NL1038506C2

NL1038506C2 - Vloeistofdichte en thermisch geã¯soleerde houder.

Info

Publication number: NL1038506C2
Application number: NL1038506A
Authority: NL
Inventors: Erik Jeroen Eenkhoorn
Original assignee: Erik Jeroen Eenkhoorn
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-11
Also published as: WO2012096569A1; TWI529334B; JP2014502935A; JP5963773B2; EP2663486A1; KR101888710B1; KR20140049965A; TW201241346A; EP2663486B1; CN103402863B; CN103402863A

Description

TITEL. Vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder.

De uitvinding heeft betrekking op een vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder, die met een dragende structuur, bij voorkeur van een vaartuig, geïntegreerd is, 5 waarbij de wand van de houder, in de dikterichting, omvat: een primaire vloeistofbarrièrelaag die in contact staat met de zich in de houder bevinden vloeistof, en een primaire thermische isolatielaag.

Degelijke, met de structuur van het schip geïntegreerde, houders zijn geschikt voor de productie, opslag, laden, transport over zee of oceaan en/of ontladen van 10 koude vloeistoffen zoals vloeibaar gemaakte gassen; in het bijzonder gassen met een hoog methaangehalte zoals LNG (Natural Liquified Gas). Zeetransport van LNG op een heel lage temperatuur gaat gepaard met een verdampingssnelheid, die zeer goede isolatie van het vloeibaar gemaakte gas noodzakelijk maakt.

Het is bekend dat de lading in transporteerbare houders of tanks van 15 bijvoorbeeld tankvrachtwagens en wegvoertuigen door diverse oorzaken -bijvoorbeeld door het optrekken c.q. versnellen dan wel het remmen c.q. vertragen door te hoge snelheiden in de bochten of door uitwijken bij (bijna) aanrijdingen- een ongewenst dynamisch gedrag gaat vertonen wat zelfs tot kantelen van een voertuig aanleiding kan geven. De invloed is voor een belangrijk deel afhankelijk van de soort lading 20 welke zich in de opslagtank van de vrachtwagen of tankwagen bevindt en bijvoorbeeld veelal uit vloeistof bestaat die vrij kan bewegen bij plotselinge manoeuvres van de tankwagen. De heen en weer bewegende of klotsende vloeistof kan een extra impuls leveren waardoor het kantelen van een tank- of vrachtwagen wordt versneld. Ter voorkoming van het klotsen of slingeren in de axiale langs- of rijrichting van de tank 25 van de vloeistof zijn - bij vervoer van gevaarlijke vloeistoffen wettelijk verplichte -slingerschotten aangebracht in de houder, die echter het nadeel hebben dat zij vrijwel alleen axiale vloeistofbeweging dempen en niet-axiale bewegingen, zoals radiaal of tangentieel slingeren, van de vloeistof niet of maar in geringe mate onderdrukken. Bovendien hebben deze schotten een eigen massa en volume, waardoor de capaciteit 30 van de houder wordt verminderd. Ook worden deze schotten veelal vast gemonteerd in een houder, waardoor arbeidsintensieve inwendige montage, inspectie, reparatie en reiniging noodzakelijk wordt. Ook zal door de vaste montage van de schotten in de houder nog een deel van de impuls van de slingerende vloeistof aan de houder en de vrachtwagen worden doorgegeven en krachten en energie op de houderwand 35 overbrengen.

In tankerschepen voor transport over water en/of opslag op zee van vloeistoffen en gassen kan ook klotsen en slingeren van de vloeistof optreden door de 1038506 2 deining van het water en het deinen van het schip op het water. Gastankers zoals LNG-tankers of -carriers (LNG, Liquified Natural Gas, vloeibaar aardgas) bevatten in het algemeen twee of meer houders waarin tot vloeistof gekoeld gas bij een temperatuur van ongeveer minus 162 °C bij atmosferische druk wordt opgeslagen 5 en/of vervoerd. De houders kunnen van het type 'self supporting' zijn, veelal in de vorm van een bol of van het 'membraan' type, dit laatste type wordt direct ondersteund door de romp van het vaartuig en is geïntegreerd met de dragende structuur van het vaartuig. Deze, door de vaartuigwand ondersteunde, houders hebben een minder grotere weerstand tegen de krachten uitgeoefend door klotsende 10 vloeistof en zijn daarom minder geschikt voor gebruik op volle zee.

