DE1815242A1 - Lagertank fuer bei tiefer Temperatur verfluessigtes Gas - Google Patents

Lagertank fuer bei tiefer Temperatur verfluessigtes Gas

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DE1815242A1 DE19681815242 DE1815242A DE1815242A1 DE 1815242 A1 DE1815242 A1 DE 1815242A1 DE 19681815242 DE19681815242 DE 19681815242 DE 1815242 A DE1815242 A DE 1815242A DE 1815242 A1 DE1815242 A1 DE 1815242A1
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Description

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BRIDGESTONE IiIQuElIED PETROLEUM GAS COMPANY LIMITED, No. 2,1-Chome, Kyobashi, Chuo-Ku, Tokyo, Japan
Lagertank für bei tiefer Temperatur verflüssigtes Gas
Die Erfindung betrifft Tanks zum Lagern oder Speichern von bei tiefer Temperatur verflüssigtem Gas wie tieftemperiertes verflüssigtes Naturgas, tieftemperiertes verflüssigtes Petroleumgas usw. und insbesondere einen verbesserten Dünnfilm-Tanktyp,
Ein Dünnfilm-Tank besteht aus einem äusseren Behälter mit einer starren festen Konstruktion, einer wärmeisolierenden Schicht, die einen geeigneten Druekwiderstand aufweist und ■ an der inneren Seite des äusseren Behälters vorgesehen ist, und aus einem inneren Behälter mit einer Konstruktion aus dünnem ffilm, der sich innerhalb der wärmeisolierenden Schicht befindet, wobei der innere Behälter nur dafür sorgt ein Auslaufen des verflüssigten Gases zu verhindern, und bei dem das Gewicht oder die Last des verflüssigten Gases von dar wärmeisolierenden Schicht aufgefangen und durch den fasten äusaeren Behälter getragen wird, Ein solcher innerer Behälter kommt mit dem tief temperierten verflüssigten Cfaa in Berührung; so daß es aus einem g&g°^ tiefe Temperaturen widern band unfähigem Material hergestellt werden muß, day teuer Lato Ba jedoch die Dicks clss inneren. .Behältern baä.w, cisaaan v/anduug klein iat, kann dieser in einer billigeren V/eise hergea ball., werden*
BAD ORIGINAL
Der innere Behälter des Dünnfilm-Tanks zieht sich jedoch nicht nur zusammen, wenn er dem tieftemperierten verflüssigten Gas ausgesetzt wird, sondern wird ebenso gedehnt, wenn er dsr Last ausgesetzt wird, die von dem tieftemperierten verflüssigten Gas herrührt, und wenn er in enge Anlage oder Berührung mit der wärmeisolierenden Schicht gebracht wird. In diesem Fall ist es nicht wünschenswert, daß die Dehnung des inneren Behälters über die Elastizitätsgrenze des Materials hinaus geht. Um eine solche Überdehnung zu vermeiden, kann ein Mechanismus vorgesehen werden, um ein Ausdehnen und ein Zusammenziehen des inneren Behälters zu ermöglichen. Dieser Mechanismus bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß die Konstruktion des inneren Behälters schwierig und aufwendig wird, überdies kann der innere Behälter, der aus dem dünnen Film hergestellt ist, nicht seine Form beibehalten und muß daher an verschiedenen Punkten von der wärmeisolierenden Schicht gehaltert werden. Diese Halterstellen sollen eine freie Bewegung des inneren Behälters verhindern, mit dem Ergebnis, daß sich im Inneren gefährliche Spannungen ergeben.
Ein wesentlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung richtet sich darauf, einen besseren Dünnfilm-Tank zu schaffen und insbesondere einen inneren Behälter dieses Tanks, der die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.
Y/eitera Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Auaführungabeispielen unter· Hinweis auf die Zeichnungen, In dieser zeigt?
PIg3 1 eine Längss.qhnittdars teilung eines Tanks
zum Speichern oder. Lagern von tieftemperiertasi verflüssigtem Gas. nach der vorliegenden Erfindung ι
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fi§; 2 eine ScMittäärstellung des ^üe'rsölinitts , - . . der ^richtung lh Pig; i|
P'ig; 3 eine scHekätisÜiife Darstellung der ffecnseibezifeiiühg zwisc&eh den Abmessungen eines inneren Behalte1 rs und den Abmessungen feiiifes äüssei-eii ÖIHälters|
figi i feiii'e :Queföbiiiiit-fcs-S"ciiiiiitääi?sieilüiig züi? Verahsblmüliclmiig "dfer Wiriniiigswbise dfeis Tanks iikch "d'ei· j?ig; 1}
B1Ig;; 5 eine vergrbBerte Ansi'ckt eines Teiles (H deir in Pig. 4 strichpunktiert angezeigt ist, und
Pig. Bit - 6D vergrößerie DärsteÜüngehj um die
unterschiedlichen Lagen üiid Wirkungsweise des inneren Sehäiters 2U veriahschaulichen, der aus einer leicht geweilten Kammer nach der vorliegenden Erfindung besteHt.
