CN118328284A - 一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构，该结构穿透液氢储罐内外罐壳体、绝热夹层、外部覆土层。该开口井保护结构包括开口井、绝热芯体、内罐开口和保护套；所述开口井筒体上设有膨胀节，内部设有绝热芯体，外部设有保护套，保护套与覆土层接触；所述绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，形成密闭空间，内部为高真空粉末状绝热材料且底部设有多组防辐射冷屏片。内罐多个开口接管汇汇集于开口井处，穿过绝热芯体，集中引出外罐壳体以及覆土层外。开口集中布置，采用统一的绝热结构、柔性结构以及抗覆土损伤结构，可降低储罐的投资与制造难度，提高储罐本体的可靠性，同时便于检维修。

Description

一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构

技术领域

本发明属于氢能及深冷储存技术领域，涉及一种覆土式液氢储罐，具体地说，涉及一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构。

背景技术

液氢储罐因储存温度极低，接近-253℃，极易汽化，工程上通常采用设有绝热夹层的承压双壳结构储罐。如参照覆土式液化烃储罐，采用覆土式卧式液氢储罐，相比其他地面液氢储罐，具有受外部环境影响小，绝热防火效果佳、操作稳定、安全性高、占地面积小、易实现大型化等居多优点。

覆土式液氢储罐通常设有进料口、出口料以及温度、压力、液位等仪表口、安全阀口、真空口，检修用人孔等。液氢储罐的开口接管需从内罐引至外罐覆土层外。故覆土式液氢储罐的开口设计时，需解决以下问题：1)开口接管为重要的漏热途径，需要可靠的绝热保护措施；2)内外罐温差较大，穿越夹层的管子及相连焊缝在温差应力作用下容易发生破坏。3)如各开口采用独立绝热和柔性结构，则制造安装复杂、成本较高且难以集中进行泄露监测等安全管理、检维修难度大。4)开口接管引出覆土层时，不可避免与覆土层接触，且考虑到柔性设计，各液氢储罐的开口的直径相对较小。储罐运行过程中，因冷缩效应以及基础的不均匀沉降影响，外部覆土层对开口接管产生较大的附加力和弯矩，易造成开口接管本身或开口接管与储罐连接处发生强度破坏或疲劳破坏，从而造成储罐内部介质的泄漏，并且由于储罐覆土，开口接管与储罐连接处不易检测，更加剧的风险的存在。

目前，常温的的覆土式液化烃储罐开口采用如图1开口井结构或图2集气室结构，上述仅适用于常温覆土单壳储罐，且不具备绝热功能以及充当检修人孔功能，不能用于设有绝热夹层的承压双壳液氢储罐。

发明内容

为了解决现有技术存在的覆土式液氢储罐开口绝热、柔性、分布式制造安装复杂、覆土层损伤、检维修难度大的技术问题，本发明提供了一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构。

本发明提供了一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构，该开口井保护结构包括在覆土式液氢储罐设有穿透内外罐壳体的开口井，所述覆土式液氢储罐包括内罐壳体、外罐壳体、罐体绝热夹层和覆土层，所述开口井包括开口井筒体、开口井挡圈、开口井法兰及法兰盖，所述开口井筒体下部设有带柔性波纹管，所述开口井筒体内部设有绝热芯体，外部设有保护套，所述保护套与覆土层接触，在所述开口井筒体靠近外罐壳体内壁处设置开口井挡圈，用于托起开口井与保护套环形空隙中的绝热材料；所述绝热芯体包括绝热芯体套筒、绝热芯体底部封头，绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，在开口井法兰盖顶部设置真空口与绝热材料加料口，在所述开口井内设置内罐开口，内罐开口包括内罐开口接管，内罐开口接管与绝热芯体底部封头以及开口井顶部法兰盖处均采用套管结构，所述内罐接管套管与绝热芯体内腔联通，所述内腔联通处与绝热芯体内部为高真空环境，填充绝热材料，所述内罐开口接管汇总至开口井处，穿过绝热芯体与法兰盖，集中引出外罐壳体以及覆土层外。

