CN118202184A - 用于储存液化气体的罐及流体输送方法 - Google Patents

用于储存液化气体的罐及流体输送方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于储存液化气体、特别是液化氢的罐，该罐包括流体密封壳体(2)，该流体密封壳体在下端与上端之间限定储存容积，罐(1)包括线路(3，4)，该线路流体地连接到储存容积，以用于充注和/或抽取流体，其特征在于，该罐在储存容积中包括一组壁(15，25)，这组壁形成碗状体(5)，该碗状体位于储存容积的上部部分中并且在储存容积的上端的方向上开口。

Description

用于储存液化气体的罐及流体输送方法
本发明涉及一种用于储存液化气体的罐以及一种流体输送方法。
更具体地，本发明涉及一种用于储存液化气体(特别是液化氢)的罐，该罐包括流体密封壳体，该流体密封壳体在下端与上端之间界定储存容积，该罐包括线路，该线路流体地连接到储存容积，以用于充注和/或抽取流体。
例如，与水相比，液态氢的低密度限制了通过静压头获得的压力。在低温度下，这可能导致在输送期间由于蒸发而造成的相当高的损耗。用于运送和储存液态氢的系统可能引起的损失可能高达产量的15％。
运输过冷液体需要预防措施，以确保可移动的罐中的压力不会降至大气压以下(就罐的机械强度或空气进入所运输的流体而言，这将是危险的)。
充注有液体的卡车罐必须加压，以便将液态氢运送到接收储存设施(该储存设施通常保持处于压力下以确保液体泵操作或加压氢供给)。这种加压通常通过卡车的罐中的氢的蒸发和再加热(压力构建单元或PBU)来进行。因此，这将能量引入罐中。
一旦液体已被运送到第一接收储存设施，罐就可以继续充注另一个站或返回到液体源以进行再补给。由于液体的移动以及与气相的接触，卡车的移动会使罐内的压力降低。由于给系统添加能量，因此所得压力将始终大于初始压力。
最终，运送的数量以及这些接收站所必需的压力将决定在往返行程之后所损耗的或要在液化器中再液化的氢的量。
当压力从低温液体罐释放到另一设备时，可能导致多种不同的情况，尤其是：
-如果液体与蒸气平衡，则罐内的压力降低可以引起液体蒸发(液体中出现气泡)，这种蒸发趋于使液体的温度均匀化(防分层)，
-为了降低压力而要从罐抽提的质量与离开罐的蒸气的温度直接相关(蒸气越冷，密度越大，并且对于相同的压力变化要抽提的质量越大)。
类似地，当通过引入热或通过从另一罐进行输送而对低温液体罐进行加压时，可能导致多种不同的情况，尤其是：
-蒸气在液体上方分层越多，罐内的压力升高越快(当温度升高时，蒸气的密度减小)，
-对于相同的压力升高，就气体密度而言，与“热”蒸气质量相比，必须注入更大的冷蒸气质量(平衡温度)。
当向低温液体罐充注来自另一罐的液体时，可能导致多种不同的情况，尤其是：
-当从罐的底部充注而不从顶部抽提蒸气时，在液体上方蒸气分层越多，压力升高越快，
-当从顶部(例如下落)充注储存设施时，液体的温度越低于储存设施中存在的蒸气，压力下降越大。
此外，当低温液体罐排放时，可能导致多种不同的情况：
-当罐排放而不向顶部添加蒸气时，液体越偏离平衡(过冷)，压力下降越快；否则，发生蒸发，如在减压的情况中那样，
-当通过向顶部添加蒸气而对罐进行排放时，蒸气的温度越偏离平衡，要添加的蒸气的质量下降得越多。
总之，用于涉及罐的不同操作的气相和液相的最佳配置可以总结如下：
在减压期间：分层蒸气和过冷液体。
在充注期间：分层蒸气和过冷液体。
在满储存/运输期间：非分层蒸气和过冷液体。
在中间或空储存或运输期间：分层蒸气和过冷液体。
在加压期间：分层蒸气和过冷液体。
在排放期间：分层蒸气和过冷液体。
