Schwimmdach für Flüssigkeitsbehälter

Abstract

 Ein Schwimmdach (3) für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere für Mineralöllagertanks (2), besteht aus Auftriebskammern, die eine Dachmembran (4) tragen.
Um eine einfache und billige Konstruktion zu erreichen, die eine gute wärmedämmende Wirkung mit sich bringt und sich durch eine hohe Tragfähigkeit auszeichnet, dienen als Auftriebskammern eine Mehrzahl nach unten offener Zellen (6), die von dicht an der Membranunterseite angesetzten Stegen (5) gebildet sind. Die Stege (5) können in Form eines Rasters verlegt sein, wobei in den Knotenpunkten Dachstützen (7) angeordnet sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schwimmdach für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere für Mineralöllagertanks od. dgl., mit einer von Auftriebskammern getragenen Dachmembran.

[0002] Bei solchen Schwimmdächern bestehen bisher die Auftriebskammern durchwegs aus pontonartigen Schwimmkörpern, die durch Schottwände in mehrere jeweils für sich vollkommen abgeschlossene Räume unterteilt sind. Dabei gibt es ringförmige Schwimmkörper, die die Dachmembran entweder an der Oberseite oder auch an der Unterseite aufnehmen, und es sind auch schon scheibenförmige Schwimmkörper bekannt, die selbst das sozusagen in Doppelmembran-Bauweise gestaltete Dach ergeben. Bei allen bisher vorgeschlagenen Schwimmdächern sind aber geschlossene Auftriebskammern vorgesehen, die eine vorbestimmte Auftriebskraft mit sich bringen, was einerseits auf Grund von Dichteunterschieden der Flüssigkeiten im Behälter und anderseits auf Grund von beispielsweise witterungsabhängig-unterschiedlichen Dachauflasten zu großen Eintauchtiefenschwankungen führt, die von den Dichtungen zwischen Schwimmdach und Behälterwandung überbrückt werden müssen und aufwendige Sonderkonstruktionen erfordern, wenn die Dichtheit gewährleistet werden soll. Da außerdem aus wärmewirtschaftlichen Gründen auch für das Schwimmdach eine Isolierung erwünscht ist, können sich am Schwimmdach größere Schneemassen, die ja dann durch die Eigenwärme des Lagerproduktes nicht mehr schmelzen, ansammeln, so daß es im Laufe der Winterperiode zu beträchtlichen, die allgemein übliche Norm weit überschreitenden Dachbelastung-en kommen kann und sich die Eintauchtiefenschwankungen besonders deutlich bemerkbar machen. Diese großen Lasten müssen darüber hinaus sowohl im Schwimmzustand als auch bei leerem Tank, wenn das Dach am Behälterboden abgestützt wird, aufgenommen werden können, so daß zusätzlich für eine entsprechend starke Tragkonstruktion für die Dachmembran gesorgt sein muß. Dies führt demnach zu besonders aufwendigen und schweren Konstruktionen, die wiederum entsprechend schwere Behälterfundamente nach sich ziehen und besondere Montagegerüste für die Dachherstellung selbst erfordern. Dabei ist die gewünschte Isolierung des Schwimmdaches nur unbefriedigend zu erreichen, da beispielsweise bei Doppelmembrandächern, die mit Isolierschaumstoff ausgeschäumt sind, durch die großen Dachlasten die Gefahr von Undichtheiten der Membrane besteht, wobei dann die Lagerflüssigkeit, meist Benzin oder andere explosive Flüssigkeiten, in die Isolierung eindringen kann und eine Reparatur der schwer zugänglichen Bauteile wegen der erhöhten Explosionsgefahr selbst bei Überflutung mit Wasser lebensgefährlich macht. Wird hingegen auf ein besonderes Isoliermaterial verzichtet, ergeben sich durch die großflächige Berührung zwischen Schwimmkörpern bzw. Membranen und der Flüssigkeit sowie die Schottwände u. dgl. gut leitende Wärmebrücken und damit schlechte Wärmedämmeigenschaften der Dächer. An den großflächigen Schwimmkörpern setzen sich außerdem schwerere Lagerprodukte an, die die Dachauflasten wesentlich erhöhen können und die Tragfähigkeit des Schwimmdaches beeinträchtigen. Weiters können die Schwimmkörper ungleiche Dachbelastungen nicht ausgleichen, so daß es immer wieder zu ungewünschten Schrägstellungen kommt und sogar in extremern Fällen Kippgefahr besteht.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Schwimmdach der eingangs geschilderten Art zu schaffen, das vor allem eine vergleichsweise einfache und billige Konstruktion aufweist, eine gute wärmedämmende Wirkung ohne Verwendung besonderer Isoliermaterialien mit sich bringt und sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei weitgehender Unabhängigkeit von der Eintauchtiefe und Unempfindlichkeit gegenüber ungleichmäßiger Belastung auszeichnet.

