PL214588B1 - Zbiornik kriogeniczny poziomy - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 389190 (51) Int.Cl.

F17C 1/02 (2006.01) B65D 88/12 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 02.10.2009 (54)

Zbiornik kriogeniczny poziomy

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 29.03.2010 BUP 07/10	(73) Uprawniony z patentu: ZAKŁADY APARATURY CHEMICZNEJ CHEMET SPÓŁKA AKCYJNA, Tarnowskie Góry, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku:
30.08.2013 WUP 08/13	EDWARD LISOWSKI, Kraków, PL KATARZYNA GŁOWIK-ŁAZARCZYK, Piekary Śląskie, PL

PL 214 588 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja poziomego zbiornika kriogenicznego o zwiększonym stopniu izolacji termicznej, w tym przeciwpożarowej oraz przeciwwybuchowej. Zbiornik umożliwia przechowywanie magazynowanego czynnika w warunkach dłuższego działanie wysokiej temperatury zewnętrznej, a także może służyć jako cysterna do transportowania skroplonych gazów.

Skroplony gaz ziemny, którego podstawowym składnikiem jest metan, w literaturze określa się skrótem LNG (z ang. Liquefied Natural Gas). LNG z uwagi na niską temperaturę skroplenia (metan skrapla się przy -161°C) musi być magazynowany w specjalnych zbiornikach kriogenicznych. Znane są różne rozwiązania zbiorników kriogenicznych, które zwykle mają konstrukcję dwupłaszczową i izolowane są za pomocą materiałów sproszkowanych jak perlit lub pianka uretanowa, np. rozwiązanie japońskie JP2005297994, lub też za pomocą mat izolacyjnych. W przypadku transportu zbiornika kriogenicznego pojawia się problem przesuwania się materiałów sproszkowanych, a w przypadku, gdy zbiornik położony jest na matach izolacyjnych następuje ich ugniatanie i powstawanie mostków cieplnych. Aby zapobiec tym zjawiskom stosuje się wewnętrzne podpory o względnie małych wymiarach, które jednaj przy dużej różnicy temperatur pomiędzy temperaturą kriogeniczną a zewnętrzną otoczenia, powodują znaczący dopływ ciepła przez te podpory do zbiornika wewnętrznego i lokalne wychładzanie jego ścianek, np. rozwiązanie koreańskie KR20020079708.

Z francuskiego opisu FR2535831 znany jest szczelny zbiornik izotermiczny przeznaczonych do magazynowania płynnego gazu, który posiada dwie oddzielne przestrzenie uszczelniające, przy czym przestrzeń próżniowa od zewnętrznej ściany zbiornika ma bezwzględne ciśnienie niższe od ciśnienia atmosferycznego, korzystnie zawierające się między 1 a 300 milibara. Zbiornik ten jest stosowany na statkach przewożących skroplony metan.

Znany jest z kolei z niemieckiego opisu patentowego DE102006009061 zbiornik, którego konstrukcja zawiera wielowarstwową izolację magnetyczną przedzieloną folią o odblaskowej powierzchni. Warstwy są odpychane od siebie bez użycia dystansów, ale pomiędzy magazynowym zbiornikiem kriogenicznym a zbiornikiem zewnętrznym wsunięte są ze wszystkich stron elementy podporowe poprzeczne i wzdłużne.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie zbiornika do przewozu i przechowywania gazów skroplonych zwłaszcza ciekłego LNG, produktu który jest łatwopalny i niebezpieczny w przypadku gwałtownego dopływu ciepła do zbiornika. W sytuacji gdy zbiornik znajdzie się w strefie pożaru o wysokiej temperaturze otoczenia, wymagane jest również by system izolacji chronił zbiornik przed nadmiernym dopływem ciepła do płynnego gazu, żeby uniknąć wrzenia cieczy i wybuchu na wskutek wzrostu ciśnienia. Ze względu na możliwy udział zbiornika w ruchu drogowym czy kolejowym, musi być on zdolny do utrzymania temperatury czynnika wewnątrz zbiornika w dłuższym okresie czasu, na przykład z powodu zatorów drogowych lub innych przyczyn, bez konieczności stosowania urządzeń schładzających. Warunki transportowe z kolei wymagają, by zbiornik był zdolny do przenoszenia zwiększonych obciążeń pionowych oraz wzdłużnych pochodzących od przyspieszania czy hamowania pojazdu.

