СПОСОБ РАЗГРАНИЧЕНИЯ ВОЛНООБРАЗНОГО РЕЛЬЕФА ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МЕМБРАН
METHOD OF DISTRIBUTION OF WAVE-FREE RELIEF OF SEALING MEMBRANES

Область техники
Изобретение относится к герметичному и теплоизолированному резервуару (танку). В частности изобретение относится к резервуару, предназначенному для хранения и транспортирования сжиженного природного газа (СПГ). Более конкретно, изобретение основано на пространственном разделении гофров герметичной (и, следовательно, герметизирующей) мембраны с целью обеспечить прерывистость гофров первичной (основной) или вторичной (дополнительной) герметичной мембраны. Такое разделение может быть предусмотрено в угловой или в плоской зоне.
Уровень техники
В резервуаре с гофрированной мембраной поддержание ее герметичности требует наличия у нее определенной гибкости, чтобы она могла переносить тепловые сжатия и расширения корпуса танкера. Напряжения, связанные с тепловым сжатием, требуют отсутствия соединений в плоскости. Это обусловлено тем, что при таком положении соединяемых частей соединение в плоскости, при отсутствии волнообразных гофров, должно иметь малый размер в одном направлении, но большую длину в радиальном направлении. Как следствие, целесообразность подобных соединений в условиях тепловых сжатий крайне трудно оправдать.
Технологии с применением волнообразных (гофрированных) мембран основаны на том, что гофры способны поглощать деформации мембран при тепловых и растягивающих нагрузках, действующих на корпус танкера. Чтобы мембрана имела удовлетворительную механическую прочность, желательно обеспечить жесткость мембраны в двух направлениях действия напряжений.
В документе WO 2011/157915 описана мембрана, сформированная из гофрированных герметичных пластин. Герметичные пластины этой мембраны размещены так, чтобы волнообразные гофры двух смежных герметичных пластин были взаимно согласованы по положению. В зоне соединения двух герметичных пластин выполнено квадратное отверстие, а вблизи этого отверстия установлена несущая стойка. Две закрывающие пластины образуют квадратную поверхность вокруг несущей стойки, а к этим пластинам прикреплены две смежные гофрированные пластины, которые сделаны перфорированными, чтобы сформировать отверстие. Волнообразные гофры герметичных пластин, выполненные с разрывом за счет квадратного отверстия, закрыты в зоне этого отверстия посредством колпачков.
Раскрытие изобретения
Идея, на которой основано изобретение, состоит в обеспечении герметичности соединения двух гофрированных мембран без создания зоны с высокой концентрацией напряжений.
Согласно одному своему варианту изобретение обеспечивает создание герметичного и теплоизолированного резервуара, имеющего стенку, закрепленную на несущей конструкции и содержащую, в направлении от ее наружной стороны к внутренней стороне, теплоизолирующий барьер, закрепленный на несущей конструкции и покрывающий ее внутреннюю поверхность, герметичный (и, следовательно, герметизирующий) барьер, наложенный на теплоизолирующий барьер, и герметизированный металлический анкерный компонент, прикрепленный к верхней поверхности теплоизолирующего барьера, причем герметичный барьер содержит:
первую гофрированную металлическую мембрану, находящуюся на первой части теплоизолирующего барьера, расположенной по одну сторону от анкерного компонента,
вторую гофрированную металлическую мембрану, находящуюся на второй части теплоизолирующего барьера, расположенной по другую сторону от анкерного компонента,
первое множество колпачков и второе множество колпачков.
При этом у первой мембраны имеются присоединяемый край, который ориентирован параллельно продольному направлению анкерного компонента, наложен на указанный компонент и приварен к нему герметичным образом, первая группа параллельных волнообразных гофров и вторая группа параллельных волнообразных гофров, причем направления волнообразных гофров двух указанных групп являются пересекающимися, направление, в котором ориентированы волнообразные гофры первой группы, пересекает присоединяемый край первой мембраны, а каждый волнообразный гофр из первой группы гофров первой мембраны герметично закрыт колпачком из первого множества колпачков, распределенного по присоединяемому краю.
У второй мембраны имеются первая группа параллельных волнообразных гофров и вторая группа параллельных волнообразных гофров, причем направления волнообразных гофров двух указанных групп являются пересекающимися, направление, в котором ориентированы волнообразные гофры первой группы, пересекает присоединяемый край второй мембраны, а каждый волнообразный гофр из первой группы гофров второй мембраны герметично закрыт колпачком из второго множества колпачков, распределенного по присоединяемому краю.
Присоединяемый край второй мембраны профилирован с формированием распределенных по длине анкерного компонента выступающих участков, которые покрывают первую мембрану, и вырезанных участков, которые чередуются с выступающими участками, расположены, как продолжения волнообразных гофров первой группы первой мембраны, и открывают герметичные зоны анкерного компонента.
Каждый колпачок первого множества перекрывает первую мембрану и открытую герметичную зону анкерного компонента, а выступающие участки согласованы по положению с первой группой волнообразных гофров второй мембраны, тогда как каждый колпачок второго множества перекрывает выступающий участок второй мембраны и первую мембрану.
Каждый колпачок содержит металлический компонент, имеющий концевой гофрированный участок в форме купола, который предназначен для присоединения к соответствующему волнообразному гофру и для закрывания указанного гофра и который доходит до пластинчатого основания, окружающего указанный гофрированный участок. При этом концевые гофрированные участки, ассоциированные с первой группой волнообразных гофров первой мембраны, выступают в направлении, поперечном по отношению к присоединяемому краю в направлении второй мембраны, за концевые гофрированные участки, ассоциированные с первой группой волнообразных гофров второй мембраны.
