DE102006043476B4

DE102006043476B4 - Vorrichtung zur Reduzierung von thermischen Spannungen durch den Einsatz von Kompensatoren aus biegeweichem, hochflexiblen Material

Info

Publication number: DE102006043476B4
Application number: DE200610043476
Authority: DE
Inventors: Jens Pehlke; Katinka Wolgast; Volker Fiebig; Michael Klamp; Miroslav Denev; Keno Dirks
Original assignee: Aker MTW Werft GmbH
Current assignee: Wadan Yards MTW GmbH
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-09-16
Also published as: DE102006043476A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spannungsarmen Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen von benachbarten Barriereschichten in einem Tank zur Lagerung und zum Transport von tiefkalten Medien. Die Kompensation erfolgt dadurch, dass in den zwischen oder auf den Isolierschichten (5) befindlichen Barriereschichten (2) in Abständen Unterbrechungen (2a) angeordnet werden, welche mit einem hochflexiblen Material, dem Kompensator (1) verschlossen werden, der wiederum gasdicht mit den Barriereschichten (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spannungsarmen Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie zeigt dazu einen Kompensator zur spannungsreduzierten Kompensation in Membranschichten bei thermischen Belastungen, z. B. für den Einsatz in Isoliersystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalten Medien, welcher aus biegeweichem, hochflexiblem Material besteht.
Eine Gruppe von Tanksystemen für den Transport und die Lagerung von tiefkalt verflüssigten Medien wird als Membrantank bezeichnet. Die thermische Isolierung erfolgt im Tank durch zwei übereinander angeordnete Schichten aus Isoliermaterial. Zwei sogenannte Barrieren (Membranschichten) dienen der Gewährleistung der Dichtigkeit. Für die Aufnahme von mechanischen Spannungen aufgrund temperaturbedingter Längenänderungen des Barrierematerials werden verschiedene konstruktive Maßnahmen eingesetzt.
Die DE 199 31 705 A1 („In die Tragstruktur eines Schiffs integrierter dichter und thermisch isolierender Tank mit verbesserter Isoliersperre") beschreibt einen Membrantank, der aus einer äußeren tragenden Struktur besteht, die mit Isolier- und Barriereschichten innen ausgekleidet wird. Die metallische Barriereschicht wird über eine mechanische Verbindung elastisch an die Isolierschicht angebunden, wobei das Barrierematerial aus metallischen Bahnen besteht, die auf die Isolierpaneele aufgetragen, dort befestigt und untereinander verschweißt werden. Die Barriereschichten werden dabei aus einem Material mit besonders geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hergestellt.
Aus der DE 26 48 211 A1 („Isolierter Behälter für kryogene Flüssigkeiten") ist ein System bekannt, das die separate Installation von Schichten umgeht. In diesem System sind die Bestandteile des Isolier- und Barriereschichtaufbaus in Verbundplatten, die aus einem mit Isoliermaterial gefüllten Gehäuse bestehen, integriert. Die thermischen Spannungen in der primären und der sekundären Barriereschicht sollen durch eine Expansions-Kontraktions-Nut aufgenommen werden.
In der DE 102 28 469 A1 „Dichter und thermisch isolierender Tank mit schrägen Längskanten" wird, um die Kontinuität der sekundären Sperrschicht herzustellen, auf den Umfangsrändern benachbarter Tafeln ein Band aus einer biegsamen Bahn bestehend angeordnet. Dies wird an den Umfangsrändern aufgeklebt, so dass die Fuge zwischen den Tafeln verschlossen wird.
Die Schrift DE 10 2006 016 796 A1 beschreibt u. a. Kompensatoren im klassischen Sinne. Es handelt sich hier um quasistarre, gesickte Formteile, deren gegebene Geometrie eine Verformung ermöglicht, die letztlich die Thermospannungen aufgrund der hohen Temperaturdifferenz kompensiert.
Die DE 10 2004 047 551 A1 beschreibt ebenfalls Kompensatoren, die vorgeformt (gesickt) sind und sich durch die wegen der Temperaturdifferenzen einwirkenden Zugkräfte zwar verformen lassen, aber aus so einen Material, in diesem Fall Metall, bestehen bzw. so ausgeführt sind, dass sie im eigentlichen Sinne als starr und nicht als folienartig gelten.