在所述开口井底部与内罐壳体相连处设置开口井加强接管，以加强开口，所述开口井筒体从内罐壳体顶部穿绝热夹层，从外罐壳体引出，开口井筒体端部设有法兰与法兰盖，所述法兰与法兰盖通过螺栓、螺母与垫片相连接。

所述保护套包括保护套加强接管、保护套锥段、保护套绝热材料、外防腐涂层；所述保护套加强接管与外罐壳体相连，从外部覆土层引出，并直接与外部覆土层接触，保护套加强接管起开孔补强作用以及抵抗覆土层侧压力作用，并且隔离覆土层对开口井的腐蚀作用；保护套加强接管顶部设有保护套锥段，保护套锥段与开口井筒体相焊，保护套加强接管、保护套锥段、与开口井筒体夹层为高真空环境，填充保护套绝热材料，与覆土层接触的外罐壳体外壁、保护套加强接管，涂覆外防腐涂层。

所述内罐开口接管还包括内罐接管套管、防辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线，所述绝热芯体底部的内罐开口接管上设有多块环状的防辐射冷屏片，所述防辐射冷屏片均设置在开口井筒体内，内罐壳体外，所述内罐开口接管与内部管线采用法兰连接。

所述绝热芯体筒体上端部与开口井法兰盖密封焊，下端与绝芯体封头焊接相连，所述所述绝热芯体筒体及套管联通结构内填充粉末状绝热材料；绝热芯体底部封头距离内罐壳体的间距约为内罐壳体与外罐壳体环形空间间距的一半。

所述内罐壳体、开口井加强接管、开口井筒体、波纹管、开口井挡圈、开口井法兰、开口井法兰盖、真空口、绝热材料加料口、绝热芯套筒、绝热芯封头、内罐开口接管、内罐接管套管、辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线均为耐-253℃低温的奥氏体不锈钢制金属材料，所述外罐壳体、保护套加强接管、保护套锥段均采用碳钢制金属材料。

所述绝热芯体的粉末状绝热材料可采用气凝胶或者玻璃微球，所述罐体绝热夹层可采用膨胀珍珠岩、玻璃微球或者多层绝热结构；所述开口井与保护套之间夹层的保护套绝热材料可采用多层绝热材料，所述多层绝热材料可为铝箔加玻璃纤维布间隔多层缠绕，或者采用多层喷铝涤纶薄膜等材料缠绕。

所述防辐射冷屏片可采用3～6mm的不锈钢薄板，外表面涂有反射率搞得金属膜如铝等；所述防辐射屏间隔约30～50mm，数量根据绝热芯体底部封头外壁与内罐壳体外壁间距确定，所述防辐射屏外径比开口井筒体内直径略小3～5mm，所述开口井筒体的内直径根据液氢储罐的容积以及开口的数量确定，其内径通常为500～900mm，所述开口井筒体内壁与保护套加强接管外壁间隙约100～200mm，所述开口井筒体内壁与绝热芯套筒外壁间隙约3～5mm,所述保护套加强接管顶部高于覆土层以上50～100mm左右。

所述外防腐涂层具有防腐保护层应具有较强的抗机械性损伤性能、防水性能和绝缘性能，所述防腐涂层材料一般为硬质材料，例如光固化涂料或玻璃钢。

本发明在包括但不限于覆土卧式液氢储罐，以及用于储存液氧、液氮等覆土式双壳深冷容器上应用。

本发明具有如下有益效果：

1)储罐开口集中布置，采用统一的绝热结构与柔性结构，且内罐的开口接管均不需与内罐壳体焊接，故可降低储罐的投资与制造难度以及失效风险，提高储罐本体的可靠性，同时便于检维修。可在开口井外统一设置泄露检测、消防等措施，便于集中监测与安全管理，降低事故风险。

2)开口井内部设有膨胀节。储罐运行过程中，开口井筒体与保护套筒体温差较大，开口井筒体会向里冷缩，而膨胀节将吸收两者膨胀差，从而有效降低开口井筒体以及保护套筒体与其相连壳体的应力。膨胀节在开口井内部，能避免外部覆土的损伤。