In Fig; ί ist mit 1 eine Deckplatte eines äüsseren Behälters bezeichnet, 2 "bezeichnet eine Seitenwand und 3 eine Bodenplatte dieses Behälters. Mit 4 ist eine wärmeisolierende Schicht bezeichnet, die einen geeigneten Druckwiderstahd besitzt, mit 5 eine Deckplatte eines inneren Behälters, und 6 bezeichnet die Seitenwand und 7 eine Bodenplatte dieses inneren Behälters.
Nach der vorliegenden Erfindung bestellt der innere Behälter aus einem dünnen PiIm und ist so konstruiert, daß das Gewicht oder die Last des bei tiefer Temperatur verflüssigten Öases, das in den inneren Behälter gefüllt wurde, von der wärmeisolierenden Schicht 4 aufgefangen und auf den äusseren Behälter übertragen wird. Die in der Zeichnung dargestellte
"" — nrfWÄ7T5TÖ~~~ ÖAO ORfQtNAi
Ausführungsform zeigt einen inneren Behälteri der aus einem dünnen Film besteht und so konstruiert ist, daß er an seiner Deckplatte 5 "befestigt ist, und zwar an den äusseren Behälter, inclusive der wärmeisolierenden Schicht 4, während die verbleibenden !Peile des inneren Behälters, nicht an den äusseren Behälter befestigt sind.
Der innere Behälter wird auf diese Weise dann deformiert, wenn er dem Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt wird. Diese Deformierung des inneren Behälters erfolgt aufgrund einer sogenannten Membrankraft, die sich durch den dünnen ^iIm fortpflanzt. In einer Längsschnitt ebene durch den inneren Behälter bewegt sich die Membrankraft gegen diesen Teil des inneren Behälters, der in weniger großem Ausmaß dem Gewicht ausgesetzt ist, das sich aufgrund des tieftemperierten verflüssigten Gases ergibt. Als Ergebnis konzentrieren sich die Deformationen an einem Schulterabschnitt der Deckplatte 5» wo kein Flüssigkeitsgewicht wirkt, und die Membrankraft, die auf den inneren Behälter in seiner Längsrichtung wirkt, löst sich auf oder verschwindet. In einer Horizontalschnittebene des inneren Behälters wird das Gewicht, das sich aufgrund des tieftemperierten verflüssigten Gases ergibt, jedoch gleichmässig verteilt und es stellen sich damit gleichförmige und einheitliche
ein
Ringkräfte/. Diese Ringkräfte, die auf den inneren Behälter in horizontaler Richtung wirken, sollen nun im folgenden beschrieben werden.
Wenn die Abinasse des inneren Behälters bei Raumtemperatur gleich den Abmassen des äusseren Behälters gemacht werden, zieht sich der innere Behälter zusammen, wenn er dem tieftemperierten verflüssigten Gas ausgesetzt wird, während der äussere Behälter dem tieftemperierten verflüssigten Gas nicht ausgesetzt ist, so daß er dadurch auch nicht deformiert
1098 24/0520
BAD
wird, wodurch sich zwischen dem inneren und dem äusseren Behälter ein Spalt ergibt. Dadurch wird der innere Behälter Zugspannungen ausgesetzt, die sich aus den Singkräften (hoop force) ergeben.
Wenn allgemein von einem dünnen I1Um aus Metallen wie Stahl, Aluminium usw. als Konstruktionsmaterial für den inneren Behälter Gebrauch gemacht wird, so muß sich der innere Behälter über seine. Elastizitätsgrenze ausdehnen, damit der Spalt geschlossen wird, der sich ergibt, wenn das Material dem. tieftemperierten verflüssigten Gas ausgesetzt wird, das eine Temperatur von weniger als ca. -40° C aufweist»."
Auf diese Weise ergibt sich bei der oben erwähnten Auslegung, daß wenn die Abmessungen des inneren Behälters bei Eaumtemperatur gleich den Abmessungen des äusseren Behälters gewählt werdeny sich beträchtliche konstruktive Nachteile einstellen, daß also der innere Behälter im Inneren eine
entsprechend
Spannung erzeugt, die/über der Elastizitätsgrenze liegt.