Благодаря наличию перечисленных признаков становится возможным независимо изготавливать первую гофрированную мембрану и вторую гофрированную мембрану и соединять их герметичным образом без необходимости точно согласовывать положения волнообразных гофров двух мембран. Это существенно облегчает позиционирование мембран. Кроме того, герметичная мембрана сохраняет гибкость в зоне соединения с обеспечением закрытия волнообразных гофров для обеспечения герметичности.
Согласно некоторым вариантам герметичный и теплоизолированный резервуар может иметь один или более из указанных далее признаков.
Согласно одному варианту волнообразные гофры первой группы гофров второй мембраны рассогласованы по положению с волнообразными гофрами первой группы гофров первой мембраны, чтобы обеспечить их взаимное смещение в направлении, параллельном присоединяемому краю. Данное смещение может быть равно половине расстояния между волнообразными гофрами первой группы гофров первой мембраны.
Согласно еще одному варианту ширина выступающего участка второй мембраны меньше, чем расстояние между двумя волнообразными гофрами первой группы гофров первой мембраны.
Наличие данных признаков облегчает сборку двух герметичных мембран.
Согласно одному варианту изобретения предлагается герметичный и теплоизолированный резервуар, который содержит стенку, закрепленную на несущей конструкции и содержащую, в направлении от ее наружной стороны к внутренней стороне, теплоизолирующий барьер, закрепленный на несущей конструкции и покрывающий ее внутреннюю поверхность, герметичный барьер, наложенный на теплоизолирующий барьер, и вытянутый в продольном направлении герметизированный металлический анкерный компонент, прикрепленный к верхней поверхности теплоизолирующего барьера.
Герметичный барьер данного резервуара содержит:
первую гофрированную металлическую мембрану, находящуюся на первой части теплоизолирующего барьера, расположенной по одну сторону от анкерного компонента,
вторую гофрированную металлическую мембрану, находящуюся на второй части теплоизолирующего барьера, расположенной по другую сторону от анкерного компонента,
первое множество колпачков и второе множество колпачков.
При этом у первой мембраны имеются присоединяемый край, который ориентирован параллельно продольному направлению анкерного компонента и который наложен на анкерный компонент и приварен к нему герметичным образом, первая группа параллельных волнообразных гофров и вторая группа параллельных волнообразных гофров. Направления волнообразных гофров двух указанных групп являются пересекающимися, а направление, в котором ориентированы волнообразные гофры первой группы, пересекает присоединяемый край первой мембраны; причем каждый волнообразный гофр из первой группы первой мембраны герметично закрыт колпачком из первого множества колпачков, распределенного по присоединяемому краю.
У второй мембраны также имеются присоединяемый край, который ориентирован параллельно продольному направлению анкерного компонента и который наложен на анкерный компонент и приварен к нему герметичным образом, первая группа параллельных волнообразных гофров и вторая группа параллельных волнообразных гофров. Направления волнообразных гофров двух указанных групп являются пересекающимися, а направление, в котором ориентированы волнообразные гофры первой группы, пересекает присоединяемый край второй мембраны, причем каждый волнообразный гофр из первой группы второй мембраны герметично закрыт колпачком из второго множества колпачков, распределенного по присоединяемому краю.
Анкерный компонент содержит группу прямоугольных анкерных пластин, взаимно смещенных в продольном направлении анкерного компонента.
Герметичный барьер дополнительно содержит группу согласованных по размерам волнообразных соединительных компонентов, каждый из которых содержит удлиненную оболочку в форме купола, закрытую с обоих своих концов и доходящую до пластинчатого основания, полностью окружающего указанную оболочку.
Каждая указанная анкерная пластина имеет два поперечных края.
Присоединяемый край первой мембраны профилирован с формированием группы вырезов, распределенных по длине анкерного компонента.
Присоединяемый край второй мембраны профилирован с формированием группы вырезов, распределенных по длине анкерного компонента.
Вырез первой мембраны и вырез второй мембраны согласованы по положению с зоной стыка между двумя смежными анкерными пластинами, чтобы открыть указанную зону стыка.
Каждый согласованный волнообразный соединительный компонент расположен в зоне поперечного стыка двух анкерных пластин так, что удлиненная оболочка наложена на указанный поперечный стык и на соответствующие вырезы первой и второй мембран.
Каждый колпачок содержит металлический компонент, имеющий концевой гофрированный участок в форме купола, который предназначен для присоединения к соответствующему волнообразному гофру и для закрывания указанного гофра и который доходит до пластинчатого основания, окружающего указанный гофрированный участок.
Концевые участки оболочки, ориентированные вдоль поперечного направления анкерного компонента, выступают в направлении первой мембраны за концевые гофрированные участки первой группы волнообразных гофров первой мембраны и в направлении второй мембраны за концевые гофрированные участки первой группы волнообразных гофров второй мембраны.
Благодаря наличию перечисленных признаков герметичная мембрана сохраняет гибкость в зоне соединения с обеспечением закрытия волнообразных гофров для обеспечения герметичности.
Согласно одному варианту удлиненная оболочка содержит центральный волнообразный гофр, закрытый двумя колпачками, содержащими металлический компонент, имеющий концевой гофрированный участок в форме купола, который предназначен для присоединения к центральному волнообразному гофру.
