专利名称：冷冻储液结构的制作方法
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背景技术：
本发明总体上涉及大型储液结构，尤其涉及用于存储低温或冷冻液体的结构，低温或冷冻液体例如为液化天然气(LNG)，它在-261F(-163C)左右的温度下运输和经常地存储。通常在低于环境温度下以液相存储的其它气体包括氨水、丙烷、丁烷、LPG和乙烯以及氧、氩、氮、氢和氦。LNG终端储存罐通常是工地架设的容器，尺寸为315,000至1,000,000桶(50,000至160,000立方米)。
可以在许多地方找到这种结构。可以在需要大型液体存储的地方找到自立式罐。罐也可以建造为地面或船只内部的开孔。具有整体存储容量的基于重力的结构(GBS)可以安装在海底上的海面上。
在这种结构中二次密封(containment)的形式并不常见。用于存储液化天然气的基于重力的储存结构和全密封自立式罐通常具有外部的水泥密封壁。如果内罐中发生泄漏，水泥容装壁的内表面上的液体或蒸汽屏障可以提供二次密封，并且可以防止外部湿气穿透绝缘体。相似的蒸汽屏障和密封系统概念也用在地面罐和油船罐中。
自立式罐通常以内罐形成，内罐由不锈钢、铝、9％的镍钢或适于低温或冷冻的其它材料制成。为了减少热传递，内罐通常与密封壁的内表面间隔开，留下用于绝热的空间。为了抵抗所存储液体的静压和动压，自立式结构中的罐通常由金属板制成，金属板具有多达2″的厚度。
如编号为4,366,917的美国专利中所述，可以使用薄计量内隔膜和承载绝缘体构成的一体式存储结构。承载绝缘体可以用于将隔膜上的静力和动力传递到容装壁上，容装壁然后充当支承壁以在结构上包含液体。这允许隔膜制作得比传统的内罐显著地更薄并且更轻。然而，存在与这种设计相关的问题。
一体式存储结构必须适应在填充或排空该结构时温度改变在隔膜中出现的尺寸变化。该问题已经通过使用非常薄的隔膜(小于大约1/16″)并且向它提供适应尺寸变化的卷边或波纹而得到解决。虽然在编号为4,021,982和4,461,398的美国专利中显示了一些形式的卷边或波纹，但是发明者已经发现在商业上被接受的提供这种卷边或波纹的唯一方式是由法国公司Technigaz特供的商店生产的预制薄层的生产中。
Technigaz薄层据信能够以小尺寸的普通的板提供，这些板从大约2或3英尺(0.5到1米)平方直至大约11′3″×4′7″(3.4米×1.4米)。这些商店生成的不在现场的板的小尺寸便于处理。板包含正交波纹网格，这些正交波纹有时具有27″×27″(680×680毫米)的正方形节距。波纹充当波纹管，允许板在热循环下沿两个方向的收缩/膨胀。这些双向波纹可以很容易地形成并且能够在计量厚度奥氏体不锈钢中很好地工作。Technigaz板可以由1.2毫米厚的奥氏体不锈钢制成，对应于ASTM A240型304(或欧洲标准NF EN 10088-2[1.4301]/1995下的X5CrNi 18-10)。如果板由较厚的材料制成，所需的波纹就更加难以形成，或者如果使用延展性较低的材料，例如较便宜的铝或9％镍钢，就会更易于失效。
为了形成内部隔膜，Technigaz板通常使用搭接角焊缝焊接在一起。在下面的承载绝缘体中的紧密地间隔的专用不锈钢锚定件提供了用于锚固不锈钢板的点。
通过在隔膜和绝缘体之间粘合超薄薄膜例如Permaglass的附加的液体屏障可以解决形成内罐隔膜的整体所需的穿过薄板或穿过大范围焊接的泄漏的担心。另外，通常在薄隔膜和支承壁之间的空间中提供泄漏检测设备。
发明内容
发明者已经开发了一体式低温/冷冻结构，它比此前使用的隔膜设计的构造更加简单并且更加坚固。增加的耐用性可以减少对于类似于Technigaz系统中所用的类似的附加液体屏障或附加的排水设备。
尽管与此前的隔膜系统有些类似性，但是还存在大量的区别。与传统隔膜系统类似，新的结构包括蒸汽不可渗透的外部支承壁和在内部液体屏障的外表面与外部支承壁的内表面之间延伸的承载绝缘体。然而，内液体屏障-内衬垫-显著地不同于传统的自立式内罐或传统的内隔膜。
