РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
RESERVOIR FOR STORAGE OF CRYOGENIC LIQUIDS

Настоящее изобретение относится, в общем, к резервуарам для хранения криогенных жидкостей, а более конкретно к резервуарам для хранения криогенных жидкостей с «двойным» и «полностью заполняемым вмещающим пространством».
Сжиженный природный газ (СПГ) транспортируется и часто хранится при температурах около -261°F (-163°C). Обычно другие газы, хранящиеся в жидкой фазе ниже температур окружающей среды, включают аммиак, пропан, бутан, СНГ, этилен, кислород, аргон, азот, водород и гелий. Резервуары для хранения СНГ, как правило, представляют собой устанавливаемые на месте контейнеры с размерами от 315,000 до 1,000,000 баррелей (от 50,000 до 200,000 кубических метров).
Нередко встречается, что резервуары для хранения этих жидкостей имеют форму с дополнительным вмещающим пространством. Свободностоящие резервуары часто включают в себя внутренний резервуар, выполненный из нержавеющей стали, алюминия, 9% никелевой стали или других материалов, подходящих для низкой температуры или криогенной эксплуатации. Внешняя бетонная стенка вмещающего пространства может обеспечить дополнительное вмещающее пространство в случае протекания внутреннего резервуара. Для уменьшения теплообмена внутренний резервуар обычно удален от внутренней поверхности бетонной стенки, оставляя пространство для тепловой изоляции. Барьер для жидкости или пара на внутренней поверхности бетонной стенки может предотвратить проникновение внешней влаги в изоляцию и предотвратить протекание СПГ паров наружу.
Традиционно барьер выполняется посредством использования процесса «прикрепления» или процесса «укрепления облицовки». В процессе прикрепления тонкая стальная облицовка прикрепляется к стальным накладкам, которые заделываются в бетон при заливке бетонной стенки. В процессе укрепления облицовки облицовка подготавливается в качестве части внутренней опалубки, с помощью которой образуется бетонная стенка. Внутреннее укрепление включено в опалубку для сопротивления нагрузкам во время заливки подвижной бетонной смеси. После того как бетон затвердел, внутреннее укрепление снимается, оставляя облицовку на внутренней поверхности бетона.
Традиционно крыша для этих типов резервуаров собирается во внутреннем пространстве внешней стенки, и это начинается только, когда бетонная стенка была залита и какая-либо опалубка или укрепление, требующееся для заливки стенки, было снято с нижней площадки. При использовании традиционных способов требуется значительное время между началом работы над внешней стенкой и налом работы над крышей. В окружающих средах, где погода может значительно ограничить период работы на открытом воздухе, сокращение этого графика может быть выгодным.
Был разработан новый технологический процесс, который может позволить сократить график строительства криогенных резервуаров для хранения (и, в частности, резервуаров для хранения с двойным вмещающим пространством или полностью заполняемым вмещающим пространством, которые имеют отдельную стенку главного вмещающего пространства, удаленную внутрь от облицовки) на три или четыре месяца.
В этом новом технологическом процессе монтируется свободностоящая внутренняя стальная облицовка. Облицовка имеет размеры и конфигурацию, чтобы выдерживать гидравлические усилия от подвижной бетонной смеси, так как бетонная стенка заливается без необходимости внутренних укреплений в нижних участках резервуара. Облицовка может, например, иметь толщину, превышающую 8 мм. Без опалубки или внутреннего укрепления строительство крыши может начаться внутри облицовки до завершения заливки внешней стенки, экономя значительное время на строительство.
Для способствования поддержания надлежащего расположения облицовки во время заливки внешней бетонной стенки боковые стягивающие связи могут быть присоединены к внешней поверхности облицовки и использоваться для способствования соединения облицовки с внешней опалубкой. При некоторых обстоятельствах может быть выгодным расположить эти связи более близко друг к другу, чем связи, использующиеся в традиционных конструкциях, например, на расстоянии от ¾ до 1 ½ м друг от друга вместо более чем 2 м друг от друга.
Для надежного соединения между облицовкой и законченной бетонной стенкой анкерные штифты могут привариваться к внешней поверхности облицовки, чтобы становиться заделанными в бетон при заливке стенки. Если требуется тепловая угловая защита, круговое кольцо из криогенной стали может быть внедрено в облицовку.