Благодаря наличию этих признаков соединительный компонент обладает свойствами волнообразного гофра, в частности гибкостью, и является простым в изготовлении.
Согласно одному варианту центральный волнообразный гофр удлиненной оболочки является прямолинейным.
Согласно еще одному варианту первая и вторая мембраны задают две плоскости, которые пересекаются под углом а, а указанный центральный волнообразный гофр содержит прямолинейные волнообразные гофрированные участки, разделенные гофрированным элементом, обеспечивающим переход между направлениями первого и второго участков центрального волнообразного гофра, образующими угол а.
Благодаря наличию этих признаков становится возможным сохранить гибкость в зоне соединения двух мембран, которые образуют диэдр (двугранник).
Согласно одному варианту поперечные края анкерной пластины параллельны первой группе волнообразных гофров мембраны.
Благодаря наличию этого признака усилия, перпендикулярные направлению волнообразного гофра, поглощаются совместно волнообразным гофром мембраны и согласованным волнообразным соединительным компонентом.
Согласно одному варианту вырез присоединяемого края мембраны ориентирован перпендикулярно к присоединяемому краю.
Как результат наличия этого признака, напряжения, ориентированные в направлении присоединяемого края, поглощаются в зоне, в которой чередуются волнообразные гофры мембраны и согласованного волнообразного соединительного компонента.
Согласно одному варианту ширина каждого выреза из группы вырезов присоединяемого края мембраны больше, чем ширина зоны стыка между двумя смежными анкерными пластинами, но меньше, чем ширина согласованного волнообразного соединительного компонента.
Благодаря присутствию этих признаков допустимое сжатие мембраны в зоне выреза больше, чем допустимое сжатие анкерного компонента, которое ограничивается шириной зоны стыка между двумя пластинами.
Согласно одному варианту вырез присоединяемого края мембраны параллелен зоне стыка между двумя смежными анкерными пластинами.
Как результат присутствия этого признака допустимый порог сжатия мембран является постоянным по всей глубине выреза.
Согласно одному варианту оболочка согласованного волнообразного соединительного компонента содержит две ограничивающие стенки, расстояние между которыми выбрано постоянным по длине.
Благодаря присутствию этого признака обеспечивается постоянная реакция на усилия со стороны согласованного волнообразного соединительного компонента в зоне указанных стенок.
Согласно одному варианту гофры первой группы волнообразных гофров мембран перпендикулярны к присоединяемому краю мембраны.
Благодаря наличию этого признака достигается оптимальное поведение герметичной мембраны при воздействии на нее напряжений, направленных по длине анкерного компонента.
Согласно одному варианту каждый волнообразный гофр первой группы гофров первой мембраны имеет первый прямолинейный участок, изгиб и второй прямолинейный участок, причем изгиб имеет угол, обеспечивающий возможность ориентировать второй прямолинейный участок перпендикулярно к краю первой мембраны, соединяемой с анкерным компонентом.
В результате присутствия этих признаков при соединении двух стенок, которые образуют непрямоугольный диэдр, волнообразные гофры ориентированы перпендикулярно прямой линии пересечения двух указанных плоскостей и продольному направлению анкерного компонента.
Согласно одному варианту направление второй группы волнообразных гофров второй мембраны параллельно направлению второй группы волнообразных гофров первой мембраны.
Согласно еще одному варианту гофры первой группы волнообразных гофров мембраны перпендикулярны к присоединяемому краю мембраны, а гофры второй группы волнообразных гофров мембраны параллельны присоединяемому краю мембраны.
Благодаря присутствию этих признаков волнообразные гофры второй группы не пересекаются с присоединяемым краем, так что они не требуют использования на этом краю закрывающих колпачков. Кроме того, две группы волнообразных гофров задают на мембране регулярную и однородную решетку, что позволяет выдерживать напряжения во всех направлениях в плоскости, заданной мембраной.
Согласно одному варианту направление первой группы волнообразных гофров второй мембраны параллельно направлению первой группы волнообразных гофров первой мембраны.
Благодаря присутствию этого признака реакции на ортогональные усилия со стороны первой и второй групп волнообразных гофров идентичны.
Согласно одному варианту волнообразные гофры первой группы гофров мембран расположены на регулярных расстояниях друг от друга.
Благодаря наличию этого признака поведение мембраны, в частности, в отношении усилий, вызванных тепловым сжатием, однородны по всей поверхности мембраны.
Описанный резервуар может образовывать часть берегового хранилища, например для хранения СПГ, или он может быть установлен в плавучей конструкции, которая функционирует в прибрежной или открытой части моря, в частности на танкере-метановозе, плавучей установке для хранения и регазификации (FSRU), плавучей установке для добычи, хранения и отгрузки углеводородов (FPSO) и др.
Изобретение предлагает также танкер для транспортирования холодного жидкого продукта, имеющий двойной корпус, образующий несущую конструкцию, и описанный выше резервуар, находящийся внутри двойного корпуса.
Изобретение предлагает, кроме того, способ загрузки или разгрузки такого танкера, согласно которому холодный жидкий продукт подают по теплоизолированным каналам из плавучего или берегового хранилища в резервуар танкера или из указанного резервуара в указанное хранилище.
