CN113833973B - 一种多边形干式氢气柜 - Google Patents

Abstract

本发明属于氢气储存工程领域，涉及一种多边形干式氢气柜，包括由立柱、底板、侧板、柜顶组成的柜体，柜体内设有底部油沟、活塞密封装置和活塞钢结构，底部油沟环绕于底板外并位于侧板内壁与底板之间，活塞密封装置环绕于活塞钢结构外并位于侧板内壁与活塞钢结构之间，底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有氢气进出口管和放空装置，氢气进出口管贯穿于底板，放空装置贯穿于侧板，且放空装置的接口稍低于活塞钢结构落底时的活塞密封装置底部位置。本发明的多边形干式氢气柜很好地解决了氢气大规模就近工业化应用的低压储存问题。

Description

一种多边形干式氢气柜

技术领域

本发明属于氢气储存工程领域，具体涉及一种多边形干式氢气柜，以满足氢气大规模就近工业化应用的需要。

背景技术

在全球降低碳排放的大背景下，新型的替代能源呼之欲出。氢能是一种高效、清洁的能源,又是一种优质的还原剂，随着氢气的发展以及应用领域的扩大，氢气在传统工业领域的大规模应用成为研究的前沿。以传统的钢铁联合企业为例：传统高炉炼铁采用焦炭提供热量和还原剂，碳排放很高，如果能够在高炉炼铁工序部分或全部采用氢气为还原剂，碳排放将大幅降低；钢铁联合企业还有各种炉窑等使用约10kpa压力级别的氢气为燃料。同时，在风能和太阳能大规模利用的背景下，如果将这些间断、不稳定的新能源采用电解水等方式制成氢气储存起来，并采用低压储存方式，就近满足炼铁和各类炉窑等钢铁联合企业各分厂连续生产的氢气需求，对传统钢铁联合企业降低碳排放成效显著。然而，氢气的低温液态储存和高压储存已有不少研究，但氢气的低压储存目前还局限在湿式柜储存。该湿式柜应用技术存在如下弊端：1)储气压力约3kpa；2)采用的水密封会给氢气增湿；3)大型化基础荷载很大；4)在北方防冻问题浪费能源。因此，有必要提供一种低压储存氢气的干式氢气柜，为氢气大规模工业化应用提供氢气低压储存的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多边形干式氢气柜，旨在解决氢气大规模就近工业化应用的低压储存问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本多边形干式氢气柜的工作原理是：储气压力由活塞质量自动产生，活塞钢结构采用活塞桁架+平底活塞板的形式密封氢气，活塞周边活塞油沟挡板与侧板内壁之间组成活塞油沟安装活塞密封装置，以实现活塞与侧板的可动连接并密封氢气。

本多边形干式氢气柜，包括由立柱、底板、侧板、柜顶组成的柜体，柜体内设有底部油沟、活塞密封装置和活塞钢结构，底部油沟环绕于底板外并位于侧板内壁与底部油沟挡板之间，活塞密封装置环绕于活塞钢结构外并位于侧板内壁与活塞钢结构之间，底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有氢气进出口管和放空装置，氢气进出口管贯穿于底板，放空装置贯穿于侧板，且放空装置的接口稍低于活塞钢结构落底时的活塞密封装置底部位置；活塞钢结构包括活塞中部底板，活塞中部底板上设置活塞水平大梁，活塞水平大梁上设置活塞桁架，活塞桁架上设有沿侧板内壁上下运动的活塞导轮、与活塞密封装置适配的活塞油沟挡板以及活塞防回转装置。

可选地，所述放空装置包括遥控快开阀门、立管、放空口平台、阻火器、防风雨帽、防爆工业电视，立管沿柜体高度方向布置，其一端通过遥控快开阀门连接于底板与活塞钢结构之间的氢气区，另一端高出柜顶并在其上设置放空口平台、阻火器、防风雨帽和防爆工业电视。

可选地，所述柜顶上设有通风气楼，通风气楼上设有相互独立的内部防爆吊笼和手摇紧急救助吊袋，内部防爆吊笼由卷筒机构、吊笼组成，吊笼连接在卷筒机构上。

可选地，所述底部油沟是由底部油沟挡板、侧板内壁和这二者之间的底板围成的内部空间，用于收集从活塞密封装置的密封油和侧板上冷凝出的煤气冷凝水，根据气候条件，在底部油沟密封油内设置底部油沟加热设施。

