大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐的制作方法

1.本实用新型涉及液氢存储容器设备技术领域，具体是关于一种大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐。


背景技术：

2.能源一直是人类发展的永恒话题，也是国家发展的重要战略资源。综合目前可利用的新型能源，全球一致认为氢能是替代化石燃料的最佳能源。随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，氢源技术及氢能基础设施的研究和建设已引起各个国家的高度关注。氢能行业发展势头持续向好，氢能的发展已到了一个关键时期，从过去的“未来能源”，如今正一步步走向大规模应用。
3.氢能源作为理想的新型能源制约其实用化、规模化的关键是储氢。目前获得广泛关注的储氢技术主要有高压储氢、金属氢化物储氢以及低温液态储氢。低温液态储氢技术具有单位质量和单位体积储氢密度大的绝对优势。液化储氢是将氢气压缩后深冷到21k以下使之液化成液氢，然后存入特制的绝热真空容器中保存。由于液氢密度为70.78kg/m3，是标况下氢气密度0.08342kg/m3的近850倍，即使将氢气压缩至15mpa，甚至35、70mpa，其单位体积的储存量也比不上液态储存。单从储能密度上考虑，低温液态储氢是一种十分理想的方式。
4.然而，目前，我国的低温液态存储技术还处于一个滞后的阶段，低温液态存储装置均不能大规模低温存储液氢。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，能够解决大规模低温存储液氢的问题，并通过所述设备的气密系统确保低温存储液氢设备的安全平稳运行。
6.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
7.本实用新型所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，包括：桩基础，与地面固定，所述桩基础上设置有承台；罐底保冷层，层叠设置于所述承台的顶部；储罐本体，底部与所述罐底保冷层固定，所述储罐本体内部具有存储液氢的空腔；所述储罐本体包括从外之内依次设置的预应力混凝土外罐、珍珠岩层、弹性毡层和内罐；金属吊顶，设置于所述储罐本体的顶部，其外边沿与所述储罐本体的珍珠岩层连接；预应力混凝土穹顶，设置于所述金属吊顶的上方，其外边沿与所述储罐本体的预应力混凝土外罐顶部固定；所述桩基础、所述储罐本体的预应力混凝土外罐和所述预应力混凝土穹顶内均预制有预应力钢筋。
8.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，所述金属吊顶边沿和所述珍珠岩层之间设置有波纹结构吊顶。
9.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，所述金属吊顶和所述珍珠岩层的连接处设置有珍珠岩挡板。
10.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，所述金属吊顶上部设置有吊顶玻璃棉保温层；所述金属吊顶上设置有吊顶泄放口。
11.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，所述预应力混凝土穹顶底部设置有穹顶衬板；所述预应力混凝土穹顶一侧设置有珍珠岩加注口，所述珍珠岩加注口贯穿所述预应力混凝土穹顶后伸入所述储罐本体的珍珠岩层的环形空间上部。
12.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括进料系统，用于对储罐本体进行进料；所述进料系统包括，进料管体、第一进料管线和第二进料管线；所述进料管体设置于所述储罐本体内部，所述进料管体底部与内罐底部固定；料原通过第一进料管线与所述进料管体连通；料原通过第二进料管线与所述储罐本体内部空腔连通；所述第一进料管线和所述第二进料管线上分别设置有第一阀门。
13.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括泵外输系统，用于将内部液氢输送至储罐本体外；所述泵外输系统包括泵井、液氢输送泵和第一输出管线；所述泵井设置在所述储罐本体内，所述泵井内设置所述液氢输送泵，所述液氢输送泵通过第一输出管线与外部存储装置连接，所述第一输出管线上有第二阀门。
14.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括氢气蒸发气处理系统，用于排除过量的氢气蒸发气体；所述氢气蒸发处理系统包括第二输出管线；所述储罐本体内部腔体通过第二输出管线与外部氢气收集装置连接。
