一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐

技术领域

本发明属于氢能及深冷储存技术领域，具体涉及一种支座支撑的覆土卧式液氢储罐。

背景技术

液氢沸点接近-253℃，密度为70.85kg/m

液氢储罐安装于地面，长期暴露在大气中，易受外界环境影响，如外部发生火灾或局部热辐射，会使储罐内部液氢介质汽化，压力急剧上升，从而造成安全阀频繁开启，操作不稳定，并且一旦泄露，易燃易爆介质扩散快、范围广，易造成火灾以及人员伤亡事故。并且长期受外部环境温度以及太阳辐射的影响，为确保较小的蒸发率，对储罐的绝热系统提出了更高的要求，比如增加绝热夹层厚度或选用绝热效果更佳的绝热材料，此方案将带来较大的建造成本。

此外，如液氢工厂、油氢混合站或加氢站需同时设置多个地面液氢储罐，为确保较大的防火间距，占地面积将增大。当覆土式液氢储罐长径比较小时，考虑到便于制造与吊装以及降低土建基础费用，可用多支座支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种多支座支撑的覆土式卧式液氢储罐，通过将液氢储罐置放在多支座支撑基础上，并且储罐上部覆盖沙土。以解决现有地面液氢储罐外部环境影响大，绝热成本高、占地面积大、泄漏后次生灾害大等技术问题。多支座支撑覆土卧式液氢储罐适合于长径比较小的覆土卧式液氢储罐。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其特征在于：包括双层卧式圆筒形储罐、绝热系统、储罐支撑系统、开口系统和土建系统；所述双层卧式圆筒形储罐包括内罐壳体、外罐壳体，所述卧式圆筒形储罐一侧内封头与外封头的间距比另一侧内封头与外封头的间距要大；所述绝热系统包括内外罐壳体环形空间的绝热材料与覆土层中的辅助加热设施；所述储罐支撑系统包括内罐竖向支撑结构、内罐周向支撑结构以及外罐竖向支撑结构；所述土建系统包括基础支墩、覆土、挡土墙与隔震垫圈。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：在所述外罐壳体的内表面设有外罐加强结构，所述外罐加强结构为横纵加强筋。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：在所述双层卧式圆筒形储罐外部罐壁外涂敷防腐保护层。所述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。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述内外罐环形空间厚度为60～300mm，内外罐环形空间内填满颗粒状绝热材料或包裹多层绝热材料。其中颗粒状绝热材料能够具备一定的抗压能力，如膨胀珍珠岩。其中多层绝热材料中的辐射屏可采用铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜，间隔物可采用玻璃纤维纸或植物纤维纸、尼龙布或涤纶膜等包裹而成。

本发明一种多支座支撑的覆土式卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述外罐竖向支撑结构为多组径向对称布置的支柱支撑，支柱为空心的斜锥结构，与外罐筒体贯通连接。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述内罐竖向支撑结构设置于内罐筒体与外罐筒体间的环形空间内，沿储罐轴向方向左右对称多组均匀布置，为竖向支柱结构；所述内罐竖向支柱与外罐支柱同轴布置，所述内罐竖向支撑结构向下伸至外罐竖向支撑结构内。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述内罐周向支撑结构设置于内罐筒体与外罐筒体的环形空间内，为水平曲杆结构，沿储罐轴向方向上下对称多组均匀布置；

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述内罐竖向支撑结构所用支柱与内罐周向支撑结构的支撑杆与内外罐相连均采用铰接结构。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述储罐开口系统包括在液氢储罐顶部设置的人孔，人孔从内罐顶部穿透夹层，并且从外罐引出，人孔采用柔性连接结构。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述储罐开口还包括在内罐设置的液氢进液口和排液口，以及安全阀口、温度计、液位计、压力计等仪表口,内罐开口通过管路环绕交叉穿过夹层。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：内罐所有开口均从内封头与外封头的间距较大端部封头侧引出。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所述储罐开口系统包括外罐开口，所述外罐开口如绝热材料加料口、泄漏检测口、抽真空口均从外罐顶部引出，开口集中布置，设有外罐开口井作为保护装置。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：根据液氢储罐外罐竖向支撑结构的布置，在地坪以上相应位置设置基础支墩。外罐竖向支撑结构与基础支墩通过地脚螺栓连接。外罐竖向支撑结构底部与基础支墩之间设有绝热垫块，绝热垫块可为聚氨脂等硬质绝热材料。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：在所述液氢储罐上部及底部均铺设覆土层，覆土层可用采用粒径较大的粗砂或者砾石。储罐上部的覆土层厚度约为300～1000mm。在所述液氢储罐上部覆土层中铺设辅助加热系统，所述辅助加热设施可为电加热或蒸汽加热系统。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：在所述卧式圆筒形储罐内封头与外封头的间距较大侧设有挡土墙，挡土墙与外罐筒体之间设有隔震垫，隔震垫可采用橡胶等软质材料。