Изобретение предлагает также систему для перемещения холодного жидкого продукта, содержащую вышеупомянутый танкер, теплоизолированные каналы, обеспечивающие подсоединение резервуара, находящегося в корпусе танкера, к плавучему или береговому хранилищу, и насос для перекачивания холодного жидкого продукта по теплоизолированным каналам в плавучее или береговое хранилище из резервуара судна или из указанного хранилища в резервуар.
Некоторые аспекты изобретения основаны на идее обеспечения, при соединении мембран, возможности использования стандартных элементов.
Некоторые аспекты изобретения основаны на идее серийного производства блоков, собираемых в заводских условиях или на сборочной площадке и содержащих несущую конструкцию, теплоизолирующий барьер и герметичную мембрану, с оставлением периферийной зоны несущей конструкции свободной для ее сборки посредством сварки со смежным блоком. Некоторые аспекты изобретения основаны на идее заполнения, по завершении сборки двух блоков, пространства в зоне сборки изоляцией с последующим покрыванием герметичной мембраны. Некоторые аспекты изобретения основаны на идее преднамеренного взаимного смещения мембран двух смежных блоков вдоль их плоскостей, чтобы обеспечить, даже в случае погрешностей сборки, размещение гофров соединительных компонентов между двумя гофрами мембран.
Краткое описание чертежей
Изобретение в его различных аспектах, решаемые им задачи, его детали, свойства и преимущества станут более понятны из нижеследующего описания нескольких конкретных вариантов изобретения, приводимых далее только в качестве иллюстративных, неограничивающих примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи.
- На фиг. 1 схематично, на виде в плане, проиллюстрированы герметичные мембраны в плоской зоне соединения.
- На фиг. 2 зона соединения по фиг. 1 показана в сечении.
- На фиг. 3 показана, на виде в плане, часть зоны по фиг. 1.
- На фиг. 4 показана, в сечении плоскостью А-А (см. фиг. 3), часть зоны с колпачком.
- На фиг. 5 схематично, на частичном виде, в перспективном изображении, показано угловое соединение двух стенок, одна из которых расположена горизонтально.
- На фиг. 6 схематично, на частичном виде, в перспективном изображении, иллюстрируется операция позиционирования теплоизолирующего барьера по фиг. 5.
- На фиг. 7 схематично, на частичном виде, в перспективном изображении, иллюстрируется операция присоединения первой герметичной мембраны по фиг. 5.
- На фиг. 8 часть фиг. 5 представлена в увеличенном масштабе.
- На фиг. 9 схематично, в перспективном изображении, иллюстрируется соединение вертикальной и наклонной стенок.
- На фиг. 10 вертикальная стенка по фиг. 9 показана на виде спереди.
- На фиг. 11 показана, на виде спереди, часть стенки по фиг. 9.
- На фиг. 12 схематично, на виде с вырезом, изображены герметичный и теплоизолированный резервуар танкера-метановоза и терминал для загрузки/разгрузки этого резервуара.
Осуществление изобретения
В данном описании термин "верхний" и предлог "на" используются применительно к частям, находящимся ближе к внутренней стороне резервуара, независимо от направления силы тяжести.
Проиллюстрированные на чертежах компоненты различных вариантов, выполняющие одинаковые функции, имеют одинаковые обозначения даже в случае незначительных модификаций их конструкции.
Как показано на фиг. 1-3, стенка резервуара содержит, в направлении от своей наружной стороны к внутренней, несущую стенку, теплоизолирующий барьер и герметичный барьер. Теплоизолирующий барьер в составе стенки резервуара обозначен на чертежах, как 1. Этот теплоизолирующий барьер, который наложен на несущую стенку 2, поддерживает герметичный барьер 4 (альтернативно именуемый герметичной мембраной). Герметичный барьер 4 связан с теплоизолирующим барьером 1 посредством плоских анкерных компонентов 3.
В направлении от несущей конструкции 2 к внутренней стороне резервуара теплоизолирующий барьер 1 имеет многослойную структуру, состоящую из двух пластин из фанеры, разделенных теплоизолирующим материалом типа полиуретановой пены. Плоские анкерные компоненты 3 прикреплены к верхней фанерной пластине. Эти анкерные компоненты размещены у краев металлических листов 5 и 6, формирующих герметичный барьер 4, чтобы обеспечить возможность приваривания края металлического листа 5, который частично покрывает плоский анкерный компонент 3.
Металлический лист 5 снабжен волнообразными гофрами 7, придающими определенную гибкость герметичному барьеру, который испытывает напряжения. Такое выполнение используется, поскольку желательно иметь относительно гибкую мембрану с целью ограничения усилий, связанных с закреплением этой мембраны, или с целью поглощения особенно значительных напряжений, обусловленных, например, деформацией оболочки, в частности вследствие растяжения корпуса танкера по ширине или его сжатия под воздействием температуры хранящейся в нем холодной жидкости. При тепловом сжатии и растяжении корпуса танкера гофры разгибаются, что приводит к ослаблению напряжений в зонах крепления. В числе других эффектов это снижает требования к прочности прикрепления мембраны к корпусу.
Волнообразные гофры 7 проходят от одного края металлического листа 5 до его противоположного края. В зоне расположения плоского анкерного компонента волнообразные гофры 7 прерываются концевыми элементами 9, которые далее будут именоваться колпачками. Использование этих колпачков 9 обеспечивает герметичное закрывание волнообразных гофров 7 с целью гарантировать герметичность мембраны 4 в зоне у края металлического листа 5 и волнообразных гофров 7.