可选地，所述柜体内还设有用于支撑活塞钢结构落底时的活塞支架，侧板上设有柜体回廊。

可选地，所述活塞钢结构还包括环绕于活塞中部底板侧的活塞水平封板，活塞油沟挡板设置在活塞水平封板上，活塞水平封板上还设有活塞下部空间取样管。

可选地，所述活塞密封装置包括弹簧压紧薄板、活塞油沟密封油，弹簧压紧薄板安装在活塞油沟挡板上并压靠于侧板内壁，活塞油沟密封油设于活塞油沟挡板与侧板内壁之间，根据气候条件，在活塞油沟密封油下方的油沟水层内设置活塞油沟加热设施。

可选地，所述底板与活塞钢结构之间的氢气区还外接有置换放散管和/或取样管，置换放散管或取样管贯穿于侧板，且置换放散管和/或取样管的接口稍低于活塞钢结构落底时的活塞密封装置底部。

可选地，所述柜体的储气压力为2～15kPa。

采用上述方案，通过活塞周边布置实现活塞和侧板可动密封的活塞密封装置，活塞密封装置通过弹簧压紧薄板并灌注一定高度的稀油结构实现无水密封并保证密封安全，而底部油沟的油水进入地面上的油水分离器油水分离后，密封油通过循环油泵站打到侧板上部并从侧板内壁自然溢流下到活塞油沟的方式来保证；活塞与侧板间设置导轮和防回转装置实现活塞相对于侧板的垂直上下运动自动吞吐氢气；活塞密封装置的弹簧压紧薄板以上的油位高度产生的静压力配合弹簧压紧力即可实现氢气可靠密封。

本发明的有益效果：

1、本发明提及的多边形干式氢气柜，其储气压力比湿式柜大有提高，可达15kPa，使得周边几公里范围内使用氢气为燃料的用户可以取得连续稳定的氢气供给。

2、本发明提及的多边形干式氢气柜，由于不采用水为密封介质，不会给氢气增湿，相对于以水为密封介质的湿式柜，这种氢气柜为干式柜。

3、本发明提及的多边形干式氢气柜，通过配置放空装置，并在放空的立管出口设阻火器，以便氢气柜事故时快速放空柜内氢气，避免事故扩大化；而为防止异物进入，设防风雨帽；还为监控放空的立管出口设备工作状态，为其配置带图像识别功能的工业电视监视器并报警到有人值守处。

4、本发明提及的多边形干式氢气柜，为实现氢气吹扫置换方便，活塞钢结构的底板采用平板加筋的方式，活塞板加筋在柜体侧板的空气侧；活塞周边活塞油沟挡板与活塞中部平底板间的活塞水平封板位置高，在活塞水平封板上布置取样管，可抽样检查活塞下部的置换情况。

5、本发明提及的多边形干式氢气柜，通过对放空装置和置换放散管接口从稍低于活塞落底位置的活塞密封装置的高度接出，便于置换吹扫。需要说明的是，氢气柜置换如采用活塞反复升降通过放空装置放散混合气体的置换方法时，则柜体上的置换放散管可由柜体上的取样管代替。

6、本发明提及的多边形干式氢气柜，活塞下部空间取样管上的阀门采用螺纹密封的管螺纹连接，并在管口设采用螺纹密封的管螺纹管塞，以保证安全切断。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的最佳实施方式氢气柜结构立面示意图；

附图标记：1为氢气柜体；2为立柱；3为氢气进出口管；4为底板；5为底部油沟，5-1为底部油沟挡板，5-2为底部油沟密封油，5-3为油沟水层，5-4为底部油沟加热设施；6为活塞支架；7为置换放散管；8为活塞密封装置，8-1为弹簧压紧薄板，8-2为活塞油沟密封油，8-3为活塞油沟加热设施；9为活塞钢结构，9-1为活塞中部底板，9-2为活塞水平大梁，9-3为活塞水平封板，9-4为活塞导轮，9-5为活塞防回转装置，9-6为活塞桁架，9-7为活塞下部空间取样管，9-8为活塞油沟挡板；10为柜体回廊；11为侧板；12为柜顶；13为通风气楼；14为内部防爆吊笼，14-1为卷筒机构，14-2为吊笼；15为手摇紧急救助吊袋；16为放空装置，16-1为遥控快开阀门，16-2为立管，16-3为放空口平台，16-4为阻火器，16-5为防风雨帽，16-6为防爆工业电视；S为活塞行程，a为空气区，H为氢气区，D为侧板内壁外接圆直径，d为侧板内壁内接圆直径。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

请参照图1所示，本实施例提及的一种多边形干式氢气柜，包括柜体1，柜体1由立柱2、底板4、侧板11、柜顶12、活塞钢结构9和活塞密封装置8等组成，其中立柱2环绕在底板4外，侧板11设置在立柱2上，形成多边形结构，柜顶12设在底板4正上方，这样就构成了一个多边形的氢气柜，此外，侧板11外壁上设置有加筋以及用于检修行走的柜体回廊10。而柜体1内设有底部油沟5、活塞密封装置8和活塞钢结构9，该底部油沟5是底板4上边位于侧板11内壁与底部油沟挡板5-1之间的内部空间，活塞密封装置8环绕于活塞钢结构9外并位于侧板11内壁与活塞钢结构9之间，底板4与活塞钢结构9之间的氢气区H外接有氢气进出口管3和放空装置16，氢气进出口管3贯穿于底板4，放空装置16贯穿于侧板11，且放空装置16的接口稍低于活塞钢结构9落底时的活塞密封装置8底部。另外，活塞钢结构9与柜顶12之间为空气区a，底板4与柜顶12之间高度为活塞行程S，侧板内壁内、外接圆直径分别为d和D。

具体的，放空装置16由遥控快开阀门16-1、立管16-2、放空口平台16-3、阻火器16-4、防风雨帽16-5、防爆工业电视16-6组成，立管16-2是沿柜体1高度方向布置，其一端通过遥控快开阀门16-1连接于底板4与活塞钢结构9之间的氢气区H，另一端则高出柜顶12并在其上设置放空口平台16-3、阻火器16-4、防风雨帽16-5和防爆工业电视16-6。底部油沟5是底部油沟挡板5-1、与5-1同高度的侧板11以及处于二者之间的底板4围成的内部空间，内装底部油沟密封油5-2、油沟水层5-3、底部油沟加热设施5-4，从活塞密封装置漏下的密封油和侧板上凝结的煤气冷凝水流入底部油沟5。活塞钢结构9由活塞中部底板9-1、活塞水平大梁9-2、活塞导轮9-4、活塞防回转装置9-5、活塞桁架9-6、活塞油沟挡板9-8组成，活塞中部底板9-1上设置活塞水平大梁9-2，活塞水平大梁9-2上设置活塞桁架9-6，活塞桁架9-6上设有与侧板11内壁滑动配合的活塞导轮9-4、与活塞密封装置8适配的活塞油沟挡板9-8以及活塞防回转装置9-5，活塞钢结构9上并环绕于活塞中部底板9-1外侧设有的活塞水平封板9-3，活塞油沟挡板9-8则设置在活塞水平封板9-3上，活塞水平封板9-3上还设有活塞下部空间取样管9-7，为便于置换和取样化验密度小的氢气。活塞密封装置8则由弹簧压紧薄板8-1、活塞油沟密封油8-2、活塞油沟加热设施8-3组成，弹簧压紧薄板8-1安装在活塞油沟挡板9-8上并压靠于侧板11内壁，活塞油沟密封油8-2设于活塞油沟挡板9-8与侧板11内壁之间，其内设有活塞油沟加热设施8-3。氢气柜底部油沟加热设施5-4和活塞油沟加热设施8-3，只是在北方寒冷地区使用。

这样，氢气柜活塞密封装置8采用稀油密封，不会给氢气增湿，故为干式氢气柜。且活塞整体由活塞密封装置8和活塞钢结构9组成，氢气的储气压力由活塞的重量自动产生，当氢气生产和消耗不平衡时氢气柜活塞自动在立柱3、侧板11及其加筋组成的水平截面为多边形的柜体1内上下垂直运动吞吐氢气，活塞上下垂直运动由活塞导轮9-4、活塞防回转装置9-5与立柱2的贴紧加力配合来保证，正多边形水平截面的柜体密封面与活塞密封装置8形成活塞可动密封。活塞密封装置8采用弹簧压紧薄板贴紧侧板11+稀油液柱高度的密封结构：底部油沟的油水自然溢流进入地面上的油水分离器油水分离后，水自动排出氢气柜、合格密封油通过循环油泵站打到侧板11上部从侧板11内壁自然溢流下到活塞油沟；此外在侧板11高处有预备油箱储有备用油保证停电时活塞油位高度，只要活塞油沟油位高度足够，活塞密封装置8就安全可靠，活塞周边可动密封安全可靠且方便检查。尽管多边形氢气柜的直径为几十米的量级，采用不同的板厚、加筋和立柱断面，活塞下氢气压力也可达2～15kpa，需要指出的是：本图示意的是正常工作状态下的活塞行程S。并由于氢气危险性高，故氢气柜设放空装置16，放空装置16的立管16-2从稍低于活塞钢结构9落底位活塞密封装置8的高度上柜体1的侧板11上接出，在氢气柜事故情况下，遥控或手动打开遥控快开阀门16-1，以将氢气引至高于柜顶12上方放空，避免事故扩大化；为防止雷击着火，立管的管口设阻火器16-4和防风雨帽16-5，相应配备放空口平台16-3检修维护；还为监控放空装置16的立管16-2出口设备工作状态，为其配置带图像识别功能的防爆工业电视16-6并报警到有人值守处。

在本实施例中的活塞水平封板9-3不仅要密封氢气，还要支撑活塞油沟挡板9-8，故其比活塞中部底板9-1和活塞油沟挡板9-8最低位的位置高。氢气柜上所设活塞下部空间取样管9-7的阀门采用螺纹密封的管螺纹连接，并在管口设采用螺纹密封的管螺纹管塞，保证安全切断，以适应氢气爆炸限低且宽等特性。

在本实施例中的氢气柜的底部油沟加热设施5-3和活塞油沟加热设施8-3只是在北方寒冷地区使用。

在本实施例中的柜顶12上设有通风气楼13，通风气楼13上设有相互独立的内部防爆吊笼14和手摇紧急救助吊袋15，内部防爆吊笼14可方便维保和置换检验人员进、出活塞和紧急疏散，而手摇紧急救助吊袋15则可保证上述人员停电情况下安全撤离活塞。内部防爆吊笼14由卷筒机构14-1、吊笼14-2组成，该吊笼14-2连接在卷筒机构14-1上。而柜体1内还设有用于支撑活塞钢结构9落底时的活塞支架6，以确保活塞钢结构9的工作顺行。

在另一实施例中的底板4与活塞钢结构9之间的氢气区H还外接有置换放散管7，该置换放散管7贯穿于侧板11，且置换放散管7的接口稍低于活塞钢结构9落底时的活塞密封装置8底部。通过置换放散管7可对柜体内的氢气区H进行置换吹扫工作。以便于置换和取样化验置换结果。另外，氢气柜置换如采用活塞反复升降通过放空管放散混合气体的置换方法，则放空装置16可替代置换放散管7，置换放散管7也可用设置在侧板上的取样管代替。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多边形干式氢气柜，包括由立柱、底板、侧板、柜顶组成的柜体，其特征在于：柜体内设有底部油沟、活塞密封装置和活塞钢结构，底部油沟环绕于底板外并位于侧板内壁与底部油沟挡板之间的底板上，活塞密封装置环绕于活塞钢结构外并位于侧板内壁与活塞钢结构之间，底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有氢气进出口管和放空装置，氢气进出口管贯穿于底板，放空装置贯穿于侧板，且放空装置的接口稍低于活塞钢结构落底时的活塞密封装置底部位置；活塞钢结构包括活塞中部底板，活塞中部底板上设置活塞水平大梁，活塞水平大梁上设置活塞桁架，活塞桁架上设有沿侧板内壁上下运动的活塞导轮、与活塞密封装置适配的活塞油沟挡板以及活塞防回转装置；活塞钢结构还包括环绕于活塞中部底板外侧的活塞水平封板，活塞水平封板上设有活塞下部空间取样管；还包括从稍低于活塞钢结构落底位置的活塞密封装置下方的侧板上接出的置换放散管和取样管；活塞密封装置包括弹簧压紧薄板、活塞油沟密封油，弹簧压紧薄板安装在活塞油沟挡板上并压靠于侧板内壁，活塞油沟密封油设于活塞油沟挡板与侧板内壁之间。

2.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述放空装置包括遥控快开阀门、立管、放空口平台、阻火器、防风雨帽、防爆工业电视，立管沿柜体高度方向布置，其一端通过遥控快开阀门连接于底板与活塞钢结构之间的氢气区，另一端高出柜顶并在其上设置放空口平台、阻火器、防风雨帽和防爆工业电视。

3.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述柜顶上设有通风气楼，通风气楼上设有相互独立的内部防爆吊笼和手摇紧急救助吊袋，内部防爆吊笼由卷筒机构、吊笼组成，吊笼连接在卷筒机构上。

4.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述底部油沟由底部油沟挡板、底部油沟密封油、油沟水层和位于底板周边上方的侧板组成，底部油沟密封油及油沟水层位于侧板内壁与底部油沟挡板之间，根据气候条件，在油沟水层内设置底部油沟加热设施。

5.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述柜体内还设有用于支撑活塞钢结构落底时的活塞支架，侧板上设有柜体回廊。

6.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述活塞油沟挡板设置在活塞水平封板上。

7.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：根据气候条件，在活塞油沟密封油内设置活塞油沟加热设施。

8.根据权利要求1所述的多边形干式氢气柜，其特征在于：所述柜体的储气压力为2～15kPa。