專利名稱：冷凍儲液結(jié)構(gòu)的制作方法
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背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及大型儲液結(jié)構(gòu)，尤其涉及用于存儲低溫或冷凍液體的結(jié)構(gòu)，低溫或冷凍液體例如為液化天然氣(LNG)，它在-261F(-163C)左右的溫度下運輸和經(jīng)常地存儲。通常在低于環(huán)境溫度下以液相存儲的其它氣體包括氨水、丙烷、丁烷、LPG和乙烯以及氧、氬、氮、氫和氦。LNG終端儲存罐通常是工地架設(shè)的容器，尺寸為315,000至1,000,000桶(50,000至160,000立方米)。
可以在許多地方找到這種結(jié)構(gòu)?？梢栽谛枰笮鸵后w存儲的地方找到自立式罐。罐也可以建造為地面或船只內(nèi)部的開孔。具有整體存儲容量的基于重力的結(jié)構(gòu)(GBS)可以安裝在海底上的海面上。
在這種結(jié)構(gòu)中二次密封(containment)的形式并不常見。用于存儲液化天然氣的基于重力的儲存結(jié)構(gòu)和全密封自立式罐通常具有外部的水泥密封壁。如果內(nèi)罐中發(fā)生泄漏，水泥容裝壁的內(nèi)表面上的液體或蒸汽屏障可以提供二次密封，并且可以防止外部濕氣穿透絕緣體。相似的蒸汽屏障和密封系統(tǒng)概念也用在地面罐和油船罐中。
自立式罐通常以內(nèi)罐形成，內(nèi)罐由不銹鋼、鋁、9％的鎳鋼或適于低溫或冷凍的其它材料制成。為了減少熱傳遞，內(nèi)罐通常與密封壁的內(nèi)表面間隔開，留下用于絕熱的空間。為了抵抗所存儲液體的靜壓和動壓，自立式結(jié)構(gòu)中的罐通常由金屬板制成，金屬板具有多達2″的厚度。
如編號為4,366,917的美國專利中所述，可以使用薄計量內(nèi)隔膜和承載絕緣體構(gòu)成的一體式存儲結(jié)構(gòu)。承載絕緣體可以用于將隔膜上的靜力和動力傳遞到容裝壁上，容裝壁然后充當支承壁以在結(jié)構(gòu)上包含液體。這允許隔膜制作得比傳統(tǒng)的內(nèi)罐顯著地更薄并且更輕。然而，存在與這種設(shè)計相關(guān)的問題。
一體式存儲結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)在填充或排空該結(jié)構(gòu)時溫度改變在隔膜中出現(xiàn)的尺寸變化。該問題已經(jīng)通過使用非常薄的隔膜(小于大約1/16″)并且向它提供適應(yīng)尺寸變化的卷邊或波紋而得到解決。雖然在編號為4,021,982和4,461,398的美國專利中顯示了一些形式的卷邊或波紋，但是發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在商業(yè)上被接受的提供這種卷邊或波紋的唯一方式是由法國公司Technigaz特供的商店生產(chǎn)的預(yù)制薄層的生產(chǎn)中。
Technigaz薄層據(jù)信能夠以小尺寸的普通的板提供，這些板從大約2或3英尺(0.5到1米)平方直至大約11′3″×4′7″(3.4米×1.4米)。這些商店生成的不在現(xiàn)場的板的小尺寸便于處理。板包含正交波紋網(wǎng)格，這些正交波紋有時具有27″×27″(680×680毫米)的正方形節(jié)距。波紋充當波紋管，允許板在熱循環(huán)下沿兩個方向的收縮/膨脹。這些雙向波紋可以很容易地形成并且能夠在計量厚度奧氏體不銹鋼中很好地工作。Technigaz板可以由1.2毫米厚的奧氏體不銹鋼制成，對應(yīng)于ASTM A240型304(或歐洲標準NF EN 10088-2[1.4301]/1995下的X5CrNi 18-10)。如果板由較厚的材料制成，所需的波紋就更加難以形成，或者如果使用延展性較低的材料，例如較便宜的鋁或9％鎳鋼，就會更易于失效。
為了形成內(nèi)部隔膜，Technigaz板通常使用搭接角焊縫焊接在一起。在下面的承載絕緣體中的緊密地間隔的專用不銹鋼錨定件提供了用于錨固不銹鋼板的點。
通過在隔膜和絕緣體之間粘合超薄薄膜例如Permaglass的附加的液體屏障可以解決形成內(nèi)罐隔膜的整體所需的穿過薄板或穿過大范圍焊接的泄漏的擔心。另外，通常在薄隔膜和支承壁之間的空間中提供泄漏檢測設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明者已經(jīng)開發(fā)了一體式低溫/冷凍結(jié)構(gòu)，它比此前使用的隔膜設(shè)計的構(gòu)造更加簡單并且更加堅固。增加的耐用性可以減少對于類似于Technigaz系統(tǒng)中所用的類似的附加液體屏障或附加的排水設(shè)備。