新的内衬垫由传统的低温或冷冻板制成，低温或冷冻板比已知的隔膜系统中使用的薄量度的内板显著地更耐用，但是比自立式内罐中传统使用的板更薄一些。具体地说，新的结构可以使用传统的罐质量(tank-quality)金属板制成，传统的罐质量金属板例如为8′宽的板，具有1/16″和″之间的厚度。同传统的自立式内罐相比，这些板的使用可以降低成本。
新内衬垫的壁包含提供膨胀/收缩的柔性的结构构件。这些构件是由常见的现成类型的建筑材料例如管、管道或结构形状制成。这些构件可以提供必要的柔性来提供衬垫中热导致的尺寸变化，而允许结构壁不需要特殊的不在现场的制造来构成。
比典型的隔膜系统中使用的更大型部件的使用还提供了附加的优点。使用更大的板意味着与通常隔膜所需的相比，需要显著更少的焊接并且衬垫可以使用对于罐建筑工业所共用的更坚固的对接焊接技术建造。另外，因为内罐的构造对于典型的LNG罐构造来说通常位于关键路径上，所需焊接的减少可以减少总体进度并且在建筑次序中提供更多灵活性。更厚的板和柔性结构构件在正常的构造状况下更不容易损坏。因为可以使用更大范围的材料来建造该结构，所以可能节省材料的选择。
通过参见附图，可以更好地理解本发明，其中图1是依照本发明的一个实施例的储液结构的部分等角视图；图2是依照本发明的结构的另一个实施例的相似的视图；图3是图1中所示结构的放大局部透视图；图4是图3中所示滑动连接器的放大图；图5是图1中所示结构的下角的放大正视剖视图；图6是图1中所示结构的部分正视剖视面；并且图7是图1中所示结构的平面剖视面。
具体实施例方式
图1显示了低温/冷冻储液结构10的一个实施例，该结构可用于在低温/冷冻温度(即，40华氏温度或更低的温度)下存储液化天然气(LNG)或其它液体。所示结构是自立式罐。图2显示了可以用于在海面上存储LNG的类似的基于重力的结构10′。本发明也可以用于地面罐和油船罐中。
每个所示结构10、10′的侧面均包括四个基本部件外部支承壁12、12′、连接系统、承载绝缘体16、16′和罐内垫18、18′。下面将依次讨论它们。
外部支承壁可在图1中并且更详细地在图3中可以看到的结构10中的所示外部支承壁12是传统的钢筋混凝土壁，60至140英尺高、20-36″厚且具有100-300英尺的直径。位于外部支承壁的内侧表面上的3-5毫米厚的碳钢衬垫20充当蒸汽屏障，防止外部的液体或蒸汽渗透壁并且还在罐内垫18中发生泄漏时提供二次密封。其它材料例如低温用钢、聚合薄板或铲涂或喷射的聚合物涂层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。对于地面罐，岩石面可以用作外部支承壁。然而，优选提供一种光滑的水泥或金属表面。在船中，船体或上层结构可以用作外部支承壁。在许多情形中，外部支承壁可以由钢制成。在外部支承壁由钢制成或不渗透蒸汽时，就不需要使用附加的蒸汽屏障。
连接系统在本发明的所示实施例中，连接器30、32连接到外部支承壁12中的嵌入件34来向绝缘体16和罐衬垫18提供锚固点。所示连接器包括位于壁顶部的固定锚固件30和位于壁顶部之下的滑动连接器32。也可以使用柔性连接器代替滑动连接器。或者，可以在壁的中间高度处提供固定锚固件，并且在壁的顶部和底部附近使用滑动或柔性连接器。
滑动连接器32，如图4中更详细地所示，在结构构件上使用滑动配置。滑动配置沿垂直方向提供一个运动自由度。这种运动自由度提供罐衬垫18相对于支承壁12的垂直膨胀或收缩。最终，连接器30、32的目的是控制罐衬垫的膨胀/收缩方向，并且保证运动被平滑和适当地传递。可以使用连接器的其它配置和结构来解决这些问题。
所示连接器30、32由钢制成。因为钢可以提供穿过绝缘体的热传导路径，所以优选将通过这些连接器的热传递减到最小。这可以通过下列方式实现1)减少连接器的总数目，和2)减少通过每个单个连接器的热传递。可以通过在连接器中提供热中断或通过减小每个连接器中导热钢的横截面积来减小通过各个连接器的热传递。所示结构对于每100平方英尺左右的壁面积仅仅包括一个连接器，这远远小于此前已知的隔膜设计。
承载绝缘体如图1、3、6和7中所示，所示结构10具有位于外部支承壁12和罐衬垫18之间的承载绝缘体16。所示绝缘体的形式为由胶合板42或某些其它保护磨损层罩盖的传统的6-18″厚的多孔玻璃块40(例如可以由宾夕法尼亚州匹兹堡的Pittsburgh Corning Corporation得到的Foamglastm块)。所示块和胶合板可以通过工业中已知的传统粘合剂或通过机械连接器保持在适当的位置。不易燃胶带或其它材料的窄条可以应用在预计的焊接接头的后面以保护磨损层在衬垫的焊接过程中不会燃烧。
