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DE102006016796A1 - Verbundpaneelsystem für den Bau von Behältern für tiefkalte Medien - Google Patents

Verbundpaneelsystem für den Bau von Behältern für tiefkalte Medien Download PDF

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DE102006016796A1
DE102006016796A1 DE200610016796 DE102006016796A DE102006016796A1 DE 102006016796 A1 DE102006016796 A1 DE 102006016796A1 DE 200610016796 DE200610016796 DE 200610016796 DE 102006016796 A DE102006016796 A DE 102006016796A DE 102006016796 A1 DE102006016796 A1 DE 102006016796A1
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panel
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Michael Klamp
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Volker Fiebig
Katinka Wolgast
Miroslav Denev
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WARNOW DESIGN GmbH
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Abstract

Tanksystem zur Speicherung tiefkalter, flüssiger Medien bei atmosphärischem Druck mit einer äußeren tragenden Struktur (4) und einem daran befestigten inneren Aufbau aus Isolierschichten (3) und Barriereschichten (2), wobei von innen nach außen mindestens eine primäre Barriereschicht (2a), eine primäre Isolierschicht (3a), eine sekundäre Barriereschicht (2b), und eine sekundäre Isolierschicht (3b) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenaufbau aus sandwichartigen Verbundpaneelen (1) zusammengesetzt ist, die jeweils aus allen für die Funktion notwendigen, in einem Schichtaufbau miteinander verbundenen Isolierschichten (3) und Barriereschichten (2) bestehen, wobei die Barriereschichten (2) benachbarter Paneele (1) jeweils gasdicht miteinander verbunden sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Paneelsystem für den Bau eines hermetisch abgeschlossenen und thermisch isolierten Tankbehälters, geeignet für den Transport und die Lagerung von verflüssigten Gasen, zum Beispiel von verflüssigtem Erdgas (Liquefied Natural Gas, LNG).
  • Für den Seetransport des verflüssigten Erdgases werden spezielle Tankschiffe, die die tiefkalte Ladung dicht und thermisch isoliert transportieren können, verwendet.
  • Für die Gestaltung der Tanks haben sich zwei unterschiedliche Konstruktionsprinzipien durchgesetzt. Eine Gruppe dieser Tanks an Bord von Transportschiffen sind selbsttragende Tanks. Sie sind nicht auf eine äußere tragende Struktur angewiesen. Da sie vollständig aus kältebeständigen metallischen Werkstoffen bestehen, haben sie eine hohe Masse. Dies ist aus Fertigungs- und Betriebskostengründen ungünstig. Nach ihrer Bauform unterscheidet man sphärische und prismatische Tanks. Die europäische Patentschrift EP0742139 („Flüssiggas-Transportschiff") stellt beispielsweise einen verbesserten sphärischen Tank vor. Sphärische Tanks haben aufgrund ihrer Form sehr gute Festigkeitseigenschaften, nutzen aber die Schiffshülle nur unzureichend aus. Um eine vergleichbare Menge Ladung zu transportieren, müssen die sphärischen Tanks weit über das Deck hinaus ragen, was den freien Platz an Deck verringert, höhere Ansprüche an die Gewährleistung der Schiffsstabilität stellt sowie die Sicht über das Deck verschlechtert. In der Europäischen Patentanmeldung EP0619222 („Self-standing liquefied gas storage tank and liquefied gas carrier ship therefor") wird ein prismatisches Tanksystem beschrieben. Es passt sich besser an den Laderaum des Schiffes an als ein sphärisches Tanksystem. Dieser Vorteil wird jedoch mit aufwendigen inneren Verstärkungen erkauft, um die nötige strukturelle Festigkeit des Tanksystems zu erzielen.
  • Eine andere Gruppe von Tanksystemen für den Transport von tiefkalt verflüssigtem Erdgas wird als Membrantanks bezeichnet. Diese Systeme sind nicht selbst tragend, sondern in die Schiffsstruktur integriert. Das bedeutet, dass die tragende Struktur des Tanks durch den Schiffsrumpf, Deck und Querschotte gebildet wird. Die thermische Isolierung erfolgt im Inneren der Tankstruktur durch zwei übereinander angeordnete Schichten aus Isoliermaterial. Zwei so genannte Barrieren (Membranschichten) dienen der Gewährleistung der Dichtigkeit. Die innere (primäre) Membran bildet den eigentlichen Ladungstank. Die zweite (sekundäre) Membran liegt zwischen der ersten und zweiten Isolierschicht und dient der Systemsicherheit.
