КЛЕЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИЗОЛЯЦИОННЫХ БЛОКОВ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛНИСТЫХ ВАЛИКОВ
ADHESIVE BOND OF INSULATING UNITS OF LIQUEFIED GAS STORAGE TANK USING WAVY BEADS

Настоящее изобретение относится к герметизированному теплоизолированному резервуару и способу его изготовления. Более точно, настоящее изобретение относится к наземному резервуару для хранения сжиженного газа, в частности, сжиженного природного газа с высоким содержанием метана.
В патентах FR 2265603, FR 2798902, FR 2683786, FR 2691520 и FR 2724623 описано изготовление герметизированного теплоизолированного резервуара, встроенного в транспортное судно. Резервуар состоит из двух последовательных уплотнительных барьеров, чередующихся с двумя теплоизоляционными слоями, называемыми изоляционными барьерами. Первый изоляционный барьер, называемый основным изоляционным барьером, соприкасается со сжиженным газом, а второй изоляционный барьер, называемый вспомогательным изоляционным барьером, расположен между двумя изоляционными барьерами. Различные барьеры соединяют друг с другом, а вспомогательный изоляционный барьер соединяют с несущей конструкцией, образованной внутренним корпусом судна, различными способами, известными специалистам в данной области техники.
Также известны наземные резервуары для хранения сжиженного газа, которые также имеют два последовательных герметичных барьера, чередующихся с двумя теплоизоляционными слоями. В случае наземных резервуаров несущую конструкцию обычно изготавливают из бетона.
В описанных вариантах конструкций основной и вспомогательный изоляционные барьеры состоят из последовательности изоляционных блоков, которые представляют собой закрытые кессоны в виде параллелепипеда, заполненные теплоизоляционным материалом, или состоят из изоляционных пеноблоков, соединенных склеиванием с несущей панелью. Материалом, используемым для изготовления панелей кессонов или несущих панелей, обычно является клееная фанера, что объясняется ее стоимостью и изоляционными свойствами. Тем не менее, одним из недостатков клееной фанеры является ее анизотропия и то, что ее механические свойства различаются в зависимости от того, подвергается ли она напряжению в направлении волокон ее наружных слоев или поперечно им.
Изоляционные блоки вспомогательного барьера соединяют с несущей конструкцией в первом случае путем сборки с помощью стоек, входящих в несущую конструкцию, а во втором случае просто путем соединения склеиванием их наружной панели с упомянутой конструкцией. В этом случае материалом, используемым для соединения склеиванием, обычно является мастика на основе эпоксидной смолы, которую в виде валиков наносят на поверхность изоляционного блока, которая обращена к несущей конструкции. Из уровня техники известно, что валики располагают на панелях изоляционных блоков по прямой параллельно друг другу.
Функцией этих валиков мастики помимо удержания изоляционного блока на несущей конструкции является компенсация неизбежных неровностей корпуса за счет приспособления к его форме. В процессе монтажа изоляционный блок с помощью известных средств помещают на несущую конструкцию таким образом, чтобы валики мастики до полимеризации прижались к несущей конструкции и тем самым точно повторили ее форму. За счет этого обеспечивают получение высококачественного соединения склеиванием. По мере полимеризации валики мастики затвердевают и затем ведут себя как идеально жесткий материал.
Поскольку усилия, возникающие внутри резервуара, передаются несущей конструкции посредством панелей изоляционных блоков, эти панели должны выдерживать прилагаемое к ним давление и растягивающее напряжение без разрыва структуры клееной фанеры. В связи с этим необходимо, чтобы валики мастики не находились слишком далеко друг от друга и тем самым предотвращали усилия, воздействующие на фанеру на слишком большом расстоянии от валика.
Кроме того, недостатком использования множества валиков является значительное удорожание изготовление резервуара из-за большого количества необходимой мастики. С одной стороны, валики должны иметь относительно большое поперечное сечение, чтобы компенсировать неровности несущей конструкции, а, с другой стороны, общая длина валиков, если бы они располагались в одну линию, составила бы несколько десятков или даже сотен километров в случае судна или наземного резервуара средних размеров.
Задачей настоящего изобретения является преодоление этих недостатков путем создания менее дорогостоящего способа соединения склеиванием изоляционных блоков с несущей конструкцией с помощью валиков мастики и одновременного сохранения высокого сопротивления панелей упомянутых изоляционных блоков усилиям сжатия или растяжения, которые воздействуют на них, или даже повышения этого сопротивления.
Соответственно, в изобретении предложен способ соединения склеиванием с помощью валиков мастики изоляционных блоков с несущей конструкцией наземного резервуара с целью изготовления герметизированного теплоизолированного наземного резервуара для хранения сжиженного газа на суше, при этом упомянутый резервуар имеет теплоизоляционный барьер, содержащий множество изоляционных блоков, каждый из которых имеет панель из клееной фанеры и содержит или заключает в себе теплоизоляционный материал, в котором:
а) наносят валики мастики на панель упомянутых изоляционных блоков или на несущую конструкцию в виде множества параллельных линий,
б) помещают упомянутые изоляционные блоки на несущую конструкцию резервуара и
в) прижимают их к упомянутой несущей конструкции, пока не упомянутая мастика не полимеризуется,
отличающийся тем, что по меньшей мере два из упомянутых валика выполнены в виде волнистых параллельных линий между панелью по меньшей мере одного из упомянутых изоляционных блоков и несущей конструкцией.
