DE2545527A1

DE2545527A1 - Lagertank mit sicherheitswandkonstruktion

Info

Publication number: DE2545527A1
Application number: DE19752545527
Authority: DE
Inventors: Nicolaas Arie Hendriks
Original assignee: Bouwmaatschappij Nederhorst BV
Current assignee: Bouwmaatschappij Nederhorst BV
Priority date: 1975-08-19
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1977-03-03
Also published as: FR2321658B1; AU505318B2; FI762331A; FR2321658A1; GB1493649A; NO762847L; NO142144C; NL7509841A; PT65476B; NL157271B; US4069642A; AU1690776A; NO142144B; SE7609009L; ES450822A1; PT65476A; BE836670A

Description

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Anwaltsakte 26 494

BOUWHAATSCHAPPIJ SEDEBIOEST B. Y.

H. J. ftederhorststraat 1, Gouda - Niederlande

Lagertank mit Sicherheitswandkonstruktion

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagertank für flüssige Stoffe, wie flüssiges Erdgas, Aethylen, Propylen, Ammoniak u. dgl., versehen mit einer Bodenplatte, einem Innentank, einem Aussentank aus Beton und mit Isoliermaterial.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tank dieser Art zu schaffen, der wirtschaftlich gebaut werden kann und insbesondere bei Lagerung gefährlicher Flüssigkeiten, besonders Flüssigkeiten mit extrem niedriger Temperatur, ein hohes Sicherheitsmass gegen Unglücksfälle bietet.

Der erfindungsgemässe Lagertank wird gekennzeichnet durch eine durch ihre Ausführung und ihren Anschluss an und gegen andere Teile des Lagertanks formsteife, vorgespannte Betonwand und eine den Raum zwischen dieser Wand und dem Innentank ausfüllende thermische Isolierung. Hierdurch ist es möglich, Isoliermaterialien mit hervorragender thermischer Isolierung zu verwenden, auf eine Weise, die ihre übrigen Eigenschaften berücksichtigt, wie sich im

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folgenden zeigen wird. Ein thermisches Isoliermaterial, das bei dieser Konstruktion verwendet wird, ist von einem besonderen Polyurethantyp, der von Farbenfabriken Bayer A.G. in Leverkusen hergestellt wird. Dieser Typ behält bei sehr niedriger Temperatur, z.B. -200 C noch einige Elastizität. Im folgenden wird Schaumstoff aus diesem Material der Kürze halber mit "Pur-Schaum" bezeichnet.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Bauen des obengenannten Lagertanks, auf eine solche Weise, dass die bezweckten Eigenschaften optimal und wirtschaftlich erhalten werden.

Zur Erläuterung der Erfindung wird unter Hinweis auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Lagertank in Seitenansicht mit auf der Oberseite und auf der Unterseite einem Teil in Vertikalschnitt;

Fig. 2 den oberen in Fig. 1 in Vertikalschnitt gezeichneten Teil in grb'sserem Massstab;

Fig. 3 den unteren in Fig. 1 in Vertikalsehnitt gezeichneten Teil in grösserem Massstab;

Fig. 4 den in Fig. 3 umkreisten Teil in noch grösserem Massstab und

Fig. 5 den die gestrichelten Linien in Fig. 1 enthaltenden Teil in' einigermassen grösseren Massstab während einer Phase der Herstellung.

Der runde, zylindrische Tank, der in der Zeichnung als Ganzes mit 1 bezeichnet ist, ist gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf Fundamentpfählen 2 gebaut, auf denen die Fundamentplatte oder Bodenplatte 3 aus armiertem Beton ruht. Diese Bodenplatte hat einen niedrigeren Umfangsteil 4» so dass ein zentraler zylindrischer Teil 5 gebildet ist, der durch das untere Ende der

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Wandkonstruktion passend umschlossen wird.

Der die Sicherheitsstärke liefernde Teil dieser Wandkonstruktion, die Sicherheitswand zu nennen, ist ausgebildet als eine in Umfangsrichtung durch Spannkabel 6 vorgespannte Betonwand 7. Die Spannkabel 6 haften nicht an dem Beton, wozu sie in einem besonderen Fett in einer elastischen Umhüllung 8, z.B. ein Kunststoffrohr, angeordnet sind, so dass sie gut gespannt werden können. Die Spannkabel umspannen je einem Teil des Umfangs, sie sind in Umfangsrichtung so zueinander versetzt angeordnet, dass sie sich z.B. über ein Drittel des Umfangs überschneiden.