只有满罐储存阶段和/或运输阶段需要在蒸气相中存在平衡(没有分层)，以避免该小容积的蒸气压力显著升高。在储存设施中的压力下，相对于平衡温度，液体始终更好地分层且过冷。
本发明的一个目的是克服以上阐述的现有技术的缺点中的全部或部分。
为此目的，根据本发明的、在其他方面也对应于以上前序部分中给出的一般定义的罐的实质性特征在于，该罐在储存容积中包括一组壁，这组壁在储存容积的上部部分中形成朝向储存容积的上端而开口的碗状体。
这种结构使得罐能够同时保持高于大气压的压力和分层过冷液体的温度，即使罐的运输所造成的液体的任何移动。
所提出的解决方案还便于这些储存设施的加压和充注操作。
运输罐通常被充注至90％(并且用液体进行充注的最大量为95％)，以在罐中的压力自然增大(热量进入)的情况下为蒸气留出空间。这是因为，液体的密度随压力升高而下降，并且相同质量的液体所占据的空间增大。因此，在没有从罐抽取蒸气的情况下，液位随压力增大而趋于增加。运输法规禁止在罐移动时液体通过安全构件排出。因此，最大液位受这些条件的限制。
此外，本发明的实施例可以具有以下特征中的一个或多个：
-由碗状体界定的容积至少在碗状体的上边缘处与罐的储存容积的其余部分连通，
-由碗状体界定的容积通过高度介于1mm与50mm之间的空隙与罐的储存容积的其余部分连通，
-由碗状体界定的容积介于由壳体界定的容积的2％与15％之间，
-形成碗状体的这组壁包括限定碗状体的底部的壁，所述底部位于壳体中的第一高度处，该第一高度对应于壳体的高度的75％和95％，
-第一高度对应的壳体(2)的液体充注液位介于储存容积的80％与98％之间，并且优选地介于90％与95％之间，
-形成碗状体的这组壁包括限定碗状体的上边缘的至少一个壁，所述上边缘位于壳体中的第二高度处，该第二高度优选地对应于壳体的高度的80％和98％，
-碗状体的上边缘的至少一部分是竖直的和/或朝向碗状体的中心部分定向，
-罐在储存容积中包括一个或多个偏转壁，该一个或多个偏转壁在垂直于高度的主方向上偏移，以迫使流体在通过储存容积的下端与上端之间时沿该主方向行进至少一个往返行程，
-偏转壁中的至少一些位于储存容积的下半部中，以当罐容纳液化气体时该至少一些偏转壁浸没在该液化气体的液相中，
-一个偏转壁或多个偏转壁由柔性材料制造，特别地，该柔性材料比制造壳体的材料更轻，
-壳体沿主方向延伸，在罐的使用构型中，主方向是水平的，碗状体沿该主方向延伸，
-形成碗状体的这组壁中的至少一部分由柔性材料制造，特别地，该柔性材料比制造壳体的材料更轻，
-线路包括第一输送管线，该第一输送管线通向碗状体，
-通向碗状体的第一输送管线穿过壳体的位于碗状体下方的储存容积。
本发明还涉及一种用于将流体输送到根据上文或下文特征中的任何一个特征的罐中的方法，该方法包括以下步骤中的至少一个：经由第一管线对罐充注液体的步骤，经由第一管线将气体输送到罐中的步骤，经由第一管线从罐抽取气体的步骤。
本发明还可以涉及包括权利要求范围内的上文或下文特征的任何组合的任何替代性的装置或方法。
其他特征和优点在以下参考附图提供的描述中阐述，在附图中：
[图1]是根据本发明的罐的可能的示例实施例的示意性局部纵向截面图，
[图2]是[图1]中的罐的示意性局部截面图，
[图3]是示意性局部截面图，其示出了根据另一实施例的罐的细节，
[图4]是根据本发明的罐的另一可能的示例实施例的示意性局部纵向截面图，
[图5]是[图4]中的罐的示意性局部截面图，
[图6]是根据本发明的罐的另一可能的示例实施例的示意性局部纵向截面图，
[图7]是[图6]中的罐的示意性局部截面图，
[图8]是[图1]中的示例实施例在充注阶段中的示意性局部纵向截面图，