[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß als Auftriebskammern eine Mehrzahl nach unten offener Zellen dienen, die von dicht an der Membranunterseite angesetzten Stegen od. dgl. gebildet sind. Die beispielsweise durch Schweißen oder Kleben dicht mit der Membran verbundenen Stege bringen eine äußerst einfache und stabile Bauweise des Daches mit sich, da diese Stege nicht nur die Zellwände bilden, sondern zusätzlich auch eine Trägerkonstruktion für die Dachmembran darstellen. Es gibt keine in sich geschlossenen Kammern mehr und die in den Zellen entstehenden Gas- oder Luftpolster sorgen für den notwendigen Auftrieb, wobei durch entsprechende Anordnung und Zahl der einzelnen Zellen ohne Schwierigkeiten die gewünschte Tragfähigkeit erreicht werden kann. Diese hohe Tragfähigkeit erlaubt es auch, große Lastunterschiede bei geringen Eintauchtiefenschwankungen aufzunehmen und auf Grund der Gaspolsterverschiebungen unterhalb der Membran verhindernden Zellwände bzw. Stege bei einseitiger Belastung kommt es auch zur angestrebten Unempfindlichkeit gegen asymmetrische Belastungsverteilungen, so daß größere Schrägstellungen oder gar ein Kippen des Daches nicht zu befürchten sind. Die sich unterhalb der Dachmembran ausbildende Luft-oder Gasschicht bringt eine ausgezeichnete Wärmeisolierung des Daches mit sich, wozu noch die minimalen Wärmeübergangsflächen zwischen Flüssigkeit und Stegen beitragen. Da weder die Dachmembran selbst noch etwaige andere großflächige Schwimmkörper mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, sondern nur die Stege eintauchen, ist auch eine stärkere Anhaftung schwererer Lagerprodukte ausgeschlossen.

[0005] Besonders vorteilhaft ist es, wenn erfindungsgemäß die Stege in Form eines Rasters verlegt sind. Die aus einfachen Blechen, Profilschienen oder anderen Trägerelementen besehenden Stege bilden so auf einfache Weise eine Vielzahl von Einzelzellen mit gleichmäßiger Verteilung über die gesamte Membranunterseite, wobei ebenfalls eine gleichmäßige Versteifung der gesamten Dachmembran erfolgt. Außerdem erlaubt der durch die Stege entstehende Trägerrost eine einfache Montage des Daches, da einerseits die Membranteile auf das fertige Gitter Stück für Stück aufgelegt und zusammengeschweißt werden können und anderseits sich sogar Gitter und Membran stückweise fortschreitend zusammenbauen lassen.

[0006] Sind erfindungsgemäß in den Knotenpunkten der Stege Dachstützen angeordnet, kann das Dach ohne eigenes Montagegerüst hergestellt werden. Die Anordnung der Dachstützen in den Knotenpunkten der Stege erlaubt aber darüber hinaus die einwandfreie Ableitung der Dachauflasten über die Membran und den durch die Stege gebildeten Trägerrost in die Dachstützen beim Aufsetzen des Daches am Behälterboden.