15.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括超压保护系统，用于在储罐超压时对储罐进行压力控制保护；所述超压保护系统包括第三输出管线和压力安全阀；所述储罐本体内部腔体通过第三输出管线与外部回收管连接；所述第三输出管线上设置有压力安全阀。
16.所述的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括真空保护系统，用于在储罐负压时对储罐进行压力控制保护；所述真空保护系统包括输入管线和真空安全阀；h2或he惰性气体通过输入管线与所述储罐本体腔体连接；所述输入管线上设置有真空安全阀。
17.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
18.(1)在存储压力方面，本实用新型与常规低温烃类大型预应力混凝土储罐相比，存储压力提升较大，常规储罐一般设计压力较低，小于29kpa(g)，只有外罐壁墙体中布置预应力钢筋；本实用新型储罐压力为0.6mpa(g)，存储压力大。
19.(2)在预应力混凝土设计方面，本实用新型与常规低温烃类大型预应力混凝土储罐相比，预应力混凝土设计占比突出，常规储罐只有外罐壁墙体中布置预应力钢筋，而本实用新型储罐在底部承台、外罐壁墙体、顶部混凝土穹顶中均布置预应力钢筋，在底部桩承台、外罐墙体连接处加强了外罐底部厚度，在外罐墙体和穹顶连接处加强了外罐上部厚度，从而可以实现相对较高的储罐结构操作压力。
20.(3)在储罐存储容积方面，突破罐容限制，本实用新型存储有效容积可最高可达27万方。与常规低温烃类的球罐罐型比较，突破了底部支撑应力设计、运输以及板材高效利用、安装焊接及更大容积储罐很难再选择球罐罐型的难题，实现了大容积存储液烃的问题；
21.(4)在混凝土强度方面，充分利用混凝土拉伸极限，本实用新型存储可以达到最高设计压力0.6mpa(g)，该压力基本为高强混凝土拉伸强度极限(一般混凝土抗压而不抗拉
伸)。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
23.图1是本实用新型的剖视结构示意图；
24.图2是本实用新型的俯视结构示意图；
25.图3是本实用新型的桩基础与储罐本体连接的局部放大示意图；
26.图4是本实用新型的金属吊顶、预应力混凝土穹顶与储罐本体连接的局部放大示意图；
27.图5是本实用新型的波纹结构吊顶的结构示意图。
28.附图中各标记表示如下：
29.1-桩基础；2-预应力混凝土外罐；3-内罐；4-弹性毡层；5-珍珠岩层；6-罐底保冷层；7-金属吊顶；8-吊顶玻璃棉保温层；9-预应力混凝土穹顶；10-穹顶衬板；11-珍珠岩挡板；12-吊顶泄放口；13-波纹结构吊顶；14-珍珠岩加注口；15-进料系统；16-泵外输系统；17-氢气蒸发气处理系统；18-超压保护系统；19-真空保护系统。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.本实用新型提供一种大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，通过桩基础、玻璃砖层或puf层、储罐本体、金属吊顶和预应力混凝土穹顶的配合连接，能够解决大规模低温存储液氢的问题，并通过所述设备的气密系统确保低温存储液氢设备的安全平稳运行。
32.如图1和图3所示，本实用新型提供的大型吊顶结构低压液氢混凝土储罐，包括：桩基础1，与地面固定，桩基础上部设置有承台；罐底保冷层6，层叠设置于承台的顶部，其中罐底保冷层6可以为玻璃砖层或puf(聚氨酯)层；储罐本体，底部与罐底保冷层6固定，储罐本体内部具有存储液氢的空腔；储罐本体包括从外之内依次设置的预应力混凝土外罐2、珍珠岩层5、弹性毡层4和内罐3；金属吊顶7，设置于储罐本体的顶部，其外边沿与储罐本体的珍珠岩层5连接；预应力混凝土穹顶9，设置于金属吊顶7的上方，其外边沿与储罐本体的预应力混凝土外罐2顶部固定；桩基础1、储罐本体的预应力混凝土外罐2和预应力混凝土穹顶9内均预制有预应力钢筋。
33.在上述实施例中，优选地，如图4和图5所示，金属吊顶7的边沿和珍珠岩层5之间设置有波纹结构吊顶13。由此，可防止吊顶在温差作用下产生收缩变形，波纹结构可有效伸展预防吊顶结构收缩。
34.在上述实施例中，优选地，如图4所示，金属吊顶7和珍珠岩层5的连接处设置有珍珠岩挡板11。其中，珍珠岩挡板可用不锈钢丝网加纤维布材料，由此，可以防止填充珍珠岩
时，珍珠岩进入吊顶空间内。
35.在上述实施例中，优选地，金属吊顶7上部设置有吊顶玻璃棉保温层8，玻璃棉保温层可以起到保温作用，避免吊顶空间受冷；金属吊顶7上设置有吊顶泄放口12(见图2)，使金属吊顶7上下空间之间的压差产生的作用力不超过吊顶的重量，用于储罐运营期间维持罐内和顶部气压平衡，以免吊顶被举升。