Die mit den Kabeln 6 über die ganze Umfangslänge der Wand 7 erhaltene Gleichmässigkeit der in der Wand erzeugten Vorspannung trägt dazu bei, dass sich die Wand 7» auch bei den Temperaturschwankungen, die darin auftreten können, als ein formfestes Ganzes benimmt.

Die Wand 7 ruht auf dem Bodenteil 4 über eine Mörtelschicht 9 eines Mörteltyps auf Epoxyharzbasis, sowie auf einigen einzelnen, in Umfangsrichtung in einem Abstand voneinander angeordneten Gummiblöcken 10, die in den Mörtel 9 eingebettet sind.

Auch der verhältnismässig enge Ringraum zwischen dem Unterende der Wand 7 und dem Umfang des zentralen Bodenplattenteils 5 ist mit einer Ringschicht aus ähnlichem Epoxymörtel 9' ausgefüllt.

Die Wand 7 rht während ihrer Herstellung zuerst nur auf den Gummiblöcken 10. Each dem Aufbau wird die Wand 7 horizontal vorgespannt, wodurch sie sich verkürzt. Dabei kann sich die runde Wand 7 nach innen in allen Richtungen frei auf den Gummiblöcken 10 bewegen. Nach der Verformung infolge der horizontalen Vorspannung erfolgt noch während längerer Zeit ein Schrumpfen der Wand 7, die sich dabei noch weiter ix. allen radialen Richtungen nach innen frei auf den Gummiblöcken 10 bewegen kann und dadurch ihren endgültigen Durchmesser erhält. Wenn diese Schrumpfperiode vorüber ist, wenigstens hauptsächlich, wird die Mörtelringschicht 9 angeordnet, vorzugsweise auch die Ringschicht 9¹ und weiter noch-ein Ring 9¹' aus Betonmörtel zur Abrundung des Uebergangs zwischen der Wand 7 und dem Bodenplattenteil 5·

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Kach Härtung des Mörtels 9, 9' und 9'' wird das Unterende der Wand 7 durch Spannkabel 11 vertikal vorgespannt.

Die auf diese Weise aufgebaute, vorgespannte, durch freies Schrumpfen und Kriechen zu ihrem endgültigen Durchmesser gelangte Wand 7 bildet mit der Bodenplatte 3»4,5 ein sehr steifes, formbeständiges Ganzes.

Auf der Innenseite ist die Wand 7 im Hinblick auf ihre Feuchtdurchlässigkeit mit einer feuchtigkeitsabstossenden Kunststoffschicht 12, vorzugsweise vom obenerwähnten Polyurethantyp, verkleidet. Auch die Aussenseite der Wand 7 ist mit einer Schicht 13 aus diesem Kunststoff verkleidet. Die Schicht 12 ist am Unterende mit dem Teil 12' über den Mörtelring 9'¹ und mit dem Teil 12'* über den Bodenplattenteil 5 weitergeführt. Vorzugsweise werden die Schichten 12, 13 vor dem horizontalen Spannen der Betonwand angeordnet, weil das durch das Spannen ausgelöste Schrumpfen und das anschiiessende Kriechen dann in Beton erfolgen, in dem was den Feuchtigkeitsgehalt betrifft ein konstantes Klima herrscht, was für die endgültige Stärke der Wand von grosser Bedeutung ist. Weiter wird durch einen geringen Feuchtigkeitsgehalt ein eventuelles Kaputtfrieren der Wand nach Füllung des Tanks vermieden.

Auf der Verkleidungsschicht 12 ist eine Schaumstoffschicht 14 vom obengenannten Typ angeordnet, der im folgenden Pur-Schaum genannt werden sollte.

Die SchaumstoffSchicht 14 aus diesem Pur-Schaum ist thermisch sehr isolierend und kann einen stark fallenden Temperaturgradienten von aussen nach innen ohne Nachteile aushalten. Sie besitzt bei -200 C noch einige Elastizität, obwohl sie dann wohl vor mechanischen Belastungen und internen Formungsspannungen und späteren Verformungsspannungen möglichst viel bewahrt sein soll. Zu diesem Zweck geht die Schicht 14 an ihrem Unterende über einen durch den Ring 9¹¹ mit der Verkleidung 12' bestimmten, gebogenen oder abgeschrägten Verlauf 15 in einen ringförmigen Bodenteil 16 über, der zur Abschirmung durch eine aufgeschüttete Betonschicht 17 abgedeckt ist.

