EP0401154B1 - Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten - Google Patents
Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten Download PDFInfo
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- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0678—Concrete
Definitions
- the invention relates to a container for storing frozen liquids, in particular liquefied gases, consisting of an outer container closed on all sides made of reinforced concrete / prestressed concrete, possibly also with a steel roof, and an open steel inner container used therein for holding the liquid, whereby the steel inner container rests on an insulation and an annular space is present between the outer peripheral surface of the steel inner container and the inner peripheral surface of the outer container, which is filled with a granulate of insulating material.
- Such a container is known for example from DE-PS 31 25 846. Extensive safety precautions are taken for the operation of such containers; among other things, the container must be earthquake-proof in every case. In the event of an earthquake, horizontal inertial forces must be transferred from the inner tank to the outer tank. It should be noted that the insulation in the space between the two tanks cannot contribute to this. Since the intermediate space not only serves to hold the insulation, but also has to be present so that it can be walked on in the event of malfunctions or repair work, expanded pearlite is usually used as the insulating material.
- the starting material is a volcanic silicate rock, in which the bound water is converted into steam by briefly heating to about 1000 ° C, so that the glass melt is inflated to a multiple of its volume.
- a certain amount of horizontal forces can be transmitted from the steel inner container via the base insulation to the bottom of the outer container by frictional forces.
- the frictional forces or shear resistance in the floor joint are not sufficient to balance the inner tank. If the filling slips, which is not prevented by the pearlite insulation in the gap, it could hit the outer container with its enormous mass, which could cause the inner container to rupture and also damage or even destroy the outer container . As a result, explosions and fires of the greatest magnitude can occur.
- this storage must take place at a temperature of approximately -165 ° C. If the steel inner container is filled with the liquid gas cooled to this temperature, the inner container also cools down to this temperature and contracts accordingly.
- the radius of the inner container is reduced by about 5 cm, so that there is a gap that later slides in the event of an earthquake and thus a destruction of the floor insulation and possibly of the container.
- the invention has for its object to provide a container of the type described above so that a non-positive connection between the inner and outer tank can be made in the warm and cold driven state and that no constraining forces occur in the transition states of cold or warm driving.
- the object is achieved according to the invention in that between the spacer and the inner wall of the outer container an annular, firmly connected to the outer container, made of sheet steel hollow container is arranged, which is partially filled with a heat-liquefiable material that in the hollow container Heating elements are attached, and that the spacer element is made of steel and is rigidly connected to the hollow container and materially (rigidly) or non-positively to the steel inner container.
- the liquefiable material preferably consists of bitumen.
- other plasticizable materials can be used instead, e.g. low melting metals such as Tin or plastics, which in the solidified state are sufficiently tough under short-term loads to absorb horizontal forces that can arise in the event of an earthquake, without failing under this pressure under the pressure forces.
- the spacer does not have to be rigidly connected to the hollow container and the steel inner container, but the spacer element can also be designed as a disc, the outer circumference of which is connected to the hollow container, and on which the steel inner container is inserted with the insertion of an intermediate layer, preferably made of concrete rests and is held against displacement by the high friction or shear coefficients of the intermediate layer.
- the procedure is now such that when the steel inner container is filled or emptied, the material in the hollow container is liquefied by heating and the liquid state is maintained until the inner steel container has finished its contraction or expansion.
- the expansion or contraction follows the inner wall of the hollow container, ie the hollow container bulges inwards during the contraction and is returned to its original shape during the expansion.
- the liquefied material can adapt to the change in shape of the hollow container so that there is a seamless connection between the inner and outer containers after the contraction or expansion process has ended and the subsequent solidification of the liquefied material.
- Fig. 1 shows a reinforced concrete outer container, which consists of a base plate 1, a wall 2 and a roof dome 3.
- the wall thickness of the steel inner container 5 is about 14 to 30 mm
- the thickness of the insulation 4 is about 1 m
- the wall thickness of the reinforced concrete outer container 2 is about 50 cm.
- the insulation under the bottom of the steel container consists of foam glass, which is able to withstand the static load on the container 5 filled with liquid gas, while the insulation on the ceiling consists of mineral wool.
- the annular gap between the two containers is filled with granules of pearlite.