也可以使用其它类型和厚度的绝缘体16。所示形式的绝缘体对于减小低温/冷冻液体和周围环境之间的热传递是适当的。可以按照需要改变绝缘体的厚度以提供期望水平的总热量泄漏。绝缘体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。目的是承载绝缘层能够足够地抵抗压缩以有效地从存储的液体向外部支承壁12传递静压和动压。
罐内垫所示的罐内衬18可以由普通的手工工人使用传统的现成类型的建筑材料利用传统的罐构造方法建造。实际上罐衬垫可以构造成能够比更专用的隔膜系统提供更多的优点。
所示罐衬垫18主要由通常可获得的低温/冷冻金属衬板50形成，而低温/冷冻金属衬板50焊接或通过机械方式连接至支承壁12上的连接器30、32上。在此所示的衬板是罐质量的8′×30′或8′×40′且5/16″厚度的不锈钢板。
在罐构造中使用的其它常见金属板也可以用于建造罐衬垫18。除不锈钢之外，可以使用铝或9％镍钢。这些衬板50的相对大的尺寸(具有大于100平方英尺的表面积)可以减小建造衬垫所需焊接的线性尺码。这些板的厚度可以在从1/16″到1/2″或更大的范围内，这可以便于使用整个厚度的对接焊来替代搭角焊，从而提供衬垫/衬垫密封系统的更好的抗弯曲性和载荷/偏转特性。整个厚度的对接焊与搭角焊相比，可以受到更加透彻的NDE并且会更少地泄漏。使用比传统隔膜更厚的板还可以提供产品质量和耐用性的更大的置信度泄漏检测系统就不是必要的了。
另一方面，因为衬板50由外部支承壁12支撑，所以它们可以比通常用在自立式罐的底座处的板类型更薄(并因此更便宜)。
为了提供在填充过程或结构10、10′排空之后罐衬垫18中的尺寸变化，在壁中使用了结构构件52来提供侧向柔度。所示″柔性″结构构件是标准的直径为18″、管号10S的半管剖面，具有3/16″的壁厚。所示半管剖面的侧面是焊接到相邻衬板50的垂直边缘54上的凹槽。
也可以使用其它常见的结构构件52来提供衬垫18中所需的柔性。例如，也可以使用管或管道部分或结构形状例如角度。由于易于焊接和坚固性，可能会希望使用大于1/16″的壁厚这种构件可以比由更薄的材料形成的构件更好地支撑。
结构构件的相对大的尺寸可以允许每个构件提供更多的侧向运动，减少在结构中所需的这些构件的数量并且增加它们之间的间隔。所示构件52与在传统隔膜中所使用类型的折边可以适应更大范围的运动，因此可以提供8′宽的衬板中满量程的热侧向运动。事实上，所示结构构件可以提供高达约2″的侧向柔度。因此，在图1中所示的本发明的圆壁罐的实施例中，这些结构构件仅仅需要用在每隔两个衬板50之间大约24′弧处。在图2中所示的本发明的平壁GBS实施例中，这些半管构件也布置在每隔两个衬板50之间同样间隔大约24′处。在其它情况下当然也可以使用柔性结构构件的其它间隔。
虽然衬板50的所需厚度可以有效地排除传统隔膜板中使用的专用类型的双向卷边，但是也可以在衬板中形成整体式单向结构构件。例如，所示结构构件52(或其它提供侧向柔度的简单形状)有时可以弯曲或卷动成衬板的垂直边缘之一或是板的中间部分。在需要较少的结构构件时，将结构构件形成衬板会更加可行；即，当结构构件比传统隔膜中相对紧密间隔的卷边间隔更远时。
尽管所示配置的常见罐质量衬板50和″柔性″结构构件52可以提供罐内垫18的周向膨胀/收缩，但是也可以使用传统的结构零件来提供衬垫的垂直膨胀或收缩。例如，例如在图5中显示的一个柔性“热角”零件可以用在自立式罐或GBS的下角中。所示热角零件包括弯曲的接合60，接合60从衬壁过渡到地板，并且足够强固来支撑结构中的液体载荷而同时又足够柔韧以提供热运动。对于多达大约140′高的罐，这种热角可以提供衬垫中所需的沿垂直方向的柔性。
柔性结构构件52的使用并不限于结构10、10′的壁。对于比140′更高的罐，可以在船板的通道之间使用横向安装的柔性结构构件以提供沿垂直方向的附加的柔性。也可以在屋顶或地板中使用类似的构件。图2显示了柔性结构构件在GBS地板中的应用。在该说明中，地板中的结构构件62布置成与壁中的结构构件52′相连。如果需要，可以在结构构件相交处使用特殊的多向柔性装置64。
本发明的各个实施例的该说明提供用于示意性目的。对于本领域的普通技术人员而言，很显然可以做出修正或变体而不脱离本发明。本发明的整个范围阐述在下面的权利要求中。
权利要求
1.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由传统的低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有柔性结构构件；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
2.如权利要求1所述的低温/冷冻储液结构，其中所述柔性结构构件垂直地布置。
3.如权利要求1所述的低温/冷冻储液结构，其中所述柔性结构构件至少间隔大约8′。
4.如权利要求1所述的低温/冷冻储液结构，其中至少一个柔性结构构件布置在相邻板之间。
5.如权利要求1所述的低温/冷冻储液结构，其中至少一个柔性结构构件形成于一个所述板中。
6.如权利要求1所述的低温/冷冻储液结构，还包括连接器，所述连接器将罐衬垫连接到外部支承壁上并且提供衬垫相对于支承壁的运动。
7.如权利要求7所述的低温/冷冻储液结构，其中所述连接器至少侧向间隔大约8′。
8.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由传统低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有在1/16″和1/2″之间的厚度以及至少100平方英尺的表面积并具有柔性结构构件，所述柔性结构构件具有大于至少1/16″的壁厚并且具有至少一个下列部件的形式管段、管道段和结构形状；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
9.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由传统低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有至少1/16″的厚度并具有柔性结构构件；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
10.如权利要求9所述的低温/冷冻储液结构，其中至少一个所述板具有1/16″和1/2″之间的厚度。
11.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有至少100平方英尺的表面积并具有柔性结构构件；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
12.如权利要求11所述的低温/冷冻储液结构，其中至少一个所述板具有至少大约200平方英尺的表面积。
13.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有柔性结构构件，其中所述柔性结构构件具有大于1/16″的壁厚；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
14.如权利要求13所述的低温/冷冻储液结构，其中至少一个所述柔性结构构件的壁厚在1/16″和1/2″之间。
15.一种低温/冷冻储液结构，包括蒸汽不可渗透的外部支承壁；具有壁的罐内垫，所述壁由低温/冷冻罐质量板构成，所述板具有柔性结构构件，所述柔性结构构件具有至少一个下列部件的形式管段、管道段和结构形状；和在罐内垫的外表面和外部支承壁的内表面之间的承载绝缘体。
全文摘要
本发明涉及一种低温/冷冻储液结构，具有罐内垫，罐内垫由传统低温/冷冻罐质量板构成，所述板提供柔性的结构构件。板安装在连接器上，连接器提供衬垫相对于支承壁的运动。
文档编号F17C3/00GK101061343SQ200580039940
公开日2007年10月24日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月21日
发明者内德·A·培根, J·R·西蒙斯, 戴尔·A·斯旺森 申请人:芝加哥桥梁&铁公司