[0007] Eine günstige Bauweise entsteht, wenn erfindungsgemäß die Dachmembran mit einer lotrechten Ringschürze eingefaßt ist, die unterhalb der Membran einen Seitenabschluß für die dicht anschließenden Stege und oberhalb der Membran einen hochragenden Freibord bildet. Durch diese Ringschürze, die mit den Stegen zusammenwirkt, entstehen auch im unmittelbaren Randbereich Zellen für den Auftrieb und die Ringschürze bringt eine weitere Versteifung des Daches mit sich. Der obere Freibord der Schürze gewährleistet eine entsprechend dichte Abgrenzung nach außen gegenüber der-Behälterflüssigkeit einerseits und nach innen gegenüber den Wasser- oder Schneeauflasten anderseits. Auch bietet diese Schürze eine günstige Halterungsmöglichkeit für die Dichtung des Ringspaltes zwischen Dach und Behälterwandung.

[0008] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Luftzu- und ableitungen für ein Einstellen der Luft- oder Gaspolsterhöhe in den Zellen vorgesehen. Über diese Leitungen ist es also möglich, in die Zellen Luft oder Gas ein- oder auch ausströmen zu lassen, um damit die Höhe der tragenden Luft- oder Gaspolster zu variieren. So ist es dann auch möglich, den Auftrieb des Daches wunschgemäß zu beeinflussen und an unterschiedliche Dachauflasten oder Flüssigkeitsdichten anzupassen, wodurch die Eintauchtiefe stets etwa gleich gehalten werden kann, was wiederum den Aufwand für die Ringspaltdichtung wesentlich herabzusetzen erlaubt.

[0009] Günstig ist es, wenn dabei als Zu- und Ableitungen von der Membran abwärts in die Zellen ragende Rohrstutzen dienen. Diese Rohrstutzen bestimmen dadurch eine Mindesthöhe der Gaspolster in den Zellen, so daß unabhängig von der Luftzu- und -abfuhr der notwendige Mindestauftrieb gewährleistet ist.

[0010] Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Zu-und Ableitungen schwimmer- oder druckschaltergesteuerte Ventile aufweisen. Damit kann automatisch auf eine Änderung der Eintauchtiefe reagiert und bei steigender Eintauchtiefe die Zuleitung bzw. bei abnehmender Eintauchtiefe die Ableitung geöffnet werden. Zur Auslösung einer entsprechenden Ventilbetätigung eignen sich Schalter, die auf Spiegelschwankungen im Ringspalt oder Druckunterschiede in den Zellen u. dgl. ansprechen.

[0011] Sind die Zuleitungen an am Dach deponierte Gas-oder Preßluftflaschen angeschlossen, ist ein gewünschtes Auffüllen der'Luft- oder Gaspolster in den Zellen einfach mit kürzesten Verbindungsleitungen vorzunehmen, wobei am Dach genügend Platz für ein entsprechendes Flaschendepot vorhanden ist.

[0012] Vorteilhaft ist es weiters, wenn in den Stegen die Zellen miteinander verbindende Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind, die in Normallage des Daches eine gemeinsame Horizontalebene definieren. Diese Durchtrittsöffnungen ermöglichen einen Flüssigkeits- und Gasaustausch zwischen den einzelnen Zellen, wodurch einerseits der Flüssigkeitsspiegel bis zu diesen Durchtritts- öffnungenansteigen kann und ein bestimmtes Gaspolsterniveau eingestellt wird und anderseits sich bei geneigter Dachmembran eine Vereinheitlichung des Auftriebes in den einzelnen Zellen ergibt, da eben diese Löcher für ein einheitliches Flüssigkeitsniveau in den miteinander verbundenen Zellen sorgen. Wären bei geneigter Dachmembran die Gaspolster in den Zellen durch gleichbleibend hohe Stege bestimmt, würden die auf Grund der Dachneigung tieferen Zellen einen größeren Auftrieb verursachen als die höher gelegenen, und es könnte zu einem Aufwölben des Daches kommen.

