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球型液氢储罐用支撑结构

文献发布时间:2023-06-19 19:18:24


球型液氢储罐用支撑结构

技术领域

本发明属于氢能及深冷储存技术领域,具体涉及一种球型液氢储罐用支撑结构。

背景技术

球型液氢储罐为双层球壳储罐,具有建造成本相对较低、绝热效率高等优势。上述液氢储罐需具备以下功能:

1)为充装绝热材料,并保持内罐绝热均匀,内外罐夹层之间需确保一定均匀空隙的环形空间;

2)内罐的所有金属及内部介质重量需要外罐支撑;

3)液氢储罐运行中,在外部载荷如风、地震以及物料装卸过程,内罐相对外罐不宜发生整体竖向或水平横向位移以及环向扭转位移;

4)内罐因储存低温介质,正常运行过程中存在冷缩,故內罐水平与竖向不宜固支约束;

5)夹层中支撑结构的冷量损失对液氢储罐整体绝热效果影响较大。

工程中通常在内外罐环形夹层中设有支撑结构,竖向支撑结构通常采用吊杆或支柱,而水平支撑结构通常采用径向支撑杆,支撑杆件一端与内罐外壁相连,另一端与外罐内壁相连,端部连接一般采用吊钩。此方案存在以下问题:

(1)支撑杆件为金属制品,导热系数较高,如果支撑杆件长度较短,支撑杆件两端温度差较小,容易造成外罐局部存在冷点,如外罐采用普通碳钢材料,则会存在冷脆风险。同时支撑杆件造成的储罐冷量损失严重,导致储罐整体绝热效果不佳,蒸发率较高。

(2)因内外罐夹层空间直线距离非常小,如内外罐罐壁径向直接相连而限制内罐整体横向位移,水平支撑杆将非常短,冷量损失非常大,且温度沿支撑杆长度得不到有效衰减。

(3)支撑连杆与罐壁支座连接采用吊钩,承载能力较弱,且吊钩连接为万向结构,连杆端部与支座不仅能产生相对转角,还会发生相对位移。不能完全有效的限制内罐在外载荷作用的整体的竖向位移。

发明内容

本发明的目的是提供一种球型液氢储罐用支撑结构,以解决现有液氢储罐支撑结构支撑强度弱、冷量损失大问题。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:

球型液氢储罐用支撑结构,所述球型液氢储罐由双壳球型储罐、夹层绝热材料、支撑系统组成,所述双壳球型储罐由外罐壳体和内罐壳体组成,所述夹层绝热材料充填在外罐壳体和内罐壳体间的环形空间内,其特征在于:所述支撑系统包括内罐竖向支撑结构、内罐水平支撑结构和外罐支撑结构;所述外罐支撑结构与外罐球壳贯通;所述内罐竖向支撑结构设置在内罐球壳与外罐球壳体间的环形空间内,为竖向支柱结构;所述外罐支撑结构与内罐竖向支撑结构同轴布置,内罐竖向支撑结构穿过外罐球壳向下伸至外罐支撑结构内;所述内罐水平支撑结构设置在内罐球壳与外罐球壳间的环形空间内,为水平支撑杆结构。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述外罐支撑结构包括外罐支柱与外罐支柱底板。所述外罐支柱采用卷制成斜锥形支柱,与外罐球壳贯通。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:内罐竖向支撑结构沿球罐圆周方向均匀布置,其具体位置和数量通过详细设计计算后确定。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述内罐竖向支撑结构包括竖向支柱、底部支座、顶部支座和连杆球绞结构;所述竖向支柱上部通过顶部支座连接在内罐球壳上,竖向支柱底端向下伸通过底部支座连接在外罐支撑结构内的外罐支柱底板上。竖向支柱与顶部支座以及底部支座之间均设有连杆球绞结构。顶部支座垂直焊接在内罐球壳赤道带切线上。底部支座焊接在外罐支柱底板上。竖向支柱与外罐支柱环形空间内填满绝热材料。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述顶部支座与内罐球壳连接处内部设有一组内部加强圈。所述外罐支柱与外罐球壳相连出四周设有多块支柱加强板。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述内罐水平支撑结构沿球罐圆周方向切线均匀布置,根据储罐规格,可设置3~6组。所述内罐水平支撑结构的布置应避开内罐竖向支撑结构。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述内罐水平支撑结构包括水平支撑杆、内侧端部支座、外侧端部支座和连杆球绞结构。所述水平支撑杆通过内侧端部支座连接在内罐球壳上,水平支撑杆通过外侧端部支座连接在外罐球壳上。所述水平支撑杆与内侧端部支座以及外侧端部支座之间均设有连杆球绞结构。内侧端部支座垂直焊接在内罐球壳赤道带切线上。外侧端部支座垂直焊接在外罐球壳赤道带切线上。所述水平支撑杆为两段曲杆结构,曲杆弧线与内罐球壳同心。所述水平支撑杆的规格与长度根据传热与强度计算确定。

