DOUBLE-WALLED CONTAINER FOR VERY COLD LIQUIDS

Abstract: 1. Double-walled container (1) for very cold liquids, principally liquefied gas, comprising an inner tank (2) as the primary storage container and an outer tank (3) of prestressed concrete as the secondary safety container, a thermally insulating layer arranged between the two containers, and a joining structure (8 or 26) between the wall (6) and the bed slab (7) of the safety container in which the joint region is bridged uninterruptedly by a steel joint plate (9 or 38) the ends of which are fixed in position, characterised - in that in the region of the joint, the outer tank (3) has a joining structure (8) arranged on the inside of the container which transmits forces acting perpendicularly to the plane of the joint (5), and in this joining structure the joint plate (9) which bridges the joint is anchored in the concrete of the container (3) by embedded structures (10, 11) comprising steel members (12) - e.g. Z sections - folded to form a plurality of angles, in the wall (6) at the upper edge and in the bed slab (7) at the lower edge, - in that said embedded structures (10, 11) are shaped into a plurality of angles and are of a size and deformability such that they are only stressed in the elastic range under planned loads but are plastically deformable under the circumstances of catastrophic thermal shock, in which case the couple applied in the direction of displacement to the flanges of the angularly folded steel members (12) generates bending stresses in the webs (19) of the sections of a magnitude such that plastic hinges are formed in the corners (20) of the sections, the sections stretch in accordance with the deformation of the joint plate (9), and transmit to the concrete of the wall (6) or the bed slab (7) only such anchoring forces as said concrete is able to withstand without damage, and - in that an upstand (18) which encloses the foot of the wall (6) on the outside is arranged on the bed slab (7), said upstand permitting inward movement but restricting outward movement.

Description: Doppelwandiger Behälter für tiefkalte Flüssigkeiten =================================================== Die Erfindung betrifft einen doppelwandigen Behälter für tiefkalte Flüssigkeiten, vornehmlich für Flüssiggas, mit einem Innentank als primären Lagerbehälter und einem Au ssentank aus Spannbeton als sekundärem Sicherheitsbehälter, einer zwischen beiden Behältern angeordneten Wärmedämmschicht sowie einer Fugenkonstruktion zwischen Wand und Sohle des Sicherheitsbehälters, bei der der Fugenbereich stetig durch ein an seinen Enden eingespanntes stählernes Fugenblech überbrückt ist. Behälter für tiefgekühlte Flüssigkeiten werden aus Sicherheitsgründen in der Regel zweischalig ausgeführt, wobei der innere Behälter, der der eigentlichen Lagerung dient, aus Stahl hergestellt ist, während ein aus Stahl oder Beton ausgeführter zweiter Tank den inneren als Sicherheitsbehälter umschliesst und bei einem Leck des Innenbehälters die auslaufende Flüssigkeit auffangen muss. Zwischen beiden Behältern ist eine Kälteisolierung angeordnet. Der äussere Behälter muss, um seine Funktion erfüllen zu können, auch einen Katastrophenlastfall zerstörungsfrei aushalten. Derartige Behälter werden in besonderen Genehmigungsverfahren zugelassen und sind wegen des hohen Sicherheitsrisikos für aussergewöhnliche und bauwerksspezifische Lastfälle zu bemessen. Zu diesen Lastfällen gehören als plan mässige Lastfälle Explosionsdruckwelle und Erdbeben und