Der Innentank, der z.B. aus Ni-Stahl oder einer Al-Legierung hergestellt ist, hat eine Wand 18 und einen Boden 19 und ruht über eine Isolierschicht 20 aus

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Schaumglas auf dem zentralen Teil 5 der Bodenplatte, wobei unter der Umfangszone des Bodens 19 noch ein Betonring 21 zwischengefügt ist.

Der Tankboden 19 hat einen etwas grösseren Durchmesser als die Tankwand 18. Ueber dem unter der Tankwand 18 befindlichen Ringteil des Tankbodens 19 ist die Tankwand 18 mit einem Paar Schichten 22 und 23 aus einigermassen elastischem Isoliermaterial, wie Steinwolle, verkleidet. Der Raum zwischen der Aussenschicht 23 und der Schaumstoffschicht 14 ist mit Perlitisoliermaterial 24 ausgefüllt.

Aenderungen des Durchmessers der Tankwand 18, die beim Pullen des fertigen Lagertanks 1 mit einem ultrakalten Stoff auftreten können, werden im wesentlichen durch die Elastizität der Verkleidungsschichten 22 und 23 ausgeglichen.

Die vollständige Ausfüllung des Raums zwischen der Tankwand 18 und der Sicherheitswand 7 verhindert, dass die Flüssigkeit bei Rissbild¹ ng in der Tankwand 18 durch diesen Riss in den Raum zwischen beiden Wänden strömen kann, was im Innentank 18, 19, der einen Inhalt von zehntausenden Kubikmetern haben kann, Wellenbewegungen bewirken würde, durch die sehr grosse dynamische Kräfte frei werden würden. Die Füllung des Raums zwischen diesen Wänden mit dem genannten Isoliermaterial vermeidet solche Ereignisse und dient ausser für Isolierung auch für Bewahrung der Schaumstoffschicht 12 vor mechanischen Belastungen.

Vorgespannter Beton, wie der der Wand 7, hat bei extrem niedrigen Temperaturen eine grössere Stärke als bei höheren Temperaturen. Gegen durch einen zu steil verlaufenden Temperaturgradienten ausgelöste Spannungen ist er aber schlecht beständig. Bei Lagerung der eine sehr niedrige Temperatur mit sich bringenden Flüssigkeiten, wie -160 C bei flüssigem Erdgas, hat die Schaumstoffschicht 12 aus besonderem Material den Vorteil, dass diese die Wand 7 ausreichend gegen zu niedrige Temperatur isoliert und dadurch eine zu grosse Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Aussenwand vermeidet, während die Schicht 12 selber einen steilen Temperaturgradienten vertragen kann. Die Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und der Aussenseite der Betonwand 7 kann, ausgehend von -162 C des

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Tankinhalts und einer durchschnittlichen atmosphärischen Aussentemperatur, ca. 40 C betragen.

Zur Vergrösserung der Steifigkeit und der Formbeständigkeit der Konstruktion kann ein aussenliegender Zentrierring auf der Bodenplatte angewendet werden, der in der Zeichnung mit gestrichelten Linien und der Bezugsziffer 25 angegeben ist. Dabei können entsprechende Massnahmen getroffen werden gegen Verformung und mechanische Belastung des Pur-Schaums oder ähnlichen Materials.

Auf der Oberseite ist der gezeichnete Lagertank mit einem gewölbten Stahldach 26 versehen, an dem über Hängemittel 27 und Profile 28,29 eine Glasschaumdecke 30 hängt. Zwischen dem Glasschaum 30 und dem Isoliermaterial 24 ist eine hölzerne Trennwand 31 vorgesehen.

Beim Aμfbau wird das Gewölbedach, innerhalb der schon geschütteten Betonwand auf der Bodenplatte ruhend, mit einigem Spiel innerhalb der Wand 7 passend zusammengesetzt. Danach wird Luft mit einigen atü unter das Gewölbedach eingeblasen, wodurch sich das Gewölbedach 26 hebt. Dabei kommt es mit dem sich schräg aufwärts erstreckenden Schenkel 32 des Ringprofils 33 in Berührung, das mit seinem vertikalen Schenkel 34 innerhalb oder ausserhalb des in den Beton der Wand 7 eingebetteten, dünnwandigen Ringes 35 noch auf der Wand 7 ruht, und nimmt das Ringprofil 33 bis zur bestimmungslage mit nach oben. Das Gewölbedach 26, das Ringprofil 33 und der Ring 35 werden dann bei 36 bzw. 37, z.B. durch Schweissen, zu einem Ganzen vereinigt.

