RU2812529C1 - Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред - Google Patents
Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812529C1 RU2812529C1 RU2023120545A RU2023120545A RU2812529C1 RU 2812529 C1 RU2812529 C1 RU 2812529C1 RU 2023120545 A RU2023120545 A RU 2023120545A RU 2023120545 A RU2023120545 A RU 2023120545A RU 2812529 C1 RU2812529 C1 RU 2812529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stiffening ribs
- walls
- container
- tank
- vessel
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 11
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 3
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims description 2
- 238000009755 vacuum infusion Methods 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 5
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к резервуару для хранения криогенных текучих сред, например сжиженного природного газа, выполненному в виде полой емкости, имеющей стенки. Согласно изобретению стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости. Стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим. Ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом. Достигаемый технический результат - создание легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к резервуарам для хранения криогенных текучих сред, например, сжиженного природного газа, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки.
Уровень техники
В настоящее время существует множество резервуаров для стационарного хранения криогенных текучих сред. Так известен из уровня техники резервуар для стационарного хранения криогенных текучих, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, см. описание патента РФ №2379577, опубликован в 2010 г.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип. Таким образом, предлагаемое в данном описании устройство будет описано в терминах отличий от прототипа.
Недостатком прототипа является то, что стенки емкости выполнены из металла. Это приводит к тому, что резервуар имеет избыточный вес. Кроме того, обеспечение его герметичности является сложной, трудоёмкой, дорогой задачей. Еще недостатком является то, что сопряжение металлического контейнера и теплоизоляции обладает большим различием в коэффициентах термического линейного расширения. Поэтому применяются сложные решения, компенсирующие разницу теплового «дыхания» различных слоёв конструкций.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, позволяющую обеспечить возможность создания легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели, стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости, кроме того стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим, при этом ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность создания резервуара без металлических частей. Так как во всех известных решениях есть внутренний металлический контейнер (барьер), выполняющий функцию газонепроницаемой мембраны, и обеспечение его герметичности является сложной, трудоёмкой, дорогой задачей, то важным преимуществом предлагаемого решения является то, что такой проблемы просто нет. Композитная мембрана сразу покрыта слоем теплоизоляции.
Вторая сложность всех существующих решений - это сопряжение металлического контейнера и теплоизоляции. Они обладают большим различием в коэффициентах термического линейного расширения. Поэтому применяются сложные решения, компенсирующие разницу теплового «дыхания» различных слоёв конструкций. В нашем случае разница КТЛР очень мала и компенсируется пластичностью, наклеенного слоя теплоизоляционной пены.
При этом прочность резервуара обеспечивается указанными ребрами жесткости. Поверхности резервуара воспринимают статическую нагрузку от хранимых сжиженных газов, от давления их паров на грани ёмкости, от монтажных и транспортных нагрузок, от веса самой ёмкости.
С точки зрения техники существенно, что впервые предлагается резервуар из композитного материала, который обеспечивает газовую непроницаемость. Это позволяет создавать ёмкости без металлических внутренних газонепроницаемых оболочек. Это кардинально упрощает их конструкцию, облегчает и удешевляет.
Существует возможный вариант изобретения, в котором в качестве композитного материала ёмкости используется материал на базе углеволокна.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта изготовления резервуара на базе углеволокна. За счет того, что углеродное волокно - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 10 мкм, образованных преимущественно атомами углерода, а атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу; выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.
Существует еще один возможный вариант изобретения, в котором в качестве композитного материала ёмкости используется композитный материал на базе стекловолокна.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта изготовления резервуара на базе стекловолокна. Стекловолокно обладает примерно сопоставимыми механическими свойствами с другими волокнами, такими как полимеры и углеродное волокно. Хотя и не такое жесткое, как углеродное волокно, оно намного дешевле при использовании в композитах. Армированные стекловолокном композиты используются в морской промышленности и трубопроводной промышленности из-за хорошей устойчивости к окружающей среде, лучшей устойчивости к повреждениям при ударной нагрузке, высокой удельной прочности и жесткости.
Существует и такой возможный вариант изобретения, в котором в качестве застывающего связующего выбрана эпоксидная смола.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта застывающего связующего. При этом углеволокно и эпоксидная смола образуют углепластик, который используется как конструктивный материал в различных областях: от авиастроения до автостроения, а композит на основе эпоксидных смол используется в крепёжных болтах ракет класса земля-космос, что подчеркивает прочность соединения.
