Резервуар для хранения криогенной текучей среды испособ изготовления герметичного резервуара - RU2307973C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к резервуару для хранения текучей среды. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такого резервуара, предназначенного для хранения текучей среды.

В предпочтительном случае изобретение относится к свободно стоящему резервуару, содержащему основание, вертикальные стенки и верхнюю крышку. Следует отметить, что текучая среда может представлять собой газ или жидкость любого типа. Хранить можно текучие вещества на углеводородной основе или загрязняющие текучие вещества, которые не должны вытекать наружу. Также можно хранить криогенные жидкости или газы.

Из уровня техники известно использование бетонных резервуаров для хранения криогенных жидкостей или газов. Такие резервуары обычно содержат внутренний герметичный резервуар, окруженный концентрично расположенным внешним резервуаром. Внутренний резервуар удерживается несущей конструкцией, установленной на дно указанного внешнего концентрично расположенного резервуара. В промежуточном пространстве между внутренним и внешним резервуарами размещен изоляционный материал. Однако бетон вследствие своих капиллярных свойств не является полностью непроницаемым. Кроме того, в бетоне часто образуются небольшие трещины, которые возникают либо во время затвердевания при бетонировании, либо в результате действия на бетон нагрузок. Таким образом, имеется потребность в обеспечении непроницаемости стенок для газа и жидкости различным образом. Из уровня техники также известно решение, согласно которому внутреннюю стенку такого резервуара покрывают мембраной, образованной тонкими соединенными вместе стальными пластинами.

В описании к норвежскому патенту №310699 раскрыт резервуар для хранения криогенных жидкостей, в частности сжиженных газов, например сжиженного природного газа. Резервуар содержит внутренний резервуар и внешний резервуар, причем по меньшей мере внутренний резервуар выполнен из бетона. Между боковыми стенками и дном резервуара расположен теплоизоляционный материал. Внутренний резервуар выполнен из газонепроницаемого бетона, в котором имеется арматурная проволока, обеспечивающая предварительное напряжение резервуара. После твердения резервуара проволока испытывает натяжение на бетон. На внешней поверхности внутреннего резервуара размещен вкладыш, предназначенный для сбора возможной жидкости, просачивающейся из внутреннего пространства резервуара. Такое решение требует наличия дополнительных трубопроводов для циркуляции газа, расположенных между вкладышем и внешней поверхностью внутреннего резервуара, для того, чтобы при помощи газа осуществлять текущий контроль возможных утечек. Кроме того, в стенке внутреннего резервуара установлены трубопроводы для циркуляции охлаждающего агента, посредством которых можно охлаждать стенку резервуара перед заполнением резервуара сжиженным природным газом.

В описании к норвежскому патенту №142144 раскрыт резервуар для хранения сильно загрязняющих жидкостей. Резервуар содержит внутренний резервуар и внешний резервуар из бетона. Между стенками внутреннего и внешнего резервуаров размещен изоляционный материал. Стенка внешнего резервуара выполнена из предварительно напряженного бетона и прикреплена к основанию резервуара. Внутренний резервуар содержит внутренний тонкостенный барьер в виде тонких стальных пластин - двух эластичных слоев, предназначенных для компенсации возможного сжатия или растяжения, вызванного изменением температуры при введении сжиженного природного газа. Между стенками внутреннего и внешнего резервуаров размещен слой изоляции. Кроме того, внутренний резервуар имеет выполненное из пластин основание. Внутренний непроницаемый барьер и образующие основание пластины изготовлены из алюминиевого сплава. Внутренняя стенка не является самонесущей тонкостенной структурой, она удерживается слоем изоляции, расположенным между стенками внутреннего и внешнего резервуаров. С внутренней стороны внешней бетонной стенки установлен тонкий жидкостный барьер.

В описании к патенту Великобритании №1341892 раскрыт резервуар для хранения криогенных жидкостей. Резервуар имеет внутреннюю бетонную стенку и непроницаемую для жидкости стальную мембрану, расположенную снаружи бетонной стенки. Снаружи стальной мембраны размещен слой изоляционного материала. Внешняя поверхность резервуара покрыта стальными пластинами.