- the non-combustible perlite granulate has the advantage that it can be introduced into the annular gap in a simple manner, but that it can also be removed just as easily by suction for inspection purposes or for necessary repair work.
- a liner 6 made of steel is attached to the inside of the reinforced concrete outer container 1, 2, which ensures gas tightness in use and at the same time serves as a vapor barrier.
- the steel inner container 5 rests with the interposition of an insulation 7 made of foam glass on the bottom 1 of the reinforced concrete outer container, with an intermediate layer 8 or between the liner 6 and the insulation 7 on the one hand and between the bottom of the steel inner container and the insulation 7 on the other hand 9 is arranged.
- annular spacer 10 is arranged, the inside with the steel inner container 5 and the outside with the lower region of the Inner wall of a hollow container 11 is rigidly connected, which is formed by a steel sheet which is connected to the liner 6.
- the inner wall of the hollow container like the spacer element 10, is made of cryogenic steel.
- the hollow container 11 which is connected to the spacer element 10, there is a material 12 which solidifies in the filled and unfilled state of the inner container 5 and thereby has a supporting effect on the inner container 5 in connection with the spacer element 10 when horizontal forces are absorbed in the event of an earthquake Need to become.
- insulating foam glass elements 13 are arranged in the hollow container 11, which generate a temperature gradient from the cold bottom of the steel inner container to the wall 2 of the reinforced concrete outer container.
- the material 12 in the hollow container 11 is preferably made of bitumen, but other materials can also be used which can be plasticized by heat and which are sufficiently hard to tough in the temperature range between outside temperature and operating temperature in order to increase the horizontal forces which arise in the event of an earthquake transferred and to keep the steel inner container in connection with the spacer 10 in balance.
- heating coils 14 are arranged in the lower region of the hollow container 11, where the material 12 is located, which can be heated by current, induction or by means of a medium passed through them to such an extent that the surrounding area Material melts.
- Fig. 2 shows the operating case in which liquid gas has been filled into the steel inner container 5, so that the steel inner container has contracted.
- This contraction has the result that the outer wall of the hollow container 11 is bulged out of the normal position shown in dashed lines into the position shown via the spacer element 10.
- the wall of the hollow container 11 returns to the dashed position when the inner tank is emptied.
- the bitumen filling which is heated and therefore viscous when the inner tank is filled and emptied, does not hinder the temperature deformation of the inner tank, while in the normal, cold operating state of the bitumen plugs it forms a rigid, non-positive abutment for horizontal loads. In this way, an "adjustable" stop is practically formed.
- FIG. 3 shows detail A from FIG. 1 on the basis of a modified exemplary embodiment, the same parts being designated with the same reference numbers as in FIG. 2.
- the embodiment according to FIG. 3 differs from that in FIG. 2 in that the spacer element is formed here by a disk 15, the outer circumference of which is rigidly connected to the hollow container 11, and which extends completely below the steel inner container 5, wherein a concrete layer 16 is arranged between the disc 15 and the bottom of the steel inner container.
- the coupling of the spacer element 15 to the steel inner container takes place in a force-fitting manner by friction, without any change in the mode of operation compared to the exemplary embodiment of FIG. 2.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Außenbehälter aus Stahlbeton/Spannbeton, evtl. auch mit einem Stahldach, und einem darin eingesetzten, oben offenen Stahl-Innenbehälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, wobei der Stahl-Innenbehälter auf einer Isolierung ruht und zwischen der äußeren Umfangsfläche des Stahl-Innenbehälters und der inneren Umfangsfläche des Außenbehälters ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist, der mit einem Granulat aus Isolierstoff ausgefüllt ist.
- Ein solcher Behälter ist beispielsweise aus der DE-PS 31 25 846 bekannt. Für den Betrieb solcher Behälter werden umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen getroffen; der Behälter muß unter anderem in jedem Fall erdbebensicher sein. Bei einem Erdbeben müssen horizontale Trägheitskräfte vom Innentank auf den Außentank übertragen werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Isolierung im Zwischenraum zwischen den beiden Tanks hierzu nicht beitragen kann. Da der Zwischenraum nicht nur zur Aufnahme der Isolierung dient, sondern auch vorhanden sein muß, damit er im Fall von Störungen oder Reparaturarbeiten begehbar ist, wird als Isoliermaterial üblicherweise expandiertes Perlit verwendet. Ausgangsmaterial ist dabei ein vulkanisches Silikatgestein, bei dem durch kurzfristiges Erhitzen auf etwa 1000 °C das gebundene Wasser in Dampf verwandelt wird, so daß die Glasschmelze auf ein Vielfaches ihres Volumens aufgebläht wird.
- Ein gewisses Maß von Horizontalkräften kann durch Reibungskräfte vom Stahl-Innenbehälter über die Bodenisolierung zum Boden des Außenbehälters übertragen werden. Bei hoher Erdbebenbeanspruchung reichen die Reibungskräfte bzw. der Schubwiderstand in der Bodenfuge jedoch nicht zum Gleichgewicht des Innentanks aus. Wenn dieser mit seiner Füllung ins Rutschen kommt, was durch die Perlit-Isolierung im Zwischenraum nicht verhindert wird, könnte er mit seiner gewaltigen Masse auf den Außenbehälter aufprallen, was zu einem Bersten des Innenbehälters und auch zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Außenbehälters führen könnte. Als Folge davon können Explosionen und Brände größten Ausmaßes entstehen.
- Um einem Rutschen des Stahl-Innenbehälters relativ zum Außenbehälter entgegenzuwirken, ist es bekannt, am Boden des Zwischenraums zwischen dem Innen- und Außenbehälter einen ringförmigen Körper aus massivem Material anzuordnen, dessen Breite genau der Breite des Zwischenraums entspricht.
- Wenn in dem Stahl-Innenbehälter beispielsweise verflüssigtes Naturgas eingelagert wird, muß diese Einlagerung bei einer Temperatur von etwa -165 °C erfolgen. Wenn der Stahl-Innenbehälter mit dem auf diese Temperatur gekühlten Flüssiggas gefüllt wird, kühlt sich auch der Innenbehälter auf diese Temperatur ab und zieht sich dementsprechend zusammen. Bei einem Innenbehälter mit einem Fassungsvermögen von 50 000 m³ mit einem Durchmesser von etwa 45 m verkleinert sich der Radius des Innenbehälters um ca. 5 cm, so daß damit eine Lücke entsteht, die später im Erdbebenfall ein Rutschen und damit eine Zerstörung der Bodenisolierung und ggfs. des Behälters zur Folge hätte.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der oben beschriebenen Art so auszubilden, daß im warmen und im kalt gefahrenen Zustand eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Innen- und Außentank hergestellt werden kann und daß in den Übergangszuständen des Kalt- oder Warmfahrens keine Zwängungskräfte auftreten.
- Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Distanzelement und der Innenwand des Außenbehälters ein ringförmiger, mit dem Außenbehälter fest verbundener, aus Stahlblech bestehender Hohlbehälter angeordnet ist, der teilweise mit einem durch Wärme verflüssigbaren Material gefüllt ist, daß in dem Hohlbehälter Heizelemente angebracht sind, und daß das Distanzelement aus Stahl besteht sowie mit dem Hohlbehälter starr und mit dem Stahl-Innenbehälter materialschlüssig (starr) oder kraftschlüssig verbunden ist.
- Vorzugsweise besteht das verflüssigbare Material aus Bitumen. Statt dessen können jedoch auch andere plastifizierbare Werkstoffe verwendet werden, z.B. niedrig schmelzende Metalle wie z.B. Zinn oder Kunststoffe, die im erstarrten Zustand unter kurzzeitiger Belastung ausreichend zäh sind, um Horizontalkräfte aufzunehmen, die im Erdbebenfall entstehen können, ohne daß sie bei dieser Beanspruchung unter den Druckkräften versagen.
- Das Distanzelement muß nicht starr mit dem Hohlbehälter und dem Stahl-Innenbehälter verbunden sein, sondern das Distanzelement kann auch als Scheibe ausgebildet werden, deren Außenumfang mit dem Hohlbehälter verbunden ist, und auf der unter Einfügung einer Zwischenschicht, vorzugsweise aus Beton, der Stahl-Innenbehälter ruht und durch die hohen Reibungs- bzw. Schubbeiwerte der Zwischenschicht verschiebungssicher gehalten ist.