Nachdem das Gewölbedach und die Decke auf ihrem Platz angeordnet sind, werden der stählerne Innentank 18, 19 und die verschiedenen obengenannten Schichten aus thermischem Isoliermaterial angeordnet. Diese Arbeitsperidde, die z.B. drei Monate in Anspruch nehmen kann, fällt im wesentlichen mit der Periode zusammen, in der das Schrumpfen des Betons der Wand 7 erfolgt.

Für die Zufuhr von Material und Hilfsmitteln, wie ein Hebekran, wird beim Aufbau der Wand 7 eine Zugangs- oder Arbeitsöffnung darin ausgespart. Diese wird beim pneumatischen Heben des Gewölbedachs zeitweilig mit Platten

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verschlossen und, nachdem die Arbeit im Tankinneren abgeschlossen ist, endgültig mit Beton ausgefüllt, der danach auch vorgespannt wird.

In Fig. 1 ist der Umfang der Arbeitsöffnung 40 mit der gestrichelten Linie 41 angegeben. Die vertikale Mittellinie der Arbeitsb'ffnung liegt bündig mit einer der Spannrippen 42, von denen im gezeichneten Ausführungsbeispiel Tier angewendet sind. In Fig. 5 sind die strichpunktierten Spannkabel, soweit sie sich über der Arbeitsb'ffnung befinden, mit 43 und 44 bezeichnet, und die Spannkabel, die sich in Richtung einer der vertikalen Seiten der Oeffnung 40 erstrecken, mit 45 und 46. Die Angriffspunkte der Reaktionskräfte der eingelegten Spannkräfte sind mit Pfeilspitzen 47 bezeichnet. V/enn die Oeffnung 40 endgültig verschlossen wird, werden zuerst an den Spannkabeln 45 und 46 mittels nicht dargestellter Kupplungsteile Verlängerungskabel mit zugehörenden Hülsen 8 angeordnet; ebenfalls können die in dieser Zone erforderlichen Spannkabel 11 angeordnet werden. Die Oeffnung 40 wird uann vollgeschüttet, wobei die betreffende Spannrippe 42 auch, verlängert wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Nach Aushärtung des eingeschütteten Betons werden Angriffspunkte der Reaktions— kräfte der Spannkräfte in den Kabeln 45 und 46 auf die verlängerte Spannrippe 42 übertragen. Bevor schliesslich die vertikalen Kabel 11 verspannt werden, kann man eine Schrumpf- und Kriechperiode für den Beton in der früheren Oeffnung 40 einschalten.

Im vorigen sind einige Hauptsachen der Konstruktion eines erfindungsgemässen Lagertanks und des erfindungsgemässen Verfahrens zum Aufbauen eines solchen Lagertanks beschrieben.

Ohne den Rahmen des Erfindungsgedankens zu verlassen sind Abweichungen von diesen Hauptsachen möglich.

Durch Anwendung dieser Hauptsachen erhält man nicht nur einen Schutz gegen Gefahr von aussen her, sondern auch gegen etwaiges Versagen dee Innentanks. Wie Versuche nachgewiesen haben, bleibt die Aussenwandkonstruktion mit dem Anschluss an die Bodenplatte bei plötzlicher Belastung mit flüssigem Stickstoff von -192 C flüssigkeitsdicht. Hierdurch kann bei Zusammenbruch des

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Innentanks dessen Inhalt nicht ins Freie gelangen, auch nicht durch Verdampfung, da die sich auf der Eetonaussenwand abstützende Dachkonstruktion vom Imentank unabhängig ist.

Auch kann die Flüssigkeit durch eine hier nicht beschriebene besondere Ausführung der Bodenisolierung nicht das Fundament oder die Bodenplattenkonstruktion erreichen.

