CN116293387B - 一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，属于可再生能源液氢/液氮存储设备领域。本发明中的内罐为球形储罐，外罐设置在内罐外周，内、外罐之间的球形环状空间中填充保冷层，保冷层是由铝箔、弹性毡层和流动型颗粒材料组成的多层结构，气密层设置在外罐内壁上；内罐内固定有柔性膜内浮顶，用于减少液氢/液氮蒸发；集中低温制冷系统由置于内罐中的热交换器和置于储罐外部的制冷机组组成。本发明可实现大容量储存液氢/液氮，通过主动保冷和被动保冷相结合，将液氢/液氮的蒸发率保持在非常低的水平，大幅度提升大容量储罐的运行效率，为未来超大容量的主动保冷式储罐发展奠定基础。

Description

一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐
技术领域
本发明属于可再生能源液氢/液氮存储设备领域，涉及一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐。
背景技术
液氢储存具有高体积能量密度的优势，而蒸发损失构成了主要的缺点，蒸发损失造成了每年巨大且不可恢复的成本。因此减少液氢存储时的蒸发是我国目前需要克服的难关。现阶段氢能的储存方式主要有：低温液态法、物理吸附法、金属氢化物法、配位氢化物法和高压液态法、地下储氢法等。其中低温液态法是目前国内外大规模储氢的主要存储技术。在低温液态法的基础上，采用集成制冷和储存的概念，可以进一步有效地提高球形储罐的储氢能力。集成制冷和存储是通过使用集成热交换器和低温制冷剂直接从液氢中去除能量来控制储罐内液氢的状态。集成制冷和存储概念追求四种能力：1.液氢装卸的零损耗：当罐车卸载到球形储罐时，仅需要很小的动力，通过制冷机组来降低液氢转移过程中形成的压力，而不是通过排放空隙。2.零沸腾：当制冷机组制冷量和罐体热泄露相平衡，并且没有液氢装卸时，罐内的压力和液位会无限期的保持不变。3.液化：气态氢可以被装载到球形储罐中，并原位液化填进容器。4.致密化：当制冷机组制冷量高于热泄露，并且在没有装卸时，液氢会被冷却到其正常沸点以下，因此变得更致密。致密度高的液氢对应更低的蒸汽压，较低的工作压力会延长罐体的生命周期。
现阶段，我国液氢存储的技术有诸多限制，液氢储罐的容积大多为300方级别，大容积的液氢存储技术尚不成熟。因此，本发明采用的大容积液氢主动保冷式存储技术为我国能源发展提供了有效的手段和方式。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，可实现大容量储存液氢/液氮，通过主动保冷和被动保冷相结合，将液氢/液氮的蒸发率保持在非常低的水平，大幅度提升大容量储存液氢/液氮储罐的运行效率，为未来超大容量的主动保冷式储罐发展奠定理论基础。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，所述储罐包括内罐1、保冷层、气密层5、外罐6、预应力系统7、真空系统8、内支撑柱9、导电接地装置10、集成低温制冷系统、柔性膜13、固定盘14、压力温度监测管路15、安全保护装置16、压力平衡装置17、人工梯18、防雷击装置19、装载管路20、卸载管路21、外支撑柱22和桩基础23。
所述的内罐1为球形储存结构，用于储存液氢或者液氮。
所述的外罐6设置于内罐1外部，用于承装内罐1和真空多层结构的保冷层，外罐6与内罐1之间形成球状环形空间，所述的保冷层置于该球状环形空间内；所述的气密层5设置于外罐6内壁上，用于保证保冷层的气密性；所述的外罐6外壁面底部通过多个外支撑柱22支撑于桩基础23上。
所述的内支撑柱9置于内、外罐之间，其一端固定安装在气密层5上，另一端与内罐1外壁固接，用于支撑内罐1，其设有多个，且相邻内支撑柱9之间存在间隙。
所述的保冷层采用真空多层结构，从内至外依次为铝箔层2、弹性毡层3、玻璃泡填充绝热材料层4，具体的，铝箔层2和弹性毡层3依次包裹于内罐1外壁上，剩余的球形环状空间和内支撑柱9之间的间隙由玻璃泡填充绝热材料层4填满，并由真空系统8保持此空间为真空状态，其中，玻璃泡填充绝热材料层4为流动型颗粒玻璃泡。
即所述的储罐从内向外依次为：内罐1、铝箔层2、弹性毡层3、玻璃泡填充绝热材料层4、气密层5、外罐6。
所述的真空系统8设置于储罐外的桩基础23上，并与布置有玻璃泡填充绝热材料层4的球形环状空间连通。
所述的固定盘14为环形结构，其固定于内罐1内的中央位置，固定盘14的内圆内设有柔性膜13作为内浮顶，柔性膜13浮在内罐1内盛放的液氢/液氮的液面上，并能够随着液氢/液氮液面同步升降，用于减少液氢/液氮直接暴露的表面积，通过被动的方式降低液氢/液氮的蒸发，同时，柔性膜13上设有可以开闭的管道，用于人工梯18、装载管路20、卸载管路21及压力温度监测管路15通过。