  • Für die Aufnahme von mechanischen Spannungen aufgrund temperaturbedingter Längenänderungen des Barrierematerials werden verschiedene konstruktive Maßnahmen eingesetzt.
  • Die Schrift EP573327 („Vorgefertigte, flüssigkeitsdichtende und thermisch isolierende Wandstruktur für Behälter für cryogene Fluide") beschreibt einen Membrantank, der aus Paneelen zusammengefügt wird, wobei die isolierenden Paneele aus einem Schichtaufbau aus einer äußeren steifen Trennwand, einer inneren steifen Trennwand und zwischen den Trennwänden angeordneten Polymerschaumisolierungen bestehen. Nach der Montage der isolierenden Paneele mittels mechanischer Verbindungselemente an die Innenseite der äußeren tragenden Struktur werden die Löcher im Isoliermaterial, durch welche die Befestigung des isolierenden Paneels an der äußeren tragenden Struktur realisiert wird, mittels Stopfen aus Isoliermaterial verschlossen, damit sich die isolierende Außenschicht vollständig unter der an der inneren Trennwand der isolierenden Paneele befestigten biegsamen und dichten inneren Barriereschicht (Sperre gegen Austritt von Ladung) erstrecken kann. Diese Barriereschicht besteht aus metallischem Material und wird auf die Innenseite der Isolierplatten montiert, dass sie dicht gegenüber der Ladung ist. Die Verbindung der Einzelteile der Barriereschicht erfolgt durch Schweißen. Es sind also nach Befestigung der isolierenden Paneele weitere Arbeitsschritte für das Verfüllen der Befestigungslöcher und die Befestigung der inneren Barriereschicht notwendig. Für die zwischen den Schichten der thermischen Isolierung befindliche sekundäre Barriereschicht wird beansprucht, dass sie aus einer durchgehenden Verstärkungsfolie aus glasfaserverstärktem Material besteht. Damit sie durchgängig ist, müssen die Barrierefolien aneinandergrenzender Paneele mittels Verbindungsstücken dicht verbunden werden, was einen weiteren Arbeitsgang erfordert.
  • In einer anderen Lösungsvariante, bekannt durch die Patentschrift DE 19931705 („In die Tragstruktur eines Schiffs integrierter dichter und thermisch isolierender Tank mit verbesserter Isoliersperre") wird ein ähnlicher Aufbau vorgeschlagen, wobei die innere, sekundäre Barriereschicht über eine mechanische Verbindung elastisch an die sekundäre Isolierschicht angebunden ist. Diese Vorgehensweise macht eine Integration primärer und sekundärer Schichten in ein Bauteil unmöglich, so dass für die Montage jede Schicht separat installiert werden muss. Das Isoliermaterial befindet sich deshalb in Kisten, die schichtweise nebeneinander an die Tankwand montiert werden müssen. Auf die sekundäre Isolierschicht folgt die sekundäre Barriereschicht, darauf wird die primäre Isolierschicht und darauf die primäre Barriereschicht befestigt. Es sind also für die Installation von je zwei Barriere- und Isolierschichten mindestens vier Arbeitsgänge notwendig.
  • Beiden Systemen gemeinsam ist, dass die Isolier- und Barriereschichten im Wesentlichen nacheinander im Schiff installiert werden. Dabei sind umfangreiche manuelle Tätigkeiten, wie z.B. das Verschweißen der Nähte der Barriereschichten, notwendig.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 2648211 („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. Dabei wird aber keine durchgängige Verbindung der Barriereschichten hergestellt, da die Gehäuse der Verbundpaneele geschlossen sind und nur mittelbar durch ein Fugenelement zwischen aneinandergrenzenden Verbundpaneelen verbunden werden. Dabei sind primäre und sekundäre Barriereschicht nicht stofflich voneinander getrennt, was ein Risiko für den Betrieb solch eines Tanks darstellt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Systeme durch ein verbessertes Tanksystem abzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem neuartigen Paneelsystem der Einsatz von Kunststoffmaterialien, z.B. moderner Faserverbundwerkstoffe, mit fertigungs- und montagegerechter Konstruktion kombiniert wird, indem in die einzelnen Paneele alle für die Funktion eines Tanksystems erforderlichen Einzelelemente bereits integriert sind, so dass bei der Montage weniger Arbeitsschritte notwendig sind.
