PL219796B1

PL219796B1 - Zbiornik kolumnowy kriogeniczny

Info

Publication number: PL219796B1
Application number: PL397817A
Authority: PL
Inventors: Edward Lisowski
Original assignee: Edward Lisowski
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2015-07-31
Also published as: PL397817A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja stacjonarnego zbiornika kolumnowego kriogenicznego izolowanego termicznie i próżniowo, przeznaczonego szczególnie do magazynowania mediów kriogenicznych w warunkach działania temperatury otoczenia.

Znane są różne rozwiązania zbiorników kriogenicznych, które mają konstrukcję dwupłaszczową z izolowaną przestrzenią międzypłaszczyznową, głównie za pomocą materiałów sproszkowanych, jak perlit lub pianka uretanowa. W czasie eksploatacji w zbiornikach tych tworzą się szkodliwe mostki cieplne, które powstają w wyniku ugniatania się tego typu materiałów izolacyjnych przy przenoszeniu przez nie obciążeń.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego P-389190 (Int.CI.⁸ F17C1/02, B65D88/12) poziomy zbiornik kriogeniczny, który w strefie międzypłaszczowej w płaszczyznach podporowych ma rozmieszczone równomiernie na obwodzie tego zbiornika termoizolacyjne klocki podporowe o względnie małych wymiarach, które tworzą suwliwy układ podparcia zbiornika wewnętrznego w zbiorniku zewnętrznym. Układ ten posiada w jednej płaszczyźnie sztywne zamocowanie klocków, a w drugiej ślizgowe. Z kolei w przestrzeni międzypłaszczowej od zewnętrznej strony zbiornika wewnętrznego znajduje się wielowarstwowa struktura termoizolacyjna z aerożelu przedzielona ekranującymi przekładkami, która tylko częściowo wypełnia przestrzeń międzypłaszczową pozostawiając po stronie zbiornika zewnętrznego próżniową warstwę, w której wytwarzane jest podciśnienie.

Znana jest z opisu patentowego EP0677694 (Int.CI.⁶ F17C3/08, F17C13/08) kanadyjska konstrukcja poziomego kontenera z dwupłaszczowym pojemnikiem do transportu i magazynowania gazu płynnego, który ma suwliwy układ podparcia współosiowo zawieszonych zbiorników walcowych osadzonych w zawieszkach centrujących w osi podłużnej dennic zbiorników. Jedna zawieszka tego układu jest sztywno ustalona, a druga jest ułożyskowana ślizgowo w prowadnicy wzdłużnej. Konstrukcja ta, zwłaszcza w dużych pojemnikach, pozwala niwelować wpływ rozszerzalności cieplnej na odkształcanie się rur wlotowych i wylotowych skroplonego gazu.

Znany jest koreański patent KR 100479641 (Int.CI.⁷ F17C1/12) ujawniający konstrukcję kriogenicznego kontenera przeznaczonego do transportu pionowego. Przestrzeń międzypłaszczową zbiorników jest całkowicie wypełniona wprowadzanym podciśnieniowo perlitem utwierdzającym oba zbiorniki. Wewnętrzny zbiornik jest dodatkowo wsparty na zbiorniku zewnętrznym na specjalnym klocku izolacyjnym, przenoszącym jego pionowe obciążenie, usytuowanym na dole w osi podłużnej dolnych dennic zbiornika. Cały zbiornik kriogeniczny osadzony jest na palecie kontenera za pośrednictwem zamocowanej trwale w dolnej części zbiornika zewnętrznego podpory ze stopą pierścieniową. Natomiast pośrodku wysokości kontenera zabudowane są cztery amortyzatory chroniące zbiornik przed jego przechylaniem się na boki, co poprawia bezpieczeństwa i wygodę jego użytkowania.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie stacjonarnego, izotermicznego dwupłaszczowego zbiornika do przechowywania skroplonych gazów, zwłaszcza ciekłego LNG, którego konstrukcja spełniać będzie wymagania wytrzymałościowe i temperaturowe dla magazynowania dużej ilości cieczy oraz umożliwiać będzie obsłudze łatwy dostęp do armatury od dołu.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że zbiornik wewnętrzny podparty jest swobodnie współosiowo w samonośnym osłonowym zbiorniku zewnętrznym.

Podparcie obu zbiorników wykonane jest w przestrzeni międzypłaszczowej za pomocą:

• kilku izolowanych lokalnych węzłów podparcia, usytuowanych w poprzecznym pasie wyznaczonym nad powierzchnią pierścienia podporowego zewnętrznego trwale połączonego z podporami, oraz • kilku izolowanych lokalnych węzłów stabilizacji pionowej, usytuowanych w pasie wyznaczonym powierzchnią przekroju poprzecznego pierścienia podporowego zewnętrznego trwale połączonego z podporami albo górnego pierścienia wzmacniającego zbiornika zewnętrznego, a także • dwóch suwliwych współosiowo izolowanych zespołów prowadnic centrujących wzdłużnych zabudowanych u góry i u dołu zbiornika pomiędzy ich dennicami.

Korzystnie węzeł podparcia zbiornika wewnętrznego w zbiorniku zewnętrznym tworzy izolacyjna wkładka podporowa przykręcona do wspornika górnego połączonego trwale z ceowymi segmentami podporowymi zbiornika wewnętrznego, który wspiera się na wsporniku dolnym połączonym trwale z ceowym pierścieniem podporowym wewnętrznym zbiornika zewnętrznego usytuowanego naprzeciwPL 219 796 B1 ległe jego pierścienia podporowego zewnętrznego. Korzystnie we wkładce podporowej zatopione są kompozytowe pręty zbrojeniowe o wysokiej wytrzymałości na ściskanie ukierunkowane w nim pionowo.

Korzystnie węzeł stabilizacji pionowej zbiornika wewnętrznego w zbiorniku zewnętrznym tworzy izolacyjna wkładka ustalająca osadzona i przykręcona do oprawki przyspawanej do zbiornika wewnętrznego.

Korzystnie wkładka ustalająca ma kształt kwadratowego lub prostokątnego wycinka pierścienia z dookolnym przewężeniem o profilu półkołowym.

Korzystnie zespół prowadnicy centrującej wzdłużnie zbiornik wewnętrzny w zbiorniku zewnętrznym posiada utwierdzony w osi zbiornika wewnętrznego rurowy czop z izolacyjną tulejką zewnętrzną oraz utwierdzoną w osi zbiornika zewnętrznego rurową panewkę z izolacyjną tulejką wewnętrzną.

Zaletą rozwiązania są lokalne izolowane węzły podparcia zbiornika wewnętrznego w zewnętrznym umożliwiające obniżenie przenikalności cieplnej. Rozwiązanie to powoduje, że przy skurczach temperaturowych zbiornik wewnętrzny może swobodnie przesuwać się w zbiorniku osłaniającym.

Konstrukcja zbiornika jest lekka, nie wymaga zabudowy kontenerowej i umożliwia magazynowanie pionowe dużej ilości cieczy. Armatura zaworowa jest zabudowana u dołu zbiornika, co ułatwia jej obsługę i konserwację.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym

Fig. 1 przedstawia półwidok - półprzekrój zbiornika

Fig. 2 widok izometryczny zbiornika wewnętrznego bez ocieplenia

Fig. 3 przekrój poprzeczny zbiornika oznaczony na fig. 1

Fig. 4 szczegół węzła podparcia oznaczony na fig. 1

Fig. 5 przekroju poprzecznego przez węzeł podparcia oznaczony na fig. 4

Fig. 6 szczegół węzła stabilizacji pionowej oznaczony na fig. 1

Fig. 7 szczegół zespołu prowadnicy centrującej oznaczony na fig. 1.

Konstrukcja dwupłaszczowego walcowego zbiornika kolumnowego ze szczelną przestrzenią międzypłaszczową, posiada magazynowy zbiornik wewnętrzny 1 podparty swobodnie współosiowo w samonośnym osłonowym zbiorniku zewnętrznym 2.

W dolnej części zbiornik zewnętrzny 2 posiada cztery pionowonośne podpory 3 zakończone u dołu płaską stopą 4 o dowolnym kształcie powierzchni styku z podłożem wymaganej dla przeniesienia tonażu magazynowanych mediów kriogenicznych. Każda podpora 3 połączona jest trwale z zewnętrzną walczakową częścią zbiornika zewnętrznego 2 poprzez pierścień podporowy zewnętrzny 5 i wyżej położony pierścień podtrzymujący 6 oraz z częścią dennicowatego zbiornika poprzez dopromieniowo usytuowane żebro 7.

