RESERVOIR FOR STORING DEEP COOLED LIQUIDS

Abstract: 1. Reservoir for storing deep cooled fluids, especially liquified gases, comprising a completely closed exterior container (2) of steel reinforced concrete or prestressed concrete and an inner steel container (5) for receiving the fluid, said steel container being open at the top and placed into the outer container with an insulating material inserted therebetween, whereby the insulating material within the ring shaped space being formed between the two containers and being also open at the top, consists of a granulated material on mineral base, characterized in that between the exterior container (2) of steel reinforced concrete and the inner steel container (5) there is provided at least one ring shaped barrier member (6) which is fastened either to the exterior container (2) of steel reinforced concrete or to the inner steel container (5) with a space left between the two containers.

Description: Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Stahlbeton- oder Spannbetonaussenbehälter und aus einem darin unter Einfügung eines Isoliermaterials eingesetzten, oben offenen Stahlinnenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, wobei das Isoliermaterial im ebenfalls offenen ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Behältern aus einem Granulat auf mineralischer Basis besteht. In letzter Zeit hat der Einsatz-von Erdgas 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. DÅas verflüssigte Gas erfordert dann entsprechende Lagerungsvorrichtungen beim Abnehmer, wobei vorgeschrieben Sicherheitsbedingungen erfüllt sein müssen. In der Regel dient ein nach oben offener Stahlinnenbehälter zur Aufnahme des verflüssigten Gases, wobei der Stahlinnenbehälter von einem Stahlbetonaussenbehälter unter Zwischenschaltung eines Isoliermaterials vollständig umgeben ist. Für den Betrieb solcher Behälter müssen umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen getroffen sein. So muss der Aussenbehälter einerseits erdbebensicher sein, andererseits aber auch Belastungen bei einer Gaswolkenexplosion überstehen können. Für den Innenbehälter muss aber auch dem Lastfall begegnet werden, dass dieser plötzlich aufreisst. Da Stahl bei den niedrigen Temperaturen, mit denen verflüssigtes Gas gelagert wird, zur Sprödigkeit neigt, können Materialfehler im Stahl tatsächlich dazu führen, dass eine zunächst kleine Bruchsteile sich zu einem durchgehenden Riss aufweitet. Die Folge davon ist, dass das tiefgekühlte Flüssiggas aus dem Riss austritt und sich in den Ringspalt zwischen dem Stahlinnenbehälter und dem Stahlbetonaussenbehälter ergiesst und von der Austritts -stelle in beiden Richtungen in den Ringspalt einströmt. Betrachtet man zunächst den vereinfachten Fall, dass sich in dem Ringspalt kein Isoliermaterial befindet t ver- läuft der Strom der Flüssigkeit in beiden Richtungen innerhalb des Ringspaltes, 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 Stahlbetonbehälter einwirkt, der örtlich bis zu dem sechsfachen hydrostatischen Druck beträgt, so dass damit der Stahlbetonaussenbehälter unzul¯ässig beansprucht werden kann. Dieser überhöhte hydrostatische Druck kann aber auch bei den bisher üblichen Flüssiggasbehältern auftreten, bei denen zwischen dem Stahlinnenbehälter und dem Stahlbetonaussenbehälter eine Isolierung angeordnet ist Diese Isolierung besteht nämlich ,üblicherweise aus expandiertem Perlit. Ausgangsmaterial ist dabei ein vulkanisches Silikatgestein, bei dem durch kurzfristiges Erhitzen etwa 10000 das gebundene Wasser in Dampf verwandelt wirdr so dass die Glasschmelze auf ein vielfaches ihres ursprünglichen Volumens aufgebläht wird. Während zwischen dem Boden des Stahlinnenbehälters und dem Stahlbetonaussenbehälter