3)绝热芯体为高真空粉末状绝热材料填充结构如气凝胶或者表面镀银真空玻璃微球，为穿越绝热芯体的接管束进行有效的绝热，降低了接管造成的冷量损失。绝热芯体设有独立的真空口与加料口，可确保其绝热结构的可靠性。

4)为避免内罐壳体内的液氢介质与其接触，降低绝热芯体的冷量损失，确保绝热芯体的密封可靠性。绝热芯体底部距离内罐内表面有一定的距离。绝热芯体底部的内罐开口接管设有多块环状的涂有反射率较高金属膜的防辐射冷屏片。多层防辐射冷屏片能有效的降低绝热芯体底部与液氢介质之间的辐射冷量损失。

5)开口井筒体与外侧保护套筒的之间环形空间与内外罐环形空间连通，为高真空环境，包裹多层绝热材料的绝热结构。开口井筒体外部保护套绝热材料与内部的绝热芯体的双重作用，能有效降低沿开口井筒体向外的冷量损失。

6)开口井保护结构为可拆结构，绝热芯体及相连附件均可从开口井中抽出，便于开口井结构的检维修，同时可作为检修人孔使用。

7)多个开口管线集中布置在开口井内，开口井外设有保护护套筒，各开口均不直接与覆土接触。开口井外部保护套加强接管具有较大的刚性，能承受外部覆土层因储罐运行过程中冷缩效应以及基础的不均匀沉降影响对开口接管产生较大的附加力和弯矩。各开口均不直接与覆土接触，能避免外部覆土对开口接管的腐蚀作用。

附图说明

图1为常温覆土单壳储罐用开口井结构示意图；

图2为常温覆土单壳储罐用集气室结构示意图；

图3为本发明的覆土式液氢储罐用开口井保护结构示意图；

图4为本发明的防辐射冷屏片截面示意图。

图中：1-覆土式液氢储罐，2-开口井，3-绝热芯体，4-内罐开口，5-保护套，101-内罐壳体，102-外罐壳体，103-绝热夹层，104-覆土层，201-开口井加强接管，202-开口井筒体，203-膨胀节，204-开口井挡圈，205-开口井法兰，206-开口井法兰盖，207-真空口，208-绝热材料加料口，301-绝热芯体套筒，302-绝热芯体底部封头，303-粉末状绝热材料，401-内罐开口接管，402-内罐接管套管，403-防辐射冷屏片，404-内部管线，405-内罐接管法兰，501-保护套加强接管，502-保护套锥段，503-保护套绝热材料，504-外防腐层。505-集气室封头

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构包括在液氢储罐1设有穿透内外罐壳体的开口井2、所述开口井2包括开口井筒体202、开口井挡圈204、开口井法兰205及开口井法兰盖206，所述开口井筒体202上设膨胀节203，所述开口井筒体202内部设有绝热芯体3，外部设有同心保护套5，所述保护套5与覆土层104接触；所述绝热芯体3包括绝热芯体套筒301、绝热芯体底部封头302、绝热材料303，所述绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，形成密闭空间，在开口井法兰盖206顶部设置真空口207与绝热材料加料口208，确保绝热芯体3内部为高真空环境，填充绝热材料303，内罐壳体的开口接管汇总开口井处，穿过绝热芯体3，集中引出外罐壳体102以及覆土层104外。

所述覆土式液氢储罐1通常由内罐壳体101、外罐壳体102与绝热夹层103、覆土层104组成。

所述开口井2通常包括开口井加强接管201、开口井筒体202、膨胀节203、开口井挡圈204、开口井法兰205、开口井法兰盖206、真空口207、绝热材料加料口208。

所述开口井加强接管201与内罐壳体相连，起开口加强作用，开口井筒体202从内罐壳体101顶部穿绝热夹层103，从外罐壳体102引出。所述开口井筒体202端部设有法兰204与法兰盖205，法兰204与法兰盖205通过螺栓、螺母与垫片连接。所述开口井筒体上202设有膨胀节203，开口井筒体202靠近外罐壳体102内壁处设有开口井挡圈204，用于托起开口井2与保护套3环形空隙中的绝热材料503。