Beim vorliegenden Tank werden die Abmaße des inneren Behälters bei Eaumtemperatur größer ala die Abmaße des äusseren Behälters gewählt, um obigem Nachteil zu begegnen.
Grundsätzlich soll der innere Tank, der aus dem Dünnfilm-Tank besteht, die Porm eines flüssigkeitsdichten Beutels aufweisen. Es ist wünschenswert., daß sich in einem solchen flüssigkeitsdichten Beutel keine Spannungan ergeben., selbst wenn dieser dem Gewicht von tieftemperiertem verflüssigtem Gas ausgesetzt wird.
In Figur 3 ist die Wechselbeziehung zwischen den Abmessungen des inneren Behälters und den Abmessungen, des äusseren Be-—- - --^^^-^-^-^-^^ _
8ADOWGfNAL
hälters veranschaulicht, wenn F eine Stelle bezeichnet, bei der keine Spannung ausgeübt wird, und es lässt sich folgende Beziehung durch folgende Gleichung aufstellen:
Hierin ist
(V) die Abmasse des inneren Behälters bei Raumtemperatur, die so ausgelegt sind, daß keine Spannung auf diesen ausgeübt wird, wenn der Behälter dem Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt wird,
(2) die Abmasse des äusseren Behälters,
(3) die thermische Kontraktionsstrecke des inneren Behälters, und
(4) der Deformationsgrad oder die Strecke des äusseren Behälters, wenn dieser der Last des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt wird.
Es isb erforderlich die Ausmaße und Abmessungen des inneren Behälters größer als diejenigen des äusseren Behälters zu wählen, wobei der Kontraktionsgrad des inneren Behälters und der Deformatj-onsgrad des äusseren Behälters in Betracht gezogen werden , wenn sie dem Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt werden, In der Praxis ist es ,jedoch meistens unmöglich, die Abmessungen des inneren und äusseren Behälters in Übereinstimmung zu bringen und zwar bei dem oben erwähnten spannungslosen Punkt ]?, was sich aufgrund der konstruktiven Durchbildung und Arbeitsgenauigkeii^ verschiedene Arten von Ringspannungen (hoop force) treten auf, was davon abhängt, ob die Abmessungen des
_ __ 1 ü 3 WlTi 0 5 2 0 ~ "
inneren Behälters kleiner oder größer als die Masse entsprechend dem spaniutfigslosen Punkt lj/ΓEs ergibt sich folgendes :
1. Es treten Zugspannungen auf, die auf den inneren Behälter wirken, wenn dessen Abmasse kleiner als die Maße entsprechend dem spannungslosen Punkt F sind,
2. es entstehen Druckspannungen, die auf den inneren Behälter wirken, wenn seine Abmaße etwas größer als die Abmaße entsprechend des spannungslosen Punktes F sind, und
3* es treten druckmässige Biegespannungen auf, die auf den inneren Behälter wirken, wenn dessen Abmasse beträchtlich größer als die entsprechenden des' spannungslosen Punktes F sind.
Wenn Zugspannungen und Druckspannungen auf den inneren Behälter wirken, wie dies in den zuvor erwähnten Fällen 1 und 2 der Fall ist, so beträgt die zulässige Materialspannung ca. 0,2 io von der Gestalt des inneren Behälters innerhalb der Elastizitätsgrenze, der aus Stahl, Aluminium usw. hergestellt ist. Wenn diese Materialspannung größer als ca. 0,2 °/o wird, erfolgt' eine plastische Verformung des inneren Behälters. Um eine solche plastische Verformung des inneren Behälters zu vermeiden, ist es erforderlich die Genauigkeit der konstruktiven Durchbildung und die Bearbeitung besser als 0,2 fo vorzunehmen. Wie jedoch zuvor erwähnt wurde, ist es äusserst-schwierig, die Ausführung und die Bearbeitung mit einer Genauigkeit besser als 0,2 $ auszuführen. '
109824/0520 BAD ORIGINAL
Wenn allgemein der innere Behälter aus dünnem Ulm eine geschweißte Konstruktion aufweist, muß der Film eine ziemliche Dicke aufweisen und besitzt damit eine bestimmte Biegesteifigkeit. Wenn daher die Abmasse des inneren Behälters beträchtlich größer als die dem spannungslosen Punkt F entsprechenden gewählt werden, wie zuvor unter Fall 3 angeführt wurde, dann ist der überragende Teil bzw. der darüberragende Teil des inneren Behälters, der größer als die Maße am spannungslosen Punkt F ist, verbogen oder wellig und bildet gleichmassige Wellen, wie dies in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, wenn der innere Behälter dem tieftemperierten verflüssigten Gas ausgesetzt wird.