- In der Praxis wird nun so verfahren, daß beim Befüllen bzw. Entleeren des Stahl-Innenbehälters das Material in dem Hohlbehälter durch Erwärmung verflüssigt wird und der flüssige Zustand so lange aufrechterhalten wird, bis der Stahl-Innenbehälter seine Kontraktion bzw. Expansion beendet hat. Die Expansion bzw. Kontraktion macht die Innenwand des Hohlbehälters mit, d.h. der Hohlbehälter wird bei der Kontraktion nach innen ausgebeult und bei der Expansion wieder in seine Ausgangsform zurückgebracht. Das verflüssigte Material kann sich dabei an die Formänderung des Hohlbehälters anpassen, so daß nach Beendigung des Kontraktions- bzw. Expansionsvorgangs und der anschließenden Erstarrung des verflüssigten Materials eine fugenlose Verbindung zwischen Innen- und Außenbehälter besteht.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
- Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Behälters zur Einlagerung von Flüssiggas,
- Fig. 2 den Ausschnitt A in Fig. 1 anhand einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
- Fig. 3 den Ausschnitt A in Fig. 1 anhand einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
- Fig. 1 zeigt einen Stahlbeton-Außenbehälter, der aus einer Bodenplatte 1, einer Wand 2 und einer Dachkuppel 3 besteht. Innerhalb des Außenbehälters ist getrennt durch eine Isolierung 4 ein Innenbehälter 5 aus Stahl angeordnet, der nach oben hin offen ist und zur Aufnahme von verflüssigtem Gas dient. Bei einem solchen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 50 000 m³ beträgt die Wandstärke des Stahl-Innenbehälters 5 etwa 14 bis 30 mm, die Dicke der Isolierung 4 etwa 1 m und die Wandstärke des Stahlbeton-Außenbehälters 2 etwa 50 cm. Die Isolierung unter dem Boden des Stahlbehälters besteht dabei aus Schaumglas, das in der Lage ist, die statische Belastung des mit Flüssiggas gefüllten Behälters 5 auszuhalten, während die Isolierung an der Decke aus Mineralwolle besteht. Der Ringspalt zwischen den beiden Behältern ist mit einem Granulat aus Perlit gefüllt. Das nicht brennbare Perlit-Granulat hat den Vorteil, daß es auf einfache Weise in den Ringspalt eingebracht werden kann, daß es aber auch für Inspektionszwecke oder für erforderliche Reparaturarbeiten genauso leicht durch Absaugen wieder entfernt werden kann.
- Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist an der Innenseite des Stahlbeton-Außenbehälters 1, 2 ein Liner 6 aus Stahl angebracht, der im Gebrauch die Gasdichtigkeit gewährleistet und zugleich als Dampfsperre dient. Der Stahl-Innenbehälter 5 ruht unter Zwischenfügung einer Isolierung 7 aus Schaumglas auf dem Boden 1 des Stahlbeton-Außenbehälters, wobei zwischen dem Liner 6 und der Isolierung 7 einerseits und zwischen dem Boden des Stahl-Innenbehälters und der Isolierung 7 andererseits jeweils eine Zwischenschicht 8 bzw. 9 angeordnet ist. Am unteren Ende des mit der Perlit-Isolierung 4 gefüllten Zwischenraums zwischen der Wand 2 des Stahlbeton-Außenbehälters und der Wand des Stahl-Innenbehälters 5 ist ein ringförmiges Distanzelement 10 angeordnet, das innen mit dem Stahl-Innenbehälter 5 und außen mit dem unteren Bereich der Innenwand eines Hohlbehälters 11 starr verbunden ist, der durch ein Stahlblech gebildet wird, das mit dem Liner 6 verbunden ist. Die Innenwand des Hohlbehälters besteht ebenso wie das Distanzelement 10 aus kryogenem Stahl.
- Im unteren, mit dem Distanzelement 10 verbundenen Bereich des Hohlbehälters 11 befindet sich ein Material 12, das im gefüllten und ungefüllten Zustand des Innenbehälters 5 erstarrt ist und dadurch in Verbindung mit dem Distanzelement 10 eine Stützwirkung auf den Innenbehälter 5 ausübt, wenn im Erdbebenfall Horizontalkräfte aufgenommen werden müssen. Im Abstand von der Oberfläche des Materials 12 sind in dem Hohlbehälter 11 isolierende Schaumglaselemente 13 angeordnet, die ein Temperaturgefälle vom kalten Boden des Stahl-Innenbehälters zur Wand 2 des Stahlbeton-Außenbehälters erzeugen.