盡管與此前的隔膜系統(tǒng)有些類似性，但是還存在大量的區(qū)別。與傳統(tǒng)隔膜系統(tǒng)類似，新的結(jié)構(gòu)包括蒸汽不可滲透的外部支承壁和在內(nèi)部液體屏障的外表面與外部支承壁的內(nèi)表面之間延伸的承載絕緣體。然而，內(nèi)液體屏障-內(nèi)襯墊-顯著地不同于傳統(tǒng)的自立式內(nèi)罐或傳統(tǒng)的內(nèi)隔膜。
新的內(nèi)襯墊由傳統(tǒng)的低溫或冷凍板制成，低溫或冷凍板比已知的隔膜系統(tǒng)中使用的薄量度的內(nèi)板顯著地更耐用，但是比自立式內(nèi)罐中傳統(tǒng)使用的板更薄一些。具體地說，新的結(jié)構(gòu)可以使用傳統(tǒng)的罐質(zhì)量(tank-quality)金屬板制成，傳統(tǒng)的罐質(zhì)量金屬板例如為8′寬的板，具有1/16″和″之間的厚度。同傳統(tǒng)的自立式內(nèi)罐相比，這些板的使用可以降低成本。
新內(nèi)襯墊的壁包含提供膨脹/收縮的柔性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這些構(gòu)件是由常見的現(xiàn)成類型的建筑材料例如管、管道或結(jié)構(gòu)形狀制成。這些構(gòu)件可以提供必要的柔性來提供襯墊中熱導(dǎo)致的尺寸變化，而允許結(jié)構(gòu)壁不需要特殊的不在現(xiàn)場的制造來構(gòu)成。
比典型的隔膜系統(tǒng)中使用的更大型部件的使用還提供了附加的優(yōu)點。使用更大的板意味著與通常隔膜所需的相比，需要顯著更少的焊接并且襯墊可以使用對于罐建筑工業(yè)所共用的更堅固的對接焊接技術(shù)建造。另外，因為內(nèi)罐的構(gòu)造對于典型的LNG罐構(gòu)造來說通常位于關(guān)鍵路徑上，所需焊接的減少可以減少總體進度并且在建筑次序中提供更多靈活性。更厚的板和柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常的構(gòu)造狀況下更不容易損壞。因為可以使用更大范圍的材料來建造該結(jié)構(gòu)，所以可能節(jié)省材料的選擇。


通過參見附圖，可以更好地理解本發(fā)明，其中圖1是依照本發(fā)明的一個實施例的儲液結(jié)構(gòu)的部分等角視圖；圖2是依照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的另一個實施例的相似的視圖；圖3是圖1中所示結(jié)構(gòu)的放大局部透視圖；圖4是圖3中所示滑動連接器的放大圖；圖5是圖1中所示結(jié)構(gòu)的下角的放大正視剖視圖；圖6是圖1中所示結(jié)構(gòu)的部分正視剖視面；并且圖7是圖1中所示結(jié)構(gòu)的平面剖視面。
具體實施例方式
圖1顯示了低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)10的一個實施例，該結(jié)構(gòu)可用于在低溫/冷凍溫度(即，40華氏溫度或更低的溫度)下存儲液化天然氣(LNG)或其它液體。所示結(jié)構(gòu)是自立式罐。圖2顯示了可以用于在海面上存儲LNG的類似的基于重力的結(jié)構(gòu)10′。本發(fā)明也可以用于地面罐和油船罐中。
每個所示結(jié)構(gòu)10、10′的側(cè)面均包括四個基本部件外部支承壁12、12′、連接系統(tǒng)、承載絕緣體16、16′和罐內(nèi)墊18、18′。下面將依次討論它們。
外部支承壁可在圖1中并且更詳細地在圖3中可以看到的結(jié)構(gòu)10中的所示外部支承壁12是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土壁，60至140英尺高、20-36″厚且具有100-300英尺的直徑。位于外部支承壁的內(nèi)側(cè)表面上的3-5毫米厚的碳鋼襯墊20充當蒸汽屏障，防止外部的液體或蒸汽滲透壁并且還在罐內(nèi)墊18中發(fā)生泄漏時提供二次密封。其它材料例如低溫用鋼、聚合薄板或鏟涂或噴射的聚合物涂層也可以用于在水泥壁或其它多孔壁上提供蒸汽阻力。
外部支承壁12的其它配置也是可能的。對于地面罐，巖石面可以用作外部支承壁。然而，優(yōu)選提供一種光滑的水泥或金屬表面。在船中，船體或上層結(jié)構(gòu)可以用作外部支承壁。在許多情形中，外部支承壁可以由鋼制成。在外部支承壁由鋼制成或不滲透蒸汽時，就不需要使用附加的蒸汽屏障。