als Katastrophenfall der Temperaturschock, die jedoch nicht gleichzeitig zu berücksichtigen sind. Als äussere Schutzbehälter haben Betonbehälter gegenüber Stahlbehältern Vorteile. Sie geben vom Material her bereits eine grössere Sicherheit gegen absichtliche oder unabsichtliche Beschädigungen von aussen oder gegen Unfälle. Die äusseren Betonbehälter wurden bisher fugenlos ausgebildet, da die konstruktiven Probleme einer Fuge für derartige Behälter nicht befriedigend gelöst werden konnten. Eine Behälterkonstruktion mit Fugenausbildung zwischen Sohle'und Wand ist jedoch bereits aus der FR PS 1.383.795 bekannt. Die Behälterkonstruktion nach der FR PS wird dem derzeitigen Stand der Sicherheitsanforderungen nicht gerecht. Sie ist nicht in der Lage Zugkräfte in der Fuge zwischen Wand und Bodenplatte des Aussenbehälters aufzunehmen, wie sie aus dem Biegemoment infolge einer horizontalen, durch Explosion ausgelösten Druckwelle oder durch Erdbeben-Schwingungen entstehen können. Im Fugenbereich ist kein Konstruktionsglied für die Weiterleitung senkrecht wirkender Kräfte aus der Wand in die Bodenplatte vorhanden. Ebensowenig können die auf den oberen Behälterteil wirkenden horizontalen I(raft- komponenten aus diesen Lastfällen in der Fuge auf die Bodenplatte weitergeleitet werden. Weiterhin sind keine Vorkehrungen getroffen, die verhindern, dass sich im Fall einer Leckage der Raum unter der Sohle des Innenbehälters mit austretender Flüssigkeit füllen kann. In die Isolierlagen unter der Sohle eindringende Flüssigkeit lässt sich für die Reparatur nur schwer entfernen, so dass die Gefahr besteht, dass der Behälter durch explosionsartige Ausdehnung von Rückständen eingedrungener tiefkalter Flüssigkeit bei späterer Erwärmung beschädigt wird. Schliesslich ist eine weitere Fuge im Behälter beim Übergang von der Wand zur Decke entbehrlich und unwirtschaftlich. Aufgabe der Erfindung ist es, einen doppelwandigen Flüssigkeitstank mit einem Betonbehälter als Aussenschale zu entwickeln, der die Nachteile der bekannten Konstruktion vermeidet und voraussehbare Katastrophenfälle mit grösserer Sicherheit zerstörungsfrei übersteht. Die Aufgabe wird durch 2 alternative Fugenkonstruktionen gelöst, die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 beschrieben sind. Die erfindungsgemässen Lösungen trennen im Behälter im kritischen Ubergangsbereich die Wand von der Sohle. Es entstehen so in ihrer statischen Wirkung überschaubare und berechenbare Teile, denen durch entsprechende konstruktive Ausbildung eindeutige Funktionen zugewiesen und die damit wirtschaftlich bemessen werden können. Die beiden alternativen Lösungen unterscheiden sich in der Art, wie mögliche aus horizontalen Druckwellen herrührende Vertikalkräfte aufgenommen werden. Die Lösung nach Anspruch 1 weist die Aufnahme der Vertikalkräfte dem Fugenblech (9) zu, das für diese Aufgabe dicker bemessen werden muss und damit steifer wird und deshalb in Falle des Temperaturschocks durch Behinderung seiner Schrumpfung infolge plötzlicher Abkühlung stärkere Kräfte auf die Einbindekonstruktionen (10, 11) und den Beton ausübt. Diese Kräfte sollen durch biegeweiche plastisch verformbare Ausbildung der Einbindekonstruktionen mit winkelförmigen abgekanteten Stahl elementen (12) aufgefangen werden. In der Lösung nach Anspruch 2 werden die Zugkräfte beson deren,die Fuge durchdringenden Ankern (27) zugewiesen. Diese Lösung empfiehlt sich, wenn die Grösse der vertikalen Zugkräfte zu unwirtschaftlichen Abmessungen des Fugenbleches und dessen Verankerungen