Расстояние между двумя последовательными волнистыми линиями предпочтительно является большим или равным 100 мм.
Волнистые линии предпочтительно являются синусоидами.
Синусоида предпочтительно имеет соотношение между ее периодом и амплитудой, преимущественно равное 8.
Другой задачей изобретения является создание встроенного в несущую конструкцию герметизированного теплоизолированного наземного резервуара, имеющего теплоизоляционный барьер, содержащий множество изоляционных блоков, каждый из которых имеет панель из клееной фанеры и содержит или заключает в себе теплоизоляционный материал, при этом упомянутые изоляционные блоки соединены непосредственно с несущей конструкцией валиками мастики, расположенными на панелях упомянутых изоляционных блоков в виде параллельных друг другу линий, отличающегося тем, что по меньшей мере два из упомянутых валиков на панели по меньшей мере одного из упомянутых изоляционных блоков выполнены в виде волнистых параллельных линий.
Изобретение будет лучше понято, а другие его задачи, подробности и преимущества проявятся с большей ясностью при ознакомлении со следующим далее подробным пояснительным описанием одного из вариантов осуществления, который приведен лишь в качестве иллюстрации и не ограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показан вид в разрезе резервуара согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
на фиг.2 показан вид в перспективе, на котом представлены различные слои известного из уровня техники резервуара,
на фиг.3 показан вид, сходный с видом на фиг.2, на котором представлен резервуара, показанный на фиг.1,
на фиг.4 показан вид снизу вспомогательного изоляционного блока резервуара, показанного на фиг.1,
на фиг.5 представлен вид одной из деталей показанного на фиг.1 резервуара, представляющей собой валик мастики.
На фиг.1 показана несущая конструкция 1 наземного резервуара для хранения сжиженного газа. Несущая конструкция 1 изготовлена из бетона. В контексте настоящего описания "наземный резервуар" означает резервуар, сооруженный на фундаменте, установленном на почве, будь то земная почва, берег или дно моря. Резервуар может быть сооружен над уровнем почвы или быть частично или полностью заглублен в почву.
Как показано на фиг.3, дно резервуара в последовательном порядке изнутри резервуара в направлении несущей конструкции 1 содержит:
основной герметичный барьер 7 из гофрированного листового металла,
основной изоляционный барьер 2, содержащий панель 8 из клееной фанеры и вспененный слой 9,
вспомогательный герметичный барьер 6 из триплекса,
вспомогательный изоляционный барьер, содержащий панель 11 из клееной фанеры и вспененный слой 10.
Согласно способам, известным, в частности, из упомянутых во вводной части документов, основной изоляционный барьер 2, вспомогательный герметичный барьер 6 и вспомогательный изоляционный барьер 4 формируют из панелей заводского изготовления, которые собирают на несущей конструкции 1. Как показано на фиг.1, основной изоляционный барьер 2 завершают изоляционные элементы 12, помещающиеся между панелями заводского изготовления. Вспомогательный герметичный барьер 6 не показан на фиг.1, но его положение обозначено дном изоляционных элементов 12.
Как показано на фиг.1, в приведенном примере боковая стенка резервуара также содержит расположенные в нижней части основной герметичный барьер, основной изоляционный барьер, вспомогательный герметичный барьер и вспомогательный изоляционный барьер и расположенные в верхней части единый герметичный барьер и единый изоляционный барьер. В не проиллюстрированном варианте осуществления боковая стенка резервуара содержит проходящие по все ее высоте основной герметичный барьер, основной изоляционный барьер, вспомогательный герметичный барьер и вспомогательный изоляционный барьер.
Наземный резервуар также может быть изготовлен другим известным способом, согласно которому изоляционные барьеры формируют с помощью кессонов, заполненных изоляционным материалом.
Далее в описании "изоляционный блок 14" означает элемент вспомогательного герметичного барьера, который в зависимости от используемого способа может содержать вспененный слой и панель из клееной фанеры (случай, проиллюстрированный на фиг.1 и 3) или кессон, заполненный изоляционным материал (не проиллюстрированный случай). В обоих случаях изоляционный блок 14 содержит панель из клееной фанеры, расположенную на его поверхности, обращенной к несущей конструкции.
Изоляционные блоки 14 соединяют с несущей конструкции с помощью валики 3 мастики. На фиг.3 можно видеть два волнистых валика 3 мастики. Для сравнения, на фиг.2 показан известный из уровня техники резервуар, в котором валики 3 мастики выполнены в виде прямых линий. На фиг.2 для обозначения соответствующих элементов использованы те же позиции, что и на фиг.3.
На фиг.4 показан вид снизу панели изоляционного блока 14 с помещенными на нее валиками мастики 3 в направлении, поперечном наибольшему размеру. С учетом способа изготовления панелей из клееной фанеры число слоев всегда является нечетным, а волокна древесины на наружных слоях ориентированы по оси наименьшего размера панели. Эта ориентация обозначена осью А-А на фиг.4.
На фиг.5 показана одна из деталей формы валика 3 мастики, при этом проиллюстрированная волнистая форма является синусоидой с периодом "L" и амплитудой "а".
Далее будут описаны преимущества над известным уровнем техники, обеспечиваемые изобретением.
Известные из уровня техники валики мастики имеют форму прямой линии и расположены на равном расстоянии друг от друга, которое изменяется в зависимости от положения, в котором будет установлен соответствующий вспомогательный изоляционный блок в резервуаре, иными словами в зависимости от давления, которое будет на него воздействовать. В случае дна резервуара (пола и нижних частей боковых стенок) необходимо, чтобы валики мастики располагались ближе друг к другу во избежание разрыва древесины между двумя валиками. Обычное расстояние между двумя соседними валиками одного и того же изоляционного блока составляет 100 мм. На участках, которые будут подвергаться меньшему давлению (верхние части боковых стенок и потолок) расстояние может быть увеличено. В таком случае обычное расстояние составляет 140 мм.
В процессе эксплуатации деревянные панели, образующие лицевые поверхности изоляционных блоков 14, подвергаются сжимающим усилиям под действием веса жидкости, содержащейся в резервуаре.
Панель из клееной фанеры имеет слабые места двух типов.
При сжатии она может сломаться в результате изгиба по линии, параллельной валиками, поскольку нижняя поверхность, на которую действует равномерно распределенное давление, опирается только на вытянутые кромки, образованные валиками, между которыми находится не имеющие опоры промежутки. Эта ломкость усугубляется, когда валики ориентированы в том же направлении, что и волокна наружного слоя клееной фанеры (смотри фиг.4), что часто случается на практике. Это происходит по той причине, что на верфях, на которых строят суда для транспортировки сжиженного газа, приходится кантовать изоляционные блоки, снабженные валиками мастики, в частности, переворачивать их, чтобы установить их нижней поверхностью вниз после нанесения мастики. Надежность этой операции повышается, если валики мастики остаются в той же плоскости после этого переворота, иными словами, если они проходят в направлении наименьшего размера нижней поверхности. С учетом конструкции клееной фанеры эта ориентация точно совпадает с направлением волокон наружного слоя.
При натяжении древесина панели из клееной фанеры может расслаиваться, при этом одна часть древесины наружного слоя остается соединенной с валиком мастики, а остальная часть отделяется от него, в результате чего изоляционный блок может отсоединиться от внутреннего корпуса.
Эти слабости клееной фанеры не позволяют разносить валики мастики на слишком большое расстояние друг от друга и тем самым уменьшить количество мастики, используемой для обеспечения изоляции резервуара.
Этот недостаток преодолен в изобретении путем замены имеющих форму прямой линии валиков, которые применялись ранее, валиками 3 волнистой формы, которая может, например, иметь форму синусоиды, как показано на фиг 4 и 5.
Были проведены испытания панелей, снабженных синусоидальными валиками с различными расстояниями между ними, при этом период L синусоиды составлял 372 мм, а амплитуда 46,5 мм. Длина такой синусоиды, имевшей соотношение L/a, равное 8, на 14% превышала длину соответствующего отрезка прямой линии длиной L.
Было оценено сопротивление панели разрыву при изгибе между валиками и расслаиванию по сравнению с панелью, имеющей валики прямолинейной формы, отстоящие друг от друга на 100 или 140 мм. Эти синусоидальные валики испытывали такое же давление разрыва при изгибе только, когда расстояние между ними на 35% превышало соответствующее расстояние между валиками прямолинейной формы.
Аналогичным образом, испытания на сопротивление расслаиванию показали, что в случае использованием валиков такой синусоидальной формы (при соотношении L/a, равном 8), сопротивление расслаиванию увеличивается на 48% по сравнению с прямыми валиками, которые также проходят параллельно волокнам клееной фанеры. Это означает, что длина валиков мастики, помещаемых на панель вспомогательного изоляционного блока может быть уменьшена на 35% без появления более сильного расслаивания, чем в случае использования валиков прямолинейной формы.
Таким образом, синусоидальные валики с соотношением L/a, равным 8, позволяют на 18% уменьшить количество необходимой мастики по сравнению с помощью валиков прямолинейной формы и одновременно сохранять такую же прочность на разрыв при изгибе и даже улучшать сопротивление расслаиванию.
Очевидно, что могут быть выбраны другие синусоиды с соотношениями L/a помимо 8 или любые другие чередующиеся периодические формы (шевроны, квадраты и т.д.). Количество необходимой мастики будет большим или меньшим в зависимости от форм этих волнистых линий. Вместе с тем, расстояние между линиями следует выбирать таким образом, чтобы используемая волнистая форма обеспечивала достаточную прочность на разрыв при изгибе.
Хотя изобретение описано на примере некоторых конкретных вариантов осуществления, ясно, что оно не ограничено ими, и охватывает все технические эквиваленты описанных средств, а также их сочетания, если они входят в объем изобретения.