NO138238B - Sikkerhetsskibinding. - Google Patents

Description

Lagertank for flytendegjorte gasser.

For lagring av flytendegjorte gasser ved atmosfærisk trykk og ved meget lave temperaturer f. eks. på —73°C og lavere, anvendes i alminnelighet dobbelt-veggete tanker, nemlig med en indre tank som in-neholder de flytendegjorte gasser og en ytre mantel i avstand fra og isolert over-

for den indre tank. Gasser som metan med kokepunkt ved normalt trykk på ca. —160°

C, oksygen med kokepunkt på ca. —183° C

og andre industrielle gasser lagres med for-

del i slike beholdere på grunn av plass- bg materialøkonomi somi lagring i væskeform medfører.

På grunn av de ekstreme temperatur-endringer som finner sted under tømning og fylling av slike tanker, oppstår spen-ningsproblemer som ikke foreligger ved konstruksjon av enkelt-veggete tanker,

som benyttes for lagring av vanlige væsker.

Ett av problemene angår konstruksjon

av en bære- eller støtteanordning for den indre tank med innhold, som hindrer at det oppstår spenninger som skyldes termisk sammentrekning av den indre tank ved avkjøling fra atmosfærisk temperatur, når tanken er tom, til den meget lave tempe-

ratur som tanken antar når den fylles med flytendegjort gass.

En av de faktorer som bidrar til at det oppstår store spenninger, er dimensjons-forandringer som følge av termisk sammentrekning av den indre tank og i mindre grad sammentrekning av bærekonstruksjo-

nen under fylling av den indre tank.

Størrelsen av de spenninger som kan oppstå kan illustreres når det angis at en kuleformet lagertank av aluminium med en diameter på 18,3 m, som fylles med fly-

tende oksygen når den atmosfæriske temperatur er 22°C, vil trekke seg sammen 69,85 mm i diameter under fyllingen. Føl-

gelig må bærekonstruksjonen for den in-

dre tank, for å unngå at det skal oppstå skader, være avpasset til å oppta eller til-

passe seg denne vesentlige dimensjonsend-

ring uten overskridelse av tillatelige spen-ningsgrenser.

Oppfinnelsen går ut på å skaffe en

tank som løser de forannevnte problemer. Tanken ifølge oppfinnelsen er av den type

som omfatter en ytre mantel, et flertall ytre bærestøtter som bærer mantelen, en indre lagertank innenfor mantelen og i avstand fra og isolert i forhold til mante-

len og et flertall indre bærestøtter som bærer tanken.

Det karakteristiske for tanken ifølge oppfinnelsen består i det vesentligste i at en bæreplate bærer de indre bærestøtter,

og at en annen bæreplate bærer de ytre bærestøtter, idet de indre bærestøtter er anordnet inni de ytre bærestøtter, mens bæreplaten hviler på bæreplaten og er innrettet til å kunne forskyves på denne ved hjelp av en jekk for derved å hindre at det oppstår spenninger i bærestøttene, som følge av termisk sammentrekning av den indre tank når tanken kjøles til lagertem-peratur.

For at oppfinnelsen lettere skal for-stås skal den i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med tegningen, hvor