所述的人工梯18下端固定安装于内罐1底部，其上部穿过柔性膜13预留的开口，用于储罐的运维作业。
所述的预应力系统7为钢绳，缠绕在外罐6外表面，用于保证外罐的结构稳定。
所述的集成低温制冷系统包括换热管路11和制冷机组12，用于保证内罐1中液氢/液氮温度分布均匀，改善温度分层，降低蒸发率；所述的换热管路11固定于内罐1内部下半球，为双W形结构，管路内流通制冷剂，其进、出口管路穿过储罐壁后与储罐外的制冷机组12连接，换热管路11位于内罐1外的部分采用双层真空管路，防止冷量泄露；所述的制冷机组12设置于储罐外的桩基础23上；集中低温制冷系统为液氢/液氮的储存提供冷量，并减少液氢/液氮在竖直方向上的温度梯度，通过主动输入能量的方式降低液氢/液氮的蒸发。
所述的安全保护装置16、压力平衡装置17分别通过管路与内罐1连通，用于在储罐超压和负压时对储罐进行压力控制保护，其中，所述的压力平衡装置17用于当液氢/液氮蒸发为气体时排除过量气体，当装卸液氢/液氮产生负压时抵消压差，所述的安全保护装置16用于当储罐内部超压时对储罐进行保护，同时对储罐的各个管路可能积液的部位提供安全保障。
所述储罐内的液氢/液氮通过装载管路20、卸载管路21进行装卸，所述的储罐内液氢/液氮的液位、温度参数通过压力温度监测管路15实时监测，装载管路20、卸载管路21、压力温度监测管路15的底部穿过柔性膜13位于液氢/液氮内，顶部依次穿过储罐壁置于储罐外。
所述的导电接地装置10和防雷击装置19分别设于外罐6外壁上，用于保护储罐不受静电和雷击的影响，导电接地装置10位于储罐底面，防雷击装置19位于储罐顶面。
进一步的，所述的内罐1材料为奥氏体不锈钢304。
进一步的，所述的外罐6为十字交叉预应力混凝土结构，采用材料为C40或高强度低温混凝土。
进一步的，所述的内支撑柱9的材质为钢筋混凝土，其焊接安装在气密层5上，并通过锚定加固连接。
进一步的，所述的内支撑柱9按环形阵列排布。
进一步的，所述的气密层5的材质为碳钢16MnDR，通过对接或搭接的方式焊接安装，并通过锚定的方式固定在外罐6内壁上。
进一步的，所述的外支撑柱22采用预应力钢筋混凝土，其中，混凝土结构的材料为C60或高强度耐低温混凝土，钢筋的材质为低温钢筋，相邻外支撑柱22之间设置有十字交叉和单横预应力钢筋混凝土加强筋。
本发明的有益效果：
1.本发明中内罐采用内支撑柱支撑，替代了下层保冷材料的承载作用，允许保冷层填充物为单一超低导热率玻璃泡材料，降低了由于内罐壁面温度不均导致液氢/液氮竖直方向上的温度梯度。
2.本发明中保冷层为真空多层结构，填充的保冷材料和弹性毡层为导热绝热层，真空进一步降低导热绝热层的导热率，铝箔层的应用大幅度降低了由辐射引起的热量传递。
3.本发明中柔性膜紧贴于液氢/液氮的表面，很大程度上减少了液氢/液氮暴露于空间环境的表面积，通过被动保存冷量的方式降低了液氢/液氮的蒸发率。
4.本发明中集成低温制冷系统的换热管路为双W形结构置于内罐下半部分的水平两侧，制冷机组为液氢/液氮提供冷量，减少液氢/液氮在竖直和水平方向上的温度梯度，降低液氢内部的自然对流效果，通过主动输入冷量的方式降低了液氢/液氮的蒸发率。
5.本发明中被动保冷和主动制冷两种方式的结合，使得大型液氢/液氮储罐实现零蒸发。
6.本发明中压力平衡系统保证了内罐的压力稳定。
7.本发明中安全保护装置保证了当储罐及管路超压时的安全可靠性。
8.本发明中储罐的外支撑柱、导电接地装置和防雷击装置为储罐提供了外部地震力载荷、防静电和防雷击的作用，确保储罐在恶劣天气条件运行时的稳定性。
综上所述，本发明提供的主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐的技术结构既满足了超大容积的需求，同时通过主、被动方式实现液氢/液氮的零蒸发，又保证了运行的安全稳定、维护的方便快捷，为超大型液氢/液氮储存技术奠定基础。
附图说明
图1是根据本发明的储罐内部结构布置示意图。
图2是根据本发明的储罐外部示意图。
图3是根据本发明的换热管路示意图。
图中：1内罐；2铝箔层；3弹性毡层；4玻璃泡填充绝热材料层；5气密层；6外罐；7预应力系统；8真空系统；9内支撑柱；10导电接地装置；11换热管路；12制冷机组；13柔性膜；14固定盘；15压力温度监测管路；16安全保护装置；17压力平衡装置；18人工梯；19防雷击装置；20装载管路；21卸载管路；22外支撑柱；23桩基础。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的具体描述，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：