所述绝热芯体筒体301上端部与开口井法兰盖205密封焊，下端与绝芯体封头302相焊。

所述开口井2内部设有内罐开口4。内罐开口4通常包括内罐开口接管401、内罐接管套管402、防辐射冷屏片403、内罐接管法兰404、内部管线405。

所述内罐开口接管401汇集到开口井筒体202内部，穿越绝热芯体底部封头302与粉末状绝热材料303，从开口井顶部法兰盖205引出。所述内罐开口接管401与绝热芯体底部封头302以及开口井顶部法兰盖205处均采用套管402结构，套管402与绝热芯体3内腔联通，为高真空环境，填充粉末状绝热材料303。绝热芯体3底部的内罐开口接管401设有多块环状的防辐射冷屏片404。防辐射冷屏片404均设置在开口井筒体202内，内罐壳体101外。所述内罐开口接管401与内部管线404采用法兰405连接。所述绝热芯体底部封头302距离内罐壳体101的间距约为内罐壳体101与外罐壳体102环形空间间距的一半。

所述开口井2外侧同心设有保护套5，所述保护套5通常由保护套加强接管501、保护套锥段502、保护套绝热材料503、外防腐涂层504组成。

所述保护套加强接管501与外罐壳体102相连，从外部覆土层104引出，并直接与外部覆土层104接触。保护套加强接管501起开孔补强作用以及抵抗覆土层104侧压力作用，并且隔离覆土层104对开口井2的腐蚀作用。保护套加强接管501顶部设有保护套锥段502，保护套锥段502与开口井筒体202相焊。所述保护套加强接管501、保护套锥段502、与开口井筒体202夹层为高真空环境，填充保护套绝热材料503，与覆土层104接触的外罐壳体102外壁、保护套加强接管501涂覆外防腐涂层504。

所述内罐壳体101、开口井加强接管201、开口井筒体202、波纹管204、开口井挡圈204、开口井法兰205、开口井法兰盖206、真空口207、绝热材料加料口208、绝热芯套筒301、绝热芯封头302、内罐开口接管401、内罐接管套管402、辐射冷屏片403、内罐接管法兰404、内部管线405均为耐-253℃低温的奥氏体不锈钢制金属材料。所述外罐壳体102、保护套加强接管501、保护套锥段502均采用碳钢制金属材料。

所述绝热芯体3的粉末状绝热材料303可采用气凝胶或者玻璃微球；所述罐体绝热夹层103可采用膨胀珍珠岩、玻璃微球或者多层绝热结构；所述开口井2与保护套3之间夹层的保护套绝热材料505可采用多层绝热材料；所述多层绝热材料可为铝箔加玻璃纤维布间隔多层缠绕，或者采用多层喷铝涤纶薄膜等材料缠绕。

所述防辐射冷屏片403可采用3～6mm的不锈钢薄板，外表面涂有反射率搞得金属膜如铝等，所述防辐射屏403间隔约30～50mm，数量根据绝热芯体底部封头302外壁与内罐壳体101外壁间距确定，所述防辐射屏403外径比开口井筒体202内直径略小3～5mm，开口井筒体202的内直径根据液氢储罐的容积以及开口的数量确定，其内径通常为500～900mm。所述开口井筒体202内壁与保护套加强接管501外壁间隙约100～200mm，所述开口井筒体202内壁与绝热芯套筒301外壁间隙约3～5mm，所述保护套加强接管501顶部高于覆土层以上50～100mm左右。