[图9]是[图8]中的罐的示意性局部截面图，
所图示的液化气体储存罐1例如旨在用于储存液化氢。该罐1可以特别是可移动的运送罐，例如，其由卡车或卡车拖车运载。
罐1包括流体密封壳体2，该流体密封壳体在下端与上端之间界定储存容积。该壳体2可以由具有绝热空间的第二壳体20围绕，例如，该壳体可以处于真空(为简单起见，仅在[图1]中示出)。
罐1包括线路3、4，这些线路流体地连接到储存容积，以用于充注和/或抽取流体。
例如，壳体2可以是大致圆柱形，并且沿主方向A延伸，在罐1的使用构型中，该主方向是水平的。因此，罐例如称为“水平”罐。
根据有利的特征，罐1在储存容积中包括一组壁15、25，这组壁在储存容积的上部部分中形成朝向储存容积的上端而开口的碗状体5。
换言之，罐1的顶部包括碗状体5(或盆状体)，该碗状体被构造成甚至在罐移动时也防止或限制液体与位于储存设施的顶部处的蒸气之间的接触。这意味着碗状体5的壁将位于碗状体中的气体与位于下面的液体隔离或隔开。
碗状体5优选地沿该主方向A延伸。
如[图1]所示，该碗状体5可以至少在其一个端部处封闭(例如，通过与壳体2的流体密封连接(例如，通过焊接)在纵向端封闭)。沿罐1的上壁，碗状体5可以例如在该碗状体的纵向边缘处保持与壳体5的容积的其余部分连通的至少一个开口。
由碗状体5界定的容积然后至少在碗状体5的上边缘处与罐的储存容积的其余部分连通。
由碗状体5界定的容积例如通过高度介于1mm与50mm之间的空隙而与罐1的储存容积的其余部分连通。
例如，在垂直于高度的方向上，由碗状体5界定的容积通过长度介于壳体2的长度的50％与95％之间且优选地介于该长度的70％与90％之间的空隙而与罐的储存容积的其余部分连通。
由碗状体5界定的容积可以介于由壳体2界定的容积的2％与15％之间。
如所图示的，形成碗状体5的这组壁可以包括限定该碗状体的底部(该底部例如是平坦且水平的)的壁15。优选地，该底部位于壳体2的第一高度L1处，该第一高度对应于壳体2的高度的xx％和UU％。例如，该第一高度L1可以对应的壳体2的液体充注液位介于总储存容积的80％与98％之间，并且优选地，介于90％与95％之间。这意味着第一高度L1可以被确定为使得储存容积的90％或95％能够充注液体。
形成碗状体5的这组壁进一步包括来自该底部、限定碗状体5的上边缘的至少一个壁25。该上边缘优选地位于壳体2中的第二高度L2处，并且优选地对应于壳体2的高度的80％和98％。第二高度L2可以根据罐的几何形状来确定。通过给碗状体的顶部添加边缘，这使得第二高度L2能够最大化。当罐装满时，也可以使用水平或接近水平的壁来保持液体的分层。
形成碗状体5的上边缘的壁的至少一部分可以是竖直的(见[图2])或朝向碗状体的外部张开，或者可以朝向碗状体的中心部分折叠(见[图3])。
这种结构使得罐1内的压力能够保持高于大气压，即使理论上由于气相的冷凝而过冷液体的温度允许该压力降低。液体的液位可以达到第一高度L1，甚至在罐的移动对自由表面造成波动时也不会对罐中的压力产生影响。
只有当液位达到第二高度L2时，压力才受到影响，此时，一部分液体可能流入碗状体5中，从而保留并部分地冷凝蒸气。
碗状体的宽度L3优选地被确定为限定在罐1的运输期间所需的气体容积。
该解决方案还有利地使得能够替换通常安装在可移动的罐中的防晃壁。这是因为，通过水平壁对可能开始运动的液体质量进行限制，自动地减小了突然移动时的液体晃动效应。
如所图示的，线路可以包括第一流体输送管线4(液体和/或气体)，该第一流体输送管线通向碗状体5，以用于进行充注和/或抽取。例如，蒸气出口龙头可以位于该碗状体5内、靠近一个(纵向)端部。第二管线3可以设置成通向壳体2的下部部分。