Bij houders van het type 'membraan' is het te transporteren gas bij atmosferische druk zowel in vloeibare vorm als in dampvorm aanwezig. De vloeistof 'kookt' door toegevoerde energie als gevolg van warmtegeleiding en ook door in de vloeistof geabsorbeerde energie als gevolg van het klotsen of deinen van de vloeibare 15 lading. Het slingeren of schommelen van de vloeistof in de houders van de gastanker is afhankelijk van de deining van het water maar ook van de beladingsgraad van de gastanker. Wanneer de beladingsgraad toeneemt zal het schip dieper in het water komen te liggen waardoor de eigenfrequenties en slinger- en schommelfrequenties van het schip en van de lading in de houders zal veranderen. In gastankers treedt 20 bovendien het effect op dat het klotsen en schommelen van de vloeistof tot energie-absorptie leidt en daarmee tot verdamping van vloeistof, waardoor extra koeling nodig is of op een andere wijze de overtollige energie moet worden afgevoerd. Hiernavolgend wordt met de term (Liquified Natural Gas) LNG-tanker een gastanker bedoeld geschikt voor opslag en/of transport van vloeibaar gas.

25 Deze effecten maken het onmogelijk om de capaciteit van de houder volledig te benutten en beperken de vullingsgraad in het algemeen tot waarden tussen 10% en 75%. Dit levert operationele beperkingen op, vooral bij LNG-shuttle-tankers die opereren in de spotmarket, die niet de commercieel gewenste of de operationeel noodzakelijke hoeveelheid gas kunnen ontladen of laden, bijvoorbeeld omdat het, door 30 de heersende zeeomstandigheden, onmogelijk is bij een boei aan te meren, waardoor er handel verloren gaat. Ook voor LNG-tankers, voor de exploitatie van olie- en aardgasvelden, die worden gebruikt als drijvende opslag met bijvoorbeeld een boorput, is een zo groot mogelijke capaciteit gewenst bij een zo groot mogelijke stabiliteit bij golfslag of deining van het water. Ook worden er LNG-tankers gebruikt 35 voor zogenaamde 'regasification', waarbij met behulp van omgevingswarmte het vloeibare (aard)gas wordt verdampt en aan afnemers wordt geleverd.

3

Het vloeibare gas vormt een vloeistof-damp evenwicht in de houder afhankelijk van de temperatuur en druk. De druk en temperatuur worden zo gekozen dat het onder atmosferische omstandigheden gasvormig product in de houder in hoofdzaak als kokende vloeistof aanwezig is. De vrije ruimte boven de vloeistof is daardoor geheel 5 gevuld met damp ofwel gas van het in vloeibare toestand verkerende product.

De wand van de vloeistof en thermisch geïsoleerde 'membraan'-houder is opbouwd uit verschillende lagen. In de dikterichting is er een primaire vloeistofbarrièrelaag welke in contact staat met de koude vloeistof, deze laag is opgebouwd uit metaalbanen of -folie of -membranen met een dikte van ongeveer 0,1 10 mm. Omdat metaal uitzet en krimpt bij wijzigingen in de temperatuur zijn gecompliceerde verbindingen tussen de platen noodzakelijk en dient het metaal-membraan van een zigzag of ribbel-structuur te worden voorzien om scheuren te voorkomen. Dit maakt een dergelijke primaire vloeistofbarrièrelaag ingewikkeld om te vervaardigen en aan te brengen en daardoor duur.

15 De wand van de 'membraan'-houder is ook slecht in staat om schokken en krachten van de klotsende vloeistof in het inwendige van de houder op te vangen en te absorberen.