Fig. 1 viser i vertikalt snitt en dobbelt-vegget, kuleformet lagertank, som er bygget i samsvar med en utførelsesform for oppfinnelsen, før forspenning av bærekonstruksjonen for innertanken. Fig. 2 viser et liknende snitt gjennom tanken etter forspenning av bærekonstruksjonen for den indre tank, men før tanken er fylt. Fig. 3 viser i større målestokk et avbrutt snitt av en del av bærekonstruksjonen og en anordning for tilføring av bøy-ningsforspenningen som' skal beskrives ne-denfor, og fig. 4 viser et avbrutt snitt med en annen forspenningsanordning. Fig. 5 viser et vertikalsnitt gjennom en flervegget lagertank med en bærekonstruksjon ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen og som holder den indre lagertank i stilling innenfor yttertanken. Fig. 6 viser et forstørret snitt av glideforbindelsen i bærestøtten for den indre lagertank. Fig. 1 viser en kuleformet, dobbeltveg-Ret tank for lagring av flytendegjort gass. På fig. 1 forutsettes tanken fylt med prø-vevæske T av samme temperatur som omgivelsene. Denne tank består av en kuleformet indre tank 10 og en kuleformet ytre mantel 11 i avstand fra den indre tank 10, slik at det dannes et isolerende mellomrom mellom tanken og mantelen. Den indre tank holdes oppe av flere vertikale bære-støtter 13, som hviler på bæreplater 14. Disse bærestøtter er slik konstruert at de kan bære vekten av den indre tank og vekten av prøvevæsken T, eller vekten av væsken L, som skal lagres. Den ytre tank 11 er tilsvarende understøttet av flere vertikale bærestøtter 15 som hviler på en horisontal bæreplate 16 som igjen holdes oppe av en betongsokkel eller et tilsvarende fast fundament 17. Det er vesentlig at bære-støttene 13 for den indre tank er anbragt inne i bærestøttene 15 for den ytre tank. Bærestøttene 13 er fortrinnsvis anbragt ek-sentrisk i de ytre støtter, slik som vist på fig. 1. Den vertikale akse for hver bære-støtte 13 er plasert i noen avstand fra rien ytre bærestøttes 15 akse i retning utover fra tankens sentrum, fortrinnsvis i radial retning. Bæreplaten 14 for den indre støtte hviler mot og er understøttet av bæreplaten 16 for den ytre støtte som er festet til sokkeieh 17 med hensiktsmessige forankrlngsbolter som ikke er vist på tegningen. Bæreplaten 14 er ikke festet til

bæreplaten 16, men er bestemt til å gli på denne forutsatt at det overføres store nok krefter til platen.

Etter at lagertanken som vist på fig. 1 er bygget, vil) den vanligvis bli testet ved å fylles med vann eller en annen hensiktsmessig væske med egenvekt fortrinnsvis noe over egenvekten for den væsken for hvilken tanken er konstruert; prøvevæsken benevnes T og har normalt samme temperatur som omgivelsene. De indre støtter 13 må derfor bære vekten av prøvevæsken og vekten av den indre tank 10.

Under testingen ved normal temperatur tappes væsken T ut av tanken og stor nok kraft tilføres hver av støttene 13 til at bæreplatene 14 forskyves innover en di-stanse AR, hvor AR er differansen mellom radien av den indre tank ved lagrings-temperaturen for hvilken den er konstruert, og radien av tanken ved omgivelsenes temperatur. Forskyvningen kan utføres ved hjelp av en jekkanordning 18 som er vist skjematisk på fig. 1 og 2. Kraften tilføres fortrinnsvis mot eller ved bæreplaten 14, men den ønskete forskyvning kan også ut-føres ved å tilføre krefter ved andre hensiktsmessige steder langs de indre bære-støtter 13. Denne forskyvning av hver av de indre bærestøtter frembringer et bøye-moment i støttene som opprettholdes til den indre lagertank begynner å bli avkjølt når lagervæsken tilføres. Mens væsken avkjøler tanken reduseres dens radius ved termisk sammentrekning en lengde AR som definert ovenfor og følgelig blir den begyn-nende forspenning stort sett opphevet når innertanken 10 har nådd den endelige Ia-gertemperatur og bærestøttene påny står vertikalt og ikke utsatt for vesentlige bøye-spenninger. Under disse betingelser kan bærestøttene 13 for innertanken og bære-støttene 15 for yttertanken være konsentriske.

Noen endringer i konstruksjonen av støttene kan imidlertid komme på talen-de ytre bærestøttene 15 kan f. eks. utføres slik at de treffer den ytre mantel tangen-sialt. I så fall er de indre bærestøtter 13 ikke lenger konsentriske med de ytre bæ-restøtter 15.

For å holde den varmemengde som utenfra overføres til innertanken minst mulig må varmeledningen reduseres til et minimum. Faktorer som influerer på var-megjennomgangen over en bestemt vei-lengde er veilengdens tverrsnittsareal, var-meledningskoeffisienten av materialet og lengden av veien.