Аналогично металлическому листу 5, металлический лист 6 частично покрывает плоские анкерные компоненты 3. Кроме того, края 17 металлического листа 6 накладываются на края металлических листов 5 в зоне их соединения. При таком выполнении край металлического листа 6 согласован по положению с плоским анкерным компонентом 3 и металлическим листом 5 и имеет изгиб 15, который позволяет скомпенсировать толщину металлического листа 5 при формировании зоны 14 наложения. Металлические листы 5 и 6 привариваются друг к другу герметичным образом в зонах своего контакта. Чтобы обеспечить покрывание края смежного металлического листа 5, на металлическом листе 6 в процессе его изготовления формируется штамповкой полоса, которая смещена по толщине в направлении его внутренней стороны относительно плоскости данного листа.
Металлический лист 6 также содержит продольные волнообразные гофры 8, проходящие по всей его длине. Гофры 8 подобны гофрам 7 металлического листа 5, поскольку они имеют те же функции, что и гофры 7. Соответственно, волнообразные гофры 8 ориентированы параллельно волнообразным гофрам 7, чтобы обеспечить непрерывность и однородность свойств мембраны по всей поверхности стенки резервуара. При этом, чтобы решить задачу согласования взаимных положений волнообразных гофров 8 и волнообразных гофров 7, каждый гофр 8 расположен между двумя гофрами 7. Если принять расстояние между двумя гофрами 7 за один шаг, гофры 8 желательно сместить относительно гофров 7 на полшага. Кроме того, подобно волнообразным гофрам 7, волнообразные гофры 8 закрыты колпачками 10, что обеспечивает герметизацию герметичной мембраны 4.
Чтобы обеспечить непрерывность поглощения усилий в зоне соединения металлических листов 5 и 6, каждый колпачок 9 продлевает гофр 7, находящийся между двумя гофрами 8, за край 16 металлического листа 5. С этой целью колпачок 9 снабжен периферийным основанием 18, которое согласовано по положению с плоским анкерным компонентом 3 и находится в контакте с ним в зоне, в которой в плоском анкерном компоненте 3 образовано отверстие 13, не покрытое металлическими листами 5 и 6. При этом периферийное основание 18 накладывается на плоскую часть 20 металлического листа 5. Кроме того, колпачок 9 содержит участок 11 в виде волнообразного гофра, который одним концом стыкуется с волнообразным гофром 7 металлического листа 5. а в направлении, ориентированном в сторону от металлического листа 5 к металлическому листу 6, доходит до периферийного основания. Такое завершение колпачка 9 придает ему форму купола. В других вариантах могут быть использованы другие формы завершения колпачка, например в виде плоского среза.
Подобно колпачку 9, каждый колпачок 10 продлевает гофр 8, находящийся между двумя гофрами 7, за край 17 металлического листа 6. При таком выполнении и в соответствии с ориентацией соединительной зоны, существует взаимное перекрывание волнообразных гофров 7 и 8, что повышает плотность размещения волнообразных гофров, способных воспринимать усилия, действующие на герметичную мембрану в зоне соединения двух смежных металлических листов 5 и 6.
Далее, со ссылками на фиг. 4, будет рассмотрен колпачок 10. Подобно колпачку 9, колпачок 10 снабжен периферийным основанием 21, которое прилегает к металлическим листам 5 и 6 по обе стороны зоны 14 их взаимного наложения. Колпачок 10 содержит участок 11 в виде волнообразного гофра, который одним концом стыкуется с волнообразным гофром 8 металлического листа 6 и который доходит до периферийного основания 21 с формированием завершающего (концевого) участка 19 колпачка (этот участок может также именоваться куполом или аркой).
Придание колпачкам 9 и 10 требуемой формы осуществляется посредством гибки или штамповки.
Возвращаясь к фиг. 1-3, можно видеть, что на металлических листах 5 и 6 имеются также волнообразные гофры 7b и 8b, перпендикулярные волнообразным гофрам 7 и 8 соответственно. Гофры 7b и 8b имеют свойства, подобные или идентичные свойствам гофров 7 и 8. Гофры 7b и 8b функционально аналогичны гофрам 7 и 8 соответственно и выполняют функцию поглощения усилий, действующих во всех направлениях, в частности в плоскости, образованной герметичной мембраной.
Металлический лист 6, в добавление к углублениям в направлении толщины металлического листа, снабжен выполненными на его крае 17 вырезами 12, расположенными вокруг колпачков 9 и согласованными по положению с волнообразными гофрами 7 металлических листов 5. Эти вырезы 12 чередуются с волнообразными гофрами 8.
Вырезы 12 выполнены с целью облегчить процесс сборки в отношении металлического листа 6, который после завершения скрепления металлических листов 5 и установки колпачков 9 накладывается на теплоизолирующий барьер 1. Вырезы 12 позволяют устранить рассогласования между металлическими листами 5 и 6. Размеры вырезов 12 выбираются такими, чтобы обеспечить достаточный зазор между колпачками 9 и краями вырезов. Наличие такого зазора позволяет использовать одинаковые размеры вырезов для всех металлических листов и устраняет проблемы при настройке положения мембраны, которые могли бы возникнуть в случае слишком строгих допусков.