De uitvinding beoogt daarom een vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde 20 houder te verschaffen die goedkoop, tegen lage kosten, kan worden vervaardigd en die bovendien in staat is om schokken en krachten, uitgeoefend door de vloeistof in het inwendige van de houder, beter op te vangen en te absorberen.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een wand van de vloeistofdichte en thermisch 25 geïsoleerde houder waarbij de primaire vloeistofbarrièrelaag is vervaardigd van een, bij lage temperatuur flexibele, kunststof, op basis van polyamide; en waarbij de primaire thermische isolatielaag een 3D-textiellaag is, bestaande uit twee lagen van doorlatend weefsel, met daartussen aangebracht een vlieslaag of nonwovenlaag van vezels.

30 Door het toepassen van een bij lage temperatuur flexibele kunststof is het niet noodzakelijk uitgebreide maatregelen te treffen ter compensatie voor het uitzetten en krimpen van deze primaire vloeistofbarrièrelaag. Gebleken is dat een kunststof op basis van polyamides en met name aromatische polyamides of aramides daarvoor heel geschikt zijn. Deze aramides zijn ook bekend onder de handelsnamen Kevlar, Nomex 35 en Twaron. Het toepassen van een 3D-textiellaag heeft als voordeel dat zowel een grote thermische isolatie wordt verkregen door het grote percentage lucht tussen de nonwovenvezels als een verbeterde schokabsorberende werking door de 4 nonwovenvezels . Deze 3D-textiellaag is ook bekend onder de handelsnaam 3mesh van Müller Textil.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de primaire thermische isolatielaag 5 gevormd door twee of meer 3D-textiellagen. Het is mogelijk deze primaire isolatielaag te vormen uit één 3D-textiellaag, maar het is ook mogelijk deze isolatielaag te vormen uit twee of meer 3D-textiellagen, wat in het algemeen tot lagere kosten aanleiding zal geven.

Bij voorkeur is de wand van de houder voorzien van een secundaire thermische 10 isolatielaag van een materiaal dat niet bevriest bij lage temperatuur. In het bijzonder wordt voor het materiaal van de secundaire isolatielaag kapok gekozen. Door het toepassen van een materiaallaag zoals kapok, welke niet bevriest bij de toegepaste lage temperaturen, wordt een wand verkregen met verbeterde schokbestedigheid. Kapok is een natuurlijke holle vezel welke zich vormt op de vruchten van de 15 kapokboom (Ceiba pentandra).

Bij voorkeur is een secundaire vloeistofbarrièrelaag voorzien, aan de buitenzijde van de 3D-textiellaag.

Voorkeur verdient de uitvoeringsvorm waarbij twee secundaire 20 vloeistofbarrièrelagen zijn voorzien, aan iedere buitenzijde van de 3D-textiellaag.

In het bijzonder zijn de secundaire vloeistofbarrièrelagen vast verbonden -gelamineerd-, met de doorlatende weefsellaag aan de buitenzijde van de 3D-textiellaag.

Met deze maatregelen kan eenvoudig en tegen lage kosten een tweede 25 vloeistofbarrière worden aangebracht in de wand van de houder. De vloeistofbarrièrelagen kunnen vooraf eenvoudig en tegen lage kosten worden verbonden, ook wel lamineren aangeduid, met de weefsellagen van de 3D-textiellaag.

Voordeel biedt de uitvoeringsvorm waarin de nonwovenlaag van de 3D-30 textilelaag van de wand een kanaal of hol wanddeel vormt voor het doorvoeren van een koelmedium. In het bijzonder strekt het kanaal of holle wanddeel zich uit over de gehele omtrek van de houder. Meer in het bijzonder is het kanaal of het holle wanddeel voorzien van een toevoerleiding en een afvoerleiding voor het koelmedium. Door het aanbrengen van vloeistofbarrièrelagen op de weefsellagen van de 3D-35 textiellaag kan een kanaal of holle ruimte worden gevormd in de wand van de houder waardoor een koelmedium zoals stikstof kan worden doorgevoerd, van de toevoerleiding naar de afvoerleiding, om lekwarmte afkomstig van de omgeving af te 5 voeren zodat verdampen van de vloeistof in de houder wordt beperkt. Ook wordt het daardoor mogelijk met behulp van het koelmedium een overdruk aan te brengen in het kanaal of holle ruimte, waardoor de 3D-textiellaag een grotere stijfheid verkrijgt en een grotere mechanische strekte.

5

De uitvinding zal hierna met behulp van de tekening met enkele uitvoeringsvoorbeelden van het opblaasbaar element, nader worden toegelicht, waarbij kenmerken en andere voordelen naar voren zullen treden.

10 Fig. 1 toont in doorsnede een LNG-tanker met een op de scheepsromp aangebrachte vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder;

Fig. 2 toont nader in detail de wand een houder van Fig.l,

Fig. 3 toont in doorsnede de houder van Fig.l voorzien van een kanaal voor een koelmedium.

15

Fig.l toont een vaartuig voorzien van een houder voor opslag van vloeibaar gemaakt gas 4. In dit voorbeeld is het vaartuig in het bijzonder geschikt voor een vloeibaar gemaakt gas zoals LNG (Liquified Natural Gas, vloeibaar gemaakt aardgas). Een gastanker, geschikt voor het transporteren van vloeibaar gas, wordt hiernavolgend 20 met LNG-tanker aangeduid. De LNG-tanker is voorzien van middelen en inrichtingen om het gas vloeibaar te houden door de juiste temperatuur en druk in stand te houden. De vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder is aangebracht, en geïntegreerd met, de dubbele romp of wand 2 van het vaartuig. Flet vaartuig drijft in water, zoals de zee 1. De wand 3 van de houder is opgebouwd, in de dikterichting, uit 25 een aantal lagen. De wand 3 van de houder steunt op de zijkanten en de onderzijde van de vaartuigwand 2.

In Fig.2 worden de houderwand 3 en de vaartuigwand 2 nader in detail getoond met, in de dikterichting gezien, van links naar rechts, het vloeibaar gemaakte gas 4, en de primaire vloeistofbarrièrelaag 5, welke in contact staat met het vloeibaar 30 gemaakte gas 4. De vloeistofbarrièrelaag 5 is vervaardigd van een kunststof materiaal dat zijn flexibiliteit behoudt ook bij lage temperaturen zoals dat van atmosferisch LNG bij minus 170 °C. De vloeistofbarrièrelaag 5 bestaat geheel of voor een groot deel uit polyamiden; deze zijn ook bekend onder de naam Nylon. De vloeistofbarrièrelaag 5 kan uit zowel één uniforme laag (non-woven) bestaan als uit een geweven drager met 35 aan één of beide zijden een vloeistofdichte laag.

De vloeistofbarrièrelaag 5 kan ook zijn vervaardigd op basis van aromatische polyamide-kunststof. Deze kunststof wordt ook wel aangeduid met de term 6 aromatische polyamide of aramides; deze zijn ook bekend onder de handelsnamen Kevlar, Nomex en Twaron.

In de dikterichting in Fig.2, rechts van de primaire vloeistofbarrièrelaag 5, is een primaire thermische isolatielaag 6 aangebracht, op basis van een 3D-textiellaag, 5 ook wel bekend onder de handelsnaam 3mesh van Müller Textil. Deze 3D-textiellaag bevat een kern van nonwoven vezelgaren tussen twee lagen van open of doorlatend weefsel. De primaire thermische isolatielaag 6 kan zijn gevormd uit een enkele 3D-textiellaag of zijn opgebouwd uit twee of meer 3D-textiellagen. Tussen de primaire vloeistofbarrièrelaag 5 en de primaire thermische isolatielaag 6 kan een secundaire 10 thermische isolatielaag 7 zijn voorzien, bijvoorkeur van een niet bevriezend materiaal, zodat de secundaire isolatielaag 7 veerkrachtig blijft bij de lage bedrijfstemperaturen en schokken en andere krachten, er op uitgeoefend door de vloeistof, kunnen worden opgevangen en geabsorbeerd. Bij voorkeur wordt voor dit materiaal kapok gekozen, een natuurlijk holle vezel, die niet bevriest bij temperaturen van minus 170 °C. De 15 wand 3 kan nog zijn voorzien van een tweede secundaire thermische isolatielaag 8, tussen de primaire thermische isolatielaag 6 en de (dubbele) vaartuigwand 2. Deze isolatielaag 8 beschermt het binnenliggende staal van de vaartuigwand 2 tegen temperaturen welke liggen onder de laagste toegestane waarden voor staal. Ook kan het 3D-textiel zijn voorzien van een secundaire vloeistofbarrièrelaag 6a, 6b welke aan 20 de buitenzijde van het doorlatend weefsel is aangebracht. Deze secundaire vloeistofbarrièrelaag 6a, 6b kan door middel van kleven, lijmen of lamineren zijn aangebracht op de laag doorlatend weefsel van de 3D-textiellaag 6. Ook aan beide buitenzijden van de 3D-textiellaag 6 kunnen secundaire vloeistofbarrièrelagen 6a, 6b zijn voorzien of gelamineerd.

