CN116293407A - 主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法 - Google Patents

主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116293407A
CN116293407A CN202310116877.6A CN202310116877A CN116293407A CN 116293407 A CN116293407 A CN 116293407A CN 202310116877 A CN202310116877 A CN 202310116877A CN 116293407 A CN116293407 A CN 116293407A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
inner container
heat insulation
container
replacement
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.)
Granted
Application number
CN202310116877.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116293407B (zh
Inventor
俊鹤
应建明
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.)
HANGZHOU FUSHIDA SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Original Assignee
HANGZHOU FUSHIDA SPECIAL MATERIAL CO Ltd
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 HANGZHOU FUSHIDA SPECIAL MATERIAL CO Ltd filed Critical HANGZHOU FUSHIDA SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Publication of CN116293407A publication Critical patent/CN116293407A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116293407B publication Critical patent/CN116293407B/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
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085—Cryostats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/14—Production of inert gas mixtures; Use of inert gases in general
    • 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
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/12—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge with provision for thermal insulation
    • 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
    • F17C13/001—Thermal insulation specially adapted for cryogenic vessels
    • 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
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03—Thermal insulations
    • F17C2203/0391—Thermal insulations by vacuum
    • 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
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

本发明公开一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，属于深冷容器绝热技术领域，该结构包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其还设有氮气输气置换装置，氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接，通过进气口充入氮气，同时通过抽空口抽出夹层空间内的气体，使氮气持续穿透内容器绝热被，置换出内容器绝热被内部的气体分子。本发明涉及的结构及方法氮气置换效果理想，置换效率高，成本低，夹层真空度高。

Description

主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法
技术领域
本发明涉及真空绝热深冷压力容器的绝热技术领域，尤其涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，适用于拥有超多反射屏、超厚绝热结构的低温介质储运装备。
背景技术
中国建了大量的风能和太阳能，可再生能源成本迅速下降，但风能太阳能不稳定，很多风能太阳能上不了网，进一步推动了储能技术的发展，但诸如电池、抽水蓄能或压缩空气蓄能等，这些方式都是短期储能，不能解决长期储能的问题。只有将盈余的绿能电解水制成氢，可以实现长期储能并可以被输送到需要能源的场所通过燃料电池技术重新将氢能转换为电能，完成能源的规模转移。氢能发展的核心是储运，氢气储运有三种方式：高压气态储运、液氢储运和固态吸附储运，其中液氢储运具备最高效率，其单车载氢量是其它两种方式的20倍以上。
目前液氢储运装备均采用夹套式高真空多层绝热方式，其结构原理是将高反射率的金属薄膜和低导热率的间隔材料交替组合的多层绝热材料包覆在真空夹套内的低温壳体外，当夹套内被抽空至≤10-2Pa的高真空，真空夹套和其中的多层绝热材料形成一个完整的高真空多层绝热结构，实现有效绝热。
因为液氢沸点为-252.7℃，环境存储温差大，且具有极低的容积汽化潜热，极易汽化，对储运容器绝热性能要求极高。常规绝热结构包覆在低温内容器上，依靠增加反射屏的数量(≥90个反射屏)来满足液氢储存超高的绝热要求。绝热结构包覆完成后，要对整个夹层进行氮气置换和抽真空。氮气置换目的是将夹层中难以脱附的空气、水分子等置换成为易脱附的氮气分子，然后将氮气分子脱附抽空排出夹层外，有效减少夹层气体分子数量，消除对流传热。目前常用的氮气置换系统及方法如本申请人在先申请的申请公布号为CN111810832 A的中国专利申请公布的一种真空多层绝热低温容器夹层氮气冲洗置换系统及方法，该系统包括充氮装置、自动出气控制阀门、抽真空装置和控制系统；所述的充氮装置、自动出气控制阀门和抽真空装置均与真空多层绝热低温容器的夹层连通；所述的充氮装置包括氮气源、氮气加热器和进气控制阀门，氮气源配有供气阀门，氮气源的出气端与氮气加热器的进气端连接，氮气加热器的出气端与进气控制阀门的进气端连接，进气控制阀门的出气端与夹层连通；所述的供气阀门、氮气加热器、进气控制阀门、抽真空装置和自动出气控制阀门均与控制系统通信连接。
然而，反射屏和间隔层均为薄膜材料，具有很大的表面积，其表面吸附大量的气体，超多层数超厚结构致使绝热结构中间及贴近内容器侧的绝热结构层间气体逸出阻力加大，很难被氮气分子置换并被抽空排出，致使最终低温层间压强＞10-2Pa，这部分由于残余气体造成的层间气体分子对流传热会急剧增加，从而导致设备整体绝热性能下降，抵消真空多层绝热自身的“超级绝热”效能。
现有技术中的绝热容器在真空夹层内的内容器的外部紧贴内容器设置绝热被，以此来对内容器内的液化气体进行保温，周伟明等在“多式联运LNG罐箱低温性能指标确定及测试分析[j].压力容器，2018，第35卷第8期”中测量了现有技术中的40ft深冷低温集装罐箱的各项性能，然而该绝热容器的夹层真空度、真空寿命等都还存在提高的空间，其原因是：现有氮气置换过程存在以下弊端：其一，绝热层过多，导致置换氮气分子无法抵达绝热被内层部分，该部分形成置换盲区，且置换结束后无法对该部分有效抽空，进一步形成抽空盲区，留存大量空气和水蒸气；导致真空抽除的不够彻底，层间残余气体对流导热过大，部分抵消真空多层绝热“超级绝热”的效果。其二，绝热层过多，深层绝热材料吸附气体分子穿行阻力增大，导致氮气置换和排出效率低下，置换周期大幅度增加，过程能耗大增，生产成本大幅增加；其三，层间残余气体逸出阻力增大，抽空效果差，在使用过程中，绝热材料不断释放的气体分子，会使夹层真空度下降，导致吸附剂过早吸附饱和，严重影响液氢容器真空寿命；其四，低温吸附剂吸附范围有限，只能吸附吸附仓附近部分材料释放气体分子，无法对绝热结构深层气体分子进行吸附。