Aus DE 12 05 995 A sind u. a. Flüssigkeit undurchlässige Streifen bekannt, die aus verschiedenen Materialien bestehen können und jeweils mit den angrenzenden Flächen in Schichten ober- oder unterlappig verklebt werden.
Bei den beschriebenen Systemen werden die thermischen Kontraktionen durch konventionelle Lösungen kompensiert.
DE 11 71 684 A beschreibt speziell geformte Verbindungselemente aus Blech, die Verformungen äquivalent zu den oben beschriebenen, quasistarren, gesickten Kompensatoren aufnehmen.
Die Druckschrift FR 22 70 512 A1 zeigt überlappende Streifen aus phenolharzgetränktem Zellulosepapier zur Abdichtung von Barriereschichten die auf die darunter liegenden Schichten aufgeklebt werden.
Die Patentschrift GB 12 31 491 A beschreibt ein Membransystem, bei dem die Verbindungen der Barriereschichtunterbrechungen durch Aufkleben von Verbindungsstreifen erfolgt und zur weiteren Abdichtung ein zusätzlicher Abdichtstreifen aufgeklebt wird.
Aus der US 60 35 795 A sind Verbindungsstreifen (flexible strips) für die Sekundärbarriere bekannt, die im Prinzip aus dem gleichen Material wie die sekundäre Barriereschicht bestehen und die für die notwendigen Verbindungen in der Sekundärbarriereschicht auf diese während des Montageprozesses manuell aufgeklebt werden. Die hier beschriebene und skizzierte Anordnung eignet sich für Verbindungen der sekundären Barriereschicht des Tanksystems, bei der die aufzunehmenden, thermischen Spannungen nicht so hoch wie die in der Primärbarriere. Die Verbindungsstreifen werden im weiteren Lagenaufbau mit Isolierstücken abgedeckt.
In der Patentschrift US 34 18 812 A wird ein Isoliersystem für die Auskleidung von unterirdischen Lagertanks wie z. B. stillgelegten Minen oder Salzstöcken beschrieben, das aus zwei Isolierschichten besteht. Die Tankinnenwand wird dabei gebildet aus einer bis mehreren Lagen Paneelen. Die innenliegenden Isolierpaneele weisen eine flexible Barrierefolie auf, im Beispiel Mylar-Folie-Verbund oder Aluminium oder andere metallische Folien, die als Tankabdichtung dient. D. h., die gesamte Barriere soll aus flexiblem Mylar-Folien-Verbund gestaltet sein. Die Verbindungen der Barrierefolie benachbarter Paneele sollen durch Aufkleben von Verbindungsstreifen abgedichtet werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, thermisch induzierte Kontraktion und daraus resultierende Spannungen im Barrierematerial zu reduzieren und die Nachteile der oben genannten Systeme weitestgehend zu eliminieren.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in den Barriereschichten in Abständen, welche in erster Linie durch den Ausdehnungskoeffizienten des Barrierewerkstoffes vorgegeben werden, Unterbrechungen in Längs- und Querrichtung oder in Längs- oder Querrichtung angeordnet werden, welche mit einem hochflexiblen Material, dem Kompensator verschlossen werden.
Das hochflexible Material muss in seinen Abmessungen breiter sein als die Unterbrechung der Barriereschicht, wobei die genaue Breite des hochflexiblen Materials durch die zu kompensierende Längenänderung des Barrierewerkstoffes vorgegebenen wird. Die beiden Materialien, das des Kompensators und das der Barriere, werden vorzugsweise durch Einlaminieren oder Einkleben des Kompensators in Einkerbungen im vertikalen Rand der Barriere gasdicht miteinander verbunden.
Werden die Unterbrechungen in Längsrichtung und in Querrichtung angeordnet entstehen Kreuzungspunkte. Die Länge der Streifen aus dem hochflexiblen Material ist gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier angrenzender Kreuzungspunkte zuzüglich einer Nahtzugabe. Dort wo die flexiblen Materialien überlappen, werden diese gasdicht miteinander verbunden, z. B. durch Kleben einer Überlappverbindung oder durch Verschweißen.