所述外防腐涂层504具有防腐保护层应具有较强的抗机械性损伤性能、防水性能和绝缘性能，材料一般为硬质材料，例如光固化涂料或玻璃钢。

以上所述仅是本发明的典型实施例而已，并没有对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，利用上述内容做出的变更或修改应视为同等变化的等效实例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何同等变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：该开口井保护结构包括在覆土式液氢储罐设有穿透内外罐壳体的开口井，所述覆土式液氢储罐包括内罐壳体、外罐壳体、罐体绝热夹层和覆土层，所述开口井包括开口井筒体、开口井挡圈、开口井法兰及法兰盖，在所述开口井筒体下部设置膨胀节，所述开口井筒体内部设有绝热芯体，外部设有保护套，所述保护套与覆土层接触，在所述开口井筒体靠近外罐壳体内壁处设置开口井挡圈；所述绝热芯体包括绝热芯体套筒、绝热芯体底部封头，绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，在开口井法兰盖顶部设置真空口与绝热材料加料口，在所述开口井内设置内罐开口，内罐开口包括内罐开口接管，内罐开口接管与绝热芯体底部封头以及开口井顶部法兰盖处均采用套管结构，所述内罐接管套管与绝热芯体内腔联通，所述内腔联通处与绝热芯体内部为高真空环境，填充绝热材料，所述内罐开口接管汇总至开口井处，穿过绝热芯体与法兰盖，集中引出外罐壳体以及覆土层外。

2.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：在所述开口井底部与内罐壳体相连处设置开口井加强接管，以加强开口，所述开口井筒体从内罐壳体顶部穿绝热夹层，从外罐壳体引出，开口井筒体端部设有法兰与法兰盖，法兰与法兰盖通过螺栓、螺母与垫片连接。

3.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述保护套包括保护套加强接管、保护套锥段、保护套绝热材料、外防腐涂层；所述保护套加强接管与外罐壳体相连，从外部覆土层引出，并直接与外部覆土层接触，所述保护套加强接管顶部设有保护套锥段，保护套锥段与开口井筒体相焊，保护套加强接管、保护套锥段、与开口井筒体夹层为高真空环境，填充保护套绝热材料，与覆土层接触的外罐壳体外壁、保护套加强接管，涂覆外防腐涂层。

4.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述内罐开口接管还包括防辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线，所述绝热芯体底部的内罐开口接管上设有多块环状的防辐射冷屏片，所述防辐射冷屏片均设置在开口井筒体内，内罐壳体外，所述内罐开口接管与内部管线采用法兰连接。

5.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述绝热芯体筒体上端部与开口井法兰盖密封焊，下端与绝芯体封头焊接相连，所述所述绝热芯体筒体及套管联通结构内填充粉末状绝热材料；绝热芯体底部封头距离内罐壳体的间距约为内罐壳体与外罐壳体环形空间间距的一半。

6.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述内罐壳体、开口井加强接管、开口井筒体、波纹管、开口井挡圈、开口井法兰、开口井法兰盖、真空口、绝热材料加料口、绝热芯套筒、绝热芯封头、内罐开口接管、内罐接管套管、辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线均为耐-253℃低温的奥氏体不锈钢制金属材料，所述外罐壳体、保护套加强接管、保护套锥段均采用碳钢制金属材料。

7.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述绝热芯体的绝热材料可采用气凝胶或者玻璃微球，所述罐体绝热夹层可采用膨胀珍珠岩、玻璃微球或者多层绝热结构；所述开口井与保护套之间夹层的保护套绝热材料可采用多层绝热材料，所述多层绝热材料可为铝箔加玻璃纤维布间隔多层缠绕，或者采用多层喷铝涤纶薄膜等材料缠绕。

8.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述防辐射冷屏片采用3～6mm的不锈钢薄板，外表面涂有反射率高的金属膜；所述防辐射屏间隔30～50mm，数量根据绝热芯体底部封头外壁与内罐壳体外壁间距确定，所述防辐射屏外径比开口井筒体内直径略小3～5mm。

9.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述开口井筒体的内直径根据液氢储罐的容积以及开口的数量确定，其内径通常为500～900mm，所述开口井筒体内壁与保护套加强接管外壁间隙为100～200mm，所述开口井筒体内壁与绝热芯套筒外壁间隙为3～5mm,所述保护套加强接管顶部高于覆土层以上为50～100mm。

10.根据权利要求1所述的覆土式液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述外防腐涂层具有较强的抗机械性损伤性能、防水性能和绝缘性能，所述防腐涂层材料为光固化涂料或玻璃钢。