  • Die Erfindung wird anhand des Ausführungsbeispiels Ladungstank im Schiff näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Basispaneels
  • 2 eine perspektivische schematische Teildarstellung eines Ladungstanks, belegt mit Basispaneelen, mit besonderen Stellen
  • 3 eine perspektivische schematische Darstellung von vier Übergängen zwischen Basispaneelen, mit unterschiedlichen Stadien der Verbindung miteinander
  • 4 eine perspektivische schematische Detaildarstellung von Kompensatoren in Barriere- und Isolierschicht
  • 5 eine perspektivische schematische Detaildarstellung, im Ausbruch, der Einrichtung zum Durchleiten eines Gases
  • In 1 ist ein Basispaneel (1) dargestellt, welches als Verbundpaneel ausgeführt ist, das heißt, dass der gesamte Schichtaufbau aus den notwendigen Barriereschichten (2) und Isolierschichten (3) bereits während der Fertigung hergestellt wird. Durch die Gestaltung als kompaktes Bauteil kann der gesamte Schichtaufbau in einem Arbeitsgang montiert werden. Das Basispaneel (1) wird als Standardpaneel auf dem Großteil der Tankoberfläche eingesetzt.
  • Der Schichtaufbau der Basispaneele (1) besteht aus der primären Barriereschicht (2a), die direkten Kontakt mit dem Tankinhalt hat, der darauf folgenden primären Isolierschicht (3a), der sekundären Barriereschicht (2b) und der sekundären Isolierschicht (3b), welche alle flächig miteinander verbunden sind. Die Paneele sind mit der äußeren, tragenden Struktur (4) verbunden.
  • In 2 ist die Abordnung der Paneele über die innere Tankoberfläche dargestellt. Besondere Stellen sind hervorgehoben. Für die Ecken (5) und Kanten (6) des Tanks werden angepasste Basispaneele (1), sogenannte Eckenpaneele (7) bzw. Kantenpaneele (8) gefertigt.
  • An Stellen, an denen ein Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen nötig ist, insbesondere aber auch an den Nahtstellen der Sektionsstöße, werden speziell auf diese Stelle angepasste sogenannte Passpaneele (9) verwendet.
  • In 3 sind vier Basispaneele (1) nebeneinander angeordnet, wobei die Verbindung der Paneele miteinander unterschiedlich weit fortgeschritten ist. Dabei ist links noch keine Verbindung hergestellt, in der Mitte ist die sekundäre Barriereschicht (2b) bereits verbunden, und rechts ist die primäre Isolierschicht (3a) geschlossen und die primäre Barriereschicht (2a) ebenfalls verbunden.
  • Die Basispaneele (1) sind stufenförmig gestaltet, d.h., die Elemente der primären Barriereschicht (2a) und Isolierschicht (3a) sind in Länge und Breite kleiner als die Elemente der sekundären Barriereschicht (2b) und Isolierschicht (3b), so dass die sekundäre Sperrschicht (2b) während der Montage zur Abdichtung der Paneelübergänge zugänglich bleibt.
  • Die verbleibende Lücke (10) in der primären Barriereschicht (2a) und Isolierschicht (3a) wird mit einem Fugenpaneel (12) aufgefüllt. Dieses besteht aus der primären Isolierschicht (12a) und der primären Barriereschicht (12b). Die Barriereschichten (11, 12b) des Fugenpaneels überlappen die Barriereschichten (2) der Basispaneele (1), so dass die Barriereschichten (2) durch stoffschlüssige Verbindung abgedichtet werden können.