連接系統(tǒng)在本發(fā)明的所示實施例中，連接器30、32連接到外部支承壁12中的嵌入件34來向絕緣體16和罐襯墊18提供錨固點。所示連接器包括位于壁頂部的固定錨固件30和位于壁頂部之下的滑動連接器32。也可以使用柔性連接器代替滑動連接器?；蛘?，可以在壁的中間高度處提供固定錨固件，并且在壁的頂部和底部附近使用滑動或柔性連接器。
滑動連接器32，如圖4中更詳細地所示，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上使用滑動配置?；瑒优渲醚卮怪狈较蛱峁┮粋€運動自由度。這種運動自由度提供罐襯墊18相對于支承壁12的垂直膨脹或收縮。最終，連接器30、32的目的是控制罐襯墊的膨脹/收縮方向，并且保證運動被平滑和適當?shù)貍鬟f?？梢允褂眠B接器的其它配置和結(jié)構(gòu)來解決這些問題。
所示連接器30、32由鋼制成。因為鋼可以提供穿過絕緣體的熱傳導(dǎo)路徑，所以優(yōu)選將通過這些連接器的熱傳遞減到最小。這可以通過下列方式實現(xiàn)1)減少連接器的總數(shù)目，和2)減少通過每個單個連接器的熱傳遞。可以通過在連接器中提供熱中斷或通過減小每個連接器中導(dǎo)熱鋼的橫截面積來減小通過各個連接器的熱傳遞。所示結(jié)構(gòu)對于每100平方英尺左右的壁面積僅僅包括一個連接器，這遠遠小于此前已知的隔膜設(shè)計。
承載絕緣體如圖1、3、6和7中所示，所示結(jié)構(gòu)10具有位于外部支承壁12和罐襯墊18之間的承載絕緣體16。所示絕緣體的形式為由膠合板42或某些其它保護磨損層罩蓋的傳統(tǒng)的6-18″厚的多孔玻璃塊40(例如可以由賓夕法尼亞州匹茲堡的Pittsburgh Corning Corporation得到的Foamglastm塊)。所示塊和膠合板可以通過工業(yè)中已知的傳統(tǒng)粘合劑或通過機械連接器保持在適當?shù)奈恢?。不易燃膠帶或其它材料的窄條可以應(yīng)用在預(yù)計的焊接接頭的后面以保護磨損層在襯墊的焊接過程中不會燃燒。
也可以使用其它類型和厚度的絕緣體16。所示形式的絕緣體對于減小低溫/冷凍液體和周圍環(huán)境之間的熱傳遞是適當?shù)??？梢园凑招枰淖兘^緣體的厚度以提供期望水平的總熱量泄漏。絕緣體也可以采用其它形式；例如，它可以采取PUF或PVC泡沫板的形式。目的是承載絕緣層能夠足夠地抵抗壓縮以有效地從存儲的液體向外部支承壁12傳遞靜壓和動壓。
罐內(nèi)墊所示的罐內(nèi)襯18可以由普通的手工工人使用傳統(tǒng)的現(xiàn)成類型的建筑材料利用傳統(tǒng)的罐構(gòu)造方法建造。實際上罐襯墊可以構(gòu)造成能夠比更專用的隔膜系統(tǒng)提供更多的優(yōu)點。
所示罐襯墊18主要由通常可獲得的低溫/冷凍金屬襯板50形成，而低溫/冷凍金屬襯板50焊接或通過機械方式連接至支承壁12上的連接器30、32上。在此所示的襯板是罐質(zhì)量的8′×30′或8′×40′且5/16″厚度的不銹鋼板。
在罐構(gòu)造中使用的其它常見金屬板也可以用于建造罐襯墊18。除不銹鋼之外，可以使用鋁或9％鎳鋼。這些襯板50的相對大的尺寸(具有大于100平方英尺的表面積)可以減小建造襯墊所需焊接的線性尺碼。這些板的厚度可以在從1/16″到1/2″或更大的范圍內(nèi)，這可以便于使用整個厚度的對接焊來替代搭角焊，從而提供襯墊/襯墊密封系統(tǒng)的更好的抗彎曲性和載荷/偏轉(zhuǎn)特性。整個厚度的對接焊與搭角焊相比，可以受到更加透徹的NDE并且會更少地泄漏。使用比傳統(tǒng)隔膜更厚的板還可以提供產(chǎn)品質(zhì)量和耐用性的更大的置信度泄漏檢測系統(tǒng)就不是必要的了。
另一方面，因為襯板50由外部支承壁12支撐，所以它們可以比通常用在自立式罐的底座處的板類型更薄(并因此更便宜)。
為了提供在填充過程或結(jié)構(gòu)10、10′排空之后罐襯墊18中的尺寸變化，在壁中使用了結(jié)構(gòu)構(gòu)件52來提供側(cè)向柔度。所示″柔性″結(jié)構(gòu)構(gòu)件是標準的直徑為18″、管號10S的半管剖面，具有3/16″的壁厚。所示半管剖面的側(cè)面是焊接到相鄰襯板50的垂直邊緣54上的凹槽。
也可以使用其它常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件52來提供襯墊18中所需的柔性。例如，也可以使用管或管道部分或結(jié)構(gòu)形狀例如角度。由于易于焊接和堅固性，可能會希望使用大于1/16″的壁厚這種構(gòu)件可以比由更薄的材料形成的構(gòu)件更好地支撐。