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Claims

A I. S F R U E C H E:

Lagertank für flüssige Stoffe, wie flüssiges Erdgas, Aethylen, Propylen, Ammoniak u.dgl., versehen mit einer Bodenplatte, einem Innentank, einem Aussentank aus Beton und mit Isoliermaterial, gekennzeichnet durch eine durch ihre Ausführung und ihren Anschluss an und gegen andere Teile des Lagertanks formsteiff!, vorgespannte Betonwand und eine den Raun zwischen dieser Wand und dec. Sanentank ausfüllende thermische Isolierung.
2. Lagertank r.&ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgespannte Betonwand, gegebenenfalls unter Zwischenfügung einer dünnen anderen Verkleidungsschicht, mit einer Isolierschicht aus Schaumstoff von einem Polyurethantyp verkleidet ist.
3· Lagertank nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgespannte Betonwand auf der Innen- und der Aussenseite verkleidet ist mit einer feuchtigkeitsabstossenden, dünnen Verkleidungsschicht mit unmittelbarem Haft am Beton der Wand, vorzugsweise mit einer Schicht von einem Polyurethantyp.
4. Lagertank nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Innenseite der Betonwand angeordnete Schaumstoffschicht vom Polyurethantyp an ihrem Unterende in eine ringförmige, horizontale Schicht aus diesem Stoff übergeht.
5. Lagertank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Uebergang der Schaumstoffschicht von horizontal nach vertikal im Schnitt gesehen allmählich verläuft.
6. Lagertank nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Schäumstoffschicht durch eine ringförmige, aufgeschüttete Betonschicht abgedeckt ist.
7· Lagertank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterende der vorgespannten Betonwand eine zylindrische Erhöhung der Bodenplatte,

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gegebenenfalls mit zwischengefügtem Abdichtungsmaterial, eng umschliesst.
8. Lagertank nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterende der vorgespannten Betonwand durch eine zylindrische Erhöhung der Bodenplatte, gegebenenfalls mit zwischengefügtem Abdichtungsmaterial eng umschlossen ist.
9· Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgespannte Betonwand über einen Mörtel vom Epoxyharztyp auf der Bodenplatte ruht.
10. Lagertank nach einem der Ansprüche 7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Unterende der Betonwand und der Innerhalb dieser, gegebenenfalls ausserhalb dieser liegenden Erhöhung der Bodenplatte ein Mörtel vom Epoxyharztyp angeordnet ist.
11. Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung vorgespannte Betonwand in vertikaler Richtung mit der Bodenplatte verspannt ist.
12. Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonwand in Umfangsrichtung mit Spannkabeln ohne Haft am Beton vorgespannt ist.
13· Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vorgespannten Betonwand und dem Innentank Isoliermaterial von einem Perlittyp vorgesehen ist.
14. Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Iimentank mit wenigstens einer Schicht aus elastischem Isoliermaterial, z.B. Steinwolle, umkleidet ist.
15· Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innentank über eine Schaumschicht, z.B. Schaumglas, auf der Bodenplatte ruht.

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16. Lagertank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkonstruktion unabhängig vom Innentank auf der vorgespannten ruht.
17· Verfahren zur Herstellung eines Lagertanks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonaussenwand nach horizontaler Vorspannung, der dabei auftretenden Verformung und dem darauffolgenden Schrumpfen und Kriechen vertikal rait der Bodenplatte vorgespannt wird. TS.
Verfahren nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass man die Betonaussenwand während des Schrumpfens und des Kriechens auf Materialblocken ruhen lässt, die eine radiale, freie Bewegung der Betonwand zulassen.
19» Verfahren zur Herstellung eines Lagertanks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Zugangsöffnung in der Betonaus senw^nd ausspart und nachher durch Betonschütten abdichtet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass man die Betonaussenwand über der unter einer vertikalen Spannrippe befindlichen Zugangsöffnung horizontal vorspannt und diese Wand in der Höhenzone der Zugangsöffnung bis zu dieser Oeffnung vorspannt, und die horizontale Vorspannung der Aussenwand nach dem Schütten des Abdichtungsbetons zum Abdichten der Zugangsöffnung im geschütteten und ausgehärteten Abdichtungsbeton mittels einer Verlängerung der genannten Spannrippe weiterführt.
21. Verfahren zur Herstellung eines Lagertanks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man innerhalb der vorher aufgeführten Betonaussenwand die Dachkonstruktion aufbaut und diese dann pneumatisch hochhebt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dachkonstruktion mit einem auf dem Oberende der Betonaussenwand ruhenden Ring in Berührung bringt, diesen mit hochheben lässt und dann die Dachkonstruktion über diesen Ring an der Betonaussenwand fixiert.
23. Lagertank, erhalten durch Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17-22.

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