Paneele für Anlagen zur Gasverflüssigung sowie für Flüssiggastanks und -tanker

Paneele für Anlagen zur Gasverflüssigung sowie für Flüssiggastanks und -tanker

Sehr hohe Anforderungen an das Kälteverhalten werden an Klebstoffe für den Bau von Anlagen zur Gasverflüssigung sowie von Flüssiggastanks und -tankern gestellt. In diesen Anlagen und den Transport- bzw. Vorratstanks werden sehr niedrige Temperaturen zur Verflüssigung der Gase erzeugt:

Erdgas – LNG (liquid natural gas)  -163°C 
Ethylen -104°C    
Flüssiggas – LPG (liquid petrol gas, Propan-Butan-Gemische)   – 48°C  
Ammoniak  – 33°C

Die eingesetzten Klebstoffe müssen wegen der großen Temperaturunterschiede bei den Abkühlungs- und Erwärmungsprozessen ausreichende Elastizität besitzen und dürfen bei den niedrigen Temperaturen keine Sprödbrüche zulassen.

In Verflüssigungsanlagen werden die Gase auf die jeweilige Siedetemperatur gekühlt. Anschließend wird das flüssige Gas zu den Landtanks der Verladeterminals gepumpt und dort in Schifftanks gefüllt.

Für die Verflüssigungsanlagen sowie die Land- und die Schifftanks sind unterschiedliche Bauprinzipien mit verschiedenen Isolationssystemen entwickelt worden. Bei den Landtanks gibt es auch Konstruktionen ohne Klebtechnik. Diese Tanks bestehen aus Doppel- wandsystemen, deren Zwischenräumen mit Blähperlit, Glas- oder Steinwolle gefüllt sind.

Zum Gastransport haben sich sphärische und octagonische Tanks durchgesetzt, die auch die hier behandelten repräsentativen Beispiele für Klebungen von Kälteisolierungen sind.

Zwischen diesen zwei Bauprinzipien gibt es wesentliche Unterschiede. Die sphärischen Tanks sind kein Teil der Schiffkörper und werden von außen isoliert. Dagegen ist der octagonische Tank ein Bestandteil der Schiffinnenräume, der von innen isoliert wird  (Abb. 1 und 2).  Die  Isolationen  müssen  den Wärmeaustausch zwischen Tank und Umgebung nahezu vollständig unterbinden und damit die Gasverluste durch Verdampfen auf ein Minimum reduzieren.

Fluessiggastanker

Abb. 1: Gastanker mit fünf sphärischen Tanks

Octagonischer Tank

Abb. 2: Blick in einen octagonischen Tank (Die Größe des Tanks wird durch den Vergleich mit einem Mann verdeutlicht, der vor der hinteren Wand steht.)

Die Paneele für die Kugeltanks werden aus Polystyrolschaumstoff, Glasfasergewebe und Aluminiumfolie auf halbautomatischen Produktionsanlagen hergestellt. Für diese Ver- klebungen wird ein flüssiger Zweikomponenten-Polyurethanlebstoff (2-K-PUR) eingesetzt. Die Applikation erfolgt einseitig mit Walzen.  Der  Kern  besteht aus  zwei  Schichten, die  in Längsrichtung  versetzt angeordnet sind und zwischen die noch ein Glasfasergewebe geklebt wird. Die Form dieser Teile ist der sphärischen Gestalt der Tanks  angepasst. Sie haben also leicht  gekrümmte Oberflächen. Diese komplexen Kernmaterialien werden einseitig mit dicker Aluminiumfolie verklebt (Abb.3). 

Abb82

Abb.3: Paneelmontage auf einem spärischen Tank

Es ist  wenig  erfolgversprechend, diese  Paneele  bei der  Montage  auf den Werf- ten direkt auf die Tankaußenwand zu kleben. Bei den großen Temperaturunterschieden würden während der Nutzung die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der Aluminiumtankwand, des Klebstoffs und der Paneelmaterialien zu Spannungsrissen führen.

Es wurde daher ein Montagesystem entwickelt, bei dem eine Fixierung der Paneele durch Haltebolzen mit Druckverteilungsscheiben so erfolgt, dass sich zwischen Tankwand und  Paneelen ein Zwischenraum  befindet. Die Paneele  werden  mit einem  pastösen und nicht ablaufenden 2-K-PUR-Klebstoff nur an ihren Seitenflächen verklebt (Abb.3). Dieses Bauprinzip der Tankisolation garantiert zusätzliche Gasdichtheit. Im Falle einer Leckage fungiert diese Isolation als sekundäre Barriere und verhindert das Ausströmen des Gases.

Den Abschluss der Isolationsarbeiten bildet die Versieglung der Stoßstellen zwischen den einzelnen Paneelen mit Dichtmassen.

Die Mischung der Klebstoffkomponenten für die Seitenflächenklebung kann vor Ort mit 2-K-Mischanlagen erfolgen. Außerdem ist die Verarbeitung aus sog. Arbeitspackungen möglich (Abb. 4). Diese bestehen aus einem Eimer, in den das Harz abgefüllt wird. Danach setzt man in den Eimer einen Einsatz, der den Härter enthält, gleichzeitig aber auch als Deckel dient. Harz und Härter sind im vorgegebenen Mischungsverhältnis in der Arbeitpackung enthalten und können nachdem nach Entfernen des Plastverschlusses des Einsatzes und Durchstoßen des Einsatzbodens der Härter in den Eimer geflossen ist, mit einem elektrischen Rührer vermischt werden. Mit der Verwendung von Arbeitspackungen lassen sich Mischungsfehler durch falsches oder ungenaues Abwiegen vor Ort eliminieren. Es werden Arbeitspackungen unterschiedlicher Größe angeboten. Für Polyurethanklebstoffe sind Gebinde im Bereich von 2 bis 10 kg Füllmenge üblich. Die Auswahl der Verpackungsgröße wird durch den Arbeitsablauf bestimmt. Der Inhalt einer Arbeitspackung muss sich während der Topfzeit des Klebstoffs verarbeiten lassen.

Abb. 83

 Abb. 4: Arbeitspackung

Die Innenisolation der octagonischen Tanks bedingt eine gas- bzw. flüssigkeitsdichte Trennschcht zwischen dem verflüssigten Gas und den Isolationsmaterialien. Diese besteht aus Blech  eines Spezialstahls und wird als Primärbarriere bzw. -membran  be- zeichnet. Die einzelnen Bahnen des Stahlblechs sind durch eine Verbindungs- konstruktion und Schweißnähte so miteinander verbunden, dass sie thermischen Beanspruchungen gut nachgeben können. Darunter befindet sich eine mehrschichtige Isolation (Abb. 5).   

Innenisolation_LNG_Tankers

Abb. 5: Innenisolation eines LNG-Tankers: 1 – Primärbarriere 2 – Primärisolation 3 – Sekundärbarriere 4 – Sekundärisolation

Die Primärisolation besteht aus Sperrholzboxen, die mit Blähperlit gefüllt sind. Die Sekundärbarriere entspricht in ihrem Aufbau der Primärbarriere und liegt auf der Sekundärisolation. Deren Isolationspaneele werden aus Sperrholzdeckschichten und PUR-Schaumstoffkern mit einem flüssigen 2-K-PUR-Klebstoff hergestellt.

Zwischen  Sekundärisolation und  der Tankinnenseite  befindet  sich  eine Dichtmasse auf Epoxidbasis,   mit  der  die Unebenheiten der Tankwand ausgeglichen werden und  mit der  ein Verbund zwischen Isolation und dieser Wand  hergestellt wird. Die zwei Stahlmembranen und die  Isolationsschichten sind also nicht miteinander verklebt. Dadurch werden durch Temperaturunterschiede initiierte Spannungen zwischen den einzelnen Schichten vermieden.

Für den Einsatz von Klebstoffen in allen Bereichen des Schiffbaus ist es nicht ausreichend, dass die Verklebungen das geforderte Niveau der physiko-mechaninischen Eigenschaften und der Langzeitstabilität aufweisen. Klebstoffe für diese Anwendungen müssen auch den Kriterien des Internationalen Übereinkommen zum Schutz des menschlichen Lebens auf See von 1974 (SOLAS) sowie der IMO-Resolution A.653(16) hinsichtlich ihres Brandverhaltens entsprechen. 

Dr. Lothar Thiele

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