如所图示的，第一管线4可以通向碗状体5、通过其底部，穿过定位在碗状体5下方的罐的储存容积。
在罐的充注阶段期间，当从顶部进行充注时，碗状体5可以用作液体分配器。液体可以被传送到碗状体5中(见[图8])。
在溢出进入到下面的罐的气相之前，碗状体5充注有液体。这可以将液体分配到罐的高壁上，并且还使液体通过气相，当气相与过冷液体发生接触时，气相会冷凝。该系统可以有利地替换气体部分中的喷射轨，而不会造成额外的压力损失。
可以在碗状体5中朝向罐的与液体入口相对的端部设置倾斜件，以将液体分布在碗状体和罐的整个表面或长度上。
在罐1的加压阶段期间，可以通过第一管线4将相对较热的气体传送到顶部，因此可以使得罐中的压力能够增大。可以通过在交换器中液体汽化或使用其他气体源来生成这种热气体。所提出的解决方案通过将热气体传送到碗状体5中而限制热气体朝向罐的底部以及朝向液体分散。这意味着在该操作期间只有罐的顶部和碗状体5被加热(或者相比于其余部分被更多地加热)。
在减压阶段期间，如果使用该装置保持温度分层，则还可以改善(特别地在罐的排放之后)压力的降低。这是因为，从碗状体5抽取的热气体首先离开罐，而来自底部的冷气体在经由管道4排出之前冷却盆状体和壁。在加压期间注入的一些能量然后使用该装置从罐排出。为了实现相同的残余压力，从罐抽取的气体的量相对较小。
如[图4]和[图5]所图示的，罐1还可以在储存容积中包括一个或多个偏转壁13，该一个或多个偏转壁在纵向主方向A上偏移，以迫使流体在通过储存容积2的下端与上端之间时沿该主方向A行进至少一个往返行程。偏转壁13中的至少一些可以位于储存容积的下半部中，以当罐容纳液化气体时该至少一些偏转壁浸没在液化气体的液相中。
在潜在构型中：
-偏转壁13从壳体2的一端沿主方向A在储存容积的一部分上延伸，
-偏转壁13在罐1的使用构型中是水平的或大体水平的，
-偏转壁13水平地延伸穿过储存容积的整个截面，
-罐具有奇数个偏转壁13、特别是三个偏转壁13，
-罐具有位于壳体2的一个纵向端的下部部分的充注和/或抽取孔口，
-罐具有位于壳体2的一个纵向端的上部部分的充注和/或抽取孔口，
-罐具有位于一个纵向端且在储存容积的上部部分与下部部分之间的中间高度处的流体充注或抽取孔口，
-偏转壁13中的至少一些由柔性材料制造，特别地，该柔性材料比制造壳体2的材料更轻，
-在横向于主方向A的平面中，碗状体5居中，即，相对于将罐分成两个容积半部的中间竖直轴线居中定位，
-碗状体也可以纵向和/或横向对称(例如，关于平行于主方向A的平面和/或关于垂直于主方向A的平面对称)，
-碗状体的上端与流体密封壳体的上壁之间的空隙的高度在主方向上不是恒定不变的(例如，离开气体进给部(即，第一输送管线通向碗状体的位置)较远处，该高度增大)，从而使得能够更好地分配流体。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于储存和运送液化气体、特别是液化氢的可移动的罐，该罐包括流体密封壳体(2)，该流体密封壳体在下端与上端之间界定储存容积，该壳体(2)沿主方向(A)延伸，该主方向在该罐(1)处于使用构型时是水平的，该壳体(2)被具有绝热空间的另一个壳体围绕而处于真空，该罐(1)包括线路(3，4)，该线路流体地连接到该储存容积，以用于充注和/或抽取流体，其特征在于，该罐在该储存容积中包括一组壁(15，25)，该一组壁形成碗状体(5)，该碗状体位于该储存容积的上部部分中并且朝向该储存容积的上端开口，该碗状体(5)沿该主方向(A)延伸，
由该碗状体(5)界定的容积至少在该碗状体(5)的上边缘处与该罐的该储存容积的其余部分连通。