36.在上述实施例中，优选地，预应力混凝土穹顶9底部设置有穹顶衬板10；穹顶衬板10为奥氏体不锈钢(304/304l/316/316l等)材料，厚度0.006m；通过顶梁框架支撑，用作预应力混凝土穹顶混凝土浇筑时底模具；所述预应力混凝土穹顶一侧设置有珍珠岩加注口14，珍珠岩加注口14贯穿预应力混凝土穹顶9后伸入储罐本体的珍珠岩层5的环形空间上部，珍珠岩加注口14用于储罐珍珠岩的加注以及后续珍珠岩发生沉降时的填充。
37.在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括进料系统15，用于对储罐本体进行进料；所述进料系统包括，进料管体、第一进料管线和第二进料管线；所述进料管体设置于所述储罐本体内部，所述进料管体底部与内罐底部固定；料原通过第一进料管线与所述进料管体连通；料原通过第二进料管线与所述储罐本体内部空腔连通；所述第一进料管线和所述第二进料管线上分别设置有第一阀门。
38.需要说明的是，若存在可能的分层情况时，如当来船液氢密度大于罐内储存液氢密度时，从顶部进料，即通过第二进料管线进料；当来船液氢密度小于罐内储存液氢密度时，从底部进料，即通过第一进料管线进料。采用此种进料模式主要是为了防止储罐内部出现分层，通过控制进料位置使卸载液氢与储罐内部液氢进行充分的混合。
39.在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括泵外输系统16，用于将内部液氢输送至储罐本体外；所述泵外输系统包括泵井、液氢输送泵和第一输出管线；所述泵井设置在所述储罐本体内，所述泵井内设置所述液氢输送泵，所述液氢输送泵通过第一输出管线与外部存储装置连接，所述第一输出管线上有第二阀门。
40.其中，需要说明的是，输送泵为潜液式离心泵，与电动马达一起安装在泵井中，在每台泵的出口管道上装有流量控制阀，其作用是调节各运行泵的出口流量，使它们在相同流量下工作，另外在紧急情况时该阀可切断输出。
41.在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括氢气蒸发气处理系统17，用于排除过量的氢气蒸发气体；所述氢气蒸发处理系统包括第二输出管线；所述储罐本体内部腔体通过第二输出管线与外部氢气收集装置连接。
42.需要说明的是，液氢储罐蒸发气体的产生主要是正仲氢转化、由于外界能量的输入造成，如泵运转、外界热量的导入、大气压的变化、环境的影响及液氢进料时造成罐内液氢体积的变化等原因产生。
43.在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括超压保护系统18，用于在储罐超压时对储罐进行压力控制保护；所述超压保护系统包括第三输出管线和压力安全阀；所述储罐本体内部腔体通过第三输出管线与外部回收管连接；所述第三输出管线上设置有压力安全阀。
44.需要说明的是，储罐正常操作压力一般小于0.6mpa(g)。由于考虑到h2安全要求,储罐通常通过bog压缩机和气/液供给与外输来维持储罐的正常操作压力。如果储罐压力升高到超过正常最大工作压力时，储罐中的气体会释放至储罐的火炬；当储罐压力继续增加，
储罐的应急压力释放系统会起到最终保护的作用，即h2蒸发气将通过压力安全阀排放至回收管内，接收站内设有独立的管道系统，用于收集超压的h2。
45.在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括真空保护系统19，用于在储罐负压时对储罐进行压力控制保护；所述真空保护系统包括输入管线和真空安全阀；h2或he惰性气体通过输入管线与所述储罐本体腔体连接；所述输入管线上设置有真空安全阀。
46.需要说明的是，通过h2/he惰性气体的供给可以维持储罐的正常操作压力。如果储罐压力降低，蒸发气压缩机停止运行并停止储罐排液。此外，还可以采用维持内部压力的供气装置，但如果还不能满足要求，储罐真空安全阀应能及时开启并补充惰性气体进入储罐，真空安全阀与接收站内专用管道系统连接，用于补充气体维持内部压力。
47.另外，需要说明的是，本实用新型的储罐保冷结构，包括罐底保冷，罐壁保冷，吊顶保冷三部分结构，其中，罐底保冷，采用玻璃砖或puf层保冷形式，玻璃砖和puf应能够承担内罐及罐内液体的荷载，保证材料强度满足要求；罐壁保冷，采用弹性毡、珍珠岩组合的形式，其中弹性毡设置在外罐外侧、珍珠岩设置在弹性毡外侧，延伸至外罐壁板或外罐衬板；所述吊顶保冷，采用玻璃棉形式，玻璃棉直接铺设在吊顶板上方。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。