Это объясняется тем, что изготовление резервуара может осуществляться многими различными способами. Например, сначала на сборочной площадке устанавливаются предварительно изготовленные блоки, в состав которых, в направлении от несущей конструкции к внутренней поверхности резервуара, входят несущая конструкция 2, частично покрытая теплоизолирующим барьером 1 и герметичным барьером 4. Периферийная зона предварительно изготовленного блока оставляется доступной для операции установки двух блоков несущей конструкции, сварки и проверки герметичности. Затем периферийную зону заполняют изолятором и покрывают герметичной мембраной 6. В одном варианте несущую конструкцию полностью собирают на сборочной площадке. После этого на внутреннюю сторону несущей конструкции устанавливают изоляционную (теплоизолирующую) мембрану 1, а затем герметичную мембрану 4. Эта операция может быть оптимизирована за счет использования двух сборочных бригад, каждая из которых начинает работу с одного конца стенки резервуара. Как показывают два приведенных примера, трудно обеспечить точное пространственное согласование, требуемое для состыковки волнообразных гофров на двух металлических листах изоляционной мембраны. Типичным является наличие погрешностей согласования в поперечном направлении вплоть до 2 см в том или ином направлении. С учетом этого размеры вырезов 12 выбирают такими, чтобы сделать допустимыми погрешности согласования по положению в пределах ±2 см в продольном направлении плоского анкерного компонента 3.
Металлические листы 5 и 6 и колпачки 9 и 10 изготовлены из листового металла, в частности из нержавеющей стали или алюминия, и сформованы посредством гибки или штамповки. Приемлемы также другие металлы или сплавы. Как пример, толщина металлических листов 5 и 6 составляет около 1,2 мм. Допустимы и другие толщины; однако, нужно учитывать, что увеличение толщины листов 5 и 6 приведет к повышению их стоимости и увеличит жесткость волнообразных гофров.
В варианте с предварительным изготовлением волнообразные гофры 7 предпочтительно формируют на заключительной стадии изготовления в заводских условиях. Чтобы согласовать длину герметичного барьера 4 с длиной резервуара, можно подрезать до требуемой длины концы волнообразных гофров, противоположные колпачкам.
В одном варианте плоский анкерный компонент 3 содержит дополнительный перекрывающий компонент, который приваривают герметичным образом к несущей конструкции. Это позволяет провести тестирование герметизации предварительно собранной части блока в заводских условиях, до начала сборки на сборочной площадке.
Далее, со ссылками на фиг. 5-8, будут рассмотрены отличительные особенности варианта, в котором несущая конструкция 2 состоит из двух поверхностей, образующих угол а. Эти поверхности покрыты теплоизолирующим барьером 1 и герметичным барьером 4.
Задача состоит в прерывании гофров между поверхностями, но с сохранением гибкости, необходимой для правильного функционирования мембраны.
Теплоизолирующий барьер 1 является, например, многослойной структурой, состоящей из полиуретановой пены, находящейся между двумя пластинами из фанеры, древесной основной которой является, например, береза. Анкерный компонент 3 закреплен на той фанерной пластине, которая обращена к внутренней поверхности резервуара.
Герметичный барьер 4 состоит из металлических листов 5, не лежащих в одной плоскости, т.е. образующих диэдр, и из соответствующих волнообразных соединительных компонентов 25. Металлические листы 5 параллельны двум граням несущей конструкции 2, причем они приварены к анкерному компоненту 3.
Анкерный компонент 3, установленный в области схождения двух граней несущей конструкции 2, изготовлен из серии металлических пластин 30. Эти пластины 30 образуют диэдр с углом между двумя плоскостями, равным углу а между двумя гранями несущей конструкции 2. Пластины 30 выровнены в продольном направлении анкерного компонента. Поперечные края двух смежных пластин 30 образуют стык между этими пластинами. В этом стыке предусмотрен зазор 33, чтобы обеспечить гибкость анкерного компонента в продольном направлении. Однако в одном варианте края пластин в зоне стыка находятся в контакте или приварены друг к другу.
Два поперечных края каждой анкерной пластины ориентированы перпендикулярно к ее длине, т.е. они примерно параллельны волнообразным гофрам 7 металлических листов 5. При этом стыки пластин расположены между двумя смежными гофрами 7 металлического листа 5.
Соединение металлического листа 5 с анкерным компонентом 3 осуществляется с помощью накладки в виде металлического листа 35, волнообразные гофры которого закрыты колпачками 24, приваренными к этому листу. В одном варианте колпачки 24 устанавливают так, чтобы они наложились на металлический лист 35 и пластину 30 в соответствии с принципом варианта по фиг. 1 применительно к колпачкам 9. Кроме того, профиль края металлического листа-накладки 35 содержит вырезы 34, которые чередуются с гофрами 7. Эти вырезы и стыки согласованы по положению с пластинами 30. Вырезы 34 способствуют сохранению достигнутой гибкости при использовании зазоров 33 в зоне соединения герметичного барьера 4 и анкерного компонента 3.
Наконец, чтобы завершить герметизацию, в зоне, в которой находятся стык двух пластин и вырезы 34 двух пластин, обращенных одна к другой, устанавливают волнообразный соединительный компонент 25.
Согласованные по размерам волнообразные соединительные компоненты 25 имеют форму, позволяющую придать определенную гибкость герметизирующему барьеру 4. Чтобы обеспечить непрерывность гибкости и сохранить гибкость герметизирующего барьера 4 в зоне его соединения с анкерным компонентом 3, концевые участки волнообразных гофров 7 чередуются с участками соединительных компонентов 25 в зоне 37. Эта зона отмечена на фиг. 8 только в качестве примера. Действительно, должно быть понятно, что эта зона покрывает весь край, вдоль которого обеспечено соединение между металлическими листами 5 и анкерным компонентом 3 на обеих гранях этого компонента. При таком выполнении герметичный барьер 4 способен воспринимать усилия, возникающие в зоне анкерного компонента 3.