25 Fig.3 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van de wand 3 van de vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder, met een kanaal of holle ruimte voor het doorvoeren van een koelmedium. Voor dit koelmedium wordt bij voorkeur stikstof gekozen. Doordat vloeistofbarrièrelagen 6a, 6b zijn aangebracht op de weefsellagen van de 3D-textiellaag, kan de nonwovenlaag worden gebruikt als vloeistofkanaal voor 30 een koelmedium, zoals stikstof.

Door het koelmedium te laten stromen, van de toevoerleiding 9 naar de afvoerleiding 10, kan lekwarmte afkomstig van de omgeving worden afgevoerd, zodat verdampen van de vloeistof 4 in de houder wordt beperkt. Ook wordt het daarmee mogelijk om met behulp van het koelmedium een overdruk aan te brengen in het kanaal of holle 35 ruimte, waardoor de 3D-textiellaag een grotere stijfheid verkrijgt en een grotere mechanische strekte.

1038506

Claims

1. Vloeistofdichte en thermisch geïsoleerde houder, die met een dragende structuur 5 (2), bij voorkeur van een vaartuig, geïntegreerd is, waarbij de wand (3) van de houder, in de dikterichting, omvat: een primaire vloeistofbarrièrelaag (5) die in contact staat met de zich in de houder bevinden vloeistof (4), en een primaire thermische isolatielaag (6), met het kenmerk, dat 10 de primaire vloeistofbarrièrelaag (5) is vervaardigd van een, bij lage temperatuur flexibele, kunststof, op basis van polyamide; de primaire thermische isolatielaag (6) een 3D-textiellaag is, bestaande uit twee lagen van doorlatend weefsel, met daartussen aangebracht een vlieslaag of nonwovenlaag van vezels. 15

2. Houder volgens conclusies 2, met het kenmerk, dat de primaire thermische isolatielaag (6) wordt gevormd door twee of meer 3D-textiellagen.

3. Houder volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de wand (3) van de 20 houder is voorzien van een secundaire thermische isolatielaag (7, 8) van een materiaal dat niet bevriest bij lage temperatuur.

4. Houder volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat voor het materiaal van de secundaire isolatielaag (7, 8) kapok wordt gekozen. 25

5. Houder volgens een van de voorgaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat een secundaire vloeistofbarrièrelaag (6a, 6b) is voorzien, aan de buitenzijde van de 3D-textiellaag.

6. Houder volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat twee secundaire vloeistofbarrièrelagen (6a, 6b) zijn voorzien, aan iedere buitenzijde van een 3D-textiellaag.

7. Houder volgens een van de voorgaande conclusies 5-6, met het kenmerk, dat 35 de secundaire vloeistofbarrièrelagen (6a, 6b) vast zijn verbonden -gelamineerd-, met de doorlatende weefsellaag aan de buitenzijde van de 3D-textiellaag. 1038506

8. Houder volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de nonwovenlaag van de 3D-textilelaag (6) van de wand (3) een kanaal of hol wanddeel vormt voor het doorvoeren van een koelmedium. 5

9. Houder volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het kanaal of holle wanddeel zich uitstrekt over de gehele omtrek van de houder.

10. Houder volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat het kanaal of het holle 10 wanddeel is voorzien van een toevoerleiding 9 en een afvoerleiding 10 voor het koelmedium.

11. Houder volgens een van de voorgaande conclusies 8 - 10, met het kenmerk, dat voor het koelmedium stikstof wordt gekozen. 15 1038506