To vesentlige fordeler ved lagertank-konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er for det første, at det ikke forekommer noen metallisk forbindelse mellom innertanken resp. dens bærestøtter og den ytre mantel bortsett fra kontakten mellom platene 14 og 16, og for det andre at støttene 13 har en betydelig lengde eller høyde. Tverrsnitts-arealet av disse støtter kan holdes på et minimum på grunn av forspenningsmeto-den som er omtalt ovenfor. Hvis ikke støt-tene ble gitt en slik forspenning ville det være nødvendig å gjøre støttene sterkere og mer massive for å motstå både trykk-spenningene på grunn av vekten av den indre tank med innhold og bøyespennin-gene på grunn av de termiske dimensjons-endringer. Forspenning av støttene ved å bøye dem ved omgivelsenes temperatur, men etter forangående testing, slik at bøy-ningsspeningene elimineres når innertanken trekker seg sammen på grunn av tem-peraturfallet, resulterer i at støttenes tverrsnittsareal kan reduseres og varmelednings-karakteristikken kan bli tilsvarende for-bedret.

Følgelig vil friksjonen mellom bæreplatene 14 og 16, sammenliknet med den tverrgående skjærspenning som skyldes stivheten eller fastheten av støttene, være av en tilstrekkelig størrelse når vekten av den indre tank alene eller sammen med hele eller en del av vekten av innholdet, bevirker at støttene bøyer seg uten at bæreplatene forskyver seg i forhold til hver-andre. Av denne grunn er det nødvendig å foreta den ønskete forskyvning ved å til-føre en kraft utenfra før tanken fylles med væsken som skal lagres. Fig. 3 viser i vertikalt snitt av en jekk som kan benyttes for å forskyve grunn-flaten av de indre bærestøtter 13 radielt innover mot innertankens 10 sentrum. Ifølge fig. 3 er det anordnet en åpning 20 i den ytre bærestøtte 15 i retning radielt utover fra sentrum av den indre lagertank 10. Denne åpning skaffer adgang til bæreplaten 14 for den indre bærestøtten 13. Den indre bærestøtte 13 er ved sveising eller lignende festet til bæreplaten og en oppstik-kende knast eller et øre 21 er utført i ett med bæreplaten 14. Tilsvarende er et jekk-lager 22 festet til bæreplaten 16. Deretter blir en alminnelig jekk av passende stør-relse f. eks. en skrujekk, hydraulisk jekk eller en saksejekk, plasert mellom lageret 22 og øret 21. Når jekken settes i virksom-het blir de indre bærestøtter 13 presset innover i forspenningsstilling. Forskyvningen i radial retning mot sentrum av tanken er AR som definert ovenfor. Fig. 4 viser en annen utførelse av en jekkanordning som kan benyttes for å frembringe bøyeforspenninger. Denne an-ardning, som er en permanent installasjon, tåar den ekstra fordel at den alltid kan benyttes og være klar for justeringer som lean bli nødvendige når den nedkjølte tanken er i bruk, som f. eks. når det skal lagres en annen flytende gass med et annet kokepunkt enn den temperatur som støt-tene opprinnelig var justert eller forspent for. Ifølge fig. 4 har bæreplaten 14 to gjengete hull 25 og 26, som skrubolter 27 □g 28 går inn i såvel som gjennom hull 29 og 30 i den ytre bærestøtte 15 slik at de kan dreies utenfra ved hjelp av muttere som kan bevirke en hvilken som helst be-vegelse av bæreplaten 14 som måtte være ønsket.

Etter at forspenningen er utført ved hjelp av jekken som er beskrevet ovenfor er det ønskelig å anbringe isolerende materiale i mellomrommet mellom de indre og ytre støtter 13 og 15. For at tegningene skal bli klarere er ikke dette isolasjonsma-teriale vist på tegningene og heller ikke vanlige rørledninger og koplinger som blir benyttet når tanken skal fylles og tømmes.