В описании к патенту США №4366654 раскрыт резервуар для хранения криогенных жидкостей и газов, содержащий внутренний герметичный стальной резервуар в виде слоя из стальных пластин, окружную бетонную стенку, имеющую L-образную форму, и слой изоляционного материала, размещенный между бетонной стенкой и расположенной снаружи внешней стенкой. Внутри внешней бетонной стенки, обращенной к слою изоляционного материала, установлен изолирующий вкладыш, имеющий внутренний слой изоляционного материала в виде полиурета новой пены.

Для таких известных решений, в которых стенка внутреннего резервуара выполнена из тонких пластин, часть стенки, изготовленная из тонких пластин, будет сильно сжиматься вследствие перепада температуры во время заполнения резервуара сжиженным природным газом. В результате, тонкая стенка будет сжиматься сильнее, чем расположенная снаружи этой стенки изоляция. Соответственно, для этой части стенки будет уменьшаться опора, а в крайних случаях вообще пропадать. Особенно слабым местом является переходная зона между внутренней пластиной основания и внутренней стенкой. Указанное обстоятельство также может привести к растрескиванию внутренней стенки.

Еще одним недостатком известных решений является возможность повреждения тонкой внутренней непроницаемой стенки, например, в результате землетрясения, внешних нагрузок, ударов и т.п.

Еще один недостаток может заключаться в стоимости изготовления, особенно если учесть то, что одновременно должны выдерживаться жесткие требования как по герметичности, так и по безопасности.

Задачей настоящего изобретения является создание резервуара, который лишен большинства недостатков известных устройств и в то же время представляет собой эффективное решение с конструктивной и экономической точки зрения. Еще одной задачей является разработка решения, при котором устраняются или, по меньшей мере, уменьшаются риски растрескивания непроницаемой стенки и/или раскрытия внешней стенки.

Поставленные задачи, помимо прочего, решены за счет использования таких стенок, основания и верхней структуры, какие определены в приложенной формуле изобретения, в частности в ее пункте 1. А именно: резервуар для хранения криогенных текучих сред содержит резервуар (11), имеющий пластину (12) основания, вертикальную стенку (14) и предпочтительно верхнюю крышку (15), при этом указанный резервуар (11) оснащен непроницаемым барьером (26), предпочтительно выполненным из тонких соединенных металлических пластин, который предотвращает выход хранящейся жидкости из резервуара (11), вертикальная стенка (14) содержит внутренний несущий стеновой элемент (24), внешний несущий элемент (25) и непроницаемый барьер (26), расположенный между внутренним (24) и внешним (25) несущими стеновыми элементами, причем несущие стеновые элементы (24, 25) и промежуточный непроницаемый барьер (26) совместно образуют компактную структурно-целостную непроницаемую стенку (14).

Дополнительные задачи решены с помощью способа, определенного в пунктах формулы изобретения, относящихся к способу. А именно: в способе изготовления герметичного резервуара (11), предназначенного для хранения текучих сред и содержащего часть (12) основания, часть (14) вертикальной стенки из бетона и предпочтительно верхнюю крышку (15), часть (12) основания изготавливают первой, после чего изготавливают часть (14) вертикальной стенки, предпочтительно с помощью скользящей или разборно-переставной опалубки, вертикальную стенку (14), содержащую внутренний несущий элемент (24), внешний несущий элемент (25) и промежуточный барьер (26), совместно образующие компактный несущий непроницаемый стеновой элемент (14), армируют и бетонируют по меньшей мере частями, причем снаружи забетонированного внутреннего несущего стенового элемента (24) устанавливают непроницаемый барьер (26), после чего армируют и бетонируют наружную несущую стеновую структуру (25). Принцип конструкции состоит в том, что внутренний стеновой элемент и внешний стеновой элемент внутренней стенки спроектированы для восприятия нагрузок, действующих на стенку, тогда как промежуточный стеновой элемент образует непроницаемый барьер и не предназначен для несения нагрузки.