Существует и другой возможный вариант изобретения, в котором в качестве застывающего связующего выбрана полиэфирная смола.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта застывающего связующего, такого как полиэфирная смола, которая в целом дешевле эпоксидной.
Наконец, существует и другой возможный вариант изобретения, в котором стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала способом вакуумной инфузии и/или пултрузии.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность конкретного варианта реализации изобретения.
Таким образом, предлагается резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред из композитного материала на базе углеволокна, стекловолокна или других волокон, не имеющим металлических или металлизированных газонепроницаемых барьеров, с тепло-изолирующей оболочкой из теплоизолирующего(их) материала(ов), например: пенополиуретана, устанавливаемого клеевым способом, без сварочных и механических способов крепления, без металлических технологических элементов, остающихся в конструкции, после изготовления. Также он не имеет в конструкции бетонных или стальных каркасных и оболочечных строительных элементов.
Предлагаемый резервуар по сравнению с существующими конструкциями:
• не подвержен коррозии;
• может быть сконструирован и изготовлен на избыточное давление до 10 Bar и более;
• легче;
• быстрее в строительстве (может собираться на месте эксплуатации из элементов полной заводской готовности);
• дешевле.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает внешний внутренней части резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред, согласно изобретению,
- фигура 2 изображает разрез стенки емкости резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред, согласно изобретению.
На фигурах обозначены:
1 - стенки,
2 - основные ребра жёсткости,
3 - дополнительные ребра жёсткости,
4 - композитная оболочка,
5 - теплоизолирующая оболочка
6 - клеевой слой,
7 - слой с поверхностной защитой.
Согласно фигурам резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеет стенки 1 емкости, которые имеют основные ребра жёсткости 2, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости 3, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости.
Дополнительные ребра жёсткости 3 имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости 2. Все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости. Стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала 4, представляющего собой структуру из волокон, пропитанную застывающим связующим. В качестве композитного материала ёмкости преимущественно используется материал на базе углеволокна или стекловолокна. Но может быть также использоваться композит на базе базальтового или иного волокна.
В общем ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой 5, устанавливаемой клеевым способом. В качестве застывающего связующего может быть выбрана эпоксидная смола или полиэфирная смола.
Размеры рёбер 2 и 3 и расстояния между ними определяются математическим моделированием сил, влияющих на ёмкость на протяжении её жизненного цикла.
Теплоизолирующая оболочка представляет собой сплошной, без зазоров, слой наклеенной на поверхность ёмкости теплоизоляции. Толщина слоя теплоизоляции определяется математическим теплофизическим моделированием хранения в ёмкости криогенной текучей среды.
Осуществление изобретения
Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред работает стандартным образом, также, как и другие резервуары.
Промышленная применимость
Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением были проведены расчеты прочности резервуара для стационарного хранения криогенных текучих сред.
Расчеты показали, что он:
- позволяет варьировать толщины стенки ёмкости и размеры рёбер жёсткости получая при этом возможность хранения любого объёма криогенной текучей среды при любом избыточном давлении.
Таким образом и достигается заявленный технический результат: создание легкого и прочного резервуара для хранения криогенных текучих сред, в котором не используется металлическая или металлизированная газонепроницаемая мембрана.
Claims (6)
1. Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред, выполненный в виде полой емкости, имеющей стенки, отличающийся тем, что стенки емкости имеют основные ребра жёсткости, расположенные по всей внутренней поверхности емкости, и дополнительные ребра жёсткости, расположенные также по всей внутренней поверхности емкости между основными ребрами жёсткости, при этом дополнительные ребра жёсткости имеют меньший размер, чем основные ребра жёсткости, и все ребра жёсткости образуют силовую ячеистую структуру стенок ёмкости, кроме того, стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала, представляющего собой структуру из неорганического волокна, или текстильных материалов из такого волокна, пропитанную застывающим связующим, при этом ёмкость покрыта теплоизолирующей оболочкой, устанавливаемой клеевым способом.
2. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве композитного материала ёмкости используется материал на базе углеволокна.
3. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве композитного материала ёмкости используется композитный материал на базе стекловолокна.
4. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве застывающего связующего выбрана эпоксидная смола.
5. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что в качестве застывающего связующего выбрана полиэфирная смола.
6. Резервуар по п. 1, отличающийся тем, что стенки и все ребра жёсткости выполнены из композитного материала способом вакуумной инфузии и/или пултрузии.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812529C1 true RU2812529C1 (ru) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2781557A1 (fr) * | 1998-07-24 | 2000-01-28 | Gaz Transport & Technigaz | Perfectionnement pour une cuve etanche et thermiquement isolante a panneaux prefabriques |
RU2302582C1 (ru) * | 2006-03-01 | 2007-07-10 | Юрий Апполинарьевич Караник | Газовый баллон высокого давления |
RU2379577C2 (ru) * | 2004-06-25 | 2010-01-20 | Дет Норске Веритас Ас | Ячеистые танки для хранения текучей среды при низких температурах |
RU164656U1 (ru) * | 2016-02-19 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" имени Ф.Э. Дзержинского | Емкость из полимерно-композиционного материала |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2781557A1 (fr) * | 1998-07-24 | 2000-01-28 | Gaz Transport & Technigaz | Perfectionnement pour une cuve etanche et thermiquement isolante a panneaux prefabriques |
RU2379577C2 (ru) * | 2004-06-25 | 2010-01-20 | Дет Норске Веритас Ас | Ячеистые танки для хранения текучей среды при низких температурах |
RU2302582C1 (ru) * | 2006-03-01 | 2007-07-10 | Юрий Апполинарьевич Караник | Газовый баллон высокого давления |
RU164656U1 (ru) * | 2016-02-19 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" имени Ф.Э. Дзержинского | Емкость из полимерно-композиционного материала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vasiliev | Mechanics of composite structures | |
RU2236635C2 (ru) | Усовершенствованные системы и способы получения и хранения сжиженного, находящегося под давлением природного газа | |
US5383566A (en) | Dual-chamber composite pressure vessel and method of fabrication thereof | |
US4699288A (en) | High pressure vessel construction | |
KR101415899B1 (ko) | 초저온 액체 저장 시스템 및 이것을 이용한 액화천연가스 운반선의 화물창 | |
Smith | Design of submersible pressure hulls in composite materials | |
US20110062164A1 (en) | Glue-fastening of insulating blocks for a liquefied-gas storage tank using undulating beads | |
KR20130033470A (ko) | 액화천연가스 화물창의 단열패널 보강구조 | |
RU2812529C1 (ru) | Резервуар для стационарного хранения криогенных текучих сред | |
JP2015500962A (ja) | Cngを格納するためのタイプ4タンク | |
KR102240250B1 (ko) | 유체 저장 탱크의 단열을 위한 자력 지지 케이스 및 그 케이스의 제조 방법 | |
US7348047B2 (en) | Multi-layered structural corrosion resistant composite liner | |
JP2007125745A (ja) | ガラス繊維強化プラスチック材、ガラス繊維強化プラスチックプリプレグ、ガラス繊維強化プラスチック層及びlngタンク | |
Kumar et al. | Design and Failure analysis of Geodesic Dome of a Composite Pressure vessel | |
EP3475604B1 (en) | Wall structure of heat insulating box | |
CN113423988A (zh) | 用于对储存罐进行热绝缘的绝缘块 | |
Li et al. | Experimental tests on the composite foam sandwich pipes subjected to axial load | |
Hokine et al. | Analysis of failure pressures of composite cylinders with a polymer liner of type IV CNG vessels | |
Okuma et al. | A Review Assessment of Fiber-Reinforced Polymers for Maritime Applications | |
KR101924168B1 (ko) | 선박용 극저온 탱크의 단열 구조재 및 그 선박용 극저온 탱크의 단열 구조재의 제조방법 | |
WO2019169451A1 (en) | Containment system for storing and transporting bulk liquid | |
WO2024071394A1 (ja) | 発泡樹脂断熱材及びその製法 | |
EP3984734B1 (en) | Storage tank for gaseous hydrogen | |
Almula et al. | Numerical investigation of hybrid of eglass and basalt fiber reinforced epoxy tube pressurized internally | |
RU2807697C1 (ru) | Композитный каркасный материал и дренажная емкость с его применением |