CN1666060A - 用于存储低温流体的箱和制造流体密封箱的方法 - Google Patents

用于存储低温流体的箱和制造流体密封箱的方法 Download PDF

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Abstract

发明涉及低温流体储存的箱(11)，包括基板(12)、竖直壁元件(14)，优选还包括上顶部(19)。箱(11)具有用于阻止该储存流体流到外界的流体密封隔离物(26)。流体密封隔离物(26)由连接一起的薄金属板形成。至少竖直壁(14)包括内结构支承壁元件(24)和外结构支承壁元件(25)。流体密封隔离物(26)布置在内、外结构支承壁元件(24，25)之间。发明涉及建造箱(11)的方法，优选利用滑模施工或者升模施工，基部(12)首先竖立，其上固结竖直壁(14)。首先，壁(14)的内结构支承壁元件(24)被增强并固结，流体密封隔离物(26)布置在内结构支承壁元件(24)的外侧，外结构支承壁元件(25)得到增强和固结。

Description

用于存储低温流体的箱和制造流体密封箱的方法
技术领域
本发明涉及一种用于流体储存的箱。此外，本发明还涉及一种用于制造这种用于流体储存的箱的方法。
优选的是，发明涉及一种自立式箱，其包括基部、竖直壁，以及优选还包括上部。应该强调的是，流体也可以是任何类型的气体或者任何类型的液体。该储存产品可以是烃基流体产品或者不应该允许随便流出的污染流体。该储存流体也可以是低温的。
背景技术
使用用于低温流体储存的混凝土箱在以前已经公知。这种箱通常包括由同心布置的外部箱围绕的内流体密封箱。该内部箱通过搁靠在所述外同心布置箱的底部上的支承结构来支承。绝缘材料布置在该内、外部箱之间的中间空间。由于它的毛细管作用，作为材料的混凝土不必要完全密闭。此外，小裂缝可常常出现在混凝土上，其或者是由于在固结阶段的固化工艺导致，或者是由于作用于该混凝土上负载而导致。因此需要以不同方式固定流体密封壁。以前已经提出过用由薄钢板连接一起而形成的膜板覆盖这种箱的内壁。
第310.699号挪威专利说明书描述了一种用于低温液体，特别是液化气体，例如液化天然气的储箱。该储箱包括内部箱和外部箱，其中至少内部箱由混凝土制成。绝热材料位于该箱侧壁和底部结构之间。内部箱由气密混凝土组成，其中安装有用于为箱施加预应力的预应力绳缆。该绳缆在该箱冷却之后被后加拉力。此外，在内部箱外表面布置衬筒，以收集从该箱内部可能泄漏的液体。这种方案还需要用于气体循环的管道***，该管道***安装在衬筒和内部箱的外部之间，以监测气体可能的渗漏。此外，用于冷却剂循环的管道***布置在内部箱壁上，这样，在把液化天然气装入到箱内前，该箱壁被冷却。
第142.144号挪威专利说明书公开了用于储放严重污染性液体的箱。该箱包括内部箱和混凝土外部箱。绝热材料位于内外部箱壁之间。该外部箱的壁用预应力混凝土制成，并固定到该箱的基板上。该内部箱用内薄壁隔离物制成，该隔离物为薄钢板形式，两个弹性层用于补偿由当填充液化天然气时出现温度差所引起的可能的收缩或者膨胀。在内部箱和外部箱壁之间还布置有绝热层。另外，内部箱具有由板形成的基板。该内流体密封的隔离物和形成基板的板由铝合金制成。内壁被制成为非自支承的薄壁结构，其由位于内、外部箱壁之间的绝缘层支承。薄的流体隔离物被安装在外混凝土壁的内侧。
第1.341.892号英国专利说明书示出了用于低温液体的储箱。该箱带有内混凝土壁和布置在该混凝土壁外的流体密封的钢膜。在钢膜外部布置有绝热材料层。该箱的外部被钢板覆盖。