本发明球型液氢储罐用支撑结构,其进一步特征在于:所述连杆球绞结构,采用法兰加持的球型连接结构,能限制连杆横向摆动一定角度。所述连杆球绞结构的支座侧法兰与连杆侧法兰设有绝热垫片,垫片材料可为硬质聚氨酯。

采用本发明,具有如下的有益效果:

(1)内罐采用竖向支柱结构,支柱端部支座设置在内罐水平切线处。当内罐冷缩时,因上下半圆筒对称,支柱不产生竖向的冷缩变形。因为竖向支柱两端均为球型铰接连接能水平左右摆动,内罐的径向冷缩没有限制。竖向吊杆不仅承受内罐金属重和介质重,同时限制了内罐整体的竖向位移。

(2)液氢储罐外罐支柱与内罐竖向支柱同轴布置,外罐支柱采用板卷结构并与外罐壳体贯通。内罐竖向支柱向下伸至外罐支柱内。该结构能使竖向支柱长度得到加长,竖向支柱靠近外罐支柱端部温度将衰减到常温。加长竖向支柱能有效减少冷量沿竖向支柱的损失,确保了液氢储罐整体绝热

效果,同时确保竖向支柱与外罐接触点处不发生冷脆风险。(3)内罐金属重与介质重通过内罐竖向支柱直接传递到土建基

础上,外罐支腿仅支撑外罐金属重与夹层绝热材料重。此方案有效降低了外罐壳体承载过大带来的安全风险。

(4)内罐竖向支撑结构与内罐相连的顶部支座处内罐壳体内壁

设有内部加强圈,能有效的加强顶部支座处的内罐壳体局部强度与刚度,减小局部失效风险。

(5)外罐支柱与外罐相连处外壁设有多个加强板,用于加强外

罐支座处外罐壳体局部强度与刚度,减小局部失效风险。(6)内外罐夹层内沿设有多组水平支撑结构水平,支撑结构沿

球罐圆周方向切线多组均匀布置,能有效限制内罐整体水平横向位移以及环向扭转。

(7)水平支撑杆采用曲杆结构,曲杆弧线与内罐壳体同心。此

结构能有效延长支撑杆的长度,吊杆靠近外罐端部温度将衰减到常温。确保了液氢储罐整体绝热效果,同时确保支撑杆与外罐接触点处不发生冷脆风险。

(8)水平支撑杆采用曲杆式的柔性结构并且端部均采用球型铰

接连接,不仅能有效吸收因内罐冷缩产生的附加径向位移,同时能有效降低因为水平支撑杆本身因为温差变形导致的热应力。

(9)支撑连杆与罐壁支座之间采用采用法兰加持的球型铰接结构,相比传统的吊钩连接结构,承载能力更强,能确保连杆与支座不发生相对位移,仅能产生相对角度偏转。通过设置竖向与水平支撑结构并辅助连杆球绞结果,液氢储罐运行过程中在外部载荷如风、地震以及物料装卸过程,内罐相对外罐不宜发生整体竖向或水平横向位移以及环向扭转位移。

(10)连杆球绞结构的支座侧法兰与连杆侧法兰设有绝热垫片,垫片材料可为硬质聚氨酯。绝热垫片能起到辅助隔热的作用,能有效降低冷量沿连杆的损失。

(11)竖向支撑结构与水平支撑结构均为可拆件,便于安装与检维修。

本发明适用于大型双壳液氢球罐,例如储存1000~5000立方米的液氢球罐。本发明同样可用于储存深冷液态介质双壳球罐,如液化天然气、液化乙烯、液化乙烷、液氨、液氧等。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1为本发明球型液氢储罐支撑结构竖向示意图;

图2是本发明球型液氢储罐支撑结构水平截面示意图;

图3是本发明内罐竖向支撑结构底部示意详图;

图4是本发明内罐竖向支撑结构上部示意详图;

图5是本发明内罐水平支撑结构示意详图;