die Isolierung aus Schaumglas besteht, die in der Lage ist, dem statischen Druck des Stahlinnenbehälters und des darin befindlichen Flüssiggases standzuhalten, dient zur Isolierung im Ringraum zwischen den beiden Behältern das Perlitgranulat, das den Vorteil einer hohen Isolationsfähigkeit besitzt, nicht brennbar und verhältnismässig preiswert ist. Wie jedes wärmeisolierende Material hat jedoch das Perlitgranulat ein sehr geringes spezifisches Gewicht, was im Falle eines Aufreissens des Stahlinnenbehälters bedeutet, dass die Isolierung der dann austretenden Flüssigkeit keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen würde und von dem austretenden Flüssiggas nach oben aus dem Ringspalt verdrängt würde, so dass dann die gleichen Folgen eintreten würden, als sei zwischen den beiden Behältern kein Isoliermaterial vorhanden. Um dem entgegenzutreten, wären zwei Lösungen denkbar. Eine dieser Lösungen bestände darin, das Perlitmaterial durch ein anderes Isoliermaterial zu ersetzen, das einer Ausbreitung des Flüssiggases bei einem Riss des Innenbehälters entgegenwirkt. Dies wäre beispielsweise durch Ausschäumen des Zwischenraumes mit einem Kunststoff möglich, der im aufge schäumten Zustand ausreichend widerstandsfähig ist. Dem stehen jedoch technische und ökonomisch Gesichtspunkte entgegen. So sind Kunststoffschaumstoffe brennbar und schon aus diesem Grunde ungeeignet. Ferner ist kein technisches Verfahren bekannt, um eine homogene Schaumauskleidung dieses Ausmasses herzustellen, denn der Ringspalt hat bei Behältern gängiger Grösse eine Dicke von etwa 1 m bei einem Umfang von etwa 300 m. Ausserdem würde ein vollständiges Auskleiden des Ringspaltes den Zugang zum Stahlinnenbehälter beispielsweise zu Kontrollzwecken verhindern. Die Kosten des Kunststoffmaterials und dessen Einbringung in den Ringspalt wären zudem erheblich grösser als bei Verwendung des Perlitgranulats, das den Vorzug der Nichtbrennbarkeit besitzt, weil es auf mineralischer Basis beruht. Ausgehend von der Verwendung eines solchen mineralischen Granulats könnte man zwar daran denken, den Ringspalt auf seiner Oberseite zu verschliessen, um so bei einem Riss des Innenbehälters eine Verdrängung des Isoliermaterials zu verhindern. Ein solcher Verschluss ist jedoch aus menreren Gründen nicht möglich. Zum einen würde hierdurch eine unerwünschte Kältebrücke geschaffen, da eine unmittelbare Verbindung zwischen Stahlinnenbehälter und Stahlbetonaussenbehälter geschaffen würde. Ausserdem würde dann ein Druckausgleich nach aussen unterbunden, der beispielsweise notwendig ist, wenn das tiefgekühlte Flüssiggas in den Stahlinnenbehälter eingefüllt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Behälter der eingangs genannten Art für den Fall eines Risses im Stahlinnenbehälter unzulässige örtliche Druckbeanspruchungen des Stahlbetonaussenbehälters zu vermeiden. Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass zwischen dem Stahlbetonaussenbehälter und dem Stahlinnenbehälter mindestens ein ringförmiger Sperrkörper angeordnet ist, der am Stahlbetonaussenbehälter oder am Stahlinnenbehälter befestigt ist und einen Zwischenraum zwischen den beiden Behältern frei lässt Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird erreicht, dass bei dem Lastfall des plötzlichen Aufreissens des Stahlinnenbehälters die austretende Flüssigkeit das leichte Granulat nicht schlagartig verdrängen kann, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der austretenden Flüssigkeit stark reduziert wird und an der der Austrittsstelle gegenüberliegenden Seite die beiden Teilströme nicht mehr schwall artig aufeinandertreffen können. Dabei wird - da der Sperrkörper keine Verbindung zwischen den beiden Behältern herstellt - sowohl