一种双层球形液氢储罐装置及支撑固定方法与流程

本发明属于液氢存储设备，具体涉及到一种双层球形液氢储罐装置及支撑固定方法。

背景技术：

1、随着各行业加强低碳零碳科技攻关，积极实现绿色低碳技术的突破。氢气作为一种新兴能源，具有清洁、无污染和可持续等优势是当前最有前景的清洁能源之一。液氢常沸点仅为20.3k(液氧为90k)，液氢的密度为常温、常压下气态氢气的845倍，容积汽化潜热不到液氧的七分之一，极易汽化。此外，氢气极易燃烧和爆炸，因此对液氢的储存提出了更高的要求。船舶运输液氢作为氢能产业链的重要一环，可实现氢能源的跨领域和跨地区分配，液氢运输船的发展也将进一步推动氢能产业的发展。真空绝热储罐作为一种高效的低温液体贮存容器，是液氢介质储存的首选方式。如何更好、更安全地实现液氢真空多层绝热贮罐在运输船应用，是目前研究的一个重点方向。

2、液氢储储罐通常都是采用多层高真空保温的形式来进行储存，而大型液氢储罐在工程应用案例较少，真空层在使用时一旦失效就会造成保冷失效，甚至安全事故。

3、专利号cn113739061a公开了一种用于液氢储存的金属低温薄膜储罐，用双层薄膜屏蔽的结构设计盛液，薄膜的柔韧性保证在突发事故下屏蔽的完整性，但绝缘保冷箱与薄膜造价昂贵，施工周期长，施工环境苛刻，且需要与船体结构形成良好的匹配。

4、专利号cn214567917u公开了一种双层球罐，该双层球罐层球罐通过将内球罐的球心设置为高于外球罐的球心，即偏心结构，从而即方便位于底部夹层空间内的管路的安装，但该球形结构的双层壳体支撑件未考虑热胀冷缩产生的变形产生的应力。

5、专利号cn114738658a公开了一种大型液氢真空双层球罐的套管支撑结构，其支撑件未考虑储罐倾斜对于支撑件造成的结构影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种双层球形液氢储罐装置及支撑固定方法，本发明的装置及方法通过在内球罐与外球罐之间设置的斜拉固定模块中的下吊带、预紧件和上吊带将内罐固定，斜拉方式延长了吊带的长度，增加了斜拉固定系统的导热热阻，预紧件通过人工或自动调节来适应内罐的热胀冷缩；防倾斜装置使用低导热率的t型滑块嵌在外罐的凹型槽内防止球罐因为船体摇摆或因为陆上的地震活动对内罐罐体产生相对于外罐的位移；降低了陆上或船上大型储罐的建造成本。

2、为了实现上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

3、一种双层球形液氢储罐装置，该装置包括内球罐、外球罐、真空粉末绝缘层、支柱、斜拉固定模块和防倾斜模块，所述内球罐外周设置有所述外球罐，所述外球罐与所述内球罐之间形成球形环状空间，所述内球罐外表面设置有所述真空粉末绝缘层，所述外球罐下部设置有多个支柱，所述内球罐与所述外球罐设置分别多个斜拉固定模块和防倾斜模块；所述内球罐用于储存液氢，所述支柱用于固定所述外球罐，所述斜拉固定模块用于固定所述内球罐与所述外球罐的相对位置，所述防倾斜模块用于调整内球罐的倾斜度。

4、上述内球罐与所述外球罐为同心罐体，所述外球罐顶部设有气穹，所述内球罐顶部开有进液口，所述内球罐顶部设置有膨胀节，所述膨胀节与所述气穹底部紧密连接；所述外球罐底部设有抽气口；所述内球罐内部设置有泵塔支架，所述泵塔支架用于固定所述内球罐内部设置的潜液泵和管道。

5、上述真空粉末绝缘层与所述外球罐之间设置有球形环状空间，所述外球罐与所述内球罐之间的球形环状空间为真空夹层，所述真空压层的压力为0.3-13pa；所述内球罐的设计压力为3barg-8barg。

6、上述内球罐中部与所述外球罐中部之间设置有多个所述斜拉固定模块和防倾斜模块，所述斜拉固定模块和防倾斜模块均匀分布，所述斜拉固定模块和防倾斜模块分别安装在所述内球罐最大水平外周与所述外球罐最大水平内周之间。