führen würde. Durch die Anker (27) wird das Fugenblech (38) entlastet und kann dünner ausgebildet werden. Im Katastrophenfall des Temperaturschocks kann ein solches Blech sich ohne übergrosse Beanspruchung auf die Einbindekonstruktionen abzugeben (49, 50), Plastisch verformen. Der Aufnahme der Eorizontalkraft aus einer Druckwelle dienen Massnahmen nach den Ansprüchen 3 bis 6. Damit die Sohlplatte als Widerlager für den Behälterteil oberhalb der Gleitfuge wirken kann, müssen plötzliche Druckstösse kraftschlüssig aus dem aufgehenden Bauwerk in die Sohlplatte eingeleitet werden können, gleichzeitig müssen - trotz der kraftschlüssigen horizontalen Lagerung - langsame horizontale Verschiebungen des aufgehenden Bauwerks auf der Sohlplatte möglich sein. Diese Aufgabe wird durch die Füllung der Fuge mit viskoelastischer Vergussmasse gelöst. Durch zweistufige Ausbildung der Fuge mit einem schmaleren unteren und einen breiteren oberen Raum entsteht oben ein Pufferraum in den hinein bei Verengung des Fugenspaltes Vergussmasse verdrängt, bzw. aus dem heraus bei Verbreiterung des Fugenspaltes Vergussmasse nachfliessen kann. Da diese Bewegungen bei der erforderlichen Viskosität der Vergussmasse nur sehr langsam ablaufen, können Heizleitungen vorgesehen werden, durch die gezielt die Masse erwärmt und die Fliessbewegungen beschleunigt werden. Eine alternative Lösung zur Erzeugung der Eraftschlüssig- keit in der Fuge beschreibt Anspruch 5. Die Fuge wird allseitig druckfest und dicht geschlossen und der Raum mit einer Flüssigkeit gefüllt, die über mindestens eine Leitung mit einem Druckkessel in Verbindung steht. Mit einem Regelventil ist die Durchflussmenge in der Verbindungsleitung steuerbar. Kraftschlüssigkeit in der Fuge wird dadurch erreicht, dass bei einem plötzlichem Stoss die Flüssigkeit praktisch nicht aus dem Fugenraum entweichen kann, während je nach Einstellung des Regelventils bei langsamen Veränderungen des Fugenvolumens der Flüssigkeitsaustausch mehr oder weniger schnell erfolgen kann. In Ausgestaltung dieser Lösung nach Anspruch 5 wird nach Anspruch 6 vorgeschlagen, unter Verzicht auf eine Abdichtung des Fugenraumes in den allseitig geschlossenen Fugenraum einen elastisch dehnbaren, dichten Schlauch einzulegen, der, indem er mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, sich den Fugenwandungen eng anlegt und die Fuge kraftschlüssig füllt. Nach Anspruch 7 wird vorgeschlagen, zwischen dem Innentank und der stählernen Fugenkonstruktion eine dichte Abschottung einzuziehen. Die auf den Behälter wirkenden Beschleunigungskräfte bei Erdbeben überträgt die Blechplatte dieser Abschottung durch ihre tangentiale Schubsteifigkeit, zugleich verhindert sie bei einer Leckage des Innenbehälters, dass die tiefkalte Flüssigkeit, in den Raum der Wärmeisolierung unterhalb des Innenbehälterbodens einfliessen kann, aus dem sie nur mit grossem Aufwand und womöglich unter Zerstörung der Isolierschicht entfernt werden könnte. Das Abreissen des Blechs der dichten Abschottung zwischen Innenbehältersohle und Schutzbehälter vom Fugenblech der Fugenkonstruktion durch unterschiedliche Temperaturänderung und damit verbundener Verformung beider Behälter, wie sie beim Füllen oder Leeren des Innenbehälters auftreten können, wird durch Vorrichtungen nach den Ansprüchen 8 und 9 verhindert. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 10 und 11 beschrieben. Darin dient das Heizrohr 39 dazu, die Wand- temperatur des Aussenbehälters im Einbindebereich des Blechs der Abschottung, das als Kältebrücke wirkt, konstant zu halten, um singuläre Temperaturspannungen in diesem Wandbereich zu vermeiden. Beispiele erfindungsgemässer Behälterausführungen sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch einen zweischaligen Behälter, Fig. 2 das Detail einer erfindungsgemässen Fugenkonstruktion nach Anspruch 1, Fig. 3 den Bereich des oberen Einbinderings 10 einer Fugenkonstruktion nach Anspruch 1 im verformten Zustand nach einem Katastrophenfall (Kälteschock), Fig. 4 das Detail einer erfindungsgemässen Fugenkonstruktion nach Anspruch 2, Fig. 5 und 6 Ausschnitte durch den Fugenspalt zwischen Aussenbehälterwand 6 und Aufkantung 18 auf der Sohl platte mit einer Vorrichtung nach Anspruch 5 bzw. 6. Die zweischalige zylindrische Tankanlage 1 baut sich auf aus dem inneren Flüssigkeitsbehälter 2 und dem ihn umgebenden äusseren Schutzbehälter 3. Der Raum 4 zwischen beiden Behältern ist durch unterschiedlich aufgebautes Isoliermaterial ausgefüllt. Am äusseren Sicherheitsbehälter 3 aus vorgespanntem Stahlbeton trennt die Fuge 5 den Wandteil 6 vom Bodenteil 7. Die Fuge wird auf der Innenseite von der stählerenen Fugenkonstruktion 8 überbrückt. Das Ausführungsbeispiel eier Fugenkonstruktion nach Anspruch 1 besteht aus dem Fugenblech 9 sowie den Einbinderingen 10, 11, die aus Z-Profilen 12 mit Ankereisen 13 hergestellt sind und das Fugenblech in der Wand 6 bzw. der Bodenplatte 7 des Sicherheitsbehälters einspannen. Der Raum hinter dem Fugenblech 9 ist mit plastisch verformbarem Material 14 gefüllt. In diesen Raum hinein können sich die Profile 12 im Katastrophenfall verformen. Zwischen der Bodenplatte 15 des Innenbehälters 2 und der Fugenkonstruktion 8 spannt sich die Abschottung 16. Sie besitzt an ihrem äusseren Rand einen im Winkel nach oben angeschweissten aufkantungsartigen Kragen 17, mit dem sie dicht am Fugenblech 9 befestigt ist. Die Bodenplatte 7 des Aussenbehälters 3 ist mit einer Aufkantung 18 versehen, die die Aussenbehälterwand 6 konzentrisch umfasst. Fig. 3 zeigt den oberen Einbindering 10 einer Fugenkonstruktion 8 in der Wand 6 des Sicherheitsbehälters 3 und gestrichelt seine Position nach einem gatastrophenfall durch Kälteschock, der ein plötzliches starkes Schrumpfen des oberen von der tiefkalten Flüssigkeit berührten Teiles der Fugenkonstruktion zur Folge hat. Dabei wird deutlich, wie sich die Z-Profile 12, indem ihre Stege 19 als Hebelarme wirken, durch Ausbildung von Fliessgelenken 20 verformen und die Schrumpfbewegung mitmachen können, ohne dass der Beton der Wand 6 zu Bruch geht. Gleichzeitig wird auch die Wirkungsweise der Abschottung 16 mit dem aufkantungsartigen Kragen 17 erkennbar. Der Liner 21 aus dünnen kaltzahen Stahl ist durch Schweissdübel 22 im Beton verankert, mit seinem unteren Rand 23 mit dem Fugenblech 9 verschweisst und kann der Bewegung des Fugenblechs folgen. An seinem oberen Rand 24 ist er dicht mit der Dichthaut 25 verbunden. Der Liner 21 verhindert ein Abreissen der Dichthaut des Aussenbehälters im Fugenbereich. Bei der Fugenkonstruktion 26 nach Anspruch 2 weist das Fugenblech 38 nur geringe Dicke auf. Es kann sich daher leicht verformen und gibt nur geringe Kräfte an die Ein bindekonstruktionen 49, 50 ab. Um seine Verformung nicht zu behindern, ist es mit plastisch verformbarem Material 51 hinterlegt. Anker 27, die von Hüllrohren 28 umgeben sind, durchdringen die Gleitfläche der Fuge 5. Die Hüllrohre sind an ihrem oberen und unteren Ende durch Manschetten 29 verschlossen. Der Raum 30 zwischen Anker 27 und Hüllrohr 28 ist mit Korrosionsschutzmittel durch eine Verpressleitung 31 verpressbar. Die Aufkantung 18 dient als Widerlager gegen seitliche Verschiebungen der Aussenbehälterwand 6. Zwischen Aufkantung 18 und Behälterwand 6 öffnet sich eine Fuge 32/33 mit einem unteren Bereich 32 mit geringerer und einem oberen Bereich 33 mit grösserer Breite, die mit viskoelastischer Vergussmasse gefüllt ist. Im dargestellten Beispiel wird die Vergussmasse im oberen Fugenbereich von einer Heizleitung 34 durchzogen. In der Ebene der Bodenplatte 15 des Innenbehälters 2 ist hier eine dichte Abschottung 35 im Isolierraum 4 angeordnet. Sie weist ringförmige Kompensatoren 36 auf. Im Anschlussbereich 37 an das Fugenblech 38 ist sie durch Heizrohre 39 erwärmbar. In dem relativ standfesten Isoliermaterial 40 der Sohle zwischen Innen- und Aussenbehälter sind Ausnehmungen 41 vorgesehen, in denen sich die Kompensatoren bewegen können. Alternative kraftschüssige Fugenfüllungen zeigen die Figuren 5 und 6. Die Fuge 42 ist allseitig druckfest und dehnfähig durch dünnendige Blechelemente 43 umschlossen. Der geschlossene Fugenraum 44 und der Druckkessel 45, die über eine Leitung 46 und das Steuerventil 47 miteinander in Verbindung stehen, sind mit Flüssigkeit gefüllt. In den dargestellten Beispielen füllt die Flüssigkeit den Fugenraum 44 nicht unmittelbar, sondern mittelbar in einem elastisch dehnbaren, dichten Schlauch 48.

Claims: Doppelwandiger Behälter für tiefkalte Flüssigkeiten Patentansprüche 1. Doppelwandiger Behälter für tiefkalte Flüssigkeiten, vornehmlich für Flüssiggas, mit einem Innentank als primärem Lagerbehälter und einem Aussentank aus Spann beton als sekundärem Sicherheitsbehälter, einer zwi schen beiden Behältern angeordneten Wärmedämmschicht sowie einer Fugenkonstruktion zwischen Wand und Sohle des Sicherheitsbehälters, bei der der Fugenbereich stetig durch ein an seine Enden eingespanntes stähler nes Fugenblech überbrückt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der aussenliegende Stahlbetonbehälter (3) im Fugen bereich eine auf der Innenseite des Behälters angeord nete, Kräfte, die senkrecht zur Ebene der Fuge ()) wir ken, übertragende Fugenkonstruktion (8) aufweist, bei der das die Fuge überbrückende Fugenblech (9) durch Einbindekonstruktionen (10, 11) aus mehrfach winkel förmig abgekantenen Stahlelementen (12) - z.B. Z-Profi len - im Beton des Behälters (3) am oberen Rand in der Wand (6) bzw. am unteren Rand in der Bodenplatte.(7) verankert ist, dass diese Einbindekonstruktionen (10, 11), die aus planmässigen Lastfällen nur Beanspruchungen im elasti schen Bereich erfahren, für den Katastrophenfall eines Temperaturschocks jedoch durch die mehrfach winkelför mige Formgebung und eine entsprechende Bemessung pla stisch verformbar sind, indem das an den Flanschen der winkelförmig abgekantenen Elemente (12) in der Richtung der Verschiebung angreifende Kräftepaar im Profilsteg (19) Biegespannungen von solcher Grösse erzeugt, dass sich in den Profilecken (20) Fliessgelenke ausbilden, die Profile sich entsprechend der Verformung des Fugenblechs (9) strecken und nur noch Verankerungskräfte an den Beton der Behälterteile (6, 7) weitergeben, die dieser zerstörungsfrei aufnehmen kann, und dass eine den Fuss der Wand (6) aussen umfassende Auf kantung (18) auf der Behälterbodenplatte (7) angeord net ist, die Bewegungen nach innen erlaubt, Bewegun gen nach aussen dagegen begrenzt. 