Istota rozwiązania zbiornika kriogenicznego charakteryzuje się tym, że posiada on pierścienie wzmacniające wewnętrzne i zewnętrzne, trwale osadzone w części walczakowej w co najmniej dwóch poprzecznych płaszczyznach wzmocnienia, z czego pierścień wzmacniający wewnętrzny na powierzchni wewnętrznej zbiornika magazynującego, a pierścień wzmacniający zewnętrzny na powierzchni zewnętrznej zbiornika osłaniającego, przy czym co najmniej w skrajnych płaszczyznach wzmocnienia w strefie międzypłaszczowej rozmieszczone są równomiernie na obwodzie tego zbiornika termoizolacyjne klocki podporowe, korzystnie z gradientowego polimeru, zamocowane w oprawkach trwale połączonych ze zbiornikiem magazynującym, które po stronie zbiornika osłaniającego osadzone są w nieprzesuwnym węźle podparcia obu zbiorników, znajdującym się w płaszczyźnie podporowej od strony dennicy z rurami ładunkowymi, oraz w węźle przesuwnym wzdłużnie, znajdującym się w drugiej płaszczyźnie podporowej, ponadto po stronie zbiornika magazynującego w przestrzeni międzypłaszczowej znajduje się warstwowa struktura termoizolacyjna z warstwami izolacyjnymi, korzystnie z aerożelu, przedzielona przekładkami ekranującymi z folii aluminiowej, która to struktura wypełnia przestrzeń międzypłaszczową z pozostawieniem po stronie zbiornika osłaniającego warstwy próżniowej.

Korzystnie, klocek podporowy jest odizolowany od zewnętrznej ścianki zbiornika magazynującego i trzymających go oprawek za pomocą przekładek z kontaktowego materiału termoizolacyjnego,

PL 214 588 B1 np. kleju. Korzystnie, w klocku podporowym są zatopione elementy zbrojeniowe w postaci prętów kompozytowych, ukierunkowanych pionowo lub wzdłużnie. Korzystnie, warstwowa struktura termoizolacyjna z aerożelu zawiera co najmniej trzy warstwy izolacyjne.

Korzystnie, w węźle nieprzesuwnym klocek podporowy osadzony jest nieruchomo w zespole złożonym z uchwytu blokującego, trwale połączonego ze zbiornikiem osłaniającym, i zwory blokującej przykręconej do tego uchwytu.

Korzystnie, w węźle przesuwnym górny i dolny klocek podporowy osadzone są suwliwe pomiędzy prowadnicami wzdłużnymi, trwale połączonymi ze zbiornikiem osłaniającym.

Zaletą nowej konstrukcji zbiornika dwupłaszczowego, w którym zastosowano wielowarstwowy system izolacji z aerożelu krzemionkowego, o najmniejszym dla ciał stałych współczynniku przewodnictwa ciepła, z ekranami promieniowania i próżnią w przestrzeni międzypłaszczowej, jest efekt polepszenia jakości izolacji. Pozwala to na utrzymywanie skroplonego gazu w zbiorniku magazynującym o temperaturze kriogenicznej, przy jednoczesnej temperaturze ścianki zbiornika osłonowego zbliżonej do temperatury otoczenia z uniknięciem mostków cieplnych. Taka izolacja w połączeniu z zaworami bezpieczeństwa stanowi zabezpieczenie przed wybuchem, w przypadku gdyby zbiornik znajdował się w strefie wysokiej temperatury wywołanej pożarem.