Zur Erhöhung der Gasdichtigkeit kann an den Kreuzungspunkten eine weitere Lage des hochflexiblen Materials aufgebracht werden, welches in seiner Größen den kompletten Kreuzungsbereich überlappt und mit der angrenzenden ursprünglichen Barriereschicht und den Kompensatoren verbunden werden kann, z. B. durch Verkleben.
Die Erfindung wird anhand des im folgenden abgebildeten Beispiels näher erläutert.
1: schematische Darstellung eines Kompensators (1), angeordnet auf streifenförmigen Unterbrechungen (2a) in der Barriereschicht (2). Darunter liegt die Isolierschicht (5).
2: schematische Darstellung eines Kompensators (1) in Längsrichtung und eines Kompensators (1) in Querrichtung und eines Kreuzungspunktes (1a) der Kompensatoren (1).
3: schematische Darstellung von Kompensatoren (1) mit einem Kreuzungspunkt (1a), über dem eine zusätzliche Schicht (1b), die auch die Barriereschicht (2) der benachbarten Paneele überlappt, angeordnet ist.
4: schematische Darstellung einer Verbindung zwischen dem Kompensator (1) und der Barriereschicht (2) der benachbarten Paneele. In der Barriereschicht ist eine U-förmige Einkerbung (2b), in die der Kompensator (1) eingefügt ist. An der Verbindungsstelle des Kompensators (1) mit der Barriereschicht (2) ist der Kompensator (1) an Ober- und Unterseite mit Gewebe (6) ausgestattet.
5: Schematische Darstellung der Verbindung zwischen dem Kompensator (1) und der benachbarten Barriereschicht (2). Es ist die Schweißnaht zu erkennen, mit dem der Kompensator (1) mit den zusätzlichen Verbindungsteilen (1c) verbunden ist.
6: schematische Darstellung eines Kompensators (1), einlaminiert in die Einkerbungen (2b) in der Barriereschicht (2).
1 zeigt einen Kompensator (1) aus hochflexiblem Material der über den streifenförmigen Unterbrechungen (2a) in einer Barriereschichten (2) angeordnet ist. Die streifenförmigen Kompensatoren, (1) aus hochflexiblem Material, überlappen die benachbarte Barriereschichten (2) mit den Überlappungsflächen (4) so, wie es für eine feste Verbindung erforderlich ist. Der Kompensator (1) und die benachbarten Barriereschichten (2) werden an den Überlappungsflächen (4) miteinander verbunden. Die Barriereschicht ist auf einer Isolierschicht (5) angeordnet.
In 2 ist ein längs- und ein querverlaufender Kompensator (1) aus hochflexiblem Material mit einem Kreuzungspunkt (1a) dargestellt. Am Kreuzungspunkt (1a) treffen die längs- und querverlaufenden Kompensatoren (1) aus hochflexiblem Material zusammen und überlappen sich. Die Länge der Kompensatoren (1) aus dem hochflexiblen Material ist gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier angrenzender Kreuzungspunkte (1a) zuzüglich einer Nahtzugabe. Dort wo die flexiblen Kompensatoren (1) sich an den Kreuzungspunkten (1a) überlappen, werden diese miteinander verbunden, z. B. durch Kleben einer Überlappverbindung oder durch Verschweißen.
In 3 ist der in 2 abgebildete und beschriebene Kreuzungspunkt (1a) zwischen den Kompensatoren (1) aus hochflexiblem Material dargestellt. Zur Verbesserung der Gasdichtigkeit an diesem Punkt kann an den Kreuzungspunkten (1a) eine weitere oder zusätzliche Schicht (1b) des hochflexiblen Materials aufgebracht sein, welche in ihrer Größe deutlich den kompletten Kreuzungsbereich (1a) überlappt und durch Verkleben mit der angrenzenden Barriereschicht (2) verbunden wird.