die Ausbildung einer Kältebrücke verhindert als auch ein ungehinderter Druck ausgleich zugelassen. Durch Wahl der Grösse des von dem Sperrkörper gelassenen Zwischenraumes im Ringspalt und gegebenenfalls durch Löcher oder Schlitze im Sperrkörper lässt sich erreichen, dass die Druckbelastung des Spannbetonbehälters zu keinem Zeitpunkt und an keiner Stelle grösser ist als die hydrostatische Belastung. Vorzugsweise ist ein Sperrkörper parallel zum Boden in Höhe des oberen Randes des Stahlinnenbehälters angeordnet, jedoch können auch weitere Sperrkörper in Ebenen unterhalb des oberen Randes des Stahlinnenbehälters vorgesehen werden. Es kann aber auch ein Sperrkörper an der Dachkuppel des Stahlbetonaussenbehälters befestigt werden, der sich etwa parallel zur Behälterachse in Richtung. auf das obere Ende des Stahlinnenbehälters erstreckt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Behälters zur Einlagerung von Flüssiggas; Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in ver grössertem Massstab und Fig. 3 eine andere Ausführungsform zur An bringung des Sperrkörpers. Fig. 1 zeigt einen Stahlbetonaussenbehälter, der aus einer Bodenplatte 1, einer Wand. 2 und einer Dachkuppel 3 besteht. Innerhalb des Aussenbehälters ist getrennt durch eine Isolierung 4 ein Innenbehälter 5 aus Stahl angeordnet, der nach oben hin offen ist und zur Aufnahme von verflüssigtem Erdgas dient. Bei einem solchen Behälter mit einem Fassungsvermögen von 50.000 m3 beträgt die Wandstärke des Stahlinnenbehälters 5 etwa 14 - 30 mm, die Dicke der Isolierung 4 etwa 1 m und die Wandstärke des Stahlbetonaussenbehälters 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 5 auszuhalten, während die Isolierung an der Decke aus Mineralwolle besteht. Der Ringspalt zwischen den beiden Behältern ist mit einem Granulat aus Perlit gefüllt. Das nicht brennbare Perlitgranulat hat den Vorteil, dass es auf einfache Weise in den Ringspalt eingebracht werden kann, dass es aber auch für Inspektionszwecke oder für erforderliche Reparaturarbeiten genauso leicht durch Absaugen wieder entfernt werden kann. 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 gegenüber liegenden Seite unter Verdrängung des Perlitgranulats schwallartig aufeinandertreffen, ist' nun gemäss der Erfindung wenigstens in der Nähe des oberen Endes des Stahlinnenbehälters 5 ein ringförmiger Sperrkörper 6 vorgesehen, wobei Fig. 2 eine mögliche Ausführungs- und Befestigungsform für einen solchen Sperrkörper zeigt. Dort ist der Sperrkörper 6 als ringförmige Scheibe ausgebildet, die mit Hilfe von Traversen 9 wander Wand 2 des Stahlbeton-Aussenbehälters befestigt ist. Die Befestigung kann dabei mittels Schrauben 10 und im Stahlbeton verankerten Bolzen 11 erfolgen. Auf der Innenseite der Stahlbetonwand 2 befindet sich in üblicher Weise eine Blechverkleidung 12, während auf der Aussenseite des Stahlinnenbehälters 5 in ebenfalls üblicher Weise eine Mineralfasermatte 13 angebracht ist, die als kompressible Pufferschicht bei einer Ausdehnung des Innenbehälters 5 dient. Die radialen Abmessungen der Scheibe 6. sind kleiner als der Abstand zwischen der Aussenseite der Blechverkleidung 12 und der Aussenseite der Mineralfasermatte 13, so dass ein Zwischenraum 14 verbleibt, durch den ein Druckausgleich erfolgen kann. Gegebenenfalls können auch in der ringförmigen Scheibe 6 zusätzlich noch Löcher oder Schlitze 15 angebracht werden. Sollte der Lastfall des plötzlichen Aufreissens des Stahlinnenbehälters eintreten, würde das dann austretende Flüssiggas an einer raschen Strömung im Zwischenraum zwischen den Behältern stark gehindert, da der Sperrkörper 6 dafür sorgt, dass das Perlitgranulat nur in begrenztem Masse durch den Zwischenraum 14 und gegebenenfalls die Löcher oder