第4.366.654号美国专利说明书示出了用于低温流体储存的箱，该箱包括钢板层形式的内流体密封的钢箱，具有L-形的环绕混凝土壁以及布置在该混凝土壁与被布置在外侧的外壁之间的绝缘材料层。在朝向绝热层材料的该外混凝土壁内，布置有绝热衬套，该绝热衬套带有聚氨酯泡沫体形式的绝热材料内层。
对于这种由薄板制成内部箱壁的现有技术解决方案，由于在把液化天然气填充到该箱内期间温度下降而将导致该壁薄板部分严重收缩。结果，该薄壁的收缩大于布置在薄壁外的绝热材料的收缩。因此，这部分壁的支承可能降低，在极限情况下其可能完全不存在。尤其该内基板和内壁之间的过渡区将是薄弱点。这可能引起内壁的裂缝。
现有技术方案另一缺点是，例如当遭受来自地震、外负荷、冲击等力作用时，流体密封的薄内壁也可被损坏。
另外的缺点是用于设计的成本高，特别地由于必须同时满足紧密性和安全性两者的严格要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种箱方案，其消除了现有技术方案中大部分缺点，并获得在费用和设计上有利的方案。另一个目的是提供消除或至少降低流体密封壁破裂和/或外壁暴露的可能性的方案。
尤其通过提供在权利要求书特别在权利要求1中进一步限定的壁、基板和顶部结构来实现这些目的。
另外，也可借助于在方法权利要求书进一步限定的方法来实现这些目的。
根据原理，该内壁的内壁元件和外壁元件设计成能承受作用在该壁上的力，同时中间壁元件形成没有实质承载能力的流体密封隔离物。
当把低温液体填充到该箱内时，优选由镍钢薄片制成的流体密封壁元件倾向于收缩超过内混凝土壁元件的收缩。因此，内壁元件起限制流体密封壁元件的作用，并且当该箱充满着低温液体时，流体密封壁元件把预应力施加到内壁元件上。此外，内壁元件和外壁元件两者都用于中间流体密封壁元件的保护。外壁元件将保护所述流体密封壁元件和内壁元件，用于承受外部作用力，并承受由该箱内的容纳物施加的压力。
应该注意的是，该箱也适合于其它种类的存储，例如暴露于限定压力的流体、对环境有害的流体或者高温流体的存储。
根据本发明方案的必要特征可以是：
-材料的最佳使用
-昂贵材料的最少使用
-便宜材料强度的有效开发。
附图说明
下面参考附图来详细描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了根据本发明的用于低温流体储存的箱的简化纵剖面；
图2示出沿着图l中的1-1线所取的箱的简化水平剖面图；
图3详细示出了在图1中标出的细节A；
图4示出了用于形成流体密封隔离物的、将两个相邻钢板相邻边焊接起来的方式；以及
图5示出了用于把在相邻钢板上边缘焊接起来的优选方法。
具体实施方式
图1示出了包括内部流体密封箱11的自立式圆筒形箱10。该内流体密封箱11包括搁靠在支承件13上的基板12。此外，该箱11包括由预应力混凝土制成的竖直壁以及上顶部15。
此外，该箱包括由预应力混凝土制成的同心外部箱16。该外部同心箱包括建在地面上碎石层上的基板17。该基板用预应力混凝土制成。该箱17包括竖直向上延伸的圆筒形混凝土壁18，其支承圆顶19。
混凝土板17、上圆顶19以及内部箱和外部箱的壁14，18被增强，优选被施加预应力。
任何适当类型的绝热材料20布置在内部箱11和外部同心箱16之间的中间空腔。这种绝缘材料可以是珠光体。
用于内部箱11的支承件13可优选通过由木材制成的、圆周布置的基部21形成，竖直圆筒形壁14直接由该圆周布置的基部21支承。该箱14的基板12例如可由层叠板制成，并例如可具有200毫米的厚度。基板14可由多个平行布置的例如2000毫米×1000毫米横梁22支承。横梁22的中心距可以是例如12000毫米。
在基板12的上端，布置流体密封隔离物23。根据图1所示的实施例，该流体密封隔离物23由厚度为4毫米的薄钢板制成。