Dla zachowania samonośności powłoki zbiornika zewnętrznego 2 w jego części walczakowej powyżej podpór 3 rozmieszczonych jest równomiernie szereg pierścieni wzmacniających 8, których wymiary i rozstawienie wynika z zastosowanego podciśnienia w przestrzeni międzypłaszczowej i wysokości kolumny.

W przestrzeni międzypłaszczowej w poprzecznym pasie wyznaczonym nad powierzchnią pierścienia podporowego zewnętrznego 5 utworzonych jest równomiernie dwanaście lokalnych węzłów podporowych zbiornika wewnętrznego 1 w zbiorniku zewnętrznym 2.

Węzeł ten tworzy izolacyjna wkładka podporowa 9 przykręcona do wspornika górnego 10 połączonego trwale z ceowymi segmentami podporowymi 11 zbiornika wewnętrznego 1, która z kolei wspiera się na wsporniku dolnym 12 połączonym trwale z ceowym pierścieniem podporowym wewnętrznym 13 zbiornika zewnętrznego 2 usytuowanym naprzeciwległe jego pierścienia podporowego zewnętrznego 5, tworząc z nim konstrukcję skrzynkową.

Powyżej węzła podparcia w pasie wyznaczonym powierzchnią przekroju poprzecznego pierścienia podtrzymującego 6 albo górnego pierścienia wzmacniającego 8 utworzonych jest równomiernie osiem lokalnych swobodnych węzłów stabilizacji pionowej zbiornika wewnętrznego 1 w zbiorniku zewnętrznym 2.

Węzeł ten tworzy izolacyjna wkładka ustalająca 14 osadzona i przykręcona do oprawki 15 przyspawanej do zbiornika wewnętrznego 1. Wkładka ta ma kształt kwadratowego lub prostokątnego wycinka pierścienia z dookolnym przewężeniem o profilu półkołowym. Wkładki te pełnią rolę dystansową dla zbiornika zewnętrznego 2 oraz zapewniają swobodne i suwliwe osadzenie w nim zbiornika wewnętrznego 1.

W przestrzeni międzypłaszczowej w osi podłużnej zbiornika u góry i u dołu pomiędzy ich dennicami zabudowane są suwliwe poosiowe zespoły prowadnic centrujących zbiornik wzdłużnie posiadające rurowy czop 16 z izolacyjną tulejką zewnętrzną 17, utwierdzony w osi zbiornika wewnętrznego 1

PL 219 796 B1 i rurową panewkę18 z izolacyjną tulejką wewnętrzną 19 utwierdzoną w osi zbiornika zewnętrznego 2. W zespole czopa 16 i tulejki zewnętrznej 17 wykonane są otwory pod kołek ustalający 20.

Wszystkie elementy izolacyjne wykonane są z gradientowego polimeru, odpornego na działanie próżni i rozrzedzonych gazów oraz charakteryzującego się niską przewodnością cieplną, odpowiednią wytrzymałością na ściskanie i małym współczynnikiem tarcia, np. Poliamidu.

W wkładce podporowej 9 zatopione są dodatkowo kompozytowe pręty zbrojeniowe o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, ukierunkowane w nim pionowo, stanowiące wzmocnienie od sił pionowych powstających w czasie magazynowania cieczy.

W części przestrzeni międzypłaszczowej po stronie cienkościennego zbiornika zewnętrznego 2 znajduje się próżniowa strefa, w której wytwarzane jest podciśnienie, natomiast od strony grubościennego zbiornika wewnętrznego 1 znajduje się wielowarstwowe ocieplenie złożone z aerożelowych warstw izolacyjnych 21 i warstw ekranujących 22 nieprzepuszczających promieniowania cieplnego.

Rury ładunkowe fazy ciekłej 23 i fazy gazowej 24 służące do napełniania i opróżniania zbiornika oraz rura odprowadzania par 25 pokazane na fig. 2 i 3 przylegają do powierzchni zbiornika wewnętrznego 1 i prowadzone są w przerwaniu pomiędzy segmentami podporowymi 11, przez co ich rozszerzalność jest zgodna ze zbiornikiem wewnętrznym 1. Rury te wyprowadzone są na dole na zewnątrz jednym wspólnym wyjściem, co umożliwia łatwą zabudowę i dostępność do armatury zaworowo-pomiarowej.