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對大的尺寸可以允許每個構(gòu)件提供更多的側(cè)向運動，減少在結(jié)構(gòu)中所需的這些構(gòu)件的數(shù)量并且增加它們之間的間隔。所示構(gòu)件52與在傳統(tǒng)隔膜中所使用類型的折邊可以適應(yīng)更大范圍的運動，因此可以提供8′寬的襯板中滿量程的熱側(cè)向運動。事實上，所示結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以提供高達約2″的側(cè)向柔度。因此，在圖1中所示的本發(fā)明的圓壁罐的實施例中，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件僅僅需要用在每隔兩個襯板50之間大約24′弧處。在圖2中所示的本發(fā)明的平壁GBS實施例中，這些半管構(gòu)件也布置在每隔兩個襯板50之間同樣間隔大約24′處。在其它情況下當然也可以使用柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的其它間隔。
雖然襯板50的所需厚度可以有效地排除傳統(tǒng)隔膜板中使用的專用類型的雙向卷邊，但是也可以在襯板中形成整體式單向結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如，所示結(jié)構(gòu)構(gòu)件52(或其它提供側(cè)向柔度的簡單形狀)有時可以彎曲或卷動成襯板的垂直邊緣之一或是板的中間部分。在需要較少的結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成襯板會更加可行；即，當結(jié)構(gòu)構(gòu)件比傳統(tǒng)隔膜中相對緊密間隔的卷邊間隔更遠時。
盡管所示配置的常見罐質(zhì)量襯板50和″柔性″結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可以提供罐內(nèi)墊18的周向膨脹/收縮，但是也可以使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)零件來提供襯墊的垂直膨脹或收縮。例如，例如在圖5中顯示的一個柔性“熱角”零件可以用在自立式罐或GBS的下角中。所示熱角零件包括彎曲的接合60，接合60從襯壁過渡到地板，并且足夠強固來支撐結(jié)構(gòu)中的液體載荷而同時又足夠柔韌以提供熱運動。對于多達大約140′高的罐，這種熱角可以提供襯墊中所需的沿垂直方向的柔性。
柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的使用并不限于結(jié)構(gòu)10、10′的壁。對于比140′更高的罐，可以在船板的通道之間使用橫向安裝的柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件以提供沿垂直方向的附加的柔性。也可以在屋頂或地板中使用類似的構(gòu)件。圖2顯示了柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件在GBS地板中的應(yīng)用。在該說明中，地板中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件62布置成與壁中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件52′相連。如果需要，可以在結(jié)構(gòu)構(gòu)件相交處使用特殊的多向柔性裝置64。
本發(fā)明的各個實施例的該說明提供用于示意性目的。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，很顯然可以做出修正或變體而不脫離本發(fā)明。本發(fā)明的整個范圍闡述在下面的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由傳統(tǒng)的低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件垂直地布置。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件至少間隔大約8′。
4.如權(quán)利要求1所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中至少一個柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置在相鄰板之間。