本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，其进一步特征在于：所示液氢储罐开口侧封头不覆土。

采用本发明多支座支撑的覆土式液氢储罐，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。

采用本发明一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐，具有以下有益效果：

(1)储罐为双壳金属结构，内罐储液并承压介质压力，外罐主要是固定绝热材料以及气密性作用，并且维持夹层真空作用。即使内罐泄漏，外罐也能在一定时间内起到缓冲保护作用。

(2)在外罐内壁横纵交叉均匀设置加强筋，有效的提高了储罐对外部载荷如覆土以及内部真空作用的承载能力，避免其强度以及屈曲失效，减小了外罐壳体的厚度，降低了储罐建造成本，同时相对于单一的环向加强筋，横纵加强筋更为轻型化，冷量损失更小。

(3)储罐双壁环形空间充满颗粒状多孔绝热材料或采用多层绝热材料，并在储罐运行过程中抽真空，能对内罐液氢起到有效的绝热作用。

(4)覆土作为阻火与绝热材料能有效隔绝了外部环境温度、外部热源以及太阳辐射的影响，能确保液氢储罐不受外部环境的影响而安全稳定运行，同时即使储罐发生泄漏，也不轻易发生火灾。覆土提高了液氢储罐本身绝热性能，对于大容量储存，在确保较小的蒸发率的前提下，降低了绝热设施的成本。

(5)储罐双壁环形空间沿轴线设有多组竖向支柱结构。内罐竖向支柱结构用于支撑内罐壳体重量以及内部液氢介质重并且限制内罐的竖向位移。

(6)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。

(7)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，外罐支座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。

(8)外罐支座与基础支墩通过地脚螺栓连接，且在外罐支座底板与基础支墩之间设有绝热垫块，有利于降低液氢储罐的冷量传递到基础支墩上，造成基础支墩的冻胀。

(9)储罐双壁环形空间沿轴线设有多组周向支撑结构。内罐轴轴向支撑沿圆周切向布置，罐内夹层顶部与底部各设一根，用于限制内罐的水平横向位移以及内罐转动。

(10)外罐开口如加料口、真空口、泄露检测口等均设置在储罐顶部，除人孔外的其他开口均集中布置，且采用设有开口井保护。开口井保护结构能隔离外部覆土载荷对接管的作用，开口井与接管之间填充软质绝热材料进行绝热。

(11)储罐顶部设有检修人孔，人孔从内罐顶部穿透夹层，并且从外罐引出，人孔采用柔性连接结构，有效吸收内外罐温差变形，降低人孔结构的热应力。

(12)储罐内罐设有液氢进出口、安全阀以及液位计、温度计、压力计等仪表开口。为便于装配时内外罐套合，内罐开口穿过夹层，从外罐端部封头引出。内罐开口的内部管路在夹层中交叉环绕布置，同时开口所在的外罐端部封头与内罐端部封头夹层空间适当增大。此方法通过增加管路长度，降低液氢沿管路的冷量损失同时增大管路的柔性，降低温差变形导致的管路热应力。所有穿越夹层的开口与外罐均采用套管连接方式，套管与内伸接管外壁填充软质绝热材料如玻璃棉，此方法可增加管路长度，同时降低开口接管与外罐壁的热应力。

(13)外罐罐外壁以及开口接管、人孔接管的外壁均涂敷防腐保护层，保护层除了良好的防腐能力外还具有较强的抗机械性损伤性能、防水性能和绝缘性能，能避免外部雨水、砂土、微生物对储罐的腐蚀以及外部尖锐颗粒砂土对储罐外壁的机械损伤。

(14)储罐上部以及侧面覆土层中铺设辅助加热措施如电加热或蒸汽加热系统，当储罐所在地冬季环境温度过低且持续时间较长时，储罐外罐壁可能会在零度以下，故覆土层可能会出现冻胀现象，对储罐造成不利影响，设置辅助加热措施可避免覆土层因温度过低产生的冻胀现象。

(15)开口所在封头侧外部不覆土，有利于封头侧开口外部附件的安装与检维修。

(16)封头侧挡土墙与储罐筒体之间设有隔震垫，防止基础沉降或储罐冷缩变形，导致储罐壳体与挡墙之间直接接触造成储罐损伤。

(17)同一个覆土堆可并列放置多个储罐，储罐之间只需保留相应的检修空间即可，而地面球罐因防火需要，储罐之间间距保持较大，故覆土卧式液氢储罐群占地面积相对较小。

本发明可用于储存大量的液氢，例如储存100～1500立方米的液氢。本发明同样可用于深冷液态介质，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实用发明保护的范围。