根据本申请的一个实施例，采用以下技术方案：
一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，包括内罐1、保冷层、气密层5、外罐6、预应力系统7、真空系统8、内支撑柱9、导电接地装置10、集中低温制冷系统、柔性膜13、固定盘14、压力温度监测管路15、安全保护装置16、压力平衡装置17、人工梯18、防雷击装置19、装载管路20、卸载管路21、外支撑柱22和桩基础23，具体结构如图1所示。
所述的内罐1为球形储存结构，容积约为5000方，直径约为20m，材质为奥氏体不锈钢，可承受20K以下的低温，所述内罐1采用不锈钢板搭接或对接的方式进行焊接安装，焊缝系数为1.0，以防止氢脆现象。
所述的外罐6为十字交叉预应力混凝土结构，采用高强度低温混凝土材料，其设置于内罐1外部，用于承装内罐1和保冷层，并与内罐1之间形成球状环形空间，保冷层置于该球状环形空间内；所述的气密层5通过锚定的方式固定连接于外罐6内壁上，其材质为碳钢16MnDR，通过对接或搭接的方式焊接安装，用于保证保冷层的气密性；所述的外罐6外壁面底部通过多个外支撑柱22支撑于桩基础23上，如图2所示。
所述的内支撑柱9置于内、外罐之间，其设有多个，并按环形阵列排布，且相邻内支撑柱9之间存在间隙，内支撑柱9材质为钢筋混凝土，其一端焊接安装在气密层5上，并通过锚定加固连接，另一端与内罐1外壁固接，用于支撑内罐1。
所述的保冷层采用真空多层结构，从内至外依次为铝箔层2、弹性毡层3和玻璃泡填充绝热材料层4，其中，铝箔层2和弹性毡层3依次贴于内罐1外壁上，剩余的球形环状空间和内支撑柱9之间的间隙由玻璃泡填充绝热材料层4填满，并由真空系统8保持此空间为真空状态，真空度为0.03MPa；所述的玻璃泡填充绝热材料层4为流动型颗粒玻璃泡，其振实后的密度为68kg/m3,平均导热率为0.04w/mk。
所述的真空系统8设置于罐外的桩基础23上，并与布置有玻璃泡填充绝热材料层4的球形环状空间连通。
所述的固定盘14为环形结构，其固定于内罐1内的中央位置，固定盘14环形内圆内设有柔性膜13作为内浮顶；所述的柔性膜13紧贴于液氢的液面表面，并能够随着液氢液面同步升降，需要说明的是，液氢的蒸发一方面是由于外部能量的输入导致温度升高，另一方面是液氢表面的自然挥发，柔性膜13减少了液氢直接暴露的表面积，通过被动的方式降低液氢的蒸发，所述的柔性膜13上设有可以开闭的管道，用于装载管路20、卸载管路21及压力温度监测管路15通过。
所述的人工梯18固定安装于内罐1底部，其上部穿过柔性膜13预留的开口，用于储罐的运维作业。
所述的预应力系统7为钢绳，缠绕在外罐6外表面，用于保证外罐的结构稳定。
所述的集中低温制冷系统包括换热管路11和制冷机组12，用于保证内罐1中液氢温度分布均匀，改善温度分层，降低蒸发率；所述的换热管路11为双W形结构，(如图3所示)，置于内罐1下半部分，管路内流通制冷剂，其进、出口管路穿过储罐壁后与储罐外的制冷机组12连接，换热管路11处在内罐1外的部分采用双层真空管路，防止冷量泄露；所述的制冷机组12设置于罐外的桩基础23上；因在装卸过程中有外部能量的输入，因此，所述的换热管路11和制冷机组12用于为液氢的储存提供冷量，并减少液氢在竖直方向上的温度梯度，通过主动输入能量的方式降低液氢的蒸发。
所述的安全保护装置16、压力平衡装置17分别通过管路与内罐1连通，用于在储罐超压和负压时对储罐进行压力控制保护，具体的，压力平衡装置17用于当液氢蒸发为氢气时排除过量氢气，当装卸液氢产生负压时抵消压差，安全保护装置16用于当储罐内部超压时对储罐进行保护，同时对储罐的各个管路可能积液的部位提供安全保障。
所述储罐内的液氢通过装载管路20、卸载管路21进行装卸，所述的储罐内液氢的液位、温度等参数通过压力温度监测管路15实时监测，装载管路20、卸载管路21、压力温度监测管路15的底部穿过柔性膜13位于液氢内，顶部依次穿过储罐壁置于储罐外。
所述的导电接地装置10和防雷击装置19分别设于外罐6外壁上，用于保护储罐不受静电和雷击的影响，导电接地装置10位于储罐底面，防雷击装置19位于储罐顶面。
实施例2
还可以将储罐6内的液氢更换为液氮，其他结构布局与实施例1相同。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述储罐包括内罐（1）、保冷层、气密层（5）、外罐（6）、预应力系统（7）、真空系统（8）、内支撑柱（9）、导电接地装置（10）、集成低温制冷系统、柔性膜（13）、固定盘（14）、压力温度监测管路（15）、安全保护装置（16）、压力平衡装置（17）、人工梯（18）、防雷击装置（19）、装载管路（20）、卸载管路（21）、外支撑柱（22）和桩基础（23）；
所述的内罐（1）为球形储存结构，用于储存液氢或液氮；
所述的外罐（6）设置于内罐（1）外部，用于承装内罐（1）和真空多层结构的保冷层，外罐（6）与内罐（1）之间形成球状环形空间，所述的保冷层置于该球状环形空间内；所述的气密层（5）设置于外罐（6）内壁上，用于保证保冷层的气密性；所述的外罐（6）外壁面底部通过多个外支撑柱（22）支撑于桩基础（23）上；所述的保冷层从内至外依次为铝箔层（2）、弹性毡层（3）、玻璃泡填充绝热材料层（4），具体的，铝箔层（2）和弹性毡层（3）依次包裹于内罐（1）外壁上，剩余的球状环形空间和内支撑柱（9）之间的间隙由玻璃泡填充绝热材料层（4）填满，并由真空系统（8）保持球状环形空间为真空状态；
所述的内支撑柱（9）置于内、外罐之间，其一端固定安装在气密层（5）上，另一端与内罐（1）外壁固接，用于支撑内罐（1），其设有多个，且相邻内支撑柱（9）之间存在间隙；所述的内支撑柱（9）按环形阵列排布；
所述的真空系统（8）设置于储罐外的桩基础（23）上，并与球状环形空间连通；
所述的固定盘（14）为环形结构，其固定于内罐（1）内的中央位置，固定盘（14）的内圆内设有柔性膜（13）作为内浮顶，柔性膜（13）浮在内罐（1）内盛放的液氢/液氮的液面上，并能够随着液氢/液氮液面同步升降，同时，柔性膜（13）上设有可以开闭的管道，用于人工梯（18）、装载管路（20）、卸载管路（21）及压力温度监测管路（15）通过；
所述的人工梯（18）下端固定安装于内罐（1）底部，其上部穿过柔性膜（13）预留的开口，用于储罐的运维作业；
所述的预应力系统（7）缠绕在外罐（6）外表面，用于保证外罐的结构稳定；
所述的集成低温制冷系统包括固定于内罐（1）内部下半球的换热管路（11）和设置于储罐外的制冷机组（12）；所述的集成低温制冷系统包括换热管路（11）和制冷机组（12）；所述的换热管路（11）固定于内罐（1）内部下半球，为双W形结构，其进、出口管路穿过储罐壁后与储罐外的制冷机组（12）连接；所述的制冷机组（12）设置于储罐外的桩基础（23）上，通过主动输入能量的方式降低液氢/液氮的蒸发；
所述的安全保护装置（16）、压力平衡装置（17）分别通过管路与内罐（1）连通，用于在储罐超压和负压时对储罐进行压力控制保护；
所述储罐内的液氢/液氮通过装载管路（20）、卸载管路（21）进行装卸，所述的储罐内液氢/液氮的液位、温度参数通过压力温度监测管路（15）实时监测，装载管路（20）、卸载管路（21）、压力温度监测管路（15）的底部穿过柔性膜（13）位于液氢/液氮内，顶部依次穿过储罐壁置于储罐外；
所述的导电接地装置（10）和防雷击装置（19）分别设于外罐（6）外壁上，用于保护储罐不受静电和雷击的影响。
2.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的内罐（1）材料为奥氏体不锈钢304；所述的外罐（6）为十字交叉预应力混凝土结构，采用材料为C40或高强度低温混凝土。
3.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的内支撑柱（9）的材质为钢筋混凝土，其焊接安装在气密层（5）上，并通过锚定加固连接。
4.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的玻璃泡填充绝热材料层（4）为流动型颗粒玻璃泡。
5.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的气密层（5）的材质为碳钢16MnDR，通过对接或搭接的方式焊接安装，并通过锚定的方式固定在外罐（6）内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的外支撑柱（22）采用预应力钢筋混凝土，其中，混凝土结构的材料为C60或高强度耐低温混凝土，钢筋的材质为低温钢筋，相邻外支撑柱（22）之间设置有十字交叉和单横预应力钢筋混凝土加强筋。
7.根据权利要求1所述的一种主动保冷式内浮顶球形液氢/液氮储罐，其特征在于，所述的换热管路（11）位于内罐（1）外的部分采用双层真空管路，防止冷量泄露。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117307951B (zh) * 2023-09-21 2024-04-05 北京天海工业有限公司 一种液氢气瓶自增压装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991019931A1 (de) * 1990-06-16 1991-12-26 Marine Service Gmbh Grossbehälter zur lagerung oder zum transport verflüssigter gase
JPH11278584A (ja) * 1998-03-31 1999-10-12 Ishii Iron Works Co Ltd 二重殻貯槽の内槽支持構造
CN108061242A (zh) * 2018-01-22 2018-05-22 中海石油气电集团有限责任公司 一种气密式全混凝土lng全容储罐
CN212075162U (zh) * 2019-12-31 2020-12-04 天津长瑞大通流体控制系统有限公司 挥发性有机液和加油站用的零泄漏储罐
KR20210087372A (ko) * 2020-01-02 2021-07-12 정태영 단열구조 기술을 적용한 c 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 c 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법, 및 극저온 액화가스의 운송방법
CN114294555A (zh) * 2021-12-06 2022-04-08 中太海事技术(上海)有限公司 一种带有高真空绝缘箱的陆用薄膜液氢储罐
CN114738658A (zh) * 2022-04-11 2022-07-12 西安交通大学 一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构
CN114877244A (zh) * 2021-12-06 2022-08-09 中太海事技术(上海)有限公司 一种带有液氮冷壁的陆用液氢储罐
CN115046128A (zh) * 2022-05-30 2022-09-13 中海石油气电集团有限责任公司 一种球形液氢储罐
CN115370956A (zh) * 2021-05-19 2022-11-22 中国石油天然气集团有限公司 一种液氢储罐

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991019931A1 (de) * 1990-06-16 1991-12-26 Marine Service Gmbh Grossbehälter zur lagerung oder zum transport verflüssigter gase
JPH11278584A (ja) * 1998-03-31 1999-10-12 Ishii Iron Works Co Ltd 二重殻貯槽の内槽支持構造
CN108061242A (zh) * 2018-01-22 2018-05-22 中海石油气电集团有限责任公司 一种气密式全混凝土lng全容储罐
CN212075162U (zh) * 2019-12-31 2020-12-04 天津长瑞大通流体控制系统有限公司 挥发性有机液和加油站用的零泄漏储罐
KR20210087372A (ko) * 2020-01-02 2021-07-12 정태영 단열구조 기술을 적용한 c 타입 극저온 액화가스 탱크, 그 c 타입 극저온 액화가스 탱크 제조방법, 및 극저온 액화가스의 운송방법
CN115370956A (zh) * 2021-05-19 2022-11-22 中国石油天然气集团有限公司 一种液氢储罐
CN114294555A (zh) * 2021-12-06 2022-04-08 中太海事技术(上海)有限公司 一种带有高真空绝缘箱的陆用薄膜液氢储罐
CN114877244A (zh) * 2021-12-06 2022-08-09 中太海事技术(上海)有限公司 一种带有液氮冷壁的陆用液氢储罐
CN114738658A (zh) * 2022-04-11 2022-07-12 西安交通大学 一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构
CN115046128A (zh) * 2022-05-30 2022-09-13 中海石油气电集团有限责任公司 一种球形液氢储罐

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