При заполнении резервуара криогенной жидкостью непроницаемый стеновой элемент, предпочтительно изготовленный из тонких листов никелевой стали, подвергается сжатию сильнее, чем внутренний бетонный элемент стенки. Таким образом, внутренний стеновой элемент действует как ограничитель для непроницаемого стенового элемента, тогда как непроницаемый стеновой элемент оказывает усилие предварительного напряжения на внутренний стеновой элемент, когда резервуар заполняется криогенной жидкостью. Кроме того, внутренний стеновой элемент и внешний стеновой элемент действуют как защита для промежуточного непроницаемого стенового элемента. Внешний стеновой элемент защищает непроницаемый стеновой элемент и внутренней стеновой элемент от внешних усилий, а кроме того, воспринимает давление, обусловленное содержимым резервуара.

Следует также отметить, что резервуар подходит и для хранения других веществ, например текучих сред, хранящихся при ограниченном давлении, текучих сред, вредных для окружающей среды, или текучих сред, имеющих высокую температуру.

К существенным отличительным особенностям предложенного изобретения можно отнести:

- оптимальное использование материалов;

- минимальное использование дорогих материалов;

- эффективное использование прочных дешевых материалов.

Ниже со ссылкой на приложенные чертежи подробно описан предпочтительный вариант выполнения данного изобретения, при этом

фиг.1 упрощенно изображает вертикальное сечение предложенного резервуара, предназначенного для хранения криогенных сред;

фиг.2 упрощенно изображает горизонтальное сечение показанного на фиг.1 резервуара, выполненное по линии 1-1;

фиг.3 подробно изображает показанный на фиг.1 элемент А;

фиг.4 иллюстрирует способ сварки двух примыкающих кромок смежных стальных пластин, направленный на образование непроницаемого барьера;

фиг.5 иллюстрирует предпочтительный способ приваривания друг к другу кромок смежных стальных пластин.

На фиг.1 изображен свободно стоящий цилиндрический резервуар 10, содержащий внутренний герметичный резервуар 11. Внутренний герметичный резервуар 11 содержит пластину 12 основания, опирающуюся на опору 13. Резервуар 11 также содержит вертикальную стенку, изготовленную из предварительно напряженного бетона, и верхнюю крышку 15.

Кроме того, резервуар содержит концентрично расположенный внешний резервуар 16, изготовленный из предварительно напряженного бетона. Внешний, концентрично расположенный резервуар содержит пластину 17 основания, установленную на слое гравия на грунте. Пластина основания изготовлена из предварительно напряженного бетона. Резервуар 17 содержит цилиндрическую бетонную стенку 18, проходящую вертикально вверх, на которую опирается куполообразная крыша 19.

Бетонная пластина 17, верхний купол 19 и стенки 14, 18 внутреннего и внешнего резервуаров армированы, а в предпочтительном случае предварительно напряжены.

В промежуточном пространстве между внутренним резервуаром 11 и внешним концентрично расположенным резервуаром 16 размещен изоляционный материал 20 любого подходящего типа. Таким изоляционным материалом может быть перлит.

В предпочтительном случае опора 13 для внутреннего резервуара образована расположенным по окружности основанием 21, выполненным из дерева, причем вертикальная цилиндрическая стенка 14 опирается непосредственно на это основание 21. Пластина 12 основания резервуара 11 может, например, быть изготовлена из фанеры и иметь толщину 200 мм. Пластина 12 основания может опираться на несколько параллельно расположенных балок 22, например, 2000 мм × 1000 мм. Расстояние между центрами для балок 22 может составлять, например, 12000 мм.

На верхней стороне пластины 12 основания расположен непроницаемый барьер 23. Согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1, непроницаемый барьер 23 изготовлен из тонких стальных пластин, имеющих толщину 4 мм.

Как показано на фиг.1 и 3, внутренняя вертикальная стенка 14 содержит внешний 25 и внутренний 24 несущие стеновые элементы и промежуточный непроницаемый барьер 26. Промежуточный непроницаемый барьер 26 объединен с непроницаемым барьером 23, опирающимся на пластину 12 основания. Указанное соединение также выполнено герметичным.