  • 4 stellt als Detail von 3 die Kompensatoren in Barriereschichten (2) und Isolierschichten (3) dar. Die Barriereschichten (2) bestehen aus einem nichtmetallischem Werkstoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff. In ihnen befinden sich sog. Sicken (13), die eine Verformung der Barriereschichten ohne deren Beschädigung zulassen.
  • In den Isolierschichten befinden sich Fugen (14), die sich vergrößern oder verkleinern können und so ebenfalls Verformungen zulassen, ohne dass eine Schädigung des Isoliermaterials auftritt.
  • In 5 sind als Detail die Basispaneele (1) zum Teil aufgebrochen dargestellt, so dass die Einrichtungen zur Gasdurchleitung (15) zu sehen sind, die so gestaltet sind, dass ein inertes Gas hindurchgeleitet werden kann, welches auf seinen Erdgasgehalt hin untersucht wird, um eventuelle Schäden der Barriereschichten (2) erkennen zu können. Diese Einrichtungen befinden sich zwischen den Barriereschichten (2) sowie zwischen der sekundären Barriereschicht (2b) und der äußeren, tragenden Struktur (4).
    • 1
    Verbundpaneel, auch: Basispaneel
    2
    a: primäre Barriereschicht; b: sekundäre Barriereschicht
    3
    a: primäre Isolierschicht; b: sekundäre Isolierschicht
    4
    äußere tragende Struktur
    5
    Ecke des Tanks
    6
    Kante des Tanks, a: zwischen Seitenwand und Boden, b: zwischen Querschott und Boden, c: zwischen Seitenwand und Querschott
    7
    Eckenpaneel
    8
    Kantenpaneel
    9
    Passpaneel
    10
    Lücke in den primären Schichten
    11
    Sekundärer Verbindungsstreifen
    12
    Fugenpaneel, a: primäre Isolierschicht; b: primäre Barriereschicht
    13
    Sicken, a: in der primären Barriereschicht, b: in der sekundären Barriereschicht
    14
    Fugen, a: in der primären Barriereschicht, b: in der sekundären Barriereschicht
    15
    Einrichtung zur Gasdurchleitung

Claims (7)

  1. Tanksystem zur Speicherung tiefkalter, flüssiger Medien bei atmosphärischem Druck mit einer äußeren tragenden Struktur (4) und einem daran befestigten inneren Aufbau aus Isolierschichten (3) und Barriereschichten (2), wobei von innen nach außen mindestens eine primäre Barriereschicht (2a), eine primäre Isolierschicht (3a), eine sekundäre Barriereschicht (2b), und eine sekundäre Isolierschicht (3b) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenaufbau aus sandwichartigen Verbundpaneelen (1) zusammengesetzt ist, die jeweils aus allen für die Funktion notwendigen, in einem Schichtaufbau miteinander verbundenen Isolierschichten (3) und Barriereschichten (2) bestehen, wobei die Barriereschichten (2) benachbarter Paneele (1) jeweils gasdicht miteinander verbunden sind.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wesentlichen Bestandteile des Verbundpaneels (1) aus Kunst- und Verbundwerkstoffen bestehen.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es verschiedene Verbundpaneelarten gibt, mindestens aber Basispaneel (1), Fugenpaneel (12) und Passpaneel (9), die je nach Einsatzzweck in ihrem Schichtaufbau oder ihrer Form oder beidem unterschiedlich sind.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basispaneel stufenförmig gestaltet ist, indem die primären Schichten (2a; 3a) in Länge und Breite kleiner sind als die sekundären Schichten (2b; 3b).
  5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Verbindungsstelle benachbarter Basispaneele (1) in den primären Schichten (2a; 3a) entstehende Zwischenraum (10) durch ein Fugenpaneel (12) aufgefüllt ist, um in der Ebene einen geschlossenen Schichtaufbau zu gewährleisten.
  6. Tanksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Barriereschichten (2) oder Isolierschichten (3) in Abständen mit Kompensatoren (13; 14) versehen sind, mittels derer thermisch oder mechanisch induzierte Spannungen und Verformungen aufgefangen werden.
  7. System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschichten (2) mit Zuschlagstoffen, Anstrichen oder Beschichtungen versehen sind.
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