图6是本发明连杆球绞结构示意详图。

图中所示附图标记为:1—内罐球壳,2—外罐球壳,3—夹层绝热材料,4—内罐竖向支撑结构,5—外罐支撑结构6—内罐水平支撑结构,7—连杆球绞结构,41—竖向支柱,42—顶部支座,43-底部支座,44-内部加强圈,51—外罐支柱,52—外罐支柱底板,53—支柱加强板,61—水平支撑杆,62—内侧端部支座,63—外侧端部支座,71—支座侧法兰,72—连杆侧法兰,73—球体,74—绝热垫片,75—紧固件。

具体实施方式

下面结合附图1~6对本发明作进一步详细的说明,具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

如附图1和附图2所示,液氢储罐由内罐球壳1,外罐球壳2,夹层绝热材料3,内罐竖向支撑结构4、外罐支撑结构5、内罐水平支撑结构6以及组成。本发明球型液氢储罐用支撑结构,包括内罐竖向支撑结构4、外罐支撑结构5、内罐水平支撑结构6组成。

内罐竖向支撑结构4设置与内罐球壳1与外罐球壳2的环形空间内,为竖向支柱结构。内罐竖向支撑结构4沿内罐球壳1圆周方向均匀布置,其具体位置和数量通过详细设计计算后确定。

外罐支撑结构5与内罐竖向支撑结构4同轴布置。外罐支撑结构包括外罐支柱51与外罐支柱底板52。外罐支柱51采用卷制成斜锥形支柱,与外罐球壳2贯通。内罐竖向支柱41向下伸至外罐支柱51内。竖向支柱41上部通过顶部支座42连接在内罐球壳1上,竖向支柱底41端通过底部支座43连接在外罐支柱底板62。竖向支柱41与顶部支座42以及底部支座43之间均设有连杆球绞结构7。顶部支座42垂直焊接在内罐球壳41赤道带切线上。底部支座43焊接在外罐支柱底板62上。竖向支柱41与外罐支柱51环形空间内填满绝热材料3。

顶部支座42处内罐球壳1内部设有一组内部加强圈44。外罐支柱51与外罐球壳2相连处四周设有多块加强板53。

内罐水平支撑结构6设置与内罐球壳1与外罐球壳2的环形空间内,为水平支撑杆结构。内罐水平支撑结构6沿球罐圆周方向切线均匀布置,根据储罐规格,可设置3~6组。内罐水平支撑结构6的布置应避开竖向支撑结构4。

水平支撑杆61通过内侧端部支座62连接在内罐球壳1上,水平支撑杆61通过外侧端部支座63连接在外罐球壳2上。水平支撑杆61与内侧端部支座62以及外侧端部支座63之间均设有连杆球绞结构7。内侧端部支座62垂直焊接在内罐球壳1赤道带切线上。外侧端部支座63垂直焊接在内罐球壳2赤道带切线上。水平支撑杆61为两段曲杆结构,曲杆弧线与内罐球壳1同心。水平支撑杆61的规格与长度根据传热与强度计算确定。

内罐竖向支撑结构2、内罐水平支撑结构4均可采用圆钢或钢管。竖向支柱21、支柱顶部支座22、水平支撑杆41、水平支撑杆内侧端部支座42材料采用材料可选用耐低温奥氏体不锈钢。,其他构件可选用普通碳钢或低合金材料。

连杆球绞结构7用于连接连杆与端部支座。连杆球绞结构7由支座侧法兰71,连杆侧法兰72,球体73,绝热垫片74,紧固件75组成。支座侧法兰71端部与支座焊接,球体73与连杆端部焊接。支座侧法兰71与连杆侧72法兰内侧均为球型凹槽,,球体73外表面与球型凹槽内表面均精密加工,球体73直径比球型凹槽略小2~4mm,球体73在球型凹槽全方位自由转动。连杆侧法兰72端部开孔直径大于连杆直径,用于限制连杆横向摆动一定角度。支座侧法兰71与连杆侧72法兰之间设有绝热垫片74。绝热垫片74可采用硬质聚氨酯,厚度为20~50mm。支座侧法兰71可采用普通碳钢或低合金材料锻件。连杆侧法兰72,球体73可采用耐低温奥氏体不锈钢锻件。

本发明适用于大型双壳液氢球罐,例如储存1000~5000立方米的液氢球罐。本发明同样可用于储存深冷液态介质双壳球罐,如液化天然气、液化乙烯、液化乙烷、液氨、液氧等。

技术分类

06120115867496