Изобретение может быть более понятным со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид сбоку с местным вырезом одного варианта осуществления резервуара для хранения криогенных жидкостей, который заключает в себе настоящее изобретение.
Фиг.2 представляет собой увеличенный вид угла резервуара для хранения, видимого на фиг.1.
Фиг.3-9 представляют собой виды сбоку, показывающие разные этапы строительства резервуара для хранения, подлежащего сооружению посредством использования одного возможного варианта этого изобретения.
Фиг.10 и 11 представляют собой увеличенные виды сбоку внешней поверхности двух из плит в облицовке, использующихся в резервуаре для хранения на фиг.1.
Фиг.12 и 13 представляют собой увеличенные повернутые виды анкера, который может использоваться на внешней поверхности облицовки.
Фиг.14 представляет собой увеличенный вид сбоку штифта, который может использоваться на внешней поверхности облицовки.
Фиг.15 и 16 представляют собой увеличенные виды в разрезе через нижние и верхние участки завершенной стенки резервуара, видимой на фиг.3-9.
Фиг.17 представляет собой схему, иллюстрирующую расположение внешней опалубки, когда заливается стенка.
На Фиг.1 показана одна возможная конструкция резервуара 10 для хранения, который заключает в себе это изобретение. Показанный резервуар представляет собой резервуар для хранения с полностью заполняемым вмещающим пространством, который может использоваться для хранения криогенных жидкостей, аналогичных СПГ. Показанный резервуар 10 имеет настилочные материалы 12 (такие как пеностекловая изоляция, бетонный опорный блок, металлические листы, песчаные или бетонные выравнивающие слои и т.д.), внешнюю бетонную стенку 14 со стальной облицовкой 16, внутренний резервуар 18 и крышу 20. Изоляция 22 размещается между внешней стенкой и внутренним резервуаром. Эти элементы будут кратко рассмотрены ниже, и за рассмотрением последует один пример того, как показанный резервуар может быть сооружен.
Настилочные материалы 12, которые показаны на фиг.1, поддерживаются фундаментом 24 со свайными наголовниками на сваях 25. Альтернативные конструкции также могут использоваться.
Внешняя бетонная стенка 14, которая показана, составляет приблизительно 36 метров в высоту, имеет толщину, меняющуюся от 0,5 метров до 0,8 метров и имеет диаметр приблизительно 90 метров. Это обеспечивает внутренний объем, который является достаточным, чтобы вмещать расчетный объем резервуара для хранения в случае повреждения внутреннего резервуара 18. Хотя является полезным, этот дополнительный вмещающий объем не является необходимым для осуществления изобретения. Размер и конфигурация стенки могут варьироваться.
Стальная облицовка 16 соединена с обращенной внутрь стороной бетонной стенки 14. Показанная облицовка выполняется, главным образом, посредством использования стальных листов с толщиной 16 мм. Листы с другими толщинами также могут использоваться при условии, что результирующая облицовка имеет размеры и конфигурацию, чтобы выдерживать усилия от заливания бетонной стенки без присоединения временных укреплений к внутренней поверхности нижних участков облицовки, где укрепления ограничили бы доступ работнику. (Это будет рассмотрено более подробно ниже). В общем, будет являться желательным использовать листы, которые имеют толщину, превышающую 8 мм.
Показанный резервуар 10 для хранения включает в себя тепловой угловой защитный элемент 26, который можно видеть на фиг.2. Этот конкретный элемент включает в себя цилиндрическое кольцо 28 из криогенной стали, которое внедрено в облицовку 16. На иллюстрации криогенное кольцо 28 образует один ряд облицовки, приваренный к соседним верхнему и нижнему рядам из некриогенной стали. Выгоды от изобретения могут быть получены, даже если такой элемент не используется или если тепловая угловая защита не включена в облицовку 16. Однако тепловая защита, в общем, является желательной в углах криогенных резервуаров для хранения для того, чтобы свести к минимуму усилия от теплового расширения/сжатия, в том месте, где вертикально расположенные листы присоединяются к горизонтально расположенным листам. Как видно, этот элемент может быть включен в изобретение.