2. Doppelwandiger Behälter wie im Oberbegriff des Anspruch 1 beschrieben, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gleitebene (5) der Fuge von etwa in Bandmitte angeordneten Ankern (275 durchdrungen wird, die in der Sohlplatte und der Behälterwand gehalten und auf eine bestimmte Länge unterhalb der Fuge in der Sohlplatte und oberhalb der Fuge in der Wand von einem eine festgelegte seitliche Verschiebung zulassenden Hüllrohr (28) umgeben sind, und dass eine den Fuss der Wand (6) aussen umfassende Aufkantung (18) auf der Behälterbodenplatte (7) angeordnet ist, die Bewegungen nach innen erlaubt, Bewegungen nach aussen dagegen be grenzt. 3. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Fuge (32/33) zwischen Behälterwand (6) und Aufkantung (18) der Sohlplatte (7) angeordnet ist, die unten eine geringere (32) und oben eine grössere Breite (33) aufweisen kann und mit einer visko elastischen Vergussmasse gefüllt ist, deren Viskosität so eingestellt ist, dass die Vergussmasse bei plötzlicher horizontaler Belastung der Wand als kraftschlüssiges Widerlager wirkt und die Horizontalkraft auf die Auf kantung überträgt, bei langsamen Verformungen des Behäl ters dagegen nach oben ausweicht bzw. aus dem oberen Fugenquerschnitt nachfliesst, wobei ein oberer breiterer Fugenraum (33) für den unteren schmaleren (32) als Pufferraum wirkt. 4. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der Fuge (32/33) und/oder in ihrem Bereich in der Sohlplatte (7) mindes tens eine Heizleitung (34) angeordnet ist, mit der die Fugenvergussmasse erwärmbar und ihr Fliessverhalten beeinflussbar ist. 5. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Fuge (42) mit geeigneten dünnwandigen Elementen (43) allsei tig druckfest, dehnfähig und dicht geschlossen und mit einer geeigneten Flüssigkeit (44) gefüllt ist, die über mindestens eine Leitung (46) mit einem Druckkessel (45) in Verbindung steht, und dass die Durchflussmenge in die ser Leitung über ein Regelventil (47) steuerbar ist. 6. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass anstelle einer dichten Umhüllung der Fuge ein elastisch dehnbarer, dichter Schlauch (48) in die Fuge eingelegt wird, der, indem er mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, sich den Fugenwandungen eng anlegt und die Fuge kraft schlüssig füllt. 7. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen dem Innentank (2) und der Stahlfugenkonstruktion (8) eine dichte Abschottung (16, 35) eingezogen ist. 8. Abschottung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie an ihrem äusseren Rande einen im Winkel zu ihr angeordneten aufkantungsartigen Kragen (17) aufweist und dass sie mit dem freien Rand der Auflcantung mit dem Fugenblech (9) dicht verbunden ist. 9. Abschottung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie zwischen Innen- und Aussenbehäl ter ringförmig konzentrisch zur Behälterachse angeord nete Kompensatoren (36) aufweist. 10. Abschottung nach Anspruch 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Bereich (37) des An schlusses an das Fugenblech (38) mindestens ein Heiz rohrring (39) angeordnet ist, mit dem dieser Bereich erwärmbar ist. 11. Doppelwandiger Behälter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anker (27) umgeben den Hüllrohre (30) an ihren oberen und unteren Enden dicht schliessende Manschetten (29) aufweisen und der Raum (30) zwischen Ankerstab und Rohr mit einem Korro sionsschutzmittel für den Ankerstab verpressbar ist.

Inventors: KNODEL, ROLF, DIPL.-ING., SCHULTE-VIETING, DETLEV, DIPL.-ING.
Applicants: WAYSS & FREYTAG AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: F17C3
IPC codes: F17C13, F17C3