Et annet utførelseseksempel av oppfinnelsen er vist på fig. 5 og fig. 6. Ifølge denne utførelse består bærekonstruksjonen for den indre tank av en kort støtte som er festet direkte til den indre tanks vegger og er festet på en understøttelse ved hjelp av en hensiktsmessig glidende forbindelse eller kopling.

Den korte støtten er konstruert så kort at den motsetter seg bøyning og over-fører skjærspenningen som tilføres bære-støttene til den glidende kopling når tanken nedkjøles fra normal temperatur til lagringstemperatur. Denne virkning i sam-arbeide med glidekoplingen vil bevirke en forskyvning av bærestøtten uten vesentlig bøyning. Forskyvningen vil foregå over en nomine 11 avstand AR som definert ovenfor. I denne utførelsesform er friksjons-kraften mellom bæreplatene i glidekoplingen mindre enn den tverrgående skjærspenning som skyldes de kontrollerte ende-momenter i den stive korte bærestøtte.

På fig. 5 er vist en kuleformet dobbelt-vegget lagertank. Tanken består av en indre kuleformet lagertank 110 og en ytre kuleformet mantel 111 i avstand fra innertanken 110, slik at det dannes et ringfor-met isolerende mellomrom 112. Den ytre mantel 111 blir båret av flere vertikale støtter 113, som hver hviler på en horisontal bæreplate 114 som igjen blir under-støttet av en betong- eller lignende fast sokkel 115. Bærestøttene 116 for den indre tank som er anbragt inne i bærestøttene

113 for yttertanken, er satt sammen av en kort støtte 120 som er sveiset eller lignende til selve veggen i innertanken 110 og en støtte 123. En bæreplate 121 ved en-den av støtten. 120 hviler mot en annen bæreplate 122 festet til toppen av støtten 123. En bolt 124 er anordnet i bæreplaten 122 og samvirker med en føringssliss 125 i platen 121 for å styre glidebevegelsen mellom platene 121 og 122. Støtten 123 er ved hjelp av en; hensiktsmessig overgangs-seksjon 126 festet til støtten 113 som også holder oppe vekten av den ytre tank 111. Støtten 120 er på fig. 5 og 6 vist i den stilling den opprinnelig ville bli konstruert ved normal temperatur og forskjøvet radielt utover en avstand AR som definert ovenfor. Når den kolde væske ledes inn i innertanken 110 og den blir avkjølt til lag-

ringstemperatur vil følgelig innertankens radius bli redusert med AR og aksen til den korte bærestøtte 120 vil komme på linje med aksen i støtten 123 ved at bæreplaten 121 glir mot bæreplaten 122. Det moment som ellers ville oppstå på grunn av dimensjonsforandringen i forbindelse med nedkjølingen blir følgelig eliminert, og bøyespenningene som ellers ville ha opp-stått i støtten unngås.

For å avgjøre om støttene skal være av den konstruksjon som er beskrevet i fig. 1—4, eller konstruksjonen ifølge fig. 5 og 6 bør det utføres en beregning vedrørende bøyespenningene i støttene og skjærkraf-ten mot bæreplaten. Når støtten har kon-stant tverrsnitt og av samme materiale over hele sin lengde er den brukbare formel følgende:

hvor:

E = støttematerialets elastisitetsmodul,

c = avstand fra støttens nøytrale akse til den ytterste fiber i støtten i bøyeret-ningen.

I = støttens treghetsmoment i bøyeret-ningen.

A = differensialavbøyning i støtten over

lengden «1».

1 = lengden av støtten målt fra bunnen av tankens berøringsflate til bæreplaten.

W = belastning på bæreplaten ved bøy-ningstidspunktet.

u = friksjonskoeffisienten mellom, den be-vegelige bæreplate og den faste bæreplate.