[0013] In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung sind benachbarte Zellen gruppenweise durch Erhöhung der jeweils diese Gruppe begrenzenden Stege zu Großzellen zusammengefaßt. Dies erlaubt eine Funktionsteilung zwischen Normal- und Großzellen, da die Normal-' zellen nur mehr den üblichen, auf jeden Fall vorhandenen Auftrieb mit sich bringen sollen und die erforderliche Versteifung der Membran ergeben müssen, die Großzellen hingegen für eine Erhöhung der Auftriebswirkung eingesetzt werden, wozu Luft oder Gas in entsprechender Menge in diese Großzellen eingeblasen oder aus diesen abgelassen wird. Dazu müssen nun nicht mehr alle Stege vergrößert werden, es genügt eine gewisse Auswahl, was die Konstruktion wesentlich vereinfacht.

[0014] Sind dabei erfindungsgemäß den Großzellen unabhängig voneinander wirkende Zu- und Ableitungen zugeordnet, wird nicht nur die Eintauchtiefe regelbar, sondern durch unterschiedliche Gasbeaufschlagung der einzelnen Großzellen läßt sich einem Schrägstellen oder Kippen des Daches entgegenwirken, so daß auch extrem einseitige Belastung schwierigkeitslos aufgenommen werden kann. Zur Automatisierung dieses Belastungsausgleiches ist es notwendig, den Großzellen jeweils eigene Steuerschalter für die Regelventile ihrer Luftleitungen zuzuordnen.

[0015] Eine besonders gute Schwimmfähigkeit und Stabilität ergibt sich, wenn eine zentrale Großzelle und um diese gleichmäßig verteilte randseitige Großzellen vorgesehen sind, wobei auch bei Leckwerden einer Großzelle ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Schwimmdaches gewährleistet ist.

[0016] Sind Meßeinrichtungen zum Bestimmen des Flüssigkeitsspiegels, des Gasdruckes in den Zellen od. dgl.. vorgesehen, lassen sich die Verhältnisse in den Zellen, die Auftriebskräfte, Belastungen u. dgl. überwachen und kontrollieren, wobei auch mit diesen Meßeinrichtungen Steuergeräte zum Be- und Entlüften der Zellen kombiniert sein können.

[0017] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Schwimmdach im Schaubild,

Fig. 2 eine Untersicht des erfindungsgemäßen Schwimmdaches in kleinerem Maßstab und

Fig. 3 einen Vertikalschnitt geänderten Maßstabs durch das Schwimmdach.

[0018] Zum Abdecken eines mit Flüssigkeit 1,beispielsweise Mineralöl, gefüllten Lagertanks 2 dient ein Schwimmdach 3, das aus einer Dachmembran 4 und an der Membranunterseite dicht angesetzten Stegen 5 besteht. Die Stege 5 sind in Form eines Rasters verlegt und bilden zusammen mit der Membran 4 gleichmäßig über die ganze Membranfläche verteilte,nach unten offene Zellen 6, die bei Füllung des Lagertanks 2 den Auftrieb mit sich bringende Luftpolster entstehen lassen. In den Knotenpunkten der Stege sind Dachstützen 7 eingeschweißt, mit denen das Dach bei geleertem Tank am Behälterboden aufruhen kann. Umfangsseitig ist die Membran 4 mit einer Ringschürze 8 eingefaßt, an der unterhalb der Membran die Stege dicht anschließen und die oberhalb der Membran einen Freibord zur Randbegrenzung der Dachmembran 4 bildet. Außerdem trägt die Ringschürze 8 die Dichtungseinrichtungen 9 zum Abschluß des Ringspaltes 10 zwischen Lagertank und Schwimmdach 3.