2.如权利要求1所述的罐，其特征在于，由该碗状体(5)界定的该容积通过高度介于1mm与50mm之间的空隙与该罐的该储存容积的该其余部分连通。
3.如权利要求1和2中任一项所述的罐，其特征在于，由该碗状体(5)界定的该容积介于由该壳体(2)界定的该容积的2％与15％之间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁(15，25)包括限定该碗状体的底部的壁(15)，
所述底部位于该壳体(2)中的第一高度(L1)处，该第一高度对应于该壳体(2)的高度的75％和95％。
5.如权利要求4所述的罐，其特征在于，该第一高度(L1)对应的该壳体(2)的液体充注液位介于该储存容积的80％与98％之间，
并且优选地，介于90％与95％之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁(15，25)包括限定该碗状体(5)的上边缘的至少一个壁(25)，所述上边缘位于该壳体中的第二高度(L2)处，该第二高度优选地对应于该壳体(2)的高度的80％和98％。
7.如权利要求6所述的罐，其特征在于，该碗状体(5)的该上边缘的至少一部分是竖直的和/或朝向该碗状体(5)的中心部分定向。
8.如权利要求1至7中任一项所述的罐，其特征在于，该罐(1)在该储存容积中包括一个或多个偏转壁(13)，该一个或多个偏转壁在垂直于该高度的主方向(A)上偏移，以迫使该流体在通过该储存容积(2)的下端与上端之间时沿该主方向(A)行进至少一个往返行程。
9.如权利要求8所述的罐，其特征在于，这些偏转壁(13)中的至少一些壁位于该储存容积的下半部中，以当该罐容纳液化气体时该至少一些壁浸没在该液化气体的液相中。
10.如权利要求8和9中任一项所述的罐，其特征在于，该偏转壁或该多个偏转壁(13)由柔性材料制造，特别地，该柔性材料比制造该壳体(2)的材料更轻。
11.如权利要求1至10中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁中的至少一部分由柔性材料制造，特别地，
该柔性材料比制造该壳体(2)的材料更轻。
12.如权利要求1至11中任一项所述的罐，其特征在于，该线路(3，4)包括第一输送管线(4)，该第一输送管线通向该碗状体(5)，通向该碗状体(5)的该第一输送管线(4)可选地穿过该壳体的位于该碗状体(5)下方的该储存容积。
13.如权利要求12所述的罐，其特征在于，该碗状体(5)的上端与该流体密封壳体的上壁之间的该空隙的高度在该主方向上不是恒定不变的，例如，离开气体进给部、即该第一输送管线(4)通向该碗状体(5)的位置较远处，该高度增大。
14.如权利要求1至13中任一项所述的罐，其特征在于，在横向于该主方向A的平面中，该碗状体(5)居中，即，相对于将该罐分成两个容积半部的中间竖直轴线居中定位，和/或该碗状体纵向且/或横向对称。
15.一种用于将流体输送到如权利要求12至14中任一项所述的罐中的方法，该方法包括以下步骤中的至少一个：经由第一管线(4)对该罐(1)充注液体的步骤，经由该第一管线(4)将气体输送到该罐(1)中的步骤，经由该第一管线(4)从该罐(1)抽取气体的步骤。

Claims (15)

1.一种用于储存和运送液化气体、特别是液化氢的可移动的罐，该罐包括流体密封壳体(2)，该流体密封壳体在下端与上端之间界定储存容积，该壳体(2)沿主方向(A)延伸，该主方向在该罐(1)处于使用构型时是水平的，该壳体(2)被具有绝热空间的另一个壳体围绕而处于真空，该罐(1)包括线路(3，4)，该线路流体地连接到该储存容积，以用于充注和/或抽取流体，其特征在于，该罐在该储存容积中包括一组壁(15，25)，该一组壁形成碗状体(5)，该碗状体位于该储存容积的上部部分中并且朝向该储存容积的上端开口，该碗状体(5)沿该主方向(A)延伸，