附图说明

图1为本发明的一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐的主体结构示意图；

图2为图1的A—A剖视图；

图3为本发明的一种多支座支撑的覆土卧式液氢储罐外罐加强结构示意图。

其中所示附图标记为：

11—内罐圆筒；12—内罐端部封头(一)；13—内罐端部封头(二)；14—外罐圆筒；15—外罐端部封头(一)；16—外罐端部封头(二)；17—外罐加强结构；18—外罐防腐保护层；21—夹层绝热材料.22—辅助加热设施，23—绝热垫块；31—外罐竖向支撑结构；32-内罐竖向支撑结构；33-内罐周向支撑结构；41-人孔，42—外罐开口；43—外罐开口井；44—内罐开口；51—地坪；52—基础支墩；53-覆土层；54—挡土墙；55—隔震垫圈。

具体实施方式

下面结合附图1～3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─附图3所示，本发明一种采用覆土式的卧式液氢储罐，包含双层圆筒形卧罐、绝热系统、储罐支撑系统、开口系统以及土建系统。

所述双层圆筒形卧罐1由内罐圆筒11、内罐端部封头(一)12、内罐端部封头(二)13、外罐圆筒14、外罐端部封头(一)15、外罐端部封头(二)16外罐加强结构17、外罐防腐保护层18组成。内罐端部封头(二)13与外罐端部封头(二)16环形空间比适当加大。外罐圆筒壳14内壁设有外罐加强结构17。

因内罐圆筒11,内罐端部封头(一)12,内罐端部封头(二)13直接接触液氢，故材料可选耐低温奥氏体不锈钢。因环形空间填满绝热材料，故外罐圆筒14、外罐端部封头(一)15、外罐端部封头(二)16与外罐加强结构17可采用普通碳钢或低合金材料。

内外罐环形空间为60～300mm，内外罐环形空间填满夹层绝热材料21，夹层绝热材料21可为颗粒状多孔绝热材料或如膨胀珍珠岩或多层绝热材料并抽真空，如辐射屏可采用铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜，间隔物可采用玻璃纤维纸或植物纤维纸、尼龙布或涤纶膜等。

外罐支撑结构31为空心的斜锥支柱结构，与外罐筒体14贯通连接，沿外罐筒体14轴向方向左右对称多组均匀布置。

内罐竖向支撑结构32设置于内罐筒体11与外罐筒体14间的环形空间内，为竖向支柱结构，内罐竖向支撑结构32与外罐支撑结构31同轴布置，内罐竖向支撑结构32支柱向下伸至外罐竖向支撑结构31内，底端与外罐竖向支撑结构31底部固定。

内罐周向支撑结构33，用于限制内罐的横向水平位移同时限制内罐的转动。周向支撑结构33沿内罐筒体11圆周切向布置，一端连接内罐筒体11，一端连接外罐筒体14。周向支撑结构33在储罐夹层内上下各分布一组，且反向布置。

内罐竖向支撑结构32、周向支撑结构33所用支柱或支撑杆可采用奥氏体不锈钢所制的圆钢或钢管，其端部与内外罐相连均采用铰接结构。

储罐顶部设有人孔41，人孔41从内罐圆筒11顶部穿透夹层，并且从外罐圆筒14引出，人孔41采用柔性连接结构。所有有外罐开口42在外罐筒体14顶部集中布置，设有外罐开口井43作为保护装置。

内罐筒体11与内罐端部封头(二)13分别设有内罐开口44。内罐开口穿过夹层，从外罐端部封头(二)16引出。内罐开口44内部管路在夹层中环绕交叉布置。

外罐圆筒14、外罐端部封头(一)15、外罐端部封头(二)16、人孔41、外罐开口井43，的外壁均涂敷防腐保护层18，防腐保护层18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。

根据液氢储罐外罐竖向支撑结构33的布置，在地坪51以上相应位置设置基础支墩52。外罐竖向支撑结构33与基础支墩52通过地脚螺栓连接。外罐竖向支撑结构33底部与基础支墩52上表面设有绝热垫块23，绝热垫块23可为聚氨脂等硬质绝热材料。

液氢储罐上部及底部均铺设覆土层53，覆土层53可用采用粒径较大的粗砂或者砾石。储罐上部的覆土层53厚度约为300～1000mm。液氢储罐开口所在外罐端部封头(二)16封头外部不覆土。

覆土层53中铺设辅助加热系统22，辅助加热设施22可为电加热或蒸汽加热系统。

外罐端部封头(二)16侧设有挡土墙54，挡土墙54与外罐圆筒14之间设有隔震垫55，隔震垫55可采用橡胶等软质材料。

以上描述为本发明的实施例，不能因此而理解为对本发明的专利范围的限制。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。