeisolerende foring (2) af polyurethanskum anbragt på den indre overflade {3) af en stiv ydre kappe (1), hvor der inden for polyurethanskumforin- 5 gen (2) er en barriere (5), som er parallel med eller hovedsagelig parallel med den stive ydre kappe (1), kendetegnet ved, at barrieren (5) består af et eller flere lag glasfibermateriale (6, 7) og en hærdet epoxyharpiks (8), i hvilken glasfibermaterialet (6, 7) er imprægneret med epoxyharpiksen (8) og mængden af glasfibermaterialet (6, 10 7) i barrieren (5) er af størrelsesordenen 30 - 50 vægt-%, fx. 40 vægt-%.

2. Beholder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at glasfiber-materialet (6, 7) i barrieren (5) er i form af en i og for sig kendt klæde. 15