Z kolei układ suwliwego podparcia zbiornika magazynującego w osłaniającym eliminuje duże skurcze zbiornika magazynującego w porównaniu do zbiornika osłaniającego występujące w niskich temperaturach, oraz zwiększa zdolność do przenoszenia obciążeń pionowych i wzdłużnych, a także umożliwia wydłużanie i skracanie się zbiornika wewnętrznego w trakcie prac za- i wyładowczych. Obrócenie względem siebie rozmieszczenia oprawek klocków podporowych w płaszczyznach podporowych o pół podziałki umożliwia prosty montaż technologiczny, pozwalający wsuwać zbiornik magazynujący do osłaniającego na urządzeniu transportowym, np. wózku.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zbiornik w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - przekrój poprzeczny przez podparcie przesuwne, fig. 3 - szczegół prowadzenia suwliwego klocka podporowego, fig. 4 - węzeł podparcia nieprzesuwnego, fig. 5 - przekrój poprzeczny przez podparcie nieprzesuwne, fig. 6 - szczegół blokowania klocka podporowego, a fig.7 - widok z kładem oprawki klocka podporowego.

Zbiornik dwupłaszczowy posiada wewnętrzny zbiornik magazynowy 1, wzmocniony od środka w części walczakowej minimum dwoma wewnętrznymi pierścieniami wzmacniającymi 3 z wykonanymi w nich dolnymi otworami spływowymi. W tej samej płaszczyźnie wzmocnienia na zewnętrznej powierzchni zbiornika osłaniającego 2 przyspawane są pierścienie wzmacniając 4, które służą do mocowania stacjonarnych nóg zbiornika lub też do mocowania go jako cysterna w konstrukcji standardowego kontenera. Na zewnętrznej ściance zbiornika magazynującego 1, w strefie wzmocnień w dwóch skrajnych płaszczyznach podporowych P1 i P2, przyspawane są oprawki 5 rozmieszczone równomiernie na obwodzie tego zbiornika. Ze względów montażowych, w każdej z tych płaszczyzn, oprawki 5 są przestawione o pół obrotu ich podziałki rozstawienia. W oprawki 5 wciśnięte są klocki podporowe 6 z tworzywa sztucznego, pełniące rolę dystansową dla zbiornika osłaniającego 2. Klocki podporowe 6 są odizolowane od zewnętrznej, zimnej ścianki zbiornika magazynującego 1 i trzymających ich oprawek 5 za pomocą przekładek 8 z kontaktowego materiału termoizolacyjnego, np. kleju termoizolacyjnego. Klocek podporowy 6 wykonany jest z gradientowego polimeru odpornego na działanie próżni i rozrzedzonych gazów, z materiału charakteryzującego się niską przewodnością cieplną, odpowiednią wytrzymałością na ściskanie i małym współczynnikiem tarcia, np. tarnamidu. W klocku podporowym 6 zatopione są dodatkowo elementy zbrojeniowe 7, korzystnie pręty ukierunkowane pionowo albo wzdłużnie, stanowiące ich kompozytowe wzmocnienie od sił pionowych czy też od sił wzdłużnych powstających w czasie gwałtownego hamowania. Z kolei w skrajnych płaszczyznach wzmocnienia, stanowiących płaszczyzny podporowe P1 i P2, klocki podporowe 6 tworzą suwliwy układ podparcia obu zbiorników 1 i 2 z węzłem nieprzesuwnym w płaszczyźnie podporowej P1 po stronie dennicy z rurami 14 i 15, oraz w drugiej płaszczyźnie podporowej P2 z węzłem przesuwnym wzdłużnie. Rozwiązanie to wynika z tego, że w niskich temperaturach występują duże skurcze zbiornika magazynującego 1 w porównaniu do zbiornika osłaniającego 2. Powoduje to, że przy zmianie temperatury zbiornik magazynujący 1 może się przesuwać w zbiorniku osłaniającym 2. Nieprzesuwny węzeł podparcia tworzy nieruchome osadzenie klocka podporowego 6 w zespole złożonym z uchwytu blokującego 10, trwale połączonego ze zbiornikiem osłaniającym 2, i zwory blokującej 11 przykręcanej do tego uchwytu. Zwora blokująca 11 może obejmować kilka uchwytów blokujących 10.