En løsning av ligningene (B) og (C) vil gi den maksimale skjærpåkjenning som kan eskistere mellom bæreplaten! 121 og 122. Den minste av de to verdier som blir funnet er den maksimale skjærpåkjenning. Det maksimale moment blir da: og den maksimale bøyespenning er:

Hvis (E) overskx-ider den maksimalt tillatte bøyespenning eller hvis den gjen-værende avbøyning i støtten, etter forskyvningen eller glidningen, antas å være for høy (når (B) er lik (c)) kan forspenning av bærestøttene for innertanken benyttes. Den endelige endeavbøyning kan finnes av ligningene (B) og (C) når disse løses med henblikk på A.

I tilfelle hvor bøyespenningen og diffe-rensialavbøyningen ikke er for høye kan bæreplaten tillates å gli fritt og indre bæ-restøtter ifølge fig. 5 og 6 kan benyttes.

Ved konstruksjon av en lagertank for flytendegjorte gasser må der anvendes materialer for innertanken og for den del av tankkonstruksjonen som holdes på lave ar-beidstemperaturer, som ikke blir sprø og brytes istykker. Men den ytre mantel med tilhørende støtter behøver ikke å lages av det mer kostbare lavtemperaturmateriale, fordi disse vil kunne ha en temperatur til-nærmet lik omgivelsenes og til dette for-mål er et svakere kullstoffstål tilstrekkelig. Hensiktsmessige materialer for innertanken og bærestøttene er aluminium, rustfritt stål i 300 serien, og visse nikkel-stål lege-ringer som f. eks. 3— y2 pst. nikkel og 9 pst. nikkel.

Det vil herske en temperaturgradient i støtte- eller bærekonstruksjonen fra stort sett omgivelsenes temperatur ved forbin-delsespunktet mellom den indre bærekonstruksjon og de ytre bærestøtter eller bæreplatene, til ekstremt lave temperaturer ved forbindelsen mellom bærestøttene og innertanken. På grunn av forskjellene i materi-alkostnader kan det være ønskelig å konstruere innertanken og dem del av de indre støtter som er forbundet med innertanken av et mer kostbart materiale som kan til-passe seg de laveste temperaturer, og å konstruere hele eller en del av den gjenvæ-rende indre bærekonstruksjon av et billi-gere materiale passende for et temperatur-område mellom svakt kullstoffstål og materialet i innertanken. F. eks. i en tank for flytende surstoff konstruert i samsvar med fig. 5, kan innertanken 110 og den korte bærestøtte 120 være utført av aluminium og hovedbærestøtten 113 av stål med lavt kullstoffinnhold.

Det er selvsagt at det kan benyttes andre korte bærestøtter som ikke består av en separat støttedel, men innbefatter en membranplate eller skillevegg plasert innenfor ytterstøtten og holdt på plass av hensiktsmessige braketter. I denne utfø-relse virker skilleveggen som en bæreplate for glideforbindelsen.

I tillegg skal pekes på innerstøttens lengde i den utførelse som er vist på fig. 5, som utgjøres av en kombinasjon av støtten 120 og dennes understøttelse 123, danner en forholdsvis stor varmeledningsvei. Det kan derfor være ønskelig å konstruere en del av hele bærestøtten 123 av et materiale som har en god termisk isolasjonsevne som cellebetong eller et annet celleformet mur-materiale, tre eller lignende. Dette kan lettvint gjøres så lenge momentet som til-føres av bæreplatens 121 friksjon mot bæreplaten 122 ikke er for stort for det isolerende materiale som generelt ikke har så høy bøye- og skjærstyrke som mer konven-sjonelle materialer som stål, stållegeringer og aluminium. Til og med en forholdsvis tynn barriere eller skillevegg mot varme-gjennomgangen kan gjøre god nytte og det er derfor gjennomførlig og brukbart å inn-sette et tynt varmeisolerende materiale øverst ved bærestøtten 123 like under bæreplaten 122. En slik isolerende barriere oppviser tilstrekkelig friksjon til å motstå enhver tendens til glidning og all glidebe-vegelse ville finne sted mellom flatene mellom bæreplatene 121 og 122 på grunn av den nedsatte friksjon mellom disse.

