CN113833974A - 一种膜密封干式氢气柜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氢气储存工程领域，涉及一种膜密封干式氢气柜，包括柜体和设于柜体内的活塞钢结构，柜体的侧板内壁与活塞钢结构之间设置橡胶密封膜，橡胶密封膜的一端通过胶膜侧板固定结构与侧板连接，另一端通过胶膜活塞固定结构与活塞钢结构连接，柜体的底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有放空装置，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胶膜活塞固定结构底部位置。本发明的膜密封干式氢气柜很好的解决了氢气大规模就近工业化应用的低压储存。
Description
技术领域
本发明属于氢气储存工程领域，具体涉及一种膜密封干式氢气柜，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。其中氢气采用低压储存方式，就近满足炼铁和各种炉窑等钢铁联合企业各用户连续生产的氢气需求，譬如在使用约10kpa压力级别的氢气做燃料、使用约0.6MPa氢气的竖炉炼铁或对约0.3MPa的传统高炉降低碳排放改造等应用场景下，氢气稍微加压就可使用，这比氢气高压储存和输送节省不少电能。
虽然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膜密封干式氢气柜，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：
本膜密封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挡架+拱顶活塞板的形式密封氢气，活塞周边活塞挡架上的活塞挡板与柜体侧板间安装橡胶密封膜实现活塞与柜体侧板的可动连接并密封氢气。这样，柜体内由橡胶密封膜和拱顶活塞板在侧板上的固定结构分为氢气区和空气区，橡胶密封膜一端固定在侧板上，另一端固定在活塞挡架下方的固定结构上；活塞下部充入氢气达到储气压力时，橡胶密封膜贴在活塞挡板上，随活塞高度增加到极限高度位置时，橡胶密封膜贴在侧板上。
本膜密封干式氢气柜，包括柜体和设于柜体内的活塞钢结构，柜体的侧板内壁与活塞钢结构之间设置橡胶密封膜，橡胶密封膜的一端通过胶膜侧板固定结构与侧板连接，另一端通过胶膜活塞固定结构与活塞钢结构连接，柜体的底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有放空装置，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胶膜活塞固定结构底部位置；活塞钢结构包括活塞底座和设置在其上活塞板、活塞挡架底部封板、活塞挡板、活塞挡架和爬梯。
可选地，在柜体的侧板稍低于胶膜侧板固定结构底部位置处设有侧板取样管。
可选地，所述柜体的底板上设有底板排水器，柜体的侧板外壁上设有侧板通风孔和侧板人孔，柜体的柜顶上设有通风气楼。
可选地，所述柜体的侧板外壁上设有相互连通的外部斜梯和柜体回廊，柜体回廊由放空装置阀门操作平台、调平配重检修平台、侧板取样操作平台组成。
可选地，所述柜体的柜顶上设有用于平衡活塞钢结构的调平装置，调平装置由调平配重、配重导轨、调平支架、钢丝绳、导轮组成，调平支架固定在柜顶上，侧板上设有配重导轨，调平支架和柜顶均设有导轮，钢丝绳穿设于导轮上并与活塞钢结构连接，其上挂设有与配重导轨滑动配合的调平配重。
可选地，所述放空装置包括立管、放空口平台、阻火器、防风雨帽、防爆工业电视，立管的接口通过阀门与柜体内的氢气区连通，其出口设有放空口平台、阻火器、防风雨帽和防爆工业电视。
可选地，还包括设置在活塞板上的取样管。
可选地，根据气候条件，在柜体的侧板靠近胶膜侧板固定结构处设有侧板电伴热设施，在活塞挡板靠近胶膜活塞固定结构处设有活塞电伴热设施，侧板电伴热设施和活塞电伴热设施均由电伴热带、保温层及配套的操作检修平台组成。
可选地，所述柜体的储气压力为2～15kPa。
本发明的有益效果：
1、本发明提及的膜密封干式氢气柜，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、本发明提及的膜密封干式氢气柜，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、本发明提及的膜密封干式氢气柜，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、本发明提及的膜密封干式氢气柜，为实现氢气吹扫置换方便，活塞钢结构的活塞板采用穹形拱顶结构，在活塞板最高处和在柜体的侧板稍低于胶膜侧板固定结构底部位置处布置有取样管，可抽样检查活塞下部通风不畅处的置换情况。
5、本发明提及的膜密封干式氢气柜，通过对放空装置接口从稍低于活塞落底位置的胶膜活塞固定结构的高度接出，便于置换吹扫。
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为底板排水器；2为立柱；3为侧板，3-1为胶膜侧板固定结构，3-2为侧板取样管；4为侧板通风孔；5为侧板人孔；6为外部斜梯；7为柜体回廊，7-1为放空装置阀门操作平台，7-2为侧板伴热带检修平台，7-3为调平配重检修平台，7-4为侧板取样操作平台；8为调平装置，8-1为调平配重，8-2为配重导轨，8-3为调平支架，8-4为导轮，8-5为钢丝绳；9为放空装置，9-1为立管，9-2为放空口平台，9-3为阻火器，9-4为防风雨帽，9-5为防爆工业电视；10为柜顶通风气楼；11为橡胶密封膜；12为活塞钢结构，12-1为活塞板，12-2为活塞底座，12-3为活塞挡架底部封板，12-4为胶膜活塞固定结构，12-5为活塞挡板，12-6为活塞挡架及爬梯，12-7为活塞中心板顶取样管；13为侧板电伴热设施；14为活塞电伴热设施，14-1为电伴热带，14-2为保温层。S为活塞行程，a为空气区，H为氢气区，D1为侧板内壁直径，D2为活塞挡板直径，W为活塞挡板与侧板间距。
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膜密封干式氢气柜，包括柜体和设于柜体内的活塞钢结构12，而柜体主要由底板、柜顶、立柱、抗风桁架、侧板3等组成，且柜体的侧板3内壁与活塞钢结构12之间设置橡胶密封膜11，该橡胶密封膜11的一端通过胶膜侧板固定结构3-1与侧板3连接上，另一端通过胶膜活塞固定结构12-4与活塞钢结构12连接，柜体底板与活塞钢结构12之间的氢气区H外接有放空装置9，该放空装置9贯穿于侧板3，且放空装置9的接口稍低于活塞钢结构12落底时的胶膜活塞固定结构12-4下方。另外，活塞钢结构12与柜顶之间为空气区a，柜体的底板与柜顶之间高度为活塞行程S。
具体的，放空装置9由立管9-1、放空口平台9-2、阻火器9-3、防风雨帽9-4、防爆工业电视9-5组成，立管9-1沿柜体高度方向布置，其下端接口通过阀门与柜体内的氢气区H连通，其上端出口设有放空口平台9-2、阻火器9-3、防风雨帽9-4和防爆工业电视9-5。放空装置9在氢气柜故障时可迅速将柜内氢气放空避免事故扩大化，放空装置还具有氢气柜置换放散和紧急放散的功能，故放空装置9从低于侧板3上胶膜侧板固定结构3-1的高度水平接出管道后安装远程遥控阀门和取样管等，然引至高空放空，便于气柜放空、置换吹扫和柜容超高限紧急放散。为防止雷击着火，放空装置9出口管口设阻火器9-3和防风雨帽9-4，相应配备放空口平台9-2检修维护；为监控放空装置出口设备工作状态，为其配置带图像识别功能的防爆工业电视9-5并报警到有人值守处。活塞钢结构12由活塞板12-1、活塞底座12-2、活塞挡架底部封板12-3、活塞挡板12-5、活塞挡架及爬梯12-6组成，活塞板12-1、活塞挡架底部封板12-3、活塞挡板12-5、活塞挡架及爬梯12-6均设在活塞底座12-2上。侧板内壁直径D1、活塞挡板直径D2、活塞挡板与侧板间距W的三者关系为：D1＝D2+2W。这样，氢气柜活塞密封装置采用橡胶密封膜，不会给氢气增湿，故为干式氢气柜。储气压力由活塞质量自动产生，活塞钢结构采用活塞挡架+拱顶活塞板的形式密封氢气，活塞周边活塞挡架上的活塞挡板与柜体侧板间安装橡胶密封膜实现活塞与柜体侧板的可动连接并密封氢气。柜体内由橡胶密封膜和拱顶活塞板在侧板上的固定结构分为氢气区和空气区，橡胶密封膜一端固定在侧板上，另一端固定在活塞挡架下方的固定结构上；活塞下部充入氢气达到储气压力时，橡胶密封膜贴在活塞挡板上，随活塞高度增加到极限高度位置时，橡胶密封膜贴在侧板上。当氢气生产和消耗不平衡时氢气柜活塞自动上下垂直运动吞吐氢气，橡胶密封膜相应地自动随活塞在侧板、活塞挡板间间隙W内上下翻卷运动，活塞上下垂直运动由调平装置保证。膜密封氢气柜的直径为几十米的量级，受橡胶膜性能限制，活塞下氢气压力可达2～15kpa。
在本实施例中，氢气柜直径为好几十米，周长为百米量级；氢气密度又小，为便于置换和取样化验置换结果，在侧板3上并接近于胶膜侧板固定结构3-1的下方设有侧板取样管3-2，活塞板12-1最高处上设置活塞中心板顶取样管12-7。如果活塞板12-1与活塞挡架底部封板12-3连接时存在高差，即活塞挡架底部封板12-3凸入氢气空间的情况，那么活塞板12-1下气体流动不畅处也应设取样管。为保证密封和安全切断，所述的取样管上阀门采用螺纹密封的管螺纹连接，且取样管管口采用带螺纹密封的管螺纹管塞。
在本实施例中的柜体底板上设有底板排水器1，柜体的侧板3外壁上设有侧板通风孔4和侧板人孔5，柜体的柜顶上设有通风气楼10，侧板3外壁上设有相互连通的外部斜梯6和柜体回廊7，柜体回廊7由放空装置阀门操作平台7-1、调平配重检修平台7-3、侧板取样操作平台7-4组成，调平配重检修平台7-3是为调平配重8-1的检修维护而设计的，侧板取样操作平台7-4是为胶膜侧板固定结构3-1下方的侧板取样管3-2而设计的，这样同步配置操作平台，能够抽样检查活塞下部气体流通不畅区域的置换情况；施工和检修时人员进入活塞通过外部斜梯6上到侧板伴热带检修平台7-2的高度从侧板人孔5处进入。为加强柜内活塞上通风换气，氢气柜设柜顶通风气楼10并在高于胶膜侧板固定结构3-1高度的侧板上设若干侧板通风孔4。
在本实施例中的柜体的柜顶上设有用于平衡活塞钢结构12的调平装置8，调平装置8由调平配重8-1、配重导轨8-2、调平支架8-3、钢丝绳8-5、导轮8-4组成，调平支架8-3固定在柜顶上，侧板3上设有配重导轨8-2，调平支架8-3和柜顶均设有导轮8-4，钢丝绳8-5穿设于导轮8-4上并与活塞钢结构12连接，其上挂设有与配重导轨8-2滑动配合的调平配重8-1。
在本实施例中的侧板3上并在靠近胶膜侧板固定结构3-1设有侧板电伴热设施13，活塞挡板12-5上并在靠近胶膜活塞固定结构12-4设有活塞电伴热设施14，且侧板电伴热设施13和活塞电伴热设施14均由电伴热带14-1、保温层14-2组成。该侧板电伴热设施13和活塞电伴热设施14只有在北方寒冷地区才使用。
值得指出，膜密封柜还有多段活塞配套多段密封膜的结构形式，相应的储气压力也是分段的。
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 (9)
1.一种膜密封干式氢气柜，包括柜体和设于柜体内的活塞钢结构，其特征在于：柜体的侧板内壁与活塞钢结构之间设置橡胶密封膜，橡胶密封膜的一端通过胶膜侧板固定结构与侧板连接，另一端通过胶膜活塞固定结构与活塞钢结构连接，柜体的底板与活塞钢结构之间的氢气区外接有放空装置，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胶膜活塞固定结构底部位置；活塞钢结构包括活塞底座和设置在其上活塞板、活塞挡架底部封板、活塞挡板、活塞挡架和爬梯。
2.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：在柜体的侧板稍低于胶膜侧板固定结构底部位置处设有侧板取样管。
3.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：所述柜体的底板上设有底板排水器，柜体的侧板外壁上设有侧板通风孔和侧板人孔，柜体的柜顶上设有通风气楼。
4.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：所述柜体的侧板外壁上设有相互连通的外部斜梯和柜体回廊，柜体回廊由放空装置阀门操作平台、调平配重检修平台、侧板取样操作平台组成。
5.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：所述柜体的柜顶上设有用于平衡活塞钢结构的调平装置，调平装置由调平配重、配重导轨、调平支架、钢丝绳、导轮组成，调平支架固定在柜顶上，侧板上设有配重导轨，调平支架和柜顶均设有导轮，钢丝绳穿设于导轮上并与活塞钢结构连接，其上挂设有与配重导轨滑动配合的调平配重。
6.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：所述放空装置包括立管、放空口平台、阻火器、防风雨帽、防爆工业电视，立管的接口通过阀门与柜体内的氢气区连通，其出口设有放空口平台、阻火器、防风雨帽和防爆工业电视。
7.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：还包括设置在活塞板上的取样管。
8.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：根据气候条件，在柜体的侧板靠近胶膜侧板固定结构处设有侧板电伴热设施，在活塞挡板靠近胶膜活塞固定结构处设有活塞电伴热设施，侧板电伴热设施和活塞电伴热设施均由电伴热带、保温层组成。
9.根据权利要求1所述的膜密封干式氢气柜，其特征在于：所述柜体的储气压力为2～15kPa。
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