7、上述防倾斜模块包括内罐支撑板、承压杆、缓冲器、t型滑块和凹槽，所述内罐支撑板为三角肘板，所述内罐支撑板一端与所述内罐最大水平外周垂直焊接固定，所述内罐支撑板另一端与所述承压杆固定连接，所述凹槽安装在所述外球罐最大水平内周上，所述凹槽与所述内罐支撑板的安装位置在同一水平面上，所述凹槽内安装所述t型滑块，所述t型滑块与所述承压杆之间安装所述缓冲器；所述内球罐与所述外球罐之间均匀分布四个所述防倾斜模块，每个所述防倾斜模块两侧分别安装所述斜拉固定模块。

8、上述斜拉固定模块包括内罐吊耳、下吊带、预紧件、上吊带和外罐吊耳，所述内罐吊耳安装在所述内管支撑板下方的所述内球罐上，所述外罐吊耳安装在所述凹槽上方的所述外球罐上，所述下吊带一端与所述内罐吊耳铰接连接，所述下吊带另一端与所述预紧件一端连接，所述预紧件另一端与所述上吊带一端连接，所述上吊带另一端与所述外罐吊耳铰接连接，所述预紧件用于调整所述内罐吊耳与所述外罐吊耳之间的距离；所述下吊带和上吊带在同一直线上，所述下吊带和上吊带所在的直线与水平面的夹角为45-60°。

9、上述支柱安装在所述外球罐下部外周上，所述支柱均匀分布在所述外球罐四周，相邻所述支柱底部之间设置有交叉拉杆连接。

10、一种双层球形液氢储罐的支撑固定方法，该方法具体包括如下步骤：

11、第一步，准备一种双层球形液氢储罐装置，该装置包括内球罐、外球罐、真空粉末绝缘层、支柱、斜拉固定模块和防倾斜模块，所述内球罐外周设置有所述外球罐，所述外球罐与所述内球罐之间形成球形环状空间，所述内球罐外表面设置有所述真空粉末绝缘层，所述外球罐下部设置有多个支柱，所述内球罐与所述外球罐设置分别多个斜拉固定模块和防倾斜模块；所述内球罐用于储存液氢，所述支柱用于固定所述外球罐，所述斜拉固定模块用于固定所述内球罐与所述外球罐的相对位置，所述防倾斜模块用于调整内球罐的倾斜度；

12、第二步，向内球罐内输送液氢或从内球罐内输出液氢时，所述内球罐发生热胀冷缩时，通过斜拉固定模块中的预紧件伸长或收缩所述下吊带和上吊带的长度，调整所述外球罐与所述内球罐的间距使所述内球罐与所述外球罐保持同球心状态；

13、第三步，当内球罐发生倾斜时，防倾斜模块中的缓冲器被压缩或拉伸使内球罐上部的进液口与气穹底部进口保持对齐；

14、第四步，当内球罐热胀冷缩时，内球罐进液口上的膨胀节通过热胀冷缩变形保持内球罐进液口与气穹底部的紧密连接，防止液氢泄露至内球罐与外球罐之间的球形环状空间内。

15、基于上述技术方案，本发明专利一种双层球形液氢储罐装置及支撑固定方法经过实践应用取得了如下技术优点：

16、1.本发明一种双层球形液氢储罐装置通过在内球罐与外球罐之间设置的斜拉固定模块中的下吊带、预紧件和上吊带将内罐固定，斜拉方式延长了吊带的长度，增加了斜拉固定系统的导热热阻，预紧件通过人工或自动调节来适应内罐的热胀冷缩；防倾斜装置使用低导热率的t型滑块嵌在外罐的凹型槽内防止球罐因为船体摇摆或因为陆上的地震活动对内罐罐体产生相对于外罐的位移；降低了陆上或船上大型储罐的建造成本。

17、2.本发明一种双层球形液氢储罐装置为低压液氢储罐，与压力达35mpa的高压储氢气瓶相比，避免了“氢脆”对罐体材料的破坏，同时获得了更高的储存密度；与金属低温薄膜相比，简化了罐体结构，降低了施工成本。

18、3.本发明一种双层球形液氢储罐装置的罐体材料以及支撑固定结构采用高强度低导热率的材料，降低了真空结构支撑部件的漏热量，提高了储罐的绝热效果。

19、4.本发明一种双层球形液氢储罐装置的内球罐采用低真空粉末绝热方式，适用于大型真空液氢储罐工程化应用，双层壳体内的巨大空间即可满足管子布置，同时也避免了高真空的维持运营成本。

20、5.本发明一种双层球形液氢储罐装置在罐体内布置了泵塔支架，解决了大型球体储罐内潜液泵与管子固定问题，同时为检修人员提供了方便的通道；此外双层壳体的防倾斜装置设计可以使得该大型液氢储罐即满足陆上使用，也可用于大型液氢运输船，提高了球形液氢储罐的应用范围。