PL 214 588 B1

Przesuwny węzeł podparcia tworzy suwliwe osadzenie górnego i dolnego klocka podporowego pomiędzy prowadnicami wzdłużnymi 9 trwale połączonymi ze zbiornikiem osłaniającym 2, co blokuje rotację zbiornika 1 wzdłuż jego osi własnej.

Po stronie zewnętrznej zbiornika magazynującego 1, w przestrzeni międzypłaszczowej, wykonana jest co najmniej trzywarstwowa struktura termoizolacyjna z warstwami izolacyjnymi 12, korzystnie z aerożelu krzemionkowego, przedzielona przekładkami ekranującymi 13 przewodzącymi ciepło, wykonanymi z folii aluminiowej, która wypełnia częściowo przestrzeń międzypłaszczową pozostawiając po stronie zbiornika osłaniającego 2 warstwę próżniową.

Rury ładunkowe 14 i 15 do napełnianie i opróżnianie zbiornika przylegają do dennicy zbiornika, przez co ich rozszerzalność jest zgodna ze zbiornikiem magazynującym 1, oraz wyprowadzone są na zewnątrz jednym wspólnym wyjściem.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zbiornik kriogeniczny poziomy dwupłaszczowy ze szczelną przestrzenią międzypłaszczową, wypełnianą materiałem termoizolacyjnym, znamienny tym, że posiada pierścienie wzmacniające wewnętrzne (3) i zewnętrzne (4), trwale osadzone w części walczakowej w co najmniej dwóch poprzecznych płaszczyznach wzmocnienia, z czego pierścień wzmacniający wewnętrzny (3) na powierzchni wewnętrznej zbiornika magazynującego (1), a pierścień wzmacniający zewnętrzny (4) na powierzchni zewnętrznej zbiornika osłaniającego (2), przy czym co najmniej w skrajnych płaszczyznach wzmocnienia w strefie międzypłaszczowej rozmieszczone są równomiernie na obwodzie tego zbiornika termoizolacyjne klocki podporowe (6), korzystnie z gradientowego polimeru, zamocowane w oprawkach (5) trwale połączonych ze zbiornikiem magazynującym (1), które po stronie zbiornika osłaniającego (2) osadzone są w nieprzesuwnym węźle podparcia obu zbiorników (1 i 2), znajdującym się w płaszczyźnie podporowej (P1) od strony dennicy z rurami ładunkowymi (14 i 15), oraz w węźle przesuwnym wzdłużnie, znajdującym się w drugiej płaszczyźnie podporowej (P2), ponadto po stronie zbiornika magazynującego (1) w przestrzeni międzypłaszczowej znajduje się warstwowa struktura termoizolacyjna z warstwami izolacyjnymi (12), korzystnie z aerożelu, przedzielona przekładkami ekranującymi (13) z folii aluminiowej, która to struktura wypełnia przestrzeń międzypłaszczową z pozostawieniem po stronie zbiornika osłaniającego (2) warstwy próżniowej.
2. 2. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że klocek podporowy (6) jest odizolowany od zewnętrznej ścianki zbiornika magazynującego (1) i trzymających go oprawek (5) za pomocą przekładek (8) z kontaktowego materiału termoizolacyjnego, korzystnie kleju.
3. 3. Zbiornik według zastrz. 2, znamienny tym, że w klocku podporowym (6) są zatopione elementy zbrojeniowe (7), korzystnie pręty kompozytowe, ukierunkowane pionowo albo wzdłużnie.
4. 4. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwowa struktura termoizolacyjna z aerożelu zawiera co najmniej trzy warstwy izolacyjne (12).
5. 5. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że w węźle nieprzesuwnym klocek podporowy (6) osadzony jest nieruchomo w zespole złożonym z uchwytu blokującego (10), trwale połączonego ze zbiornikiem osłaniającym (2), i zwory blokującej (11) przykręconej do tego uchwytu.
6. 6. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że w węźle przesuwnym górny i dolny klocek podporowy (6) osadzone są suwliwe pomiędzy prowadnicami wzdłużnymi (9), trwale połączonymi ze zbiornikiem osłaniającym (2).