Волнообразный соединительный компонент 25 имеет форму двух перевернутых оболочек 29, соединенных посредством гофрированного элемента 27, изогнутого под углом α и предназначенного для восприятия усилий в угловой зоне резервуара. При изготовлении такого соединительного компонента могут использоваться различные средства гибки и штамповки. Каждая из двух указанных оболочек может быть изготовлена в виде цельной детали или иметь колпачок 28, который приваривается к прямолинейному гофрированному участку 26. После этого оболочки соединяют с гофрированным элементом 27, рассчитанным на использование при заданном угле α.
Такое выполнение позволяет увеличить допуски на взаимное позиционирование граней, поскольку не требуется соединять гофры.
Далее, начиная с примера по фиг. 6, будет описана сборка стенок, которые образуют в резервуаре диэдр, две грани несущей конструкции 2 которого либо укомплектованы в заводских условиях, либо снабжены на сборочной площадке теплоизолирующей мембраной 1 и герметичной мембраной 4, металлические листы 5 которой частично покрывают теплоизолирующие блоки. Периферийная зона каждого блока, который, в частности, может быть образован гранью несущей конструкции 2, оставлена открытой, чтобы обеспечить возможность сваривания двух смежных граней.
Затем на несущую конструкцию 2 устанавливают первый теплоизолирующий угловой блок 31. Этот блок снабжен анкерным компонентом 3. Из фиг. 7 можно видеть, что с обеих сторон теплоизолирующего углового блока 31 установлены блоки 32, служащие для выборки зазоров, необходимых для осуществления сборки теплоизолирующего углового блока 31. Герметичная мембрана может быть дополнена установкой на взаимно наложенные пластины 30 анкерного компонента 3 металлического листа 5, который обеспечивает непрерывность этой мембраны 4. При этом обеспечивается приваривание герметичным образом металлического листа 5 к каждой пластине 30.
В завершение, производят сваривание аналогичным образом соединительных компонентов 25, чтобы перекрыть стыки между двумя пластинами 30 и обеспечить их герметичность. Соединительный компонент 25 перекрывает две пластины 30 и стык между двумя пластинами 30 и металлическими листами 5 в зоне вырезов 34.
В одном варианте край металлического листа 5, который покрывает анкерный компонент 3, не имеет вырезов 34.
В другом варианте две грани несущей конструкции 2 являются копланарными. В этом случае пластины 30, образующие анкерный компонент 3, являются плоскими, а соединительные компоненты 25 имеют прямоугольную форму и не содержат гофрированных элементов. В этом случае соединительный компонент 25 может быть изготовлен штамповкой в виде цельной детали.
Далее, со ссылками на фиг. 9-11, будет описано присоединение наклонной стенки к вертикальной стенке 90. Как и раньше, стенки образованы металлическими листами 5, которые покрывают теплоизолирующий барьер 1 и снабжены волнообразными гофрами 7 и 7b. Как и в других вариантах, проблема заключается в согласовании положений волнообразных гофров 7 на металлических листах 5, находящихся на стенке 90, и волнообразных гофров на металлических листах 5, находящихся на наклонной стенке 91. Это обусловлено тем, что сначала требуется согласовать шаг для волнообразных гофров на металлических листах стенки 90 и для волнообразных гофров на металлических листах стенки 91, имеющей наклон относительно горизонтальной плоскости. После этого нужно обеспечить точное совмещение волнообразных гофров, необходимое для их соединения. Кроме того, поскольку в зоне соединения усилие, воспринимаемое мембраной, ориентировано вдоль анкерного компонента, для достижения оптимальной эффективности желательно иметь в зоне соединения волнообразные гофры, ориентированные в направлении, перпендикулярном по отношению к длине анкерного компонента. В случае согласования шага волнообразных гофров для металлических листов обеих стенок критерий перпендикулярной ориентации волнообразных гофров относительно длины анкерного компонента не выполняется.
В качестве иллюстрации, на фиг. 9 стенка 91 образует с основанием 92 резервуара угол 135°. Шаг волнообразных гофров на наклонной плоскости составляет 480,8 мм. На вертикальной стенке 90 горизонтальные волнообразные гофры 7 должны быть переориентированы под тем же углом 135°. С этой целью металлические листы 5 продолжены компонентом 94 согласования по углу, приваренным к ним своим краем 96 Своим краем 98 он приварен к анкерному компоненту 3.
Край 98 параллелен продольному направлению для анкерного компонента 3.
Компонент 94 согласования по углу позволяет продлить волнообразные гофры 7 в соответствии с углом 93, используя волнообразные гофры 99 с изгибом 97, которые обеспечивают переход от направления волнообразных гофров 7 на плоской стенке 90 к направлению, соответствующему углу 93, равному 135°.
Чтобы обеспечить герметизацию соединения в отношении металлических листов 5, волнообразные гофры 7b закрыты колпачками 100. Использование волнообразных гофров 99 и колпачков 100 позволяет обеспечить взаимную независимость двух соединяемых граней. При этом взаимное перекрытие волнообразных гофров обеспечивает требуемую гибкость.