Показанный резервуар 10 может отличаться от многих традиционных резервуаров близким размещением металлических стержней 30, которые заделаны во внешнюю бетонную стенку 14 и привинчены, приварены или иным образом прикреплены к внешней поверхности облицовки 16. Эти металлические стержни продолжаются от облицовки во внешнюю стенку. Как рассмотрено ниже, эти стержни были использованы в качестве стягивающих связей для удержания внутренней облицовки относительно внешней опалубки при заливке стенки, и размещены более близко, чем в традиционных резервуарах. Показанные металлические стержни расположены на расстоянии приблизительно 1 м друг от друга, но это точное расстояние не требуется для применения изобретения. Обычно, однако, стержни расположены на расстоянии, не превышающем около 2 м друг от друга и предпочтительно расположены на расстоянии от ¾ м до 1 ½ м друг от друга.
Как очевидно из фиг.1, показанный внутренний резервуар 18 может служить в качестве отдельной стенки главного вмещающего пространства и размещается внутрь от внешней стенки 14. Показанный внутренний резервуар составляет приблизительно 33 м в высоту и имеет диаметр приблизительно 88 м, обеспечивая вместимость приблизительно 185,000 кубических метров. Показанный внутренний резервуар выполнен из листов криогенной стали 11,8 м×3,3 м, хотя изобретение также может использоваться с внутренними резервуарами, которые выполнены из других материалов.
Крыша 20, которая показана на фиг.1, представляет собой куполообразную крышу, выполненную из бетона, залитого поверх листов на стальном каркасе. Как рассмотрено более подробно ниже, показанный каркас 60 (фиг.5) собирается в пространстве внутри внешней стенки 14 и затем поднимается на место на верхнюю часть резервуара. Несмотря на то, что изобретение обеспечивает значительные преимущества, когда используется этот тип крыши, изобретение также может использоваться с другими типами крыш.
Изоляция 22, которая показана на фиг.1, между внешней стенкой 14 и внутренним резервуаром 18 представляет собой слой перлита и стекловолокна, но использование этих материалов не является необходимым для изобретения.
Различные этапы, которые могут использоваться при сооружении показанного резервуара 10, показаны на фиг.3-9. Вкратце, используемые части показанного резервуара 10 для хранения могут быть сооружены посредством монтажа свободностоящей внутренней стальной облицовки 16 и заливки внешней бетонной стенки 14 между облицовкой и внешней опалубкой без добавления внутреннего укрепления нижним участкам облицовки. Это может позволить приступить к работе над каркасом 60 для крыши 20 во время заливки стенки.
На фиг.3 показан завершенный фундамент 24. Фундамент, показанный здесь, включает в себя железобетонную плиту на высококачественном фундаменте. Могут использоваться другие конструкции. Если необходимо, могут быть включены дренажные канавки 32, усиливающие арматурные выпуски 34, анкерные скобы 36, вертикальные преднапрягаемые трубы 38 и кольцевые заделывающиеся элементы 40, такие как пластины, каналы или углы.
На фиг.4 показаны начальные ряды облицовки 16, сооруженные на заделывающихся элементах 40 в фундаменте 24. Как отмечено ниже, в некоторых случаях цилиндрическое кольцо 28 для теплового углового защитного элемента может быть включено в облицовку. Бетонный выравнивающий слой 42 может быть добавлен на верхнюю часть внешнего нижнего паронепроницаемого слоя 44.
Показанная облицовка 16 может быть сооружена посредством использования листов 46, таких как видимые на фиг.10 и 11. Листы, видимые на этих иллюстрациях, имеют анкерные связи 48, приваренные к ним, для монтажа близкорасположенных боковых стягивающих связей, которые могут использоваться для прикрепления облицовки к внешней опалубке при заливке бетонной стенки 14. Анкерные связи, изображенные на фиг.12 и 13, могут быть доступными для приобретения, и также могут использоваться другие типы анкерных связей. Связи расположены более близко, чем в традиционной конструкции, на расстоянии, не превышающем около 2 м друг от друга и предпочтительно на расстоянии от ¾ м до 1 ½ м друг от друга в горизонтальном направлении и на расстоянии от ¾ м до 1 ½ м друг от друга в вертикальном направлении.
Показанные листы 46 для облицовки 16 также имеют анкерные штифты 50, которые способствуют прикреплению облицовки к внешней стенке 14 (фиг.10, 11 и 14). Когда заливается внешняя стенка, эти штифты становятся заделанными в бетонную стенку. Показанные штифты, которые можно увидеть более подробно на фиг.14, выполнены из стали и расположены на расстоянии около 400 мм друг от друга. В большинстве случаев также могут использоваться другие материалы и расстояния.
На фиг.5 показано начало процесса заливки бетонной стенки 14. В этом примере опалубка 52 используется для последовательной заливки стенки с уровнями бетонирования, имеющими высоту 3 ½ м. Как предполагается на фиг.17, опалубка с нижних уровней бетонирования может быть «перемещена» на более высокие уровни бетонирования во время хода работы. Если необходимо, до заливки каждого уровня бетонирования могут быть размещены: арматурные стержни 54 (фиг.15), напрягаемые трубы 56 (фиг.16), другие заделывающиеся элементы и формы для временных конструкционных отверстий 57 (фиг.5). Металлические стержни 30, которые служат в качестве стягивающих связей (фиг.2), присоединяются к анкерным связям 48 и используются для поддержания требуемого расстояния между облицовкой 16 и внешней опалубкой 52. После того как заливка завершена, и внешняя опалубка снята, концы стягиваемых связей, которые могут выступать за пределы внешней поверхности бетонной стенки, могут быть отрезаны, оставляя части исходных стержней в стенке.
Пока продолжается работа над стенкой 14, монтаж облицовки 16 может быть завершен. Где необходимо, временное внутреннее или внешнее укрепление может быть присоединено к верхним участкам облицовки для обеспечения сопротивления ветру и обеспечения поддержания цилиндричности. Исключение использования укреплений, присоединенных к внутренней поверхности облицовки в нижних участках резервуара, сохраняет пространство на внутреннем настиле 12, так что рабочие сталелитейной промышленности, которые монтируют облицовку, могут незамедлительно начать работу над каркасом 60 (фиг.5) для крыши и над крышкой 62 (фиг.5), без необходимости ожидания заливки стенки бетонщиками и затем снятия опалубки, которая иначе постоянно находилась бы во внутреннем пространстве.
На фиг.6 показано, что после того как облицовка 16 завершена, каркас 60 для крыши 20 и крышка 62 могут быть подняты или размещены на место. Поднятый каркас может быть соединен со сжатым арматурным стержнем 64, установленным на верхнем крае облицовки. Кровельные листы 31 (фиг.1), поддерживаемые каркасом крыши, могут монтироваться либо до, либо после размещения каркаса. Крышка может быть подвешена относительно каркаса посредством использования стержней 66 крышки. Когда крышка поднята, различная работа внутри резервуара, например размещение пеностекловой изоляции 68, нанесение песчаного слоя 70 и кольцевой нижней плиты 72 (все наилучшим образом видно на фиг.2), может быть завершена. Как видно на фиг.6, каркас для крыши в некоторых случаях может быть размещен даже до завершения конечного уровня бетонирования бетонной стенки, приводя к существенному сокращению обычного графика строительства.
На фиг.7 показана продолжающаяся работа над бетонной стенкой 14, в то время как работа внутри резервуара 10 продолжается. На этой иллюстрации работа над тепловым угловым защитным элементом 26 началась, и стальные листы для днища 74 дополнительного вмещающего пространства и железобетонная кольцевая балка 76 были установлены поверх некоторых предварительно уложенных настилочных материалов 12.
На фиг.8 показана продолжающаяся работа над днищем внутреннего резервуара 18 (фиг.1), когда конечный уровень бетонирования внешней стенки 14 завершен. На этом этапе другой слой изоляции 78 и другой песчаный слой 80 (наилучшим образом видно на фиг.2) были добавлены поверх днища 74 дополнительного вмещающего пространства, и кольцевая плита 82 внутреннего резервуара была размещена на железобетонной кольцевой балке 76. На крыше арматурный профиль 84 был размещен для заливки бетона поверх кровельных листов 31, и на верхнюю часть стенки был добавлен железобетонный консольный выступ 86, закрывая сжатый арматурный стержень 64.
На фиг.9 показано завершение заливки крыши 20 и продолжающаяся работа над внутренним резервуаром 18. На этой иллюстрации нижняя плита 88 внутреннего резервуара продолжается над верхним песчаным слоем 80 (видно на фиг.2) и соединяется с кольцевой плитой 82 внутреннего резервуара, и была начата работа над корпусом внутреннего резервуара 18.
Это описание было предложено для иллюстративных целей. Изменения или модификации могут быть очевидны для средних специалистов в данной области, не выходя за сущность изобретения. Полный объем изобретения изложен в нижеследующей формуле изобретения.