Wykaz oznaczeń rysunkowych

Nr	Oznaczenie
1.	Zbiornik wewnętrzny
2.	Zbiornik zewnętrzny
3.	Podpora
4.	Stopa
5.	Pierścień podporowy zewnętrzny
6.	Pierścień podtrzymujący
7.	Żebro
8.	Pierścień wzmacniający
9.	Wkładka podporowa
10.	Wspornik górny
11.	Segment podporowy
12.	Wspornik dolny
13.	Pierścień podporowy wewnętrzny
14.	Wkładka ustalająca
15.	Oprawka
16.	Czop
17.	Tulejka zewnętrzna
18.	Panewka
19.	Tulejka wewnętrzna
20.	Kołek ustalający
21.	Warstwa izolacyjna
22.	Warstwa ekranująca
23.	Rura ładunkowa fazy ciekłej
24.	Rura ładunkowa fazy gazowej
25.	Rura odprowadzenia par

PL 219 796 B1

Claims

1. Zbiornik kolumnowy kriogeniczny dwupłaszczowy ze szczelną przestrzenią międzypłaszczową posiadającą strefę wypełnianą materiałem termoizolacyjnym i próżnią, znamienny tym, że posiada zbiornik wewnętrzny (1) podparty swobodnie współosiowo w samonośnym osłonowym zbiorniku zewnętrznym (2), przy czym podparcie wykonane jest w przestrzeni międzypłaszczowej kilkoma izolowanymi lokalnymi węzłami podparcia, usytuowanymi równomiernie w poprzecznym pasie wyznaczonym nad powierzchnią pierścienia podporowego zewnętrznego (5) trwale połączonego z podporami (3) oraz kilkoma izolowanymi lokalnymi węzłami stabilizacji pionowej, usytuowanymi równomiernie w pasie wyznaczonym powierzchnią przekroju poprzecznego pierścienia podtrzymującego (6) trwale połączonego z podporami (3) albo górnego pierścienia wzmacniającego (8) zbiornika zewnętrznego (2), a także dwoma suwliwymi poosiowo izolowanymi zespołami prowadnic centrujących wzdłużnych zabudowanych u góry i u dołu zbiornika pomiędzy ich dennicami.

2. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że węzeł podparcia zbiornika wewnętrznego (1) w zbiorniku zewnętrznym (2) tworzy izolacyjna wkładka podporowa (9) przykręcona do wspornika górnego (10) połączonego trwale z ceowymi segmentami podporowymi (11) zbiornika wewnętrznego (1), który wspiera się na wsporniku dolnym (12) połączonym trwale z ceowym pierścieniem podporowym wewnętrznym (13) zbiornika zewnętrznego (2) usytuowanego naprzeciwległe jego pierścienia podporowego zewnętrznego (5).

3. Zbiornik według zastrz. 2, znamienny tym, że w wkładce podporowej (9) są zatopione kompozytowe pręty zbrojeniowe o wysokiej wytrzymałości na ściskanie ukierunkowane w nim pionowo.

4. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że węzeł stabilizacji pionowej zbiornika wewnętrznego (1) w zbiorniku zewnętrznym (2) tworzy izolacyjna wkładka ustalająca (14) osadzona i przykręcona do oprawki (15) przyspawanej do zbiornika wewnętrznego (1).

5. Zbiornik według zastrz. 4, znamienny tym, że wkładka ustalająca (14) ma kształt kwadratowego lub prostokątnego wycinka pierścienia z dookolnym przewężeniem o profilu półkołowym.

6. Zbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół prowadnicy centrującej wzdłużnie zbiornik wewnętrzny (1) w zbiorniku zewnętrznym (2) posiada utwierdzony w osi zbiornika wewnętrznego (1) rurowy czop (16) z izolacyjną tulejką zewnętrzną (17) oraz utwierdzoną w osi zbiornika zewnętrznego (2) rurową panewkę (18) z izolacyjną tulejką wewnętrzną (19).