Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten

Abstract

 Es wird ein Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen beschrieben, der aus einem Stahlbeton-Außenbehälter (2a, 2b, 2c) und aus einem darin eingesetzten Stahl- Innenbehälter (1) besteht, 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 (3) vorhanden ist. der vollständig oder nur auf einem Teil seiner Dicke mit Isolierstoffen ausgefüllt ist. Um bei einem Riß des Stahl-Innenbehälters zu verhindern, daß die Flüssigkeit schwallartig in den Zwischenraum einströmt und örtlich hohe Belastungen des Stahlbeton-Außenbehälters verursacht, werden am Innenumfang des Außenbehälters und/ oder am Außenumfang des Stahl-Innenbehälters mehrere in den Zwischenraum hineinragende schwallbremsende Körper (4) angebracht, die in radialer Richtung etwa ein Drittel der Breite des Zwischenraums einnehmen, vorzugsweise nur bis etwa zwei Drittel der Gesamthöhe des Zwischenraums reichen und in bevorzugter Ausgestaltung einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem Stahlbeton- oder Spannbeton-Außenbehälter und aus einem darin eingesetztenStahl--Innenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, 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 vorgesehen ist, der vollständig oder nur auf einem Teil seiner Dicke mit Isolierstoffen ausgefüllt ist.

[0002] In letzter Zeit hat der Einsatz von Gas als Energieträger im Privatbereich und der Wirtschaft zunehmend an Bedeutung gewonnen. Abgesehen vom Transport des Gases von weit abgelegenen Förderorten zu Abnehmern durch Rohrleitungen erfolgt der Transport auch nach Verflüssigung des Gases auf dem Seeweg. Das verflüssigte Gas. erfordert dann auch entsprechende stationäre Lagerungsvorrichtungen, wobei vorgeschriebene Sicherheitsbedingungen erfüllt sein müssen.

[0003] Die Ausbildung des Innen- und Außenbehälters richtet sich danach, welche Sicherheitsanforderungen gestellt werden, um in außergewöhnlichen Fällen Einwirkungen von außen nach innen oder im Leckagefall den Austritt von Gas von innen nach außen zu behindern.

[0004] Zur Lagerung von flüssigem Naturgas (LNG) wird häufig ein oben offener Stahlinnenbehälter in einen allseitig geschlossenen Stahlbeton-/Spannbetonbehälter verlangt. Flüssiges Ammoniak, Butan und Ethan wird häufig in geschlossenen Stahlbehältern gelagert, die in oben offenen Stahlbeton-/Spannbetonbehältern stehen.

[0005] Die Isolierung richtet sich nach der Art des Gases. Bei Einlagerung von verflüssigtem Naturgas, das bei einer Temperatur von etwa -160^* gelagert werden muß, wird in der Regel der Zwischenraum vollständig mit Isoliermaterial ausgefüllt. - Da der Zwischenraum nicht nur zur Aufnahme der Isolierung dient, sondern auch vorhanden sein muß, damit er im Falle 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 ursprünglichen Volumens aufgebläht wird. Im Bedarfsfall kann das Perlit aus dem Zwischenraum entfernt werden.

[0006] Falls in dem Behälter verflüssigtes Butangas gelagert werden soll, ist eine vollständige Ausfüllung des Zwischenraumes mit Isoliermaterial nicht erforderlich, da die Lagertemperatur für flüssiges Butangas bei nur etwa -10_. liegt und daher eine dünne Isolierschicht, z. B. aus Polyurethan, auf dem Außenumfang des Innenbehälters ausre cht.

[0007] Für den Betrieb solcher Behälter müssen umfangreiche _Sicherheitsvorkehrungen getroffen sein. So muß der Außenbehälter einerseits erdbebensicher sein, andererseits aber auch Belastungen bei einer Gaswolken-Explosion überstehen können. Für den Innenbehälter muß aber auch dem Lastfall begegnet werden, daß dieser plötzlich aufreißt. Da Stahl bei niedrigen Temperaturen zur Sprödigkeit neigt, können Materialfehler im Stahl tatsächlich dazu führen, daß eine zunächst kleine Bruchstelle sich zu einem durchgehenden Riß aufweitet. Die Folge davon ist, daß gekühlte Flüssigkeit aus dem Riß austritt und sich in den Zwischenraum zwischen dem Stahl-Innenbehälter und dem Stahlbeton-Außenbehälter ergießt und von der Austrittsstelle in beiden Richtungen in den Zwischenraum einströmt.