Die Form und Zahl dieser Wellen werden durch die Abmasse des inneren,Behälters, das Abmaß des Überragens des inneren Behälters, das größer als das des spannungslosen Punktes F ist, dem Elastizitätsmodul des Films, der Dicke des Films, dem Elastizitätsmodul der wärmeisolierenden Schicht bestimmt, wobei letztere Schicht in geeigneter Weise den inneren Behälter abstützt und das Gewicht des tieftemperierten verflüssjgben Gases aufnimmt.
Die Zahl dieser Wellen ändert sich in Abhängigkeit mit dem Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases. Wenn diese Last zunimmt, so werden jede dieser Wellen kleiner und die Zahl der Wellen erhöht sich somit.
Die Last, die auf diese Wellen wirkt, drückt auf eine gekrümmte Welle, die eine Länge L aufweist und an beiden Enden J und K jeder Welle einen Gegendruck erfährt, wie in Figur 5 gezeigt.
TO 9 8 2 4 / 0 5 2 0
Auf diese Weise wird das' Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases von der gekrümmten Welle aufgenommen, so daß die zulässige überstehende Länge des inneren Behälters, die größer ist als die entsprechenden Maße am spannungslosen Punkt I^ von der Widerstandsfähigkeit oder -kraft (strenght) der gekrümmten Welle abhängig ist. Der Grad des Längenübermaßes des inneren Behälters hängt von den oben erwähnten verschiedenen Bedingungen ab und ist entsprechend größer als die zulässige Materialspannung des inneren Behälters ausgelegt, die auftritt, wenn der innere Behälter Zugspannungen und Druckspannungen ausgesetzt wird, wie dies unter Hinweis auf die zuvor erwähnten Fälle 1 und 2 beschrieben wurde. Insbesondere, wenn die tragenden Punkte J und K auf einer elastischen wärmeisolierenden Schioht aufliegen, die einen vergleichsweise kleinen Elastizitätsmodul (young modul) aufweist, werden die Druckbiegespannungen (compressive bending) stress) oder Knickspannungen relativ klein.
Ein Tank, der z.B. einen inneren Durchmesser von 20 m aufweist und in dem sich ein innerer Behälter aus Aluminiumfilm befindet, dessen Stärke 3 mm beträgt und wobei dieser innere Behälter duroh eine feste steife wärmeisolierende Schicht abgestützt wird, sei als Beispiel angeführt. Das zulässige Verhältnis des Längenübermaßes des inneren Behälters beträgt ungefähr 0,6 °/o des inneren Behälters aus Aluminiumfilm für eine Auslegung oder konstruktive Ausgestaltung innerhalb der .Elastizitätsgrenze, wenn dieser Film dem Gewicht von tieftemperiertem verflüssigtem Gas ausgesetzt wird, und zwar mit einem Druokwert von 0,6 kg/om . ·
Mit anderen V/orten beträgt die zulässige Maberialspannung für den Fall 3 ca. das 3-fache als für die Fälle 1 und 2.
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BAD OWlGtNAL
- ίο -
Wie sioh aus dem vorhergehenden erkennen lässt, so ist es vorzuziehen,die Abmessungen des inneren Behälters etwas größer zu wählen, als die entsprechenden Maße des spannungslosen Punktes F.
Wenn der innere Behälter bei Raumtemperatur in den äusseren Behälter eingebracht ist, so werden selbst im Fall 1 die Abmeßungen des inneren Behälters größer als diejenigen des äusseren Behälters gewählt, so daß in den Fällen 2 und die Abmessungen des inneren Behälters beträchtlich größer als die Abmessungen des äusseren Behälters gewählt werden.
Der Abschnitt des inneren Behälters, der größer als der äussere Behälter ist, bzw. diesen überragt, muß in dem äusseren Behälter als Riffelungen aufgenommen werden und diese Riffelungen sollten verschwinden, wenn der innere Behälter der tiefenTemperatur und der last und dem Gewicht des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt wird. Herkömmliche flexible Anstückungen (couplings) können nicht für den Zweck verwendet werden ein solches Ergebnis und Gegenstand zu erreichen, als wenn man diese Riffelungen verwendet. Es ist vorzuziehen, daß diese Riffelungen gleichmassig verteilt sind und sich elastisch wieder einstellen und zwar auf ihre ureprüngllohe Form ,wenn die Belastung entfernt wird.
Experimentelle Versuohe haben gezeigt, daß die zuvor erwähnten Anforderungen zufriedengestellt werden können, indem man Kammern 6 verwendet, die leicht gewellt sind, wie in Figur 6 gezeigt.
Figur 6A zeigt die Wechselbeziehung zwisohen dem inneren und dem äusaeren Behälter, in denen der Boden jeder Kammer
in Berührung mit dem äusseren Behälter ist, während die Decke jeder Kammer 6 innerhalb des äusseren Behälters gelegen ist. Yfenn der innere Behälter dem tieftemperierten verflüssigten Gas ausgesetzt wird, so zieht sich der innere Behälter zusammen und bewegt sich nach innen und hebt sich vom äusseren Behälter ab, wie dies in Figur 6B dargestellt ist. Zur gleichen Zeit, wenn der innere Behälter der Belastung aufgrund des tieftemperierten verflüssigten Gases ausgesetzt wird, wird der innere Behälter gegen den äusseren Behälter gedrückt, wodurch die Kammern β verschwinden und zu dem oben erwähnten spannungslosen Punkt F gelangen, wie in Figur 60 gezeigt. Wenn die Abmaße des inneren Behälters beträchtlich größer sind als die entsprechenden des spannungslosen Punktes F, dann wird der überschüssige Abschnitt des inneren Behälters, der größer als die Maße des spannungslosen Punktes F ist, in eine Zahl von Wellen ge-faltet, wie in Figur 6D gezeigt. Die Form dieser Wellen hängt nicht von den Kammern ab, die in Figur 6A gezeigt sind, sondern werden von den zuvor erwähnten verschiedenartigen Bedingungen bestimmt.
Während die Erfindung hinsichtlich eines vertikalen zylindrischen Dünnfilm-Tanks beschrieben wurde, so ist es*selbstverständlich, dass die Erfindung ebenso bei rechteckigen Dünnfilm-Tanks in einem Bootsrumpf oder dgl. verwendet werden kann. Überdies wurde die Erfindung hinsichtlich eines inneren Behälters beschrieben, der keine tragenden Stellen in den horizontalen Abschnitten des Behälters aufweist, und die Erfindung kann ebenso für rechteckige Tanks verwendet werden, die jeder in ihrem Zehtrum mit einer Zwischenwand ausgesstattet sind, an die der innere Behälter befestigt ist. Daher ist die Erfindung auch nicht an die ' Formgebung eines Tanks und das Vorhandensein oder Hichtvorhandensein von Lagerstellen oder von Befestigungsstellen
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inneren Tanks in - 12 - Abschnitten 1815242 > abhängig.
horizontalen
des
j Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeich- ! nungen dargestellten Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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Claims (3)

  1. Lagertank für "bei -Yi-
    Patentanspräche     1815242     tiefen Temperaturen - 1. verflüssigtes Gas,
    gekennzeichnet durch die Kombination eines äusseren Behälters mit fester steifer Konstruktion, an den sich nach innen zu eine wärmeisolierende Schicht (4) anschließt, und diese wärmeisolierende Schicht in geeigneter Weise druckwiderstandsfähig ist, ein innerer Behälter in einer dünnen Filmkonstruktion, der in dem äusseren Behälter vorgesehen ist, der innere Behälter weist äussere Abmaße auf, die relativ größer als die inneren Abmaße des äusseren Behälters sind, wodurch die Membran-Materialspannungen, die auf den inneren Behälter wirken, wenn dieser der Belastung durch das tieftemperierte verflüssigte Gas ausgesetzt ist, im wesentlichen auf Null reduziert werden, und ebenso die Druckbiegespannungen im wesentlichen beseitigt werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Behälter leicht gewellte Wellkammern (6) aufweist, die verschwinden, wenn der innere Behälter der Belastung durch das tieftemperierte verflüssigte Gas ausgesetzt wird, wodurch die Membran-Materialspannungen oder dia Druckbiegespannungen., die auf den inneren Behälter wirken, im wesentlichen auf Null reduzierbar sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht einen vergleichsweise kleinen Elastizitätsmodul aufweist, wodurch die Druokbiegespannungen reduzierbar sind»
    4* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dsr innere Behälter eine Deckplatte (5) aufweist, und daß die Verformung des inneren Behälters in d©r Ebene einea
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    vertikalen Schnitts durch den inneren Behälter, durch Schulterabschnitte dieser Deckplatte (5) abgefangen werden, wobei diese Verformung erfolgt, wenn der innere Behälter der Belastung durch das. tieftemperierte verflüssigte Gas ausgesetzt wird.
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DE19681815242 1968-02-06 1968-12-17 Lagertank fuer bei tiefer Temperatur verfluessigtes Gas Pending DE1815242A1 (de)

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GB1202789A (en) 1970-08-19
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FR1595976A (de) 1970-06-15

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