In 4 ist eine Verbindung der Barriereschicht (2) mit dem Kompensator (1) durch Einschlitzen der Barriereschicht (2) dargestellt. Hierfür ist in den vertikalen Rand der Barriereschicht eine U-förmige Einkerbung (2b) eingebracht. Die Abstände der Schenkel der U-förmigen Einkerbung (2b) gleichen der Dicke des Kompensators (1). An der Stelle des Kompensators (1), der in die U-förmige Einkerbung (2b) eingefügt wird werden diese an der Ober- und Unterseite mit Gewebe (6) ausgestattet.
In 5 ist eine Verbindung der Barriereschichten (2) mit den Kompensatoren (1) durch zusätzliche Verbindungsteile (1c) aus Kompensatorenmaterial dargestellt. Hierfür wird in den vertikalen Rand der Barriereschicht (2) eine U-förmige Einkerbung (2b) eingebracht. Die Abstände der Schenkel der U-förmigen Einkerbung (2b) gleichen der Dicke der zusätzlichen Verbindungsteile (1c) aus Kompensatorenmaterial. An der Stelle, an der das zusätzliche Verbindungsteil (1c) aus Kompensatormaterial in die U-förmige Einkerbung (2b) eingefügt wird, wird dieser an der Ober- und Unterseite mit Gewebe (6) ausgestattet. Die zusätzlichen Verbindungsteile (1c) aus Kompensatormaterial sind mittels eines speziellen Schweißverfahrens, dem Kunststoffschweißen mit dem Kompensator (1) verbunden.
In 6 ist eine Verbindung der Barriereschicht (2) mit dem Kompensator (1) durch Einlaminieren in die Einkerbungen (2b) der Barriereschicht (2) dargestellt. Diese Darstellung entspricht der zusammengeführten Darstellung aus 1 und der Detaildarstellung aus 4.

1: Kompensator
1a: Kreuzungspunkt
1b: zusätzliche Schicht (des hochflexiblen Materials)
1c: zusätzliches Verbindungsteil
2: Barriereschicht
2a: Unterbrechung
2b: Einkerbung
4: Überlappungsfläch
5: Isolierschicht
6: Klebefläche

Claims

Vorrichtung zur spannungsarmen Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen von benachbarten Barriereschichten (2) in einem Tank zur Lagerung und zum Transport von tiefkalten Medien, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank in der Art Paneele aufweist, dass unter einer Barriereschicht (2) eine Isolierschicht (5) angeordnet ist, wobei die benachbarten Barriereschichten (2) in solchen Abständen oder Unterbrechungen (2a) in Längs- und/oder Querrichtung angeordnet sind, die durch den Ausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes der Barriereschicht (2) vorgegeben sind, wobei über die Abstände oder Unterbrechungen (2a) streifenförmige Kompensatoren (1) angeordnet sind, wobei die Kompensatoren (1) aus flexiblem, biegeweichem Material ausgeführt und breiter als die Unterbrechungen (2a) sind, und wobei in den vertikalen Rand der Barriereschichten (2) eine Einkerbung (2b) eingebracht ist, in die die Kompensatoren (1) eingefügt und darin gasdicht mit dem Werkstoff der Barriereschichten (2) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichten (5) nicht mit den Kompensatoren (1) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (1) in die Barriereschicht (2) einlaminiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensator (1) zusätzliche Verbindungsteile (1c) aufweist, die in die Einkerbungen (2b) in der Barriereschicht (2) einlaminiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verbindungsteile (1c) des Kompensators (1), an den Stellen an denen sie in die Einkerbungen (2b) in der Barriereschicht (2) einlaminiert sind, z. B. an der Ober- und Unterseite, mit einem Gewebe (6) ausgestattet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die in die Einkerbungen (2b) in den Barriereschichten (2) einlaminierten, zusätzlichen Verbindungsteile (1c) mit den Kompensatoren (1) stoffschlüssig verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich an Kreuzungspunkten (1a) die Kompensatoren (1) überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass über den Kreuzungspunkten (1a) zur Erhöhung der Gasdichtigkeit, eine zusätzliche Schicht (1b) des hochflexiblen Kompensatorenmaterials angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht (1b) größer als die Fläche der darunter liegenden Kompensatoren (1) auf dem Kreuzungspunkt (1a) ist und diesen überdeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht (1b) mit den benachbarten Barriereschichten (2) sowie den Kompensatoren (1) verbunden ist.