如图1指示以及另外在图3中示出的那样，内部竖直壁14包括在结构上支承壁元件的外部25和内部24以及中间流体密封隔离物26。该中间流体密封隔离物26与搁靠在该箱的基板12上的流体密封隔离物23相连。所述的连接也是流体密封的。
例如，该流体密封隔离物26可由沿着板边连接在一起以形成流体密封连接的薄板制成。该连接可以任何适合的传统方式形成。该金属板的边缘例如可向上弯曲，并且该金属板边缘的上端可弯曲并折叠起来。可选择和/或可附加的是，边缘可以焊接在一起。根据所选择的材料，该板可选择地粘合在一起。在后面的情况中，可足以使板部分地重叠然后涂上胶水。
图3详细示出了在内部箱11中的壁14下端的剖面。该竖直壁14搁靠在优选由木材制成的环形横梁21上。在竖直壁14下端，带有优选是钢的水平金属板。该钢板延伸到内部箱11中，并经由膨胀环30流体密封地连接到搁靠在该箱基板12上的流体密封隔离物23上。如上所述，上述竖直壁14包括内结构支承壁元件24和外结构支承元件25。与该形成竖直壁14下端的板27流体密封连接的竖直流体密封隔离物26布置在所述壁元件之间，作为竖直壁14的一体部分。为了保证从基板12到竖直壁14的足够力传递，例如，该力由把内容物冷却到低温引起收缩而导致，由金属制成的竖直环形板28，29焊接在下板27上。至少在板28，29上端，设置保证嵌合装置31，以保证负载和力传递到该混凝土壁内。所述嵌合装置31可优选布置在不同的竖直高度上。
韧性(Ductility)和液体密封性是中间流体密封隔离物26最重要的特性。如果要储存的流体是低温的，则韧性尤其非常重要。该流体密封隔离物23，26应该由可承受要储存流体的材料制成。材料种类例如可以是由镍-钢制成的金属板、薄膜形式的塑料、环氧树脂形式的膜板等等。
图4示出了在两个相邻钢板之间建立流体密封连接的优选方式。侧边向上弯曲，并借助于持续、流体密封焊缝32在两个不同高度焊接一起。
相应地，该外部箱包括基板和竖直壁。该箱在它的上端配有屋顶结构，例如为圆顶或者截锥形式。
内结构支承壁元件24的功能是保护膜板不受来自储存流体的负载和冲击，并形成膜板的支承，尤其是当该流体冷却到低温时。外部结构部件24尤其是应该承受负载和力，并因此应该被预加应力。此外，该壁优选应该是普通的、非预加应力的以及增强的。
根据要储存流体的不同，该膜板或者该中间流体密封隔离物26可由例如塑料板或者环氧树脂层的塑料制成。
外部箱16也可具有薄板材料的蒸汽阻碍层。该蒸汽阻碍层可用任何已知的方式布置和固定在外部箱16的内壁上。在可选择的实施例中，外部箱16的壁可以与内部箱11的壁以大致相同方式构造，由此利用如上所述同样的原理提供由薄板型流体密封隔离物包围的混凝土内层。然后，该外层被固结并被预加应力。优选地，如果内部箱壁和外部箱壁的固结以同样的滑模施工操作进行，尽管在足够的不同高度能安装该中间金属板。
下面将描述用于储存流体，优选是低温流体的预应力混凝土的流体密封箱的优选建造方法。根据这种实施例，例如如上所述的那样，该箱一般包括由预应力混凝土制成的内流体密封箱。该内部箱包括基部、混凝土竖直壁，并且优选带有上顶部。
首先，建造用于将箱底部形成在其上的基础。然后，用混凝土固结竖直壁结构24，优选通过滑模施工或升模施工(jumpforming)。在该工艺的第一阶段是在所述的基础上竖立用于内结构支承元件的框架，因此内结构支承元件24被固结并增强。然后，布置在所述内结构支承元件24外部上的流体密封隔离物26被安装，从而该外部结构支承元件25被固结并增强。
该壁的下部竖立在基板上，所述下部包括钢基板27和内、外钢板28、29，内、外钢板28、29沿着该壁的内、外圆周延伸，并通过与水平基板27焊接起来而固定。此外，钢板形式的中间薄板型流体密封膜板26下端通过焊接固定在所述的水平基板上，从而该壁的该部分被固结并增强。
优选的是，内外支承结构壁元件24、25均通过滑模施工或升模施工固结。
根据实施例，在中间流体密封隔离物26安装工艺开始前，内结构支承壁元件24被固结至少部分达到一定高度，从而在开始重新增强并固结外结构支承壁元件25的工艺前，中间流体密封隔离物26至少部分地安装到一定高度。
根据实施例，该中间流体密封隔离物26可由在卷轴上释放的长板形式的薄钢板形成。所述的板围绕内结构支承壁元件的外部以螺线样式缠绕，该板的相邻边焊接一起以形成紧密隔离物。薄钢板缠绕和焊接过程可在内支承壁元件固结已经达到某个高度时进行。由于可以预期的是，焊接工艺需要比滑模施工工艺更长的时间，因此最好使外部支承结构壁元件的滑模施工或者升模施工的起始延迟，直到薄钢板的焊接工艺基本上完成。应该理解的是，由于这种中断(stop)将需要中断连接(stop-joint)，因此应该避免在这种固结工艺中的任何中断。
根据实施例，上述内壁结构支承元件由配筋混凝土制成。然而，应该理解，所述部分可以由不同的材料制成，如承载木结构形式。
此外，应该注意的是，该箱可具有除了结合附图示出和描述的圆形以外的不同截面形状。
在储存流体不是低温的情况下，可不需要外部箱16。该箱也可具有除了圆筒形以外的其它的几何形状。
在本说明书中所指的混凝土可包括配筋(传统非预加应力)混凝土、预应力和/或后加拉力混凝土。此外多轴预应力混凝土也包括在本定义中。
在公开的实施例中，示出了用于低温流体储存的圆筒形箱。然而，应该理解的是，该箱可用于其它种类流体的储存，如被阻止泄漏到外界环境的对环境有害的流体、暴露于压力的流体和/或经受高温的流体。
此外应该注意，发明不局限于具有圆筒形状的箱。该箱可以是任何适当的形状。
此外，该箱可不仅用于流体的储存。根据本发明的箱也可用作实现处理和/或进行反应的场所。
在该流体密封壁元件竖直部和对应基板之间的连接可具有阻止该连接破裂或者断开的任何适当的形状。
根据描述实施例的该流体密封壁元件26可由镍-钢或者若干金属合金制成。然而，应当指出，可以采用任何适当类型的材料。然而重要的是，选择的材料应是延性材料并流体密封，并由能承受储存在该箱内流体的材料制成。
在公开的实施例中，该箱由两个同心地布置的分开箱制成。应该注意的是，发明不局限于两个同心箱，而可以如单个箱那样形成。绝热需要取决于预定的用途和要储存流体的温度和/或周围温度。
实施例示出了大型箱。但例如小至30m3的较小容积也是合适的。
此外，该实施例公开了具有由混凝土制成的内外壁元件24，25。需要注意的是，所述两个壁元件中至少一个可由不同的材料形成，这些材料例如包括木材。
参考数字列表
10自立式箱
11内部流体密封箱
12基板
13用于该内部流体密封箱的基础
14竖直箱壁
15上顶部
16外部箱
17在外部箱的基板
18在外部箱的圆筒壁
19圆顶状罩
20绝热体
21用于该内部箱壁支承的环形基板
22形成该内部箱基础的木制横梁
23在该内部箱24基板的流体密封隔离物
24该内部箱壁的内结构支承壁元件
25该内部箱壁的外结构支承壁元件
26在该内部箱壁的中间流体密封隔离物
27布置在该内部箱壁下端的钢板
28下部、内、竖直、环状的钢板
29下部、外、竖直、环状的钢板
30膨胀接头
31锚定装置
32流体密封、连续焊接缝

Claims (18)

1.用于储存低温流体的箱，包括具有基板(12)和竖直壁(14)的箱(11)，其优选还包括上顶部(15)，箱(11)具有阻止储存流体从箱(11)中流出的流体密封隔离物(26)，所述流体密封隔离物(26)优选由薄的、结合的金属板形成，其特征在于，竖直壁(14)包括内结构支承壁元件(24)和外结构支承壁元件(25)，并且流体密封隔离物(26)布置在内、外结构支承壁元件(24，25)之间，所述结构支承壁元件(24，25)和中间流体密封隔离物(26)一起形成紧凑、一体结构以及流体密封的壁(14)。
2.如权利要求1的箱，其特征在于，所述内结构支承壁元件(24)由多轴预应力混凝土形成。
3.如权利要求1的箱，其特征在于，所述外结构支承壁元件(25)由多轴预应力混凝土形成。
4.如权利要求1的箱，其特征在于，所述中间流体密封隔离物(26)由例如镍-钢的延性材料形成。
5.如权利要求1的箱，其特征在于，所述中间流体密封隔离物(26)由例如结合金属板形成。
6.如权利要求5的箱，其特征在于，所述金属板边缘向上弯曲并折叠。
7.如权利要求5或6的箱，其特征在于，所述金属板边缘焊合在一起。
8.如权利要求9的箱，其特征在于，所述金属板边缘彼此部分地重叠并胶合一起，或者被压在一起以形成紧密膜板。
9.如权利要求1-8的箱，其中所述箱(11)具有由金属形成的流体密封基板(23)，所述基板(23)可运动地搁靠在支承件(21、22)上，并且所述竖直壁(14)由混凝土制成，其特征在于，所述竖直壁元件(14)的下端在水平金属板(27)终止，并且内竖直钢板(29)和外竖直钢板(28)沿着所述竖直壁(14)的内、外圆周延伸，所述竖直钢板(28、29)焊在所述水平基板(27)上。
10.如权利要求9的箱，其特征在于，所述水平基板(27)和所述竖直板(28，29)与所述竖直混凝土壁的下部一起形成整体单元。
11.如权利要求9或者10的箱，其特征在于，膜板(26)的下端焊在所述水平钢板(27)上，在所述水平流体密封隔离物(23)和所述竖直流体密封隔离物(26)之间形成紧密接合。
12.如权利要求1的箱，其特征在于，所述内结构支承结构壁元件(24)由木材形成。
13.如权利要求1的箱，其特征在于，所述外结构支承壁元件(25)由木材形成。
14.如权利要求1的箱，其特征在于，所述中间流体密封隔离物(26)由塑料材料片沿着它们的边缘焊合形成。
15.用于建造流体储存的流体密封箱(11)的方法，包括基部(12)、混凝土竖直壁部(14)，以及优选还包括上顶部(15)，所述基部(12)首先建造，在其上面建造所述竖直壁部(14)，优选利用滑模施工或升模施工，其特征在于，所述竖直壁(14)包括内结构支承壁元件(24)、外结构支承壁元件(25)和中间流体密封隔离物(26)，它们一起形成紧凑结构支承的流体密封壁元件(14)，所述竖直壁(14)至少部分被增强和固结，借此所述流体密封隔离物(26)布置在固结的内结构支承壁元件(24)的外部，借此所述外结构支承壁结构(25)被增强和固结。
16.如权利要求15的方法，其特征在于，所述壁的下部(14)竖立在基板上，所述下部(14)包括钢基板(27)以及沿着所述壁下部(14)的内、外圆周延伸并焊合在水平基板(27)上的内钢板(29)和外钢板(28)，钢板形式的所述流体密封膜板(26)的下端也焊在所述水平基板(27)上，借此所述壁部分被增强和固结。
17.如权利要求16的箱，其特征在于，在开始所述中间流体密封隔离物(26)安装过程之前，所述内结构支承壁元件(24)被竖立至少部分达到一定高度。
18.如权利要求17的箱，其特征在于，在所述外结构支承壁(25)增强和固结过程开始以前，所述中间流体密封隔离物(26)被安装至少达到一定高度。
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