[0019] Die durch Stege 5 gebildeten Zellen 6 sind gruppenweise zu Großzellen 11, 12 zusammengefaßt, wobei, wie in Fig. 2 angedeutet, beispielsweise eine zentrale Großzelle 12 und vier randseitige Großzellen 11 vorgesehen sind. Zur Ausbildung der Großzellen 11, 12 und zur gegenseitigen Trennung sind einfach die randseitigen Stege 13 der jeweils eine Großzelle ergebenden Zellengruppe entsprechend nach unten verlängert, wobei auch diese Großzellen seitlich und nach oben dicht abgeschlossen und nur nach unten offen sind. Jeder Großzelle 11, 12 sind nun. Luftzu- und -ableitungen 14, 15 zugeordnet, die in von der Membran 4 abwärts ragende Rohrstutzen 16 enden und Regelventile 17 aufweisen, die über einen Schwimmerschalter 18 automatisch betätigbar sind. An die Zuleitung 15 jeder Großzelle sind Gasflaschen 19 mit einem Inertgas oder Preßluft angeschlossen und die Ableitung 14 öffnet die Großzelle ins Freie. Mit Hilfe dieser Zu- und Ableitungen 14, 15 ist es möglich, die Höhe der Gaspolster in den Zellen von einer durch die Normalzellen 6 gegebenen Mindesthöhe beliebig zu vergrößern und damit den Auftrieb so zu beeinflussen, daß unabhängig von der Dachauflast oder der Dichte der Behälterflüssigkeit eine etwa gleichbleibende Einsinktiefe des Daches gegeben ist, wobei durch unterschiedliche Beaufschlagung der einzelnen Großzellen ₁1, 12 auch bei asymmetrischer Belastung einerschrägstellung der Dachmembran entgegengewirkt werden kann.

[0020] Um, wie in Fig. 3 angedeutet, bei zur Mitte hin geneigter Dachmembran 4 die damit verbundenen Unterschiede des Auftriebs der Zellen 6 ausgleichen zu können, sind in den Stegen 5 der Normalzellen 6 Durchtrittsöffnungen 20 vorgesehen, die in einer gemeinsamen Horizontalebene liegen und bei entlüfteten Großzellen gegenüber dem Flüssigkeitsspiegel im Ringspalt 10 eine gleiche Luftpolsterhöhe der Zellen 6 pro Großzelle mit sich bringen. Diese den Mindestauftrieb gewährleistenden Luftpolster bestimmen auch die Länge der Rohrstutzen 16 für die Luftein- und -austrittsleitung, damit ein ungewolltes Ablassen dieser Luftpolster ausgeschlossen ist.

[0021] Am Schwimmdach sind noch eine übliche Entwässerungseinrichtung 21 und zur Ent- und Belüftung der Dachunterseite beim Entleeren bzw. Befüllen des Behälters Stößelventile 22 vorgesehen. Es gibt auch noch Meßeinrichtungen 23 zum Bestimmen des Flüssigkeitsspiegels, des Luftdruckes usw. in den Zellen, was eine Überwachung des Daches erlaubt.

[0022] Bei leerem Lagertank 2 ruht das Schwimmdach auf seinen Dachstützen 7 am Boden auf und das Stößelventil 22 ist offen. Strömt nun Flüssigkeit 1 in den Tank, entweicht die verdrängte Luft durch das Stößelventil 22 und die Flüssigkeit steigt bis zu den Zellen 6 oder, wenn diese vorgesehen sind, bis zu den Durchtrittsöffnungen 20 in den Stegen 5. Bei Weiterbefüllung des Tanks 2 steigt der Flüssigkeitsspiegel nur mehr im Ringspalt 10, in den Zellen 6 entstehen Luftpolster, die den zum Schwimmen des Daches erforderlichen Auftrieb entwickeln. Beim Aufschwimmen des Daches schließt das Stößelventil 22, das Dach befindet sich in Normallage. Wird nun das Dach durch Schnee- oder Wasserlasten auf der Dachmembran 4 stark belastet, würde es zu einem weiteren Einsinken des gesamten Daches kommen. Bei Beginn des Einsinkens und Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Ringspalt 10 reagiert aber der Schwimmerschalter 18 und betätigt das Ventil 17 der Luftzuleitung 15, so daß-aus den Gasflaschen 19 Inertgas oder auch Druckluft in die Großzellen 11, 12 einströmt. Es strömt nun so lange Gas in die Großzellen, bis der erforderliche Auftrieb gegeben ist, wodurch im Ringspalt 10 für eine immer annähernd gleiche Spiegelhöhe bzw. eine immer annähernd gleichbleibende Einsinktiefe des Daches gesorgt wird. Kommt es durch Auflastverminderung zu einem Auftauchen des Daches, öffnet der Schwimmerschalter 18 das Ventil 17 der Luftableitung 14 und entlüftet die Großzellen, bis wiederum etwa die gleiche Einsinktiefe erreicht wird. Bei gleichbleibendem Flüssigkeitsspiegel im Ringspalt sind selbstverständlich beide Ventile 17 geschlossen.

[0023] Bei entsprechend weitgehender Dachentlastung werden die Großzellen vollständig entlüftet, wobei aber die durch die Normalzellen 6 gebildeten Luftpolster nicht abgelassen werden können und stets das minimal erforderliche Auftriebsvolumen für das Dacheigengewicht sichergestellt ist. Es wird auch hinsichtlich Zahl und Größe der Zellen 6 und der Großzellen 11, 12 ein Katastrophenfall berücksichtigt werden, d.h., daß auch bei Leckwerden von Zellen nicht gleich das ganze Dach sinkt, sondern die verbleibenden intakten Zellen das Dach noch tragen können.

Ansprüche

1. Schwimmdach für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere für Mineralöllagertanks od. dgl., mit einer von Auftriebskammern getragenen Dachmembran, dadurch gekennzeichnet, daß als Auftriebskammern eine Mehrzahl nach unten offener Zellen (6) dienen, die von dicht an der Membranunterseite angesetzten Stegen (5) od. dgl. gebildet sind.

2. Schwimmdach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) in Form eines Rasters verlegt sind.

3. Schwimmdach nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Knotenpunkten der Stege (5) Dachstützen (7) angeordnet sind.

4. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachmembran (4) mit einer lotrechten Ringschürze (8) eingefaßt ist, die unterhalb der Membran einen Seitenabschluß für die dicht anschließenden Stege (5) und oberhalb der Membran einen hochragenden Freibord bildet.

5. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Luftzu-und -ableitungen (14, 15) für ein Einstellen der Luft- oder Gaspolsterhöhe in den Zellen (6, 11, 12) vorgesehen sind.

6. Schwimmdach nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zu- und Ableitungen (14, 15) von der Membran (4) abwärts in die Zellen (6) ragende Rohrstutzen (16) dienen.

7. Schwimmdach nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (14, 15) schwimmer- oder druckschaltergesteuerte Ventile (17) aufweisen.

8. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (15) an am Dach deponierte Gas- oder Preßluftflaschen (19) angeschlossen sind.

9. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stegen (5) die Zellen (6) miteinander verbindend Durchtrittsöffnungen (20) vorgesehen sind, die in Normallage des Daches zumindest zellenweise eine Horizontalebene definieren.

₁0. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, d aß benachbarte Zellen (6) gruppenweise durch Erhöhung der jeweils diese Gruppe begrenzenden Stege (13) zu Großzellen (11, 12) zusammengefaßt sind.

11. Schwimmdach nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Großzellen (11, 12) unabhängig voneinander wirkende Zu- und Ableitungen (14, 15) zugeordnet sind.

12. Schwimmdach nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Großzelle (12) und um diese'gleichmäßig verteilte randseitige Großzellen (11) vorgesehen sind.

13. Schwimmdach nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Meßeinrichtungen (23) zum Bestimmen des Flüssigkeitsspiegels, des Gasdruckes in den Zellen u. dgl. vorgesehen sind.

Zeichnung