Непроницаемый барьер 26 может, например, быть изготовлен из тонких пластин, соединенных вдоль кромок с обеспечением герметичности соединения. Соединение можно осуществлять любым подходящим известным способом. Можно, например, отгибать кромки металлических пластин, а затем сгибать их вместе с верхним концом кромок металлических пластин и фальцевать. В альтернативном случае и/или как дополнение, кромки можно сваривать друг с другом. Кроме того, если позволяет материал, пластины можно приклеивать друг к другу. В последнем случае может быть достаточно обеспечить частичное перекрытие пластин и затем нанести клей.

На фиг.3 в подробностях показано сечение нижнего конца стенки 14 внутреннего резервуара 11. Вертикальная стенка 14 опирается на кольцеобразную балку 21, предпочтительно изготовленную из дерева. На своем нижнем конце вертикальная стенка 14 имеет горизонтальную металлическую пластину, предпочтительно, из стали. Стальная пластина проходит во внутреннем резервуаре 11 и через петлю 30 компенсации расширения герметично соединяется с непроницаемым барьером 23, опирающимся на пластину 12 основания резервуара. Как указано выше, вертикальная стенка 14 содержит внутренний несущий стеновой элемент 24 и внешний несущий элемент 25. Между указанными стеновыми элементами расположен вертикальный непроницаемый барьер 26, который герметично соединен с пластиной 27, образующей нижний конец вертикальной стенки 14, и выполнен за одно целое с вертикальной стенкой 14. Для того чтобы обеспечить адекватную передачу усилий от пластины 12 основания к вертикальной стенке 14, например, вызванных сжатием резервуара вследствие охлаждения содержимого до криогенных температур, к нижней пластине 27 приварены вертикальные кольцеобразные пластины 28, 29, изготовленные из металла. По меньшей мере у верхнего конца пластин 28, 29 расположены армирующие вделанные средства 31, обеспечивающие передачу нагрузок и усилий в бетонную стенку. В предпочтительном случае указанные вделанные средства 31 расположены на различных уровнях по вертикали.

Наиболее важными свойствами промежуточного непроницаемого барьера 26 являются его пластичность и непроницаемость. В частности, пластичность является очень важной, если в резервуаре хранится криогенная среда. Непроницаемый барьер 23, 26 следует выполнять из материала, способного противостоять текучей среде, хранимой в резервуаре. В качестве такого материала можно, например, использовать металлические пластины, изготовленные из никелевой стали, пластмассу в виде пленки, мембраны из эпоксидной смолы и т.п.

На фиг.4 проиллюстрирован предпочтительный способ создания герметичного соединения между двумя смежными стальными пластинами. Боковые кромки загибают вверх и сваривают друг с другом на двух различных уровнях непрерывным герметичным сварочным швом 32.

Внешний резервуар соответственно содержит пластину основания и вертикальные стенки. У своего верхнего конца резервуар имеет крышевую конструкцию, например, в форме купола или усеченного конуса.

Функция внутреннего несущего стенового элемента 24 заключается в защите мембраны от нагрузок и ударов хранящейся среды, а также в создании опоры для мембраны, в особенности, когда среда охлаждена до криогенных температур. Внешняя конструктивная часть 24 должна, в частности, принимать на себя нагрузки и усилия и поэтому ее следует выполнять с предварительным напряжением. В предпочтительном случае стенка является обычной, армированной и не подверженной предварительному напряжению.

В зависимости от хранимой среды мембрану или промежуточный непроницаемый барьер 26 можно выполнять из пластичного материала, например из листов пластмассы или слоя эпоксидной смолы.

Внешний резервуар 16 также может иметь барьер для пара из тонкого материала с покрытием. Барьер для пара может быть расположен и закреплен на внутренней стенке внешнего резервуара 16 любым известным образом. В альтернативном варианте стенка внешнего резервуара 16 может быть выполнена более или менее таким же образом, как и стенка внутреннего резервуара 11, так что внутренний слой бетона будет окружен тонким непроницаемым барьером с покрытием, выполненным с соблюдением вышеописанных принципов. Внешний слой затем затвердевает и получает предварительное напряжение. Твердение стенок внутреннего и внешнего резервуара предпочтительно выполнять в течение одной операции с помощью скользящей опалубки, несмотря на достаточно существенное различие в уровнях для установки промежуточных металлических пластин.

Ниже описывается предпочтительный способ изготовления герметичного резервуара из предварительно напряженного бетона для хранения текучей, например криогенной, среды. Согласно любому варианту осуществления изобретения резервуар содержит внутренний герметичный резервуар, изготовленный из предварительно напряженного бетона, например такой, как описан выше. Внутренний резервуар имеет основание, вертикальную бетонную стенку и, в предпочтительном случае, верхнюю крышку.

Вначале делают цоколь, после чего изготавливают фундамент резервуара. Затем бетонируют структуру 24 вертикальной стенки, предпочтительно с помощью скользящей или разборно-переставной опалубки. Первый этап в этом процессе - смонтировать на указанном фундаменте опалубку для внутреннего несущего элемента, после чего армируют и бетонируют внутренний несущий элемент 24. Затем устанавливают непроницаемый барьер 26, расположенный снаружи указанного несущего элемента 24, после чего армируют и бетонируют внешний несущий элемент 25.

На фундаменте возводят нижнюю часть стенки, причем эта нижняя часть содержит стальную пластину 27 основания, внутреннюю и наружную стальную пластины 28, 29, проходящие вдоль внутренней и внешней окружности стенки и соединенные с помощью сварки с указанной горизонтальной пластиной 27 основания. Далее, нижний конец тонкой промежуточной покрытой непроницаемой мембраны 26 в виде стальных пластин приваривают к указанной горизонтальной пластине основания, после чего эту часть стенки армируют и бетонируют.

В предпочтительном случае внутренний и внешний несущие элементы 24, 25 стенки бетонируют с помощью скользящей или разборно-переставной опалубки.

Согласно одному из вариантов выполнения изобретения внутренний несущий стеновой элемент 24 по меньшей мере частично бетонируют до некоторого уровня перед началом установки промежуточного непроницаемого барьера 26, после чего промежуточный непроницаемый барьер 26 по меньшей мере частично устанавливают до некоторого уровня перед началом процесса армирования и бетонирования внешнего несущего стенового элемента 25.

Согласно одному из вариантов изобретения промежуточный непроницаемый барьер 26 выполнен из тонких стальных пластин в форме длинных листов, поставляемых в рулонах. Указанные листы оборачивают по спирали вокруг наружной поверхности внутреннего несущего стенового элемента, причем смежные края листов сваривают вместе с обеспечением непроницаемости барьера. Процесс оборачивания и сварки стальных листов может начинаться, когда бетонирование внутренних несущих стеновых элементов достигло определенной высоты. Подразумевается, что процесс сварки занимает больше времени, чем процесс бетонирования со скользящей опалубкой, поэтому удобно отложить начало бетонирования со скользящей или разборно-переставной опалубкой внешнего несущего стенового элемента до тех пор, пока процесс сварки стальных листов в большей или меньшей степени не будет завершен. Следует отметить, что в процессе бетонирования нужно избегать любой остановки, так как такая остановка потребует заделывания швов.

В соответствии с вышеописанными вариантами выполнения изобретения несущие элементы внутренней стенки изготовлены из армированного бетона. Однако следует отметить, что указанные части можно выполнять и из другого материала, например в виде несущей нагрузку деревянной конструкции.

Кроме того, нужно отметить, что форма поперечного сечения резервуара может отличаться от круглой формы, показанной на чертежах и описанной со ссылкой на эти чертежи.

В случае если хранящаяся среда не является криогенной, внешний резервуар 16 может не потребоваться. Также, резервуар может иметь и другую геометрическую форму, отличную от формы цилиндра.

Бетон, как указано в данном описании, может представлять собой армированный (обычный, без предварительного напряжения) бетон, бетон с предварительным напряжением и/или последующим напряжением. Также в это определение включен бетон с предварительным напряжением по нескольким осям.

В описанном варианте выполнения изобретения показан цилиндрический резервуар для хранения криогенной текучей среды. Однако следует заметить, что этот резервуар можно использовать и для хранения других текучих сред, например сред, которые загрязняют окружающую среду и не должны протекать наружу, сред, подверженных действию давления, и/или сред, подверженных действию высокой температуры.

Следует также отметить, что объем притязаний изобретения не ограничен резервуарами, имеющими цилиндрическую форму. Резервуар как таковой может иметь любую подходящую форму.

Кроме того, резервуар не обязательно использовать лишь для хранения текучих сред. Предложенный резервуар также можно использовать как емкость для выполнения процессов и/или проведения реакций.

Соединение между вертикальной частью непроницаемого стенового элемента и соответствующей пластиной основания может иметь любую подходящую форму, предотвращающую образование трещин или разрыв соединения.

Согласно описанному варианту изобретения непроницаемый стеновой элемент 26 может быть выполнен из никелевой стали или сплава из нескольких металлов. Однако следует отметить, что материал может быть любого подходящего типа. Важно, чтобы выбор материала был выполнен так, чтобы материал был одновременно пластичным и непроницаемым для текучей среды и чтобы он мог выдерживать хранящуюся в резервуаре текучую среду.

В описываемом варианте изобретения резервуар выполнен из двух концентрично расположенных раздельных резервуаров. Следует отметить, что объем притязаний изобретения не ограничивается наличием двух концентричных резервуаров, поскольку оно может быть выполнено в виде одинарного резервуара. Целесообразность присутствия изоляции зависит от особенностей использования резервуара, а также от температуры хранимой текучей среды и/или от окружающей температуры.

В представленном варианте выполнения показан резервуар больших размеров. Однако также можно выполнять резервуары меньших объемов, например менее 30 м³.

Кроме того, в варианте выполнения описан резервуар, имеющий внутренний и внешний стеновые элементы 24, 25, изготовленные из бетона. Следует отметить, что по меньшей мере один из указанных двух стеновых элементов может быть изготовлен из другого материала, например из дерева.

Список ссылочных обозначений

10 - Свободно стоящий резервуар

11 - Внутренний герметичный резервуар

12 - Пластина основания

13 - Фундамент для внутреннего герметичного резервуара

14 - Вертикальная стенка резервуара

15 - Верхняя крышка

16 - Внешний резервуар

17 - Пластина основания внешнего резервуара

18 - Цилиндрическая стенка внешнего резервуара

19 - Куполообразный свод

20 - Изоляция

21 - Кольцеобразное основание для поддержки стенки внутреннего резервуара

22 - Деревянные балки, образующие фундамент внутреннего резервуара

23 - Непроницаемый барьер на пластине основания внутреннего резервуара

24 - Внутренний несущий стеновой элемент стенки внутреннего резервуара

25 - Внешний несущий стеновой элемент стенки внутреннего резервуара

26 - Промежуточный непроницаемый барьер стенки внутреннего резервуара

27 - Стальная пластина, расположенная у нижнего конца стенки внутреннего резервуара

28 - Нижняя внутренняя вертикальная кольцевая стальная пластина

29 - Нижняя наружная вертикальная кольцевая стальная пластина

30 - Соединение с компенсацией расширения

31 - Анкерные средства

32 - Герметичный непрерывный сварной шов

Реферат

Изобретение относится к резервуару (11) для хранения криогенной текучей среды. Резервуар (11) содержит часть (12) основания, вертикальный стеновой элемент (14) и предпочтительно верхнюю крышку (19), имеет непроницаемый барьер (26), предотвращающий выход хранящейся текучей среды в окружающее пространство и выполненный из тонких соединенных металлических пластин, причем, по меньшей мере, вертикальная стенка (14) содержит внутренний несущий стеновой элемент (24) и внешний несущий стеновой элемент (25), а непроницаемый барьер (26) расположен между внутренним и внешним несущими стеновыми элементами. Изобретение также относится к способу изготовления резервуара (11), в соответствии с которым сначала устанавливают пластину (12) основания, а затем бетонируют вертикальную стенку (14), предпочтительно с помощью скользящей или разборно-переставной опалубки, причем вначале армируют и бетонируют внутренний несущий стеновой элемент (24) стенки (14), потом с внешней стороны внутреннего несущего стенового элемента (24) устанавливают непроницаемый барьер (26), после чего армируют и бетонируют внешний несущий стеновой элемент (25). Техническим результатом изобретения является предупреждение растрескивания непроницаемой стенки и раскрытия внешней стенки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула