CN106567992B - 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法 - Google Patents

一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106567992B
CN106567992B CN201610955358.9A CN201610955358A CN106567992B CN 106567992 B CN106567992 B CN 106567992B CN 201610955358 A CN201610955358 A CN 201610955358A CN 106567992 B CN106567992 B CN 106567992B
Authority
CN
China
Prior art keywords
storage tank
hydrogen storage
replacement
liquid hydrogen
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610955358.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106567992A (zh
Inventor
宋晶晶
孙德
王海峰
王燕娜
赵洪波
杨思锋
王森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Original Assignee
Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Aerospace Testing Technology filed Critical Beijing Institute of Aerospace Testing Technology
Priority to CN201610955358.9A priority Critical patent/CN106567992B/zh
Publication of CN106567992A publication Critical patent/CN106567992A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106567992B publication Critical patent/CN106567992B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0323—Valves
    • F17C2205/0326—Valves electrically actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0338—Pressure regulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/04—Methods for emptying or filling
    • F17C2227/047—Methods for emptying or filling by repeating a process cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氢氧火箭液氢贮箱的置换方法，采用氢气作为置换介质。所述置换系统由加注阀、上排液阀、上加注阀、下排液阀、下加注阀、吹除电磁阀、放气阀、增压阀、液氢贮箱组成，同时配有吹除系统和气封系统，以降低排放管路氧的含量。针对液氢贮箱容积大、内部结构复杂的特点，采用“上进下出”的置换方法，有效减少了置换次数和置换时间，大幅度降低了试验成本。该方法适用于大型地面液氢贮罐和发射场箭上液氢贮箱的置换。

Description

一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法
技术领域
本发明为一种氢氧火箭液氢贮箱的置换方法，用于氢氧运载火箭的动力试验或者用于靶场发射，属于运载火箭地面工程应用领域。
背景技术
氢氧运载火箭在动力系统试验液氢加注前，需要对液氢贮箱进行置换，使贮箱中的氧气、水蒸气、氮气等杂质气体含量降低到试验要求所规定的指标范围内。某型号运载火箭液氢贮箱容积378m3，与其它模块运载火箭相比，除容积较大以外，其内部结构相对复杂，内部安装冷氦气瓶、氦引射预冷系统、循环泵预冷系统、液位测量系统等设备。而为了提高运载能力，火箭贮箱的设计采用薄壁结构，因此只能采用正压置换方法。传统正压置换方法有两种：连续性置换和非连续置换，均采用氦气作为置换介质。在实际操作过程中，存在着不足之处：
(1)由于某型号运载火箭液氢贮箱容积较大，对置换介质氦气的需求量较多，而氦气在我国资源贮量少、含量较底、提取成本高，大量的使用氦气作为介质，造成试验成本大幅度增加。
(2)连续性置换消耗气体介质较多，而非连续性置换用气量小，但操作复杂，填充压力、保压时间、充放气口的位置、放气终止压力等均对非连续置换效果产生影响。
因此，需要设计一种用于液氢贮箱既能减少置换时间和置换次数，又能降低试验成本的置换方法。
发明内容
本发明的技术解决问题：本发明提供了一种液氢贮箱的置换方法，该方法可以减少置换时间、置换次数，同时，采用氢气介质代替氦气介质进行液氢贮箱置换，大幅度降低试验成本，可应用于大型地面液氢贮罐和发射场箭上液氢贮箱的置换。
本发明的技术解决方案：本发明创新采用氢气置换液氢贮箱方法，代替氦气置换的传统方案。由于氢气是一种易燃易爆气体，为了确保置换过程的安全性，采取以下方法进行控制：
(1)液氢贮箱置换前，做气密性试验，确保液氢贮箱及连接管路的密封性，防止液氢贮箱在置换过程中因泄漏引起着火和爆炸。
(2)在氢气置换前，对液氢贮箱做氮气置换，使液氢贮箱H2O含量小于等于100ppm，O2含量小于30ppm。此外，在氢气置换时，控制向液氢贮箱填充氢气的流速，使流速不大于252m/s，防止液氢贮箱中氧含量或者局部氧含量较大，充气速度较快，气体高速流动与管路摩擦产生静电引起着火和爆炸。
(3)为避免氢气置换时，因排放管路中氧含量较高，流速较高，摩擦产生静电引起着火和爆炸，在排放氢气前，先用氮气吹除排放管路，在两次置换期间对排放管路进行氮气封。
(4)液氢贮箱氢气置换后，如长时间停放，对液氢贮箱进行终期氦气置换，使贮箱内氢含量小于4％，防止长时间停放，氢气状态的贮箱因雷电等意外因素产生危险。
针对箭上液氢贮箱容积大、内部结构复杂的特点，为了减少置换次数和置换时间，采取的置换方法有：
(1)液氢贮箱置换时，尽量增加内部气体流动，适当提高入口气体速度，但不超过0.2马赫为宜，选取增压口作为液氢贮箱氢气置换入口。
(2)用氢气置换氮气时，先从位置较低的放气口放气，再从位置较高口放气，确保与贮箱连接的管路至少一次放气，以确保盲腔管路气体的置换。
(3)针对贮箱特点，贮箱充气压力为0.1MPa(表压)，放气压力0.01MPa(表压)，保压停放时间10min，使贮箱内气体充分混合后，进行放气，重复置换8次，可满足H2O≤100ppm(－42℃)，O2(含Ar)≤30ppm，N2≤800ppm，其他≤50ppm的要求。
基于以上置换方法，建立的液氢贮箱置换系统由加注阀、上排液阀、上加注阀、下排液阀、下加注阀、吹除电磁阀、放气阀、增压阀、液氢贮箱组成。置换前，吹除排放管，通过吹除电磁阀的开启实现吹除气的供给。吹除结束后，置换氢气从增压口进入，通过增压阀的通断实现置换氢气的填充。由于氮含量在贮箱从上到下呈梯度增加，先从贮箱底部放气，此时上排液阀、下排液阀处于打开状态，氢气从排放管排出，最后，打开贮箱顶部放气阀，氢气从贮箱顶部排气。在此过程，加注阀、上加注阀处于打开状态，而下加注阀处于关闭状态。
本发明有益效果是：
(1)创新性采用液氢贮箱氢气置换方法，代替氦气置换的传统方案，有效降低了气源系统规模，节约了试验成本。
(2)针对箭上液氢贮箱容积大、内部结构复杂的特点，创新性采用“上进下出”的工艺方法，节约氢气用量近10000Nm3，节约工作时间7小时，可用于大型地面贮罐和发射场箭上贮箱的置换。
附图说明
图1是液氢贮箱置换原理图。1为加注阀、2为上排液阀、3为上加注阀、4为下排液阀、5为下加注阀、6为吹除电磁阀、7为吹除电磁阀、8为放气阀、9为增压阀、10为箭体液氢贮箱。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，液氢贮箱置换系统由加注阀1、上排液阀2、上加注阀3、下排液阀4、下加注阀5、吹除电磁阀6、吹除电磁阀7、放气阀8、增压阀9、液氢贮箱10组成。置换前，吹除排放管，通过吹除电磁阀6、7的开启实现吹除气的供给。吹除结束后，置换氢气从增压口进入，通过增压阀9的通断实现置换氢气的填充。当填充压力为0.1MPa(表压)时，停止填充。静止停放10min，使气体充分混合。由于氮含量在贮箱从上到下呈梯度增加，先从贮箱底10部放气，此时上排液阀2、下排液阀4处于打开状态，氢气从排放管排出，最后，打开贮箱顶部放气阀8，氢气从贮箱10顶部排气，使贮箱压力放气至0.01MPa(表压)，停止放气。在此过程，加注阀1、上加注阀3处于打开状态，而下加注阀5处于关闭状态，完成一次液氢贮箱的氢气置换，重复以上步骤七次，可达到H2O≤100ppm(－42℃)，O2(含Ar)≤30ppm，N2≤800ppm，其他≤50ppm的试验要求。
本发明方法成功应用于某型号运载火箭动力系统试验液氢贮箱的置换，采用氢气置换液氢贮箱方法代替氦气置换的传统方案，取得了良好的应用效果。

Claims (7)

1.一种氢氧火箭液氢贮箱的置换方法，适用于容积大、内部结构复杂的箭上液氢贮箱，其特征在于：采用氢气作为置换介质，同时采用“上进下出”的正压置换方法；从位置较低的放气口放气，再从位置较高口放气，确保与液氢贮箱连接的管路至少一次放气。
2.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：液氢贮箱置换前，做气密性试验。
3.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：液氢贮箱氢气置换前，做氮气置换。
4.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：氢气置换放气前，吹除排放管路，此外，在两次置换期间对排放管路进行氮气封。
5.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：还包括基于氢氧火箭液氢贮箱的置换方法设置的置换系统，所述置换系统由加注阀、上排液阀、上加注阀、下排液阀、下加注阀、吹除电磁阀、放气阀、增压阀和液氢贮箱组成，同时配有吹除系统和气封系统。
6.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：液氢贮箱充气压力的表压值为0.1MPa，放气压力的表压值为0.01MPa，保压停放时间10min，使液氢贮箱内气体充分混合后，进行放气。
7.根据权利要求1所述的置换方法，其特征在于：有效减少了置换次数和置换时间，大幅度降低了试验成本。
CN201610955358.9A 2016-11-03 2016-11-03 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法 Active CN106567992B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610955358.9A CN106567992B (zh) 2016-11-03 2016-11-03 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610955358.9A CN106567992B (zh) 2016-11-03 2016-11-03 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106567992A CN106567992A (zh) 2017-04-19
CN106567992B true CN106567992B (zh) 2020-08-28

Family

ID=58535266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610955358.9A Active CN106567992B (zh) 2016-11-03 2016-11-03 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106567992B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109342496B (zh) * 2018-11-30 2021-09-07 北京宇航系统工程研究所 一种真空输送管低温绝热性能测量试验方法
CN110779695B (zh) * 2019-09-18 2021-07-13 北京航天试验技术研究所 一种爆破试验系统及爆破试验方法
CN112728402A (zh) * 2021-01-04 2021-04-30 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种氢气储罐用氮气置换及排水装置
CN114151729A (zh) * 2021-11-16 2022-03-08 北京航天试验技术研究所 一种液态储氢加氢站的安全放散系统及方法
CN114252344B (zh) * 2021-12-20 2023-04-18 北京星际荣耀空间科技股份有限公司 一种无绝热层压力容器的低温液压测试装置及测试方法
CN218378949U (zh) * 2022-07-22 2023-01-24 华能罗源发电有限责任公司 一种用于氢气储罐内部气体快速置换的装置
CN115199950A (zh) * 2022-08-25 2022-10-18 北京航天试验技术研究所 一种可抑制超临界转变的高压液氢输送系统及其方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5937917A (en) * 1996-06-12 1999-08-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Charging method and charging structure of combustible gas and oxidizer gas, and material to be charged by using the charging method and the charging structure
JP2005054963A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Toyota Motor Corp 水素タンクからの水素抜取り装置
EP2420661A1 (de) * 2010-08-16 2012-02-22 Wolfgang Zenker Hybride Expansions-Verbrennungskraftmaschine mit Ventilsteuerung zum Betrieb mit regenerativen Energieträgern
CN203616084U (zh) * 2013-11-18 2014-05-28 北京宇航系统工程研究所 一种运载火箭用加泄阀低温振动试验装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5937917A (en) * 1996-06-12 1999-08-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Charging method and charging structure of combustible gas and oxidizer gas, and material to be charged by using the charging method and the charging structure
JP2005054963A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Toyota Motor Corp 水素タンクからの水素抜取り装置
EP2420661A1 (de) * 2010-08-16 2012-02-22 Wolfgang Zenker Hybride Expansions-Verbrennungskraftmaschine mit Ventilsteuerung zum Betrieb mit regenerativen Energieträgern
CN203616084U (zh) * 2013-11-18 2014-05-28 北京宇航系统工程研究所 一种运载火箭用加泄阀低温振动试验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
液氢加注系统氢气置换计算;叶欣;《低温工程》;20141231(第6期);第38-41及62页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106567992A (zh) 2017-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106567992B (zh) 一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法
CN112253990B (zh) 基于温升控制的高压氢气加注系统及其加注方法
CN102338685B (zh) 压力容器气密性实验装置及方法
CN104697861A (zh) 一种低能耗的多级自增压高压容器气体循环试验系统
CN107202675B (zh) 连续式跨声速风洞喷液氮降温系统冷却器防结冰方法
CN103452612A (zh) 一种以二氧化碳为工质的压缩气体储能系统
CN106813987B (zh) 气瓶低温试验系统
CN113494678B (zh) 一种氢气加注控制方法及系统
CN104165266B (zh) 一种压差式液化天然气加气站加注系统及其方法
CN106989892B (zh) 连续式高速风洞降温系统液氮存储装置
CN210398371U (zh) 一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备
CN205256600U (zh) 一种半潜式钻井平台和压缩空气调压载系统
CN114739055B (zh) 一种基于液氧冷量的液氧/液甲烷综合过冷系统及方法
CN110294221B (zh) 一种防泄漏浮顶罐以及防止泄漏的方法
CN106450139A (zh) 一种锂电池电解液添加装置
CN208204532U (zh) 一种液氨回收系统
CN102829329B (zh) 一种液氨卸车和输送新方法
CN113532843A (zh) 一种预冷氢气暴露的测试装置及测试方法
CN112325148A (zh) 一种加氢站用车载气瓶初始压力测量装置及方法
CN111982407A (zh) 一种用于氢能源汽车的气密检测系统
CN104482396A (zh) 一种新型高效具有储冷功能的bog回收系统
CN210037461U (zh) 一种高压储氢气瓶的充放气循环试验系统
CN203794615U (zh) 实现气体置换及正压保护的加油车
CN208817083U (zh) 深冷液体无损充装站
CN207687667U (zh) 一种压差式lng加注系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant