CN115218118A - 一种液氢地下储库系统 - Google Patents

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刘具龙
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Abstract

本发明提出一种液氢地下储库系统，其包括库体和注水单元。其中，库体埋设于地下，包括由内向外依次设置的内金属密封层、隔热保温层、支撑层和含水岩土层；内金属密封层的内部封装液氢，含水岩土层为位于支撑层外部的通过注水形成的饱和岩土层，注水单元通过绕设于含水岩土层周侧的地下歧管对含水岩土层进行均匀注水，以使得含水岩土层在液氢储存过程中形成封闭式冻土圈以减少液氢泄漏，并与支撑层共同对库体进行支撑。通过隔热保温层隔热防止液氢气化，以及通过内金属密封层和含水岩土层形成双重密封，有效降低了储存的液氢的泄漏量，利用地下结构实现了大容量、低成本的氢气储存，同时也可用于液氮、液化天然气(LNG)等其他低温介质储存。

Description

一种液氢地下储库系统
技术领域
本发明涉及氢气储存技术领域，特别涉及液氢地下储库系统。
背景技术
氢气具有绿色、来源广泛、质量能量密度大等特点，在未来可再生能源供给体系中是良好的储能介质和能源载体。但氢气体积能量密度低，造成储运成本高，氢气终端利用经济性不佳等问题。低廉、安全的氢气储存手段是制约氢能产业大规模发展的瓶颈之一，因此构建氢储能系统需要有高能量密度下的储氢技术。主流的储氢技术包括高压气态、低温液化和金属固体储存等方式，其中液氢储存方式的体积能量密度最大，为气态氢气的845倍，适合长距离、大容量储存，是氢能储存领域研究的热点之一。但液氢沸点低(20K)，储存中易发生蒸发损失，因此液氢储存容器需要有极好的绝热措施来减少因系统漏热造成的液氢气化，这导致液氢的储存容器体积非常庞大，且需额外配置附属制冷、真空、监测等设备。
目前液氢主要以地面储罐的方式进行存储。储罐采用双(多)层结构，层间或为真空绝热或为填充隔热材料，以减小罐内液氢的热传递。纯高真空度绝热层具有结构简单、紧凑、热容量小等优点，适用于小型液化天然气贮存、少量液氧、液氮、液氢以及少量短期的液氢贮存，由于高真空度的获得和保持比较困难，一般在大型贮罐中很少采用；多屏绝热是多层绝热的一大改进，绝热性能十分优越，热容量小、质量轻、热平衡快，但结构复杂，成本高，一般适用于液氢、液氮的小量贮存容器中；真空粉末等填充绝热所要求的真空度不高，而绝热性能又比堆积绝热优两个数量级，因此广泛用于大、中型低温液体贮存中，如液化天然气(LNG)贮存、液氧、液氮运输设备及量大的液氢船运设备中，其最大的缺点是要求绝热夹层的间距大，结构复杂而笨重。
液氢的地下储存目前尚未有研究报道。借鉴天然气、页岩气、氢气、压缩空气以及LNG(液化天然气)/LPG(液化石油气)的地下岩洞或岩缝储存技术，开发液氢地下储存技术是一种可行的研究方向。地下储库容量大，造价和运行费用较低，虽一次性投资大，但持久耐用，安全性高。但由于天然地穴或盐穴储存受到地理条件限制，需要考虑地层结构、地下水分布、地震烈度等条件。另外地层温度一般较高，在不采取隔热的情况下很难维持液氢温度，因此不适用于液氢的存储。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中无法实现地下储存液氢的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种液氢地下储库系统，包括库体，其埋设于地下，所述库体包括由内向外依次设置的内金属密封层、隔热保温层、支撑层和含水岩土层；所述内金属密封层的内部用于封装液氢；所述隔热保温层分别与所述内金属密封层和所述支撑层通过粘接剂连接，以用于对所述内金属密封层内的液氢进行隔热；所述支撑层用于提高所述库体的支撑强度；所述含水岩土层为位于所述支撑层外部的通过注水形成的饱和岩土层，以用于在储氢过程中形成封闭式冻土圈以减少液氢泄漏，并与所述支撑层共同对所述库体进行支撑；注水单元，其包括地面母管和与所述地面母管连通的地下歧管，所述地下歧管绕设于所述含水岩土层的周侧以用于对所述含水岩土层进行均匀注水。
可选地，所述隔热保温层的厚度根据所述内金属密封层内部的液氢日蒸发量的允许值进行计算确定。
可选地，所述支撑层包括但不限于采用钢筋混凝土、预应力混凝土、改性混凝土、耐火砖等材料的一种或几种组合。
可选地，支撑层的厚度根据所述库体的围压、温度梯度、当地地震烈度以及由冻土、支撑层材料的物理特性计算的许用应力来确定。
可选地，该液氢地下储库系统还包括敷设于所述库体上方所对应的地面区域的地面热障层。
可选地，该液氢地下储库系统还包括注采管路单元，所述注采管路单元包括注采管道和设置于所述注采管道上的注采/排阀组。
可选地，所述注采管道包括低位注采管和高位注排管，所述低位注采管插入所述内金属密封层内腔的底部，以用于液氢的注采；所述高位注排管插入所述内金属密封层内腔的上部，用于液氢注入和气化氢气的排出。
可选地，所述低位注采管和所述高位注排管上均设置有一个注采/排阀组，所述注采/排阀组包括阀组件基座以及设置与所述阀组件基座上的安全阀组、流量控制阀组和仪表阀；所述安全阀组包括依次串联于所述阀组件基座上的安全泄压阀、爆破片和安全装置关断阀。
可选地，该液氢地下储库系统还包括氢气泄漏监测单元，所述氢气泄漏监测单元包括检漏计、集气罩、穿设于所述集气罩的导气管以及分别设置于所述导气管两端的网格气孔筛和防雨罩，所述网格气孔筛位于所述集气罩内，所述防雨罩位于所述集气罩外；所述导气管的部分以及所述网格气孔筛和所述集气罩埋设于地下，所述导气管的另一部以及所述防雨罩和所述检漏计设置于地上。
可选地，该液氢地下储库系统还包括测控单元，所述测控单元包括设置在外围岩土及所述含水岩土层的不同高度位置的多个第一温度传感器、设置在所述内金属密封层内的不同高度位置的多个第二温度传感器以及安装在所述注采/排阀组上的压力传感器。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：
本发明提出一种液氢地下储库系统，其包括库体和注水单元。其中，库体埋设于地下，包括由内向外依次设置的内金属密封层、隔热保温层、支撑层和含水岩土层；内金属密封层的内部用于封装液氢，隔热保温层用于对内金属密封层内的液氢进行隔热，支撑层用于提高所述库体的支撑强度，含水岩土层为位于支撑层外部的通过注水形成的饱和岩土层，注水单元通过绕设于含水岩土层周侧的地下歧管对含水岩土层进行均匀注水，以使得含水岩土层在液氢储存过程中形成封闭式冻土圈以减少液氢泄漏，并与支撑层共同对库体进行支撑。通过隔热保温层隔热防止液氢气化，并通过内金属密封层和含水岩土层形成双重密封，有效降低了储存的液氢的泄漏量，利用地下结构实现了大容量、低成本的氢气储存，同时也可用于液氮、液化天然气(LNG)等其他低温介质储存。
附图说明
图1是本申请提供的液氢地下储库系统的结构示意图。
图2是本申请提供的液氢地下储库系统中注采/排阀组的结构示意图。
图3是本申请提供的液氢地下储库系统中氢气泄漏监测单元的结构示意图。
图4是本申请提供的液氢地下储库系统模拟模型的温度分布情况图。
附图标记说明如下：
10、库体；11、内金属密封层；12、隔热保温层；13、支撑层；14、含水岩土层；20、注水单元；21、地面母管；22、地下歧管；30、注采管路单元；31、低位注采管；32、高位注排管；33、注采/排阀组；331、安全泄压阀；332、爆破片；333、安全装置关断阀；334、流量调节阀；335、流量关断阀；336、仪表一次取样阀；337、仪表二次取样阀；40、氢气泄漏监测单元；41、集气罩；42、导气管；43、网格气孔筛；44、防雨罩；50、第一温度传感器；60、第二温度传感器；70、地面热障层。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
请参阅图1，本申请提供一种液氢地下储库系统，可用于液氮、LNG(液化天然气)、LPG(液化石油气)等其他低温液体介质的储存。该液氢地下储库系统包括库体10和注水单元20。
库体10埋设于地下，外形不限于球形、圆柱体、方形等，包括四层衬砌结构，具体地，库体10自内向外依次设置有内金属密封层11、隔热保温层12、支撑层13和含水岩土层14。
内金属密封层11为采用波纹结构的板材组成的密闭空腔，波纹结构的板材包括但不限于波纹铝板或304级及以上规格不锈钢板，若采用304级及以上规格不锈钢板，则在内金属密封层11的内壁涂设铝粉；液氢被封装于内金属密封层11，内金属密封层11的波纹结构可以有效消除液氢的温度变化给内金属密封层11带来的应力集中，且铝板或内壁涂设铝粉的304级及以上规格不锈钢板可以减少库体10每层之间的辐射热通量。
隔热保温层12设置在内金属密封层11和支撑层13之间，用于对内金属密封层11内的液氢进行隔热，是库体10主要的隔热措施，隔热保温层12通过粘接剂分别与内金属密封层11和支撑层13粘接，以减小层间间隙进水造成的传热增大。具体地，隔热保温层12为一定厚度的保温材料，保温材料采用不限于高热阻的高密度聚氨酯、珍珠棉等多孔介质隔热材料，隔热保温层12的厚度可根据所述内金属密封层内部的液氢日蒸发量的允许值进行计算确定，通常情况下，该液氢日蒸发量的允许值不超过总液氢质量的5％。可以理解地是，在利用本申请的地下储库系统对液氮、LNG(液化天然气)、LPG(液化石油气)等其他低温液体介质进行储存时，隔热保温层12的厚度也可根据所述内金属密封层内部储存的低温液体介质的日蒸发量的允许值进行计算确定。
支撑层13设置在隔热保温层12外侧，其采用高强度材料，以承担库体10主要的正压力和剪切力。支撑层13为包括不但不限于采用钢筋混凝土、预应力混凝土、改性混凝土、耐火砖等材料的一种或几种组合；支撑层13的厚度根据库体10耐受地下岩土层的围压、温度梯度、冻土冻胀应力以及当地地震烈度等级进行设计，可平衡围压和冻土冻胀应力及地震带来的潜在应力破坏，保证库体10的变形量在安全范围，以保障库体10在储氢运行期间不开裂。可以理解地是，在库体10的尺寸较大时，支撑层13还包括横向支撑和纵向支撑，以提高整个库体10的强度。
含水岩土层14为由对位于支撑层13外部的岩土层进行注水，以使支撑层13外部的岩土层达到饱和，在液氢注入内金属密封层11后，在低温环境中该部分饱和岩土层形成致密含冰冻的冰圈，使得岩土层成为封闭式冻土圈，不但减少了氢气泄漏，还与支撑层13共同对库体10进行支撑。
在泄漏控制方面，库体10通过内金属密封层11对储存于其内部的液氢起到第一道防泄漏屏障的作用，通过含水岩土层14形成第二道防泄漏屏障；在库体10强度方面，除了通过支撑层13起主要的支撑作用，还通过内金属密封层11的波纹结构有效消除温度变化造成的应力集中以及含水岩土层14对支撑层13进行支撑支持；在漏热率控制方面，除了通过隔热保温层12作为主要的传热热阻外，内金属密封层11采用铝板或者内壁涂设铝粉的不锈钢板材以减少库体10层间的辐射热通量，且隔热保温层12与内金属密封层11和支撑层13采用粘接方式连接，进一步减少了层间缝隙进水造成的传热增大。
进一步地，由于漏热的影响，在库体10上方近地面区域温度较低，为了减小低温对上部地面植被、安装的设备造成的影响以及对操作人员造成的伤害，在该区域地面敷设有地面热障层70，地面热障层70的厚度以地面设备和操作人员的安全为依据进行设计计算后确定，通常地面热障层70的厚度在温度范围10℃～25℃之间进行设置。
注水单元20包括设置在地面的地面母管21和与地面母管21连通并设置在地下的地下歧管22，地下歧管22绕设于含水岩土层14的周侧以形成至少一个环形管路，以便于对含水岩土层14进行均匀注水。
该液氢地下储库系统还包括注采管路单元30，注采管路单元30包括注采管道和设置于注采管道上的注采/排阀组33。
具体地，注采管道为双层结构，夹层采用抽真空处理，以降低传热损失。其中，注采管道包括低位注采管31和高位注排管32；低位注采管31插入内金属密封层11内腔的底部，主要用于液氢的注采；高位注排管32插入内金属密封层11内腔的上部，用于液氢注入和气化氢气的排出。进一步地，注采管道设置有阻火器，以防止外部发生着火时阻止火焰锋面向库体10传播。可以理解地是，该液氢地下储库系统的地面部分可以配置辅助制冷系统，当库体10内的液氢使压力升高到一定值时，气化的氢气由高位注排管32排出时，通过辅助制冷系统及时将气化的氢气重新液化后注入库体10，但这不是必须的组成部分。
低位注采管31和高位注排管32上均设置有一个注采/排阀组33，注采/排阀组33采用集成式地面基座安装，包括安全阀组、流量控制阀组、仪表阀组以及阀组件基座。
请参阅图2，其中，安全阀组包括安全泄压阀331、爆破片332和安全装置关断阀333，安全泄压阀331和爆破片332通过安全装置关断阀333与阀组件基座连接。安全泄压阀331和爆破片332组成两级安全泄压，两者可串联或并联，对储库起到安全保护作用。具体地，安全泄压阀331启动压力(上限I值)高于储库运行压力上限但低于爆破片332起爆压力(上限II值)，安全泄压阀331可采用但不限于弹簧预压式，调整预压力至I值，当储库因气化等原因压力异常升高至上限I值时，安全泄压阀331自动开启进行排气泄压，排气管安装于高处通风良好处；爆破片332采用膜片式，当储库压力继续升高至II值时，膜片破裂进行泄压，泄压排气管安装于高处通风良好处(上限值I/II依据储库设计压力进行设定，或可参考相关标准，如国标GB/T 16918气瓶用爆破片332安全装置、GB/T 33215气瓶安全泄压、TSG23气瓶安全技术规程等)。安全装置关断阀333用于将库体10与安全泄压阀331和爆破片332隔开，安全装置关断阀333要处于全开的位置，并且设置有锁止装置。在用于维修或其他目的需要对安全阀件进行检修时，才可将安全装置关断阀333关闭，且低位注采管31和高位注排管32上的安全装置关断阀333不能同时关闭。
流量控制阀组包括流量调节阀334和流量关断阀335，流通调节阀和流量关断阀335串联并连接于阀组件基座上，通过流量调节阀334控制注入流量和速度。
仪表阀组包括安装在阀组件基座上并串联的仪表一次取样阀336和仪表二次取样阀337。
在压力安全控制方面，通过在低位注采管31和高位注排管32上均设置有注采/排阀组33，形成不同压力下的双重压力安全防护。由于库体10内部压力必须控制在允许的压力范围之内，库体10内压力过高或过低(出现负压)，对库体10都是潜在的危险。影响储库压力的因素很多，诸如热量进入引起液体的蒸发、充注期间液体的快速闪蒸、大气压下降或错误操作，都可能引起库体10内压力上升；另外，如果以非常快的速度从储库向外排液或抽气，有可能使库内形成负压。通过流量调节阀334将储罐内过多的蒸发气体输送到外部连接设备或系统，维持库内压力稳定；安全泄压阀331和爆破片332，对库体10内的压力形成双重、两级安全控制和保护，在蒸发气体骤增或外部无法消耗蒸发气体的意外情况下，安全泄压阀331自动开启，将蒸发气体放空，危及情况下爆破片332破裂进行泄压。
储库的安全保护装置必须具备足够的排放能力，安全排放装置所需的排放能力参考《化工工艺设计手册》或按下式计算：
Figure BDA0003756015300000081
式中，qv——相对于空气的流量(15.5℃，101.35kPa)，m3/h；
Φ——总热流量，kW；
γ——储存液体的气化相变焓，kJ/kg；
T—气体在安全阀进口处的热力学温度，K；
M——气体的相对分子质量。
请参阅图3，为了监测氢气的泄漏的情况，该液氢地下储库系统还包括氢气泄漏监测单元40。氢气泄漏监测单元40包括检漏计、集气罩41、穿设于集气罩41的导气管42以及分别设置于导气管42两端的网格气孔筛43和防雨罩44，网格气孔筛43位于集气罩41内，防雨罩44位于集气罩41外，导气管42分别地下段和地上段，导气管42的地下段以及集气罩41和网格气孔筛43构成该氢气泄漏监测单元40埋设于地下的地下部分，导气管42的地上段以及防雨罩44和检漏计构成该氢气泄漏监测单元40露出于地上的地上部分。其中，泄漏的氢气经过地下部分的气孔筛网格进入导气管42，泄漏的集气罩41用于收集一定范围内的泄露氢气，起到放大效果的作用，通过调节导气管42的地下部分的长度，使得该氢气泄漏监测单元40的地下部分可以布置在不同区域的不同高度区域，对储库区域形成有效的监测；可以检漏计安装探测到氢气后，将信号传输到信号采集和控制系统，触发报警或相关的应急操作处置；防雨罩44用于防止雨雪或异物进入导气管42导致通道阻塞，同时防雨罩44还可以加强氢气向空气的扩散，减小因氢气聚集造成的潜在燃爆风险。
进一步地，该液氢地下储库系统还包括测控单元，测控单元包括第一温度传感器50、第二温度传感器60和压力传感器。
其中，第一温度传感器50设置在外围岩土及含水岩土层14的不同高度的位置上，用于监测外围岩土及含水岩土层14的三维温度分布情况，便于了解该储库系统的地下三维温度分布情况和导热情况。
第二温度传感器60设置于内金属密封层11的内腔的不同的高度位置，以测量内金属密封层11内的液氢温度情况，并根据高度反向的温度梯度判断液氢分层情况。由于库体10内液氢充注控制不当或因漏热引起液氢垂向密度(温度)出现偏差，会加剧液氢的自然对流，增大气化率，因此防止储库内液氢出现密度(温度)分层是确保液氢储存安全的重要手段。通过在内金属密封层11内不同高度设置温度传感器，通过测量内金属密封层11内的内垂直方向上的温度梯度来确定是否出现分层。当液层垂向温度梯度大于0.2K/m时(该值为推荐值，还可依据设计要求和安全要求等取值)，即认为发生了分层。
压力传感器安装在注采/排阀组33上，用于测量储库的压力值。
整个液氢地下储库系统的信号数据线就近集中后，由若干根导管引出至地面，接入PLC或DCS信号采集和控制系统，用于数据监控显示和控制连锁使用。控制系统采用集中控制方式，可实现信号数据的采集、逻辑判断以及阀门和设备的运行操作，并具有自动控制功能。
该液氢地下储库系统的使用程序主要包括“置换-预冷-注液-储存”四个步骤。“置换”和“注液”过程中所注介质密度大于罐内介质密度时，应采用顶注；小于或接近罐内介质密度时，采用底装法。
具体地，“置换”步骤为采用惰性气体作为置换气与储库内初始状态的空气进行置换，惰性气体包括但不限于氮气。置换气通过低位注采管31注入内金属密封层11的内腔下部，并通过高位注排管32排出混合气体，直至监测排出的混合气体中氧气体积分数不低于0.5％(或参考相应标准，如GB 50516加氢站技术规范、GB 50156汽车加油加气加氢站技术标准、GB/T 34584加氢站安全技术规范等)。通过“置换”的步骤，避免了内金属密封层11的内腔直接进氢与腔内的原始空气混合产生爆炸，降低了安全隐患。
在“置换”过程的同时，通过注水单元20对含水岩土层14进行注水至饱和；含水岩土层14饱和，通过低位注采管31向内金属密封层11的内腔注入液氮，对储库系统进行预冷，气化的氮气通过高位注排管32排出。该过程使库体10逐渐冷却到液氮温度，附近饱和岩土层逐渐降温至冰点以下形成致密冰圈，以此完成“预冷”步骤。
“预冷”步骤结束后静置一段时间，待系统各温度测点数据稳定，开始进行“注液”步骤。通过高位注排管32缓慢注入液氢，液氢注入过程中会气化产生氢气使内金属密封层11的内腔压力逐渐升高，同时使库体10继续降温到液氢沸点温度，依靠压力的作用，通过低位注采管31将液液氮排出；待内金属密封层11内的低位注采管31的管口出现液氢时，液氢注入通道切换为低位注采管31，氢气排出通道改为高位注排管32，开始正式液氢的注入和储存，直至完成整个库体10内的液氢的“储存”步骤，通过监视液位情况了解储存液氢的容量。
需特别注意的是，整个液氢地下储库系统的使用程序需监视各温度测点和压力测点数据，了解温度和压力的变化情况，防止出现骤冷开裂、压力突升破坏等恶性事故，并估算系统漏热情况和蒸发情况。此外，为了防止液氢分层的出现，也即液氢垂向密度(温度)出现偏差，“注入”期间采用正确的装液顺序，“储存”期间发生分层，通过在设置外部泵连接高位注排管32和低位注排管的地面部分，采用循环搅动的方式，使内金属密封层11内的液氢密度(温度)分布均匀。
该液氢地下储库系统的停用程序根据短期停用和长期停用或废弃而不同。短期停用时，考虑到储库外围冻土层冰圈在冻融过程会出现裂隙，影响储库系统再次使用时的严密性，因此在停止储氢期间，储库需注入液氮保冷，维持储库低温状态以及外围冻土冰圈的冻结状态；如特殊情况需要长期停用或废弃储库，需要按照储库使用程序中的“置换”步骤，利用氮气或二氧化碳等惰性气体对库体10内残存液氢或氢气进行蒸发、置换，直至排出混合气体中氢的含量低于爆炸区间。
本申请以直径1m球形的库体10为例进行传热模拟。模拟模型的具体设置数据为：直径1m球形储罐，保温层20cm、混凝土支撑层1310cm，外部冻土为饱和冻土；储库模型位于地下10m，计算域100m×60m的二维空间；地面温度293K，液氢参数1.5bar.a/20K。温度分布情况请参考图4。由图4的温度场数据可知，保温层外部温度200K左右，保温层起到了很好的隔热效果。库壁热流密度61.55W/m2，折合漏热量775W(≈0.75％的日蒸发率)。
本发明提出一种液氢地下储库系统，其包括库体10和注水单元20。其中，库体10埋设于地下，包括由内向外依次设置的内金属密封层11、隔热保温层12、支撑层13和含水岩土层14；内金属密封层11的内部用于封装液氢，隔热保温层12用于对内金属密封层11内的液氢进行隔热，支撑层13用于提高所述库体10的支撑强度，含水岩土层14为位于支撑层13外部的通过注水形成的饱和岩土层，注水单元20通过绕设于含水岩土层14周侧的地下歧管22对含水岩土层14进行均匀注水，以使得含水岩土层14在储氢过程中形成封闭式冻土圈以减少液氢泄漏，并与支撑层13共同对库体10进行支撑。通过隔热保温层12和含水岩土层14共同隔热防止液氢气化，并通过内金属密封层11和含水岩土层14形成双重密封，有效降低了储存的液氢的泄漏量，利用地下结构实现了大容量、低成本的氢气储存，采用的材料多为常用工业材料，采购、维护成本低，有利于降低建设、维护成本和液氢储存成本，有利于实现规模化应用推广。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种液氢地下储库系统，其特征在于，包括：
库体，其埋设于地下，包括由内向外依次设置的内金属密封层、隔热保温层、支撑层和含水岩土层；所述内金属密封层的内部用于封装液氢；所述隔热保温层分别与所述内金属密封层和所述支撑层通过粘接剂连接，以用于对所述内金属密封层内的液氢进行隔热；所述支撑层用于提高所述库体的支撑强度；所述含水岩土层为位于所述支撑层外部并通过注水形成的饱和岩土层，以用于在液氢储存过程中形成封闭式冻土圈以减少液氢泄漏，并与所述支撑层共同对所述库体进行支撑；
注水单元，其包括地面母管和与所述地面母管连通的地下歧管，所述地下歧管绕设于所述含水岩土层的周侧以用于对所述含水岩土层进行均匀注水。
2.根据权利要求1所述的液氢地下储库系统，其特征在于，所述隔热保温层的厚度根据所述内金属密封层内部的液氢日蒸发量的允许值进行确定。
3.根据权利要求1所述的液氢地下储库系统，其特征在于，所述支撑层包括但不限于采用钢筋混凝土、预应力混凝土、改性混凝土、耐火砖等材料的一种或几种组合。
4.根据权利要求3所述的液氢地下储库系统，其特征在于，支撑层的厚度根据所述库体的围压、温度梯度、当地地震烈度以及由冻土、支撑层材料的物理特性计算的许用应力来确定。
5.根据权利要求1所述的液氢地下储库系统，其特征在于，还包括敷设于所述库体上方所对应的地面区域的地面热障层。
6.根据权利要求1所述的液氢地下储库系统，其特征在于，还包括注采管路单元，所述注采管路单元包括注采管道和设置于所述注采管道上的注采/排阀组。
7.根据权利要求6所述的液氢地下储库系统，其特征在于，所述注采管道包括低位注采管和高位注排管，所述低位注采管插入所述内金属密封层内腔的底部，以用于液氢的注采；所述高位注排管插入所述内金属密封层内腔的上部，用于液氢注入和气化氢气的排出。
8.根据权利要求7所述的液氢地下储库系统，其特征在于，所述低位注采管和所述高位注排管上均设置有一个注采/排阀组，所述注采/排阀组包括阀组件基座以及设置与所述阀组件基座上的安全阀组、流量控制阀组和仪表阀；所述安全阀组包括依次串联于所述阀组件基座上的安全泄压阀、爆破片和安全装置关断阀。
9.根据权利要求1所述的液氢地下储库系统，其特征在于，还包括氢气泄漏监测单元，所述氢气泄漏监测单元包括检漏计、集气罩、穿设于所述集气罩的导气管以及分别设置于所述导气管两端的网格气孔筛和防雨罩，所述网格气孔筛位于所述集气罩内，所述防雨罩位于所述集气罩外；所述导气管的部分以及所述网格气孔筛和所述集气罩埋设于地下，所述导气管的另一部以及所述防雨罩和所述检漏计设置于地上。
10.根据权利要求6所述的液氢地下储库系统，其特征在于，还包括测控单元，所述测控单元包括设置在外围岩土及所述含水岩土层的不同高度位置的多个第一温度传感器、设置在所述内金属密封层内的不同高度位置的多个第二温度传感器以及安装在所述注采/排阀组上的压力传感器。
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