На краю 98, стыкующемся с анкерным компонентом 3, выполнены вырезы 34. Эти вырезы имеют те же характеристики и функции, что и в предыдущем варианте. Вырезы 34, находящиеся на границе между двумя пластинами анкерного компонента 3, перекрыты волнообразными соединительными компонентами 25, чтобы гарантировать герметичность. Угол наклона этих компонентов равен 135°, что соответствует углу между стенками 90 и 91.
Компонент 94, металлический лист 5 и анкерный компонент 3 сварены друг с другом герметичным образом.
Таким образом, данный вариант также обеспечивает возможность сборки с большими допусками на положение соединяемых граней.
Согласно одному варианту угол 93 выбирается в соответствии с углом наклонной стенки относительно основания. Этот угол может, например, составлять 135°, 161,6°, 170,6° или 173,7°.
В другом варианте волнообразные гофры могут быть изготовлены с любым другим шагом, составляющим, например, 340 мм, причем этот шаг может быть скомбинирован с другими значениями шагов; альтернативно, этот шаг может быть одинаковым для всех граней резервуара.
Описанный способ соединения, который можно использовать также для наклонной стенки, отходящей от верхней поверхности резервуара к его основанию, обеспечивает большую степень свободы при выборе геометрии резервуара.
Все рассмотренные варианты позволяют изготавливать заранее собранные блоки в заводских условиях, после чего эти блоки могут проходить окончательную сборку на сборочной площадке. Тем самым будет сокращено количество сварочных операций, выполняемых вручную на сборочной площадке. Это, в свою очередь, позволит устранить проблемы, связанные с необходимостью точных настроек взаимного положения частей.
В одном варианте закрывание волнообразных гофров может быть осуществлено с помощью любых других средств, заменяющих колпачки.
В процессе изготовления мембраны, конкретно при ее сварке, возможно применение сварочного робота, поскольку использование адаптированных профилей позволяет производить непрерывную сварку на плоской поверхности. В результате операция соединения посредством сварки может осуществляться с высокой производительностью посредством сварочного робота с адаптированной траекторией перемещения сварочного факела. Другие сварочные операции могут производиться на этапе предварительного изготовления частей. Как следствие, останется только выполнить соединительные сварные швы между двумя соединяемыми мембранами, для чего может использоваться обычный сварочный робот.
Описанная технология изготовления герметичной мембраны может быть использована в контейнерах различных типов, например, чтобы сформировать первичную герметичную мембрану СПГ-контейнера в наземной установке или в плавучей конструкции, в частности в танкере-метановозе.
На фиг. 12 представлен, на виде с вырезом, танкер-метановоз 70. Показан герметичный и теплоизолирующий танк 71 призматической формы, смонтированный в двойном корпусе 72 танкера. Стенка танка 71 содержит первичный герметичный барьер, который должен находиться в контакте с СПГ, хранящимся в танке, вторичный герметичный барьер, находящийся между первичным герметичным барьером и двойным корпусом 72 танкера, и два теплоизолирующих барьера, находящиеся соответственно между первичным герметичным барьером и вторичным герметичным барьером и между вторичным герметичным барьером и двойным корпусом 72.
Подводящие/отводящие трубы 73, закрепленные на палубе верхнего мостика, могут быть известным способом подсоединены, посредством соответствующих коннекторов, к морскому или портовому терминалу, чтобы перемещать груз (СПГ) из танка 71 или в этот танк.
На фиг. 12 представлен также пример морского терминала, в состав которого входят станция 75 приема и выдачи, подводная труба 76 и береговое хранилище 77. Станция 75 приема и выдачи является стационарной плавучей конструкцией, содержащей мобильную руку 74 и башню 78, которая поддерживает мобильную руку 74. Мобильная рука 74 несет пучок теплоизолированных гибких труб 79, которые могут быть соединены с подводящими/отводящими трубами 73. Мобильная рука 74, которой можно придавать различные ориентации, адаптирована к любым типам танкеров-метановозов. Внутри башни 78 проходит неизображенная соединительная труба. Станция 75 приема и выдачи позволяет осуществлять загрузку метановоза 70 из берегового хранилища 77 и его разгрузку в это хранилище. Данное хранилище содержит резервуары (танки) 80 для хранения сжиженного газа и соединительные трубы 81, подсоединенные посредством подводной трубы 76 к станции 75 приема и выдачи. Подводная труба 76 делает возможным транспортирование сжиженного газа между данной станцией и береговым хранилищем 77 на большое расстояние, составляющее, например, 5 км. Это позволяет танкеру-метановозу 70 оставаться во время операций по его загрузке и разгрузке на большом расстоянии от берега.
Чтобы создать давление, необходимое для переноса сжиженного газа, используются насосы, установленные на борту танкера 70, и/или насосы, имеющиеся в береговом хранилище 77, и/или насосы, имеющиеся на станции 75 приема и выдачи.
Хотя изобретение было описано применительно к нескольким конкретным вариантам, оно никоим образом не ограничено ими и включает все технические эквиваленты рассмотренных средств, а также их комбинации, если они охватываются объемом изобретения.
Использование глаголов "состоять из", "содержать" или "включать", а также их различных глагольных форм не исключает присутствия других элементов или других операций, помимо указанных в пунктах формулы. Упоминание компонента (операции) в единственном числе не исключает присутствия (использования) и других подобных элементов (операций).
Использование в формуле изобретения любых обозначений (приводимых в скобках) не должно рассматриваться как внесение в формулу каких-то ограничений.