由该碗状体(5)界定的容积至少在该碗状体(5)的上边缘处与该罐的该储存容积的其余部分连通。
2.如权利要求1所述的罐，其特征在于，由该碗状体(5)界定的该容积通过高度介于1mm与50mm之间的空隙与该罐的该储存容积的该其余部分连通。
3.如权利要求1和2中任一项所述的罐，其特征在于，由该碗状体(5)界定的该容积介于由该壳体(2)界定的该容积的2％与15％之间。
4.如权利要求1至3中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁(15，25)包括限定该碗状体的底部的壁(15)，
所述底部位于该壳体(2)中的第一高度(L1)处，该第一高度对应于该壳体(2)的高度的75％和95％。
5.如权利要求4所述的罐，其特征在于，该第一高度(L1)对应的该壳体(2)的液体充注液位介于该储存容积的80％与98％之间，
并且优选地，介于90％与95％之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁(15，25)包括限定该碗状体(5)的上边缘的至少一个壁(25)，所述上边缘位于该壳体中的第二高度(L2)处，该第二高度优选地对应于该壳体(2)的高度的80％和98％。
7.如权利要求6所述的罐，其特征在于，该碗状体(5)的该上边缘的至少一部分是竖直的和/或朝向该碗状体(5)的中心部分定向。
8.如权利要求1至7中任一项所述的罐，其特征在于，该罐(1)在该储存容积中包括一个或多个偏转壁(13)，该一个或多个偏转壁在垂直于该高度的主方向(A)上偏移，以迫使该流体在通过该储存容积(2)的下端与上端之间时沿该主方向(A)行进至少一个往返行程。
9.如权利要求8所述的罐，其特征在于，这些偏转壁(13)中的至少一些壁位于该储存容积的下半部中，以当该罐容纳液化气体时该至少一些壁浸没在该液化气体的液相中。
10.如权利要求1至9中任一项所述的罐，其特征在于，该偏转壁或该多个偏转壁(13)由柔性材料制造，特别地，该柔性材料比制造该壳体(2)的材料更轻。
11.如权利要求1至10中任一项所述的罐，其特征在于，形成该碗状体(5)的该一组壁中的至少一部分由柔性材料制造，特别地，
该柔性材料比制造该壳体(2)的材料更轻。
12.如权利要求1至11中任一项所述的罐，其特征在于，该线路(3，4)包括第一输送管线(4)，该第一输送管线通向该碗状体(5)，通向该碗状体(5)的该第一输送管线(4)可选地穿过该壳体的位于该碗状体(5)下方的该储存容积。
13.如权利要求12所述的罐，其特征在于，该碗状体(5)的上端与该流体密封壳体的上壁之间的该空隙的高度在该主方向上不是恒定不变的，例如，离开气体进给部、即该第一输送管线(4)通向该碗状体(5)的位置较远处，该高度增大。
14.如权利要求1至13中任一项所述的罐，其特征在于，在横向于该主方向A的平面中，该碗状体(5)居中，即，相对于将该罐分成两个容积半部的中间竖直轴线居中定位，和/或该碗状体纵向且/或横向对称。
15.一种用于将流体输送到如权利要求12至14中任一项所述的罐中的方法，该方法包括以下步骤中的至少一个：经由第一管线(4)对该罐(1)充注液体的步骤，经由该第一管线(4)将气体输送到该罐(1)中的步骤，经由该第一管线(4)从该罐(1)抽取气体的步骤。
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