Schlitze 15 austreten kann, so dass der Zwischenraum zwischen den Behältern nur langsam vollsickert und ein schwallartiges Aufeinandertreffen von Teilflüssigkeitsströmen unterbunden wird, Beim Eindringen des Flüssiggases in den Zwischenraum durch Verdampfung sich bildende Gase können ebenfalls durch den Zwischenraum 14 und gegebenenfalls die Löcher oder Schlitze 15 entweichen. Modellversuche haben ergeben, dass die abgedeckte Oberfläche des Behälterzwischenraums etwa 50 % bis 90 % der Gesamtoberfläche betragen sollte. In Fig. 1 ist angedeutet, dass gegebenenfalls auch noch weitere Sperrkörper 7 bzw. 8 in Ebenen unterhalb des oberen Randes der Behälter vorgesehen werden können, die gleich ausgebildet sind wie der in Fig. 2 dargestellte Stahlkörper. Natürlich sind auch andere Ausführungsformen des Sperrkörpers denkbar, und die Befestigung kann auch am Stahlinnenbehälter erfolgen. Beispielsweise ist es gemäss Fig. 3 möglich, den Sperrkörper 6 an der Dachkuppel 3 zu befestigen, wobei der Sperrkörper sich etwa parallel zur Behälterachse erstreckt und bis zum oberen Ende des Stahlinnenbehälters 5 verläuft. Der Zwischenraum für den begrenzten Durchtritt des Perlitgranulats im Berstfall wird hier durch eine oder mehrere Öffnungen 15 im Sperrkörper 6 oberhalb der Isolierung über dem Stahlinnenbehälter 5 gebildet. Hierbei überlappt das Ende des Sperrkörpers 6 das obere Ende des Stahlinnenbehälters 5 Stattdessen könnte jedoch auch der Sperrkörpers am oberen Ende des Stahlinnenbehälters 5 befestigt werden und dann einen Abstand zur Dachkuppel 3 bilden.

Claims: P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Behälter zur Einlagerung von tiefgekühlten Flüssigkeiten, insbesondere von verflüssigten Gasen, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Stahlbeton- oder Spannbetonaussenbehälter und aus einem darin unter Einfügung eines Isoliermaterials eingesetzten, oben offenen Stahlinnenbehälter, der zur Aufnahme der Flüssigkeit dient, wobei das Isoliermaterial im ebenfalls oben offenen ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Behältern aus einem Granulat auf mineralischer Basis besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stahlbetonaussenbehälter (2) und dem Stahlinnenbehälter (5) mindestens ein ringförmiger Sperrkörper (6) angeordnet ist, der am Stahlbetonaussenbehälter 12) oder am Stahlinnenbehälter (5) befestigt ist und einen Zwischenraum zwischen den beiden Behältern frei lässt. 2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrkörper (6) parallel zum Boden in Höhe des oberen Randes des Stahlinnenbehälters (5) angeordnet ist. 3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Sperrkörper (1, 8) in Ebenen unterhalb des oberen Randes des Behälters (5) angeordnet sind. 4. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkörper (6, 7, 8) aus ringförmigen Scheiben bestehen. 5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrkörper (6) an der Dachkuppel (3) des Stahlbetonaussenbehälters (2) befestigt ist und sich etwa parallel zur Behälterachse in Richtung auf das obere Ende des Stahlinnenbehälters (5) erstreckt. 6. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum dadurch gebildet wird, dass der Sperrkörper (6) geringere Abmessungen besitzt als der Zwischenraum zwischen den Behälte-rn. 7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum durch Löcher oder Schlitze l (15) in dem Sperrkörper (6) gebildet wird. 8. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Sperrkörper mittels Traversen (9) versteift sind.

Inventors: DIETZ, HANS-DIETER, DR.-ING., KRABBE, WILFRIED, DR.-ING., SCHAFER, HANS, DR.-ING., Schäfer, Hans, Dr.-Ing.
Applicants: PHILIPP HOLZMANN AG
Application year: 1982
Main classification: F17C3
IPC codes: F17C3, F17C13