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法，以解决现有绝热结构的包覆方法导致液氢容器置换效率低、置换周期长、能耗大、置换效果差、真空寿命短，绝热被结构的绝热性差等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间通过支承间隔设置并形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其还设有氮气输气置换装置，所述的氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，所述的氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接。
优选地，所述的氮气输送管点焊在内容器外表面，氮气进气管通过汇集管连通氮气输送管，氮气进气管贯穿内容器绝热被，氮气输送管均沿内容器的筒体长度方向布置。
优选地，所述的氮气输送管的数量为1～6根，所述的氮气输送管上的透气孔的设置方式为：距离氮气进气管越远，透气孔的布置越密。距离氮气进气管越远的透气孔处的氮气压力越小，因此距离氮气进气管越远则透气孔的布置越密可以保证氮气置换过程中夹层空间内任意位置的气压大小相同。
优选地，所述的氮气输送管路与内容器绝热被之间设有支承网，支承网通过不锈钢丝与氮气进气管绑扎连接。支承网将内容器绝热被支承起来，在内容器绝热被和内容器之间形成一个夹层空间，该夹层空间作为气体通道，使得通入的氮气均匀地向内容器绝热被高温侧扩散，支承网还将内容器绝热被的内层材料和内容器表面的接触形式从局部面接触改为局部点接触，大幅度减小传热面积，提高内容器绝热被辐射传热的冷端温度，有效减少总漏热量；支承网还可以作为液氢温度下固着夹层残余气体分子(主要是氮气)冷凝结霜的构件，其网状结构具有较大表面积，可以增加残余气体分子的固化量，进一步提高夹层低温真空度。
优选地，所述的支承网呈波浪形，支承网由若干支承网单元拼接而成，相邻支承网单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定。
优选地，所述的内容器的封头与内容器绝热被之间设有用来填充低温吸附剂的吸附仓，汇集管盘绕设置在吸附仓的立板根部。该气体通道直联低温吸附仓，在加注液氢后，吸附仓所盛装低温吸附剂起到低温吸附泵的作用，气体通道所及内容器绝热材料释放气体分子时，在被液氢固化前会被吸附剂吸附，这种吸附在夹层空间工作条件下为单向吸附，不会再次释放到夹层空间中，如此循环往复，只要吸附剂吸附能力裕量充足，夹层空间真空度会越用越好，可以有效延长容器夹层真空寿命。
优选地，以外容器上的防爆孔或工艺孔作为进气口，所述的氮气进气管设置于进气口附近；所述的内容器上设有管路，管路贯穿外容器，管路的外侧包裹有管路绝热被；所述的支承的外侧包裹有支承绝热被。
本发明还涉及一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用方法，其包括如下步骤：
(1)通过进气口向氮气输气置换装置充入热氮气，同时通过抽空口抽出夹层空间内的气体，使得氮气持续穿透内容器绝热被，置换出内容器绝热被内部的气体分子；
(2)氮气置换结束、抽真空前，向吸附仓内填充活化好的低温吸附剂；
(3)将夹层空间抽真空。
优选地，所述的步骤(1)具体方式为：在氮气进气管安装工艺连接管和工艺盲板，其中工艺连接管从外容器上的进气口穿出，工艺盲板临时固定于外容器上的进气口上，从氮气进气管输入热氮气，抽空口连接排气装置同步进行排气操作，氮气经过氮气输送管进入内容器绝热被与内容器之间的位置，然后穿过内容器绝热被带出内容器绝热被内部的气体分子后，从抽空口抽出，实现氮气置换。
优选地，所述的氮气进气管输入的氮气的温度为120℃～200℃，置换氮气压力≤0.12MPa。
与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有以下技术效果：
1.本发明涉及的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器在内容器绝热被和内容器之间设置氮气输气置换装置，氮气置换过程中，向氮气输气置换装置输入氮气并通入内容器绝热被和内容器之间，在内容器绝热被低温侧、高温侧形成正向压力差，该压力差接近现有工艺置换压力差的2倍，使得氮气持续穿透内容器绝热被进行热量传递并带出内容器绝热被内部的气体分子，进而实现氮气置换，置换彻底、无遗漏，可以将全厚度内容器绝热被材料吸附的空气、水蒸气等大比例置换为高纯氮气，置换效果理想，置换效率是传统置换方式的3～5倍，可将置换周期缩短至传统置换方式的1/5甚至更多，大幅度节能降耗，经济效益和社会效益巨大。
2.本发明涉及的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器在内容器绝热被和内容器之间设置氮气输气置换装置，该氮气输气置换装置通过置换氮气进气口和夹层抽空通道连通形成等压层，抽空过程中，气体通道形成负压，对绝热被内层材料有效抽空，提高抽空效率，有效减少层间残余气体分子数量，最终获得理想的真空度，控制加注液氢后的层间工作真空度≤0.02Pa，基本消除层间残余气体的对流导热，确保整体绝热结构绝热性能。
3.本发明涉及主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器在内容器绝热被和内容器之间设置氮气输气置换装置，该氮气输气置换装置直联低温吸附仓，加注液氢后，吸附仓所盛装低温吸附剂起到低温吸附泵的作用，氮气输气置换装置所及内容器绝热材料释放气体分子时，在被液氢固化前会被吸附剂吸附，这种吸附在夹层空间工作条件下为单向吸附，不会再次释放到夹层空间中，如此循环往复，只要吸附剂吸附能力裕量充足，夹层空间真空度会越用越好，可以有效延长容器夹层真空寿命。
4.本发明涉及主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器在内容器绝热被和内容器之间设置支承网，支承网呈波浪形，将内容器绝热被支承起来，在内容器绝热被和内容器之间形成一个夹层空间，该夹层空间作为气体通道，使得通入的氮气均匀地向内容器绝热被高温侧扩散，支承网还将内容器绝热被的内层材料和内容器表面的接触形式从局部面接触改为局部点接触，大幅度减小传热面积，提高内容器绝热被辐射传热的冷端温度，有效减少总漏热量；支承网还可以作为液氢温度下固着夹层残余气体分子(主要是氮气)冷凝结霜的构件，其网状结构具有较大表面积，可以增加残余气体分子的固化量，进一步提高夹层低温真空度。
附图说明
图1为主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的示意图；
图2为主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器吸附仓侧布置示意图；
图3为主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用状态图；
图4为液氢温区本发明结构置换原理示意图。
其中：1-进气口，21-氮气进气管，22-汇集管，23-氮气输送管，24-透气孔，3-内容器，4-外容器，5-支承网，6-夹层空间，7-内容器绝热被，8-支承绝热被，9-管路绝热被，10-抽空口，11-吸附仓，12-低温吸附剂，13-工艺连接管，14-工艺盲板。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
参照附图1和2所示，本发明涉及的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器包括内容器3、外容器4以及包裹在内容器1外表面的内容器绝热被7，内容器3和外容器4之间通过支承间隔设置并形成夹层空间6，外容器上设有抽空口10；所述的内容器3上设有管路，管路贯穿外容器，管路的外侧包裹有管路绝热被9；用于连接内、外容器的支承外包裹有支承绝热被8。
主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器还设有氮气输气置换装置，所述的氮气输气置换装置包括氮气进气管21和1～6根氮气输送管23，所述的氮气输送管23均匀分布在内容器3外表面与内容器绝热被7之间，氮气输送管23均沿内容器3的筒体长度方向布置并焊接在内容器3外表面，氮气输送管23上分布有若干透气孔24，氮气进气管21通过汇集管22连通氮气输送管23，氮气进气管21贯穿内容器绝热被7，氮气进气管21的进气端设置于进气口1附近，进而使得氮气输送管23通过氮气进气管21与外容器上的进气口1连接。
上述氮气输送管23、汇集管22和氮气进气管21均采用S30408钢管，内径为4mm～12mm，若夹层空间6有限，可将氮气输送管23压成扁圆形，氮气输送管23上的透气孔24的布置方式为：透气孔24中心线与氮气输送管23的中心线相垂直，透气孔24中心线和内容器3外表面相切，透气孔24对穿氮气输送管23，由于距离氮气进气管越远的透气孔24处的氮气压力越小，距离氮气进气管21越远，透气孔24的布置越密，保证氮气置换过程中夹层空间内任意位置的气压大小相同。上述的进气口1为原本设置于外容器4上的防爆孔或工艺孔，无需另外开孔，氮气进气管23的口设外螺纹球面或锥面密封接头，便于在氮气进气管21处连接工艺连接管。