Lagertanken som er bygget etter prin-sippene ifølge denne oppfinnelse kan ha

kapasitet opp til ca. 9000 ms væske. For å belyse oppfinnelsen nærmere kan opplyses at en kuleformet, indre lagertank av aluminium av den type som er vist på fig. 1, 18,29 m i diameter, for lagring av flytende oksygen ved stort sett atmosfæretrykk er slik konstruert at den holdes stort sett konsentrisk inne i en yttertank med 20,73 m i diameter som holdes oppe av rørformete støtter med en indre diameter på 1,88 me-ter. Innertanken som holder ca. 3000 ms blir holdt i stilling av tolv rørformete bæ-restøtter som er jevnt fordelt langs peri-ferien. Hver støtte er 11,58—12,19 m lang og er fremstilt av 26,99 mm ± tykk aluminium som danner et rør med en indre diameter på 609,6 mm. Under bruk er hver av de indre bærestøtter forskjøvet radielt innover 69,85 mm med en vanlig hydraulisk jekk med 15 tonns kapasitet, før tanken blir fylt med flytende surstoff.

Denne tilførte forspenning opphever så-ledes spenningene i bærekonstruksjonen som oppstår på grunn av termisk sammentrekning av innertanken under fylling av lagertanken.

Det skal presiseres at selv om den fore-trukne tank er kuleformet slik som vist på tegningen kan det også innenfor oppfin-nelsens ramme benyttes andre tankkon-struksjoner. F. eks. vertikale sylindriske tanker med skålformet flatt eller konisk tak og med flat eller skålformet bunn kan ha konstruktive trekk som drar fordel av forspenningsarrangementet ifølge oppfinnelsen for å redusere eller eliminere spenningene i innertanken som oppstår når denne trekker seg sammen.

Claims (5)

1. Lagertank for flytendegjorte gasser, omfattende en ytre mantel, et flertall ytre bærestøtter som bærer mantelen, en indre lagertank innenfor mantelen og i avstand fra og isolert i forhold til mantelen og et flertall indre bærestøtter som bærer tanken, karakterisert ved at en bæreplate (14) bærer de indre bærestøtter (13), og at en annen bæreplate (16) bærer de ytre bærestøtter (15), idet de indre bærestøtter (13) er anordnet inni de ytre bærestøtter (15), mens bæreplaten (14) hviler på bæreplaten (16) og er innrettet til å kunne forskyves på denne ved hjelp av en jekk (18) for derved å hindre at det oppstår spenninger i bærestøttene, som følge av termisk sammentrekning av den indre tank når tanken kjøles til lager-temperatur.

2. Tank som angitt i påstand 1, k a - rakterisert ved en jekk (23) anordnet nær bæreplaten (14) og forbundet med denne for å meddele bærestøtter (13) for den indre tank (110) en forspenning.

3. Tank som angitt i påstand 1, karakterisert ved at de ytre bærestøt-ter (113) hviler på en horisontal bæreplate (114) og at de indre bærestøtter (116) bæ-res av de ytre bærestøtter (113) og hver er satt sammen av en kort øvre bærestøtte (120), som er festet til den indre tank (110) og en nedre bærestøtte (123), idet den nedre ende av den korte bærestøtte (120) ender i en bunnplate (121) som er glidbart montert på en annen bæreplate (122), som er festet til den øvre ende av den nedre bærestøtte (123), idet lengden av den korte bærestøtte (120) er så liten at støtten kan gli uten vesentlig bøyning og overføre til den annen bæreplate (122) de skjærkrefter som normalt vil oppstå ved termisk sam-mentrykning av tanken, når den kjøles til brukstemperatur.

4. Tank som angitt i påstand 3, karakterisert ved at den langsgående akse for den korte bærestøtte (120), når tanken (110) er tom, er forskjøvet i retning utover fra lengdeaksen for den nedre bærestøtte (123), en avstand omtrent lik differansen mellom den horisontale radius av tanken (110), når den er tom og når den er fyllt.

5. Tank som angitt i påstand 3, karakterisert ved at hver ytre bære-støtte (113) og den tilhørende bærestøtte (123) har et felles nedre endeparti og en overføringsseksjon (126), som forbinder det felles parti med bærestøtten (123).