- Das Material 12 in dem Hohlbehälter 11 besteht vorzugsweise aus Bitumen, jedoch können auch andere Werkstoffe verwendet werden, die durch Wärme plastifiziert werden können, und die in dem Temperaturbereich zwischen Außentemperatur und Betriebstemperatur ausreichend hart bis zäh sind, um im Erdbebenlastfall die dabei entstehenden Horizontalkräfte zu übertragen und den Stahl-Innenbehälter in Verbindung mit dem Distanzelement 10 im Gleichgewicht zu halten.
- Um das Material 12 verflüssigen zu können, sind in dem unteren Bereich des Hohlbehälters 11, wo sich das Material 12 befindet, Heizschlangen 14 angeordnet, die durch Strom, Induktion oder mittels eines durch sie hindurchgeleiteten Mediums so weit erwärmt werden können, daß das sie umgebende Material schmilzt.
- Fig. 2 zeigt den Betriebsfall, bei dem in den Stahl-Innenbehälter 5 Flüssiggas eingefüllt worden ist, so daß sich der Stahl-Innenbehälter zusammengezogen hat. Dieses Zusammenziehen hat zur Folge, daß über das Distanzelement 10 die Außenwand des Hohlbehälters 11 aus der gestrichelt gezeichneten Normallage in die dargestellte Lage ausgebeult wird. In gleicher Weise kehrt beim Entleeren des Innentanks die Wand des Hohlbehälters 11 in die gestrichelte Lage zurück. Die beim Füllen und Entleeren des Innentanks erwärmte und damit zähflüssige Bitumenfüllung behindert die Temperaturverformungen des Innentanks nicht, während im normalen kalten Betriebszustand der Bitumenpfropfen ein steifes kraftschlüssiges Widerlager für horizontale Lasten bildet. Auf diese Weise wird praktisch ein "nachstellbarer" Anschlag gebildet.
- Fig. 3 zeigt das Detail A aus Fig. 1 anhand eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dadurch, daß das Distanzelement hier durch eine Scheibe 15 gebildet wird, deren Außenumfang mit dem Hohlbehälter 11 starr verbunden ist, und die sich vollständig unterhalb des Stahl-Innenbehälters 5 erstreckt, wobei zwischen der Scheibe 15 und dem Boden des Stahl-Innenbehälters eine Betonschicht 16 angeordnet ist. Die Kupplung des Distanzelements 15 mit dem Stahl-Innenbehälter erfolgt hierbei kraftschlüssig durch Reibung, ohne daß sich an der Wirkungsweise gegenüber dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 etwas ändert.
Claims (3)
- Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Außenbehälter aus Stahlbeton/Spannbeton, evtl. auch mit einem Stahldach und einem darin eingesetzten, oben offenen Stahl-Innenbehälter zur Aufnahme der Flüssigkeit, wobei der Stahl-Innenbehälter auf einer Isolierung ruht und zwischen der äußeren Umfangsfläche des Stahl-Innenbehälters und der inneren Umfangsfläche des Außenbehälters ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist, der mit einem Granulat aus Isolierstoff ausgefüllt ist, und wobei ein Distanzelement am unteren Ende des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Distanzelement (10) und der Innenwand des Außenbehälters (1, 2) ein ringförmiger, mit dem Außenbehälter fest verbundener, aus Stahlblech bestehender Hohlbehälter (11) angeordnet ist, der teilweise mit einem durch Wärme verflüssigbaren Material (12) gefüllt ist, daß in dem Hohlbehälter (11) Heizelemente (14) angebracht sind, und daß das Distanzelement (10) aus Stahl besteht sowie mit dem Hohlbehälter (11) starr und mit dem Stahl-Innenbehälter (5) ebenfalls materialschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist.
- Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigbare Material (12) Bitumen ist.
- Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement als Scheibe (15) ausgebildet ist, deren Außenumfang mit dem Hohlbehälter (11) verbunden ist, und auf der unter Einfügung einer Zwischenschicht (16), vorzugsweise aus Beton, der Stahl-Innenbehälter (5) ruht und durch die hohen Reibungs- bzw. Schubbeiwerte der Zwischenschicht verschiebesicher gehalten ist.
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