所述的氮气输送管23与内容器绝热被7之间设有支承网5，支承网5采用GFW2.00/0.315(平纹)GB/T5330-2003型号的S30408钢丝网并折成波浪形，支承网5的编织丝径为0.1mm～1mm，孔径不小于0.5mm，支承网5的幅宽不小于800mm，支承网5的波幅及波长和氮气输送管23外径接近，支承网5通过不锈钢丝与氮气进气管21绑扎连接。支承网5由若干支承网单元拼接而成，相邻支承网单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定。支承网5将内容器绝热被7的内层材料和内容器3表面的接触形式从局部面接触改为局部点接触，大幅度减小传热面积，提高内容器绝热被7辐射传热的冷端温度，有效减少总漏热量；支承网5还可以作为液氢温度下固着夹层残余气体分子(主要是氮气)冷凝结霜的构件，其网状结构具有较大表面积，可以增加残余气体分子的固化量，进一步提高夹层空间6的低温真空度。
所述的内容器3的封头与内容器绝热被7之间设有填充有低温吸附剂12的吸附仓11，汇集管22盘绕设置在吸附仓11的立板根部，使得该氮气输气置换装置直联低温的吸附仓11；支承网5和吸附仓11的侧立板顶端采用点焊固定，用支承网5拆下来的不锈钢丝同氮气进气管21绑扎固定，支承网5另一端到安装管路端封头的直段与小R交界处为止。在加注液氢后，吸附仓11所盛装低温吸附剂起到低温吸附泵的作用，气体通道所及内容器绝热材料释放气体分子时，在被液氢固化前会被吸附剂吸附，这种吸附在夹层空间6工作条件下为单向吸附，不会再次释放到夹层空间6中，如此循环往复，只要吸附剂12的吸附能力裕量充足，夹层空间6真空度会越用越好，可以有效延长容器夹层真空寿命。
上述主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的安装方式为：
S1、安装氮气输送管路：对氮气进气管21、汇集管22和氮气输送管23进行脱水去脂处理，然后将氮气进气管21、汇集管22和氮气输送管23焊接成型，保证透气孔24中心线和内容器外表面相切，形成氮气输送管路，并将氮气输送管路点焊于内容器的外表面；
S2、安装支承网5：对支承网单元进行脱水去脂处理，从吸附仓11侧立板开始缠绕安装支承网单元直至整个内容器筒体均包裹支承网单元，形成支承网5，相邻支承网单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定，用支承网5拆下来的不锈钢丝同氮气进气管路绑扎固定；
S3、在支承网5外侧包裹内容器绝热被7，在支承外包裹支撑绝热被8，在输液管外包裹管路绝热被9，内容器绝热被7、支撑绝热被8和管路绝热被9的包裹方式均为现有技术，本发明不做详细阐述。
上述主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用方法为：
(1)在氮气进气管安装工艺连接管13和工艺盲板14，其中工艺连接管13从外容器4上的进气口1处穿出，工艺盲板14临时固定于外容器4上的进气口或工艺孔1上，工艺连接管13与置换氮气外管路密封连接，从氮气进气管21输入氮气，置换氮气应为液氮汽化后的高纯氮气，温度120℃～200℃，以夹层材料所能承受的最高温度为准，置换氮气压力≤0.12MP，可按照工艺要求设定进行置换氮气供应方式及供应频率设定；抽空口10连接排气装置同步进行排气操作，排气装置采用耐高温高压双向风机，必须具备长时间连续耐温≮200℃工作能力，具备正、负压双向送风能力；氮气经过汇集管和氮气输送管后进入内容器绝热被7与内容器3之间的位置，然后穿过内容器绝热被7，进行热量传递并带出内容器绝热被内部的气体分子，最终从抽空口10抽出，实现氮气置换，氮气置换过程中利用现有技术对内容器3及外容器4同时加热至工艺设定温度；
参照附图4所示，上述置换氮气的原理如下：
本发明所示置换过程为内容器、外容器同时加热，置换氮气以P2压力由绝热层最内层向外穿透，排气设备同步进行排气使的夹层压力P1接近低真空，置换动力压差(P2+P1)≈0.2MPa(绝对压力)，是常规氮气置换的最大置换动力压差0.1MPa(绝对压力)的2倍，置换效率成倍提高，绝热被全厚度全时无遗漏被置换；该方法可以使得夹层绝热结构材料全厚度全时置换，故而可以大幅度提高液氢容器置换效率，将现有置换周期缩短至1/4甚至更多，大幅度降低能耗，批量推广后节能降耗意义重大；本发明涉及的氮气置换方法还可以使得夹层绝热结构材料全厚度全时置换，无遗漏，无盲区，可以取得理想的氮气置换效果。为后续抽空打好基础，使得液氢容器获得理想的夹层真空寿命变得可行。
(2)低温吸附剂填充：氮气置换完成后，拆除工艺连接管13和工艺盲板14，向吸附仓11内填充活化好的低温吸附剂12。
(3)将夹层空间抽真空：进气口处安装产品外罐防爆装置或者封闭工艺孔，拆除抽空口10的排气装置并更换抽真空装置，对夹层空间6进行抽真空操作。
效果实施例1
本效果实施例取2只采用本发明工艺的绝热容器，按照GB/T18443-2010《真空绝热深冷设备性能试验方法》中的要求，首先测试常温状态下的真空度，然后充入LNG，待系统热平衡后进行低温真空度、低温漏放气速率以及维持时间的测量，计算传统工艺的液氢容器的常温真空度、低温真空度、低温漏放气速率和标态维持时间的平均值，并与周伟明等在“多式联运LNG罐箱低温性能指标确定及测试分析[j].压力容器，2018，第35卷第8期”中测量的低温绝热容器的各项性能进行比对，比对结果如表1所示。
表1：本发明LNG容器与现有技术中的绝热容器各项指标比对表
性能指标 传统工艺绝热容器 本发明绝热容器
常温真空度/Pa 1.16×10-2 7.5×10-3
低温真空度/Pa 3.65×10-3 8.3×10-4
低温漏放气速率/(Pa·m3·s-1) 7.27×10-9 5.13×10-10
标态维持时间/d 106.3 163.2
通过上表分析可得：采用本发明工艺获得的绝热容器的常温真空度优于传统工艺获得的绝热容器；与采用传统工艺绝热容器存储LNG相比，采用本发明涉及的工艺获得的绝热容器存储LNG时，低温真空度更好，低温漏放速率更低，标态维持时间更长，证明采用本发明涉及的工艺获得的绝热容器能够提高夹层低温真空度，且可以有效延长容器夹层真空寿命。
效果实施例2
目前国内民用液氢容器正处于研制阶段，市场还未见到商用产品。根据T/CATSI05006-2021《固定式真空绝热液氢压力容器专项技术要求》团体标准，“...9.12.2.1静态蒸发率检测可以采用液氮或液氢作为介质。...”在标征压力容器的真空绝热性能时，液氮与液氢呈正相关。故本实施例采用液氮作为冷却介质，也能一定程度上反映液氢容器的低温绝热性能。
本效果实施例在一台650L可重复使用的真空多层绝热试验系统上，对两组同样的压力容器+多层绝热被(总共180层，83个反射屏，反射屏为L铝箔，间隔层为Z型玻璃纤维纸)，一组采用本发明工艺的施工工艺和结构以及置换、抽空方法；另一组用现有技术包覆和置换、抽空；然后按照GB/T18443-2010《真空绝热深冷设备性能试验方法》中的要求，首先测试常温状态下的真空度、夹层漏放气速率，然后充入液氮，待系统热平衡后进行低温真空度、以及静态蒸发率的测量，计算得到两种工况下试验系统的常温真空度、夹层漏放气速率、低温真空度和静态蒸发率，计算得到比热流数据，比对结果如表2所示。
表2：本发明与现有技术的真空绝热性能指标比对表
性能指标 传统工艺 本发明
常温真空度/Pa 1.8×10-3 9.8×10-4
夹层漏放气速率/(Pa·m3·s-1) 7.2×10-7 4.3×10-7
低温真空度/Pa 5.2×10-3 4.8×10-4
静态蒸发率/(％/d) 1.1 0.9
比热流/(W/m2) 2.5 2.04
通过上表分析可得：对于同样的多层绝热材料及容器，采用本发明真空多层绝热低温容器获得的常温真空度、夹层漏放气率优于传统绝热容器获得的。与采用传统绝热容器存储液氮相比，本发明真空多层绝热低温容器存储液氮时，低温真空度更好，静态蒸发率更小，比热流更小，证明采用本发明的真空多层绝热低温容器能够缩短置换抽空时间，提高夹层低温真空度，且可以有效提高容器的绝热性能。
比较效果实施例1和效果实施例2分析可得，采用本发明的绝热容器其真空性能测试结果相较于采用传统的绝热容器有显著改善，通过无损储存时间或者静态蒸发率测试数据显示其绝热性能亦有显著提升，这在对绝热要求更严格的液氢容器上有巨大的应用前景。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明适用于包括液氮温区和液氢温区所有的真空多层绝热容器。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其包括内容器、外容器以及包裹在内容器外表面的内容器绝热被，内容器和外容器之间通过支承间隔设置并形成夹层空间，外容器上设有抽空口，其特征在于：其还设有氮气输气置换装置，所述的氮气输气置换装置包括氮气进气管和若干氮气输送管，所述的氮气输送管均匀分布在内容器外表面与内容器绝热被之间，氮气输送管上分布有若干透气孔，氮气输送管通过氮气进气管与外容器上的进气口连接。
2.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管点焊在内容器外表面，氮气进气管通过汇集管连通氮气输送管，氮气进气管贯穿内容器绝热被，氮气输送管均沿内容器的筒体长度方向布置。
3.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管的数量为1～6根，所述的氮气输送管上的透气孔的设置方式为：距离氮气进气管越远，透气孔的布置越密。
4.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的氮气输送管与内容器绝热被之间设有支承网，支承网通过不锈钢丝与氮气进气管绑扎连接。
5.根据权利要求4所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的支承网呈波浪形，支承网由若干支承网单元拼接而成，相邻支承网单元的环向接缝及纵向拼缝均用不锈钢丝线绑扎固定。
6.根据权利要求2所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：所述的内容器的封头与内容器绝热被之间设有用来填充低温吸附剂的吸附仓，汇集管盘绕设置在吸附仓的立板根部。
7.根据权利要求1所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器，其特征在于：以外容器上的防爆孔或工艺孔作为进气口，所述的氮气进气管设置于进气口附近；所述的内容器上设有管路，管路贯穿外容器，管路的外侧包裹有管路绝热被；所述的支承的外侧包裹有支承绝热被。
8.一种权利要求1～7中任意一条所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)通过进气口向氮气输气置换装置充入热氮气，同时通过抽空口抽出夹层空间内的气体，使得氮气持续穿透内容器绝热被，置换出内容器绝热被内部的气体分于；
(2)氮气置换结束、抽真空前，向吸附仓内填充活化好的低温吸附剂；
(3)将夹层空间抽真空。
9.根据权利要求8所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用方法，其特征在于：所述的步骤(1)具体方式为：在氮气进气管安装工艺连接管和工艺盲板，其中工艺连接管从外容器上的进气口穿出，工艺盲板临时固定于外容器上的进气口上，从氮气进气管输入热氮气，抽空口连接排气装置同步进行排气操作，氮气经过氮气输送管进入内容器绝热被与内容器之间的位置，然后穿过内容器绝热被带出内容器绝热被内部的气体分子后，从抽空口抽出，实现氮气置换。
10.根据权利要求8所述的主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器的使用方法，其特征在于：所述的氮气进气管输入的氮气的温度为120℃～200℃，置换氮气压力≤0.12MPa。
CN202310116877.6A 2022-12-03 2023-02-03 主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法 Active CN116293407B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211690419 2022-12-03
CN2022116904195 2022-12-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116293407A true CN116293407A (zh) 2023-06-23
CN116293407B CN116293407B (zh) 2023-10-27

Family

ID=86823179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310116877.6A Active CN116293407B (zh) 2022-12-03 2023-02-03 主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116293407B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08261397A (ja) * 1995-03-23 1996-10-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 低温液化ガス貯蔵タンクのガスパージ装置
CN101021209A (zh) * 2006-02-14 2007-08-22 中集车辆（集团）有限公司 抽真空方法及其装置
US20080307798A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Yang Luo Cryogenic liquid tank and method
CN105179926A (zh) * 2015-10-09 2015-12-23 江苏德邦工程有限公司 一种低温液化气储罐
CN105546326A (zh) * 2016-01-30 2016-05-04 汇达重工股份有限公司 真空绝热容器夹层电加热装置及其快速抽真空烘干方法
CN105715945A (zh) * 2016-03-14 2016-06-29 江苏德邦工程有限公司 高真空绝热低温储罐及其制造方法
CN106015921A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 张家港富瑞氢能装备有限公司 一种用于储存低温液体的立式容器
CN111810834A (zh) * 2020-08-05 2020-10-23 杭州富士达特种材料股份有限公司 真空多层绝热低温容器夹层的真空获得系统及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08261397A (ja) * 1995-03-23 1996-10-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 低温液化ガス貯蔵タンクのガスパージ装置
CN101021209A (zh) * 2006-02-14 2007-08-22 中集车辆（集团）有限公司 抽真空方法及其装置
US20080307798A1 (en) * 2007-06-12 2008-12-18 Yang Luo Cryogenic liquid tank and method
CN105179926A (zh) * 2015-10-09 2015-12-23 江苏德邦工程有限公司 一种低温液化气储罐
CN105546326A (zh) * 2016-01-30 2016-05-04 汇达重工股份有限公司 真空绝热容器夹层电加热装置及其快速抽真空烘干方法
CN105715945A (zh) * 2016-03-14 2016-06-29 江苏德邦工程有限公司 高真空绝热低温储罐及其制造方法
CN106015921A (zh) * 2016-07-07 2016-10-12 张家港富瑞氢能装备有限公司 一种用于储存低温液体的立式容器
CN111810834A (zh) * 2020-08-05 2020-10-23 杭州富士达特种材料股份有限公司 真空多层绝热低温容器夹层的真空获得系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116293407B (zh) 2023-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202691581U (zh) 一种焊接绝热气瓶
CN109931495B (zh) 车用液态储氢绝热气瓶
CN101021209A (zh) 抽真空方法及其装置
CN207848956U (zh) 一种带气室结构的船用双层真空绝热储罐
CN103711720B (zh) 全真空卧式lng潜液泵池
CN102691881A (zh) 一种焊接绝热气瓶
CN105715945A (zh) 高真空绝热低温储罐及其制造方法
WO2022117013A1 (zh) 一种低温车载液氢瓶
CN111810834A (zh) 真空多层绝热低温容器夹层的真空获得系统及方法
CN105179926A (zh) 一种低温液化气储罐
CN103615655A (zh) 一种低温绝热气瓶抽真空系统
CN116146887B (zh) 拥有分层绝热结构的低温容器及其夹层空间真空获得方法
CN116293407B (zh) 主动式氮气置换的真空多层绝热低温容器及使用方法
CN203431483U (zh) 低温绝热气瓶夹层抽真空装置
CN202926548U (zh) 大容积低温绝热容器用抽真空系统
CN109668007A (zh) 一种高压真空夹层管道
CN205447250U (zh) 高真空绝热低温储罐
CN111981312A (zh) 一种在线填充珠光砂的装置和方法
CN219177215U (zh) 一种高真空超低温的多层复合绝热结构
CN108361543B (zh) 一种新型低温容器结构及其制造方法
CN212840678U (zh) 一种真空多层绝热低温容器夹层的真空获得系统
CN116171016A (zh) 一种探测器低温系统
CN102748561A (zh) 一种管路保温装置
CN212840677U (zh) 一种真空多层绝热低温容器夹层氮气冲洗置换系统
CN116624755A (zh) 真空多层绝热容器全时置换抽空系统及真空夹层获得方法

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