5.如權(quán)利要求1所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中至少一個柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成于一個所述板中。
6.如權(quán)利要求1所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，還包括連接器，所述連接器將罐襯墊連接到外部支承壁上并且提供襯墊相對于支承壁的運動。
7.如權(quán)利要求7所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中所述連接器至少側(cè)向間隔大約8′。
8.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由傳統(tǒng)低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有在1/16″和1/2″之間的厚度以及至少100平方英尺的表面積并具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有大于至少1/16″的壁厚并且具有至少一個下列部件的形式管段、管道段和結(jié)構(gòu)形狀；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
9.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由傳統(tǒng)低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有至少1/16″的厚度并具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
10.如權(quán)利要求9所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中至少一個所述板具有1/16″和1/2″之間的厚度。
11.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有至少100平方英尺的表面積并具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
12.如權(quán)利要求11所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中至少一個所述板具有至少大約200平方英尺的表面積。
13.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有大于1/16″的壁厚；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
14.如權(quán)利要求13所述的低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，其中至少一個所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的壁厚在1/16″和1/2″之間。
15.一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，包括蒸汽不可滲透的外部支承壁；具有壁的罐內(nèi)墊，所述壁由低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板具有柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述柔性結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有至少一個下列部件的形式管段、管道段和結(jié)構(gòu)形狀；和在罐內(nèi)墊的外表面和外部支承壁的內(nèi)表面之間的承載絕緣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低溫/冷凍儲液結(jié)構(gòu)，具有罐內(nèi)墊，罐內(nèi)墊由傳統(tǒng)低溫/冷凍罐質(zhì)量板構(gòu)成，所述板提供柔性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。板安裝在連接器上，連接器提供襯墊相對于支承壁的運動。
文檔編號F17C3/00GK101061343SQ200580039940
公開日2007年10月24日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者內(nèi)德·A·培根, J·R·西蒙斯, 戴爾·A·斯旺森 申請人:芝加哥橋梁&鐵公司