[0008] Betrachtet man zunächst den vereinfachten Fall, daß sich in dem Zwischenraum kein Isoliermaterial befindet, läuft der Strom der Flüssigkeit in beiden Richtungen innerhalb des Zwischenraums, bis sich die beiden Teilströme etwa an der der Bruchstelle diametral gegenüberliegenden Seite treffen, und Modellversuche haben gezeigt, daß dann an dieser Stelle des Aufeinandertreffens ein Druck auf den Stahlbeton-Behälter einwirkt, der örtlich bis zu dem sechsfachen hydrostatischen Druck beträgt, so daß.damit der Stahlbeton-Außenbehälter unzulässig beansprucht werden kann.

[0009] Ein solcher Flüssigkeitsstrom kann auch dann noch auftreten, wenn der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter mit hinreichend durchlässigem und/oder verdrängungs_- fähigem Material gefüllt ist wie z. B. mit expandiertem Perlit.

[0010] In jedem Falle würde bei den bekannten Behältern ein Bersten des Stahl-Innenbehälters dazu führen, daß sich das Flüssiggas schwallartig in den Zwischenraum ergießt und entweder das leichte Perlitmaterial verdrängt oder in dem freigelassenen Ringspalt entlangläuft, so daß das Zusammentreffen des auslaufenden Flüssiggases an der der Bruchstelle diametral gegenüberliegenden Seite zu unzulässigen Beanspruchungen des Stahlbeton-Außenbehälters führt.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten solcher unzulässigen Beanspruchungen-zu verhindern.

[0012] Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Innenumfang des Außenbehälters und/oder am Außenumfang des Stahl-Innenbehälters mehrere in den Zwischenraum hineinragende schwallbremsende Körper angebracht sind.

[0013] Vorzugsweise nehmen die schwallbremsenden Körper in radialer Richtung etwa ein Drittel der Breite des Zwischenraums ein.

[0014] Die schwallbremsenden Körper können plattenförmig ausgebildet sein, jedoch weisen sie vorzugsweise einen dreieckförmigen Querschnitt auf.

[0015] Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die schwallbremsenden Körper im Falle eines Risses des Stahl-Innenbehälters nicht schlechthin den Strom des austretenden Flüssiggases aufhalten, weil hierdurch beträchtliche und z. T. unkontrollierbare Kräfte auftreten können, sondern die schwallbremsenden Körper sollen so ausgebildet sein, daß an der Spitze des in den Zwischenraum hineinragenden Profils die Strömung abreißt und in eine Verwirbelung übergeht, so daß dadurch dem Schwall die Energie entzogen wird, die an der der Bruchstelle diametral gegenüberliegenden Seite zu Schwierigkeiten führen würde. Diese Voraussetzungen erfüllt ein im Querschnitt dreieckförmiges Profil sehr gut.

[0016] Vorzugsweise ist eine ungerade Zahl von schwallbremsenden Körpern gleichmäßig auf dem Innenumfang des Außenbehälters angeordnet, wobei insgesamt fünf solcher Körper ausreichen.

[0017] Es hat sich ferner gezeigt, daß es ausreichen kann, wenn die schwallbremsenden Körper sich nur bis etwa zwei Drittel der Gesamthöhe des Zwischenraums erstrecken.

[0018] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0019] In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine Qüerschnittsdarstellung eines Behälters zur Einlagerung von Flüssiggas, wobei im linken Teil der Figur der Zwischenraum vollständig mit einem Isolierstoff ausgefüllt ist, während in der rechten Hälfte lediglich die Außenfläche des Innenbehälters eine Isolierschicht trägt, und

Fig. 2 einen Detail-Querschnitt durch die Wand des Behälters.

[0020] Fig. 1 zeigt einen Stahlbeton-Außenbehälter, der aus einer Bodenplatte 2a, einer Wand 2b und im linken Teil aus einer Dachkuppel 2c besteht. Innerhalb des Außenbehälters ist getrennt durch einen Zwischenraüm 3 ein Innenbehälter 1 aus Stahl angeordnet, der im linken Teil nach oben hin offen, im rechten Teil oben geschlossen ist und zur Aufnahme von verflüssigtem Gas dient. Bei einem solchen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 50 000 m' beträgt die Wandstärke des Stahl-Innenbehälters 1 etwa 14 bis 30 mm, die Dicke des Zwischenraums 3 etwa 1 m und die Wandstärke des Stahlbeton-Außenbehälters 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 1 auszuhalten. Im linken Teil der Figur ist der Zwischenraum zwischen den beiden Behältern mit einem Granulat aus Perlit gefüllt. Das nicht brennbare Perlitgranulat hat den Vorteil, daß es auf einfache Weise in den Zwischenraum eingebracht werden kann, daß es aber auch für Inspektionszwecke oder für erforderliche Reparaturarbeiten genauso leicht durch Absaugen wieder entfernt werden kann.

[0021] Im rechten Teil der Fig. 1 ist im Zwischenraum 3 nur eine dünne Schicht 5 aus Polyurethan vorgesehen, die wie dargestellt, an der äußeren Umfangsfläche des Stahl-Innenbehälters 1 angebracht ist.

[0022] Um nun bei dem Auftreten eines plötzlichen Aufrei- ßens zu verhindern; daß die aus dem Spalt zu beiden Seiten aus dem Behälter austretenden Teilströme im Zwischenraum zwischen den beiden Behältern an der der Austrittsstelle gegenüberliegenden Seite unter Verdrängung des Perlitgranulats bzw. unter Vorbeiströmung an der Polyurethan-Isolierung schwallartig aufeinandertreffen, sind an der inneren Umfangsfläche mehrere Schwallkörper 4 angebracht, die - wie aus dem Querschnitt der Fig. 2 ersichtlich ist - ein dreieckförmiges Profil mit nach innen weisender Spitze aufweisen. Die radialen Abmessungen der Körper 4 sind so gewählt, daß sie etwa ein Drittel der Breite des Zwischenraumes 3 einnehmen. Ihre Höhe über der Bodenplatte 2a beträgt etwa zwei Drittel der Gesamthöhe-der Seitenwand 2b.

[0023] Die schwallhemmenden Körper 4 bestehen vorzugsweise aus Blech, wobei es ausreichend ist, wenn auf dem gesamten Umfang fünf solcher Körper in gleichmäßiger Verteilung angeordnet werden. Es können aber auch mehr solcher Körper vorgesehen werden, und es wäre auch möglich, diese Körper nur oder zusätzlich am Außenumfang des Stahl-Innenbehälters 1 anzubringen.

[0024] Bei einem Bersten des angeströmten Stahl-Innenbehälters läuft der Flüssigkeitsstrom an den Seitenflächen der dreieckförmigen Körper 4a entlang; an der Spitze tritt eine Verwirbelung ein, die die Energie des Flüssigkeitsstromes herabsetzt.

[0025] Die Seitenflächen der Körper 4a brauchen nicht exakt eben zu sein, sie können auch einwärts gewölbt sein, um die Wirbelbildung zu unterstützen.

[0026] Die Form der Körper 4 ist nicht auf dreieckigen Querschnitt beschränkt. Es wären auch andere Formen denkbar, wobei jedoch solche Formen zu bevorzugen sind, die in eine Spitze auslaufen. Im einfachsten Fall könnten auch radial verlaufende Platten 4b verwendet werden, die gegebenenfalls mit Löchern versehen sind.

Ansprüche

1. Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem Stahlbeton- oder Spannbeton-Außenbehälter und aus einem darin eingesetzten,Stahl-Innenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, 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 vollständig oder nur auf einem Teil seiner Dicke mit Isolierstoffen ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenumfang des Außenbehälters .(2) und/oder am Außenumfang des Stahl-Innenbehälters (1) mehrere in den Zwischenraum (3) hineinragende, schwallbremsende Körper (4) angebracht sind.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwallbremsenden Körper (4) in radialer Richtung etwa ein Drittel der Breite des Zwischenraums (3) einnehmen.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch aekennzeichnet, daß die schwallbremsenden Körper (4b) plattenförmig ausgebildet sind.

4. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwallbremsenden Körper (4a) einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Zahl von schwallbremsenden Körpern (4) gleichmäßig auf dem Innenumfang des Außenbehälters (2) angeordnet ist.

6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt fünf schwallbremsende Körper (4) vorgesehen sind.

7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schwallbremsenden Körper (4) nur bis etwa zwei Drittel der Gesamthöhe des Zwischenraums (3) reichen.

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des inneren Behälters oder am Innenumfang des äußeren Behälters eine isolierende Schicht aus Polyurethan, Mineralwolle oder dergl. angebracht ist.

9. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Zwischenraum (3) in an sich bekannter Weise mit expandiertem Perlit gefüllt ist.

Zeichnung