具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐，包括：预应力混凝土外罐，所述预应力混凝土外罐为圆筒形预应力钢筋混凝土结构，其底端固定于储罐承台上，所述储罐承台固定在桩基上；预应力混凝土穹顶，所述预应力混凝土穹顶为球面圆弧形钢筋混凝土结构，设置于所述预应力混凝土外罐的顶部；钢结构内罐，所述钢结构内罐为圆筒形结构，设置于所述预应力混凝土外罐内部，其底端固定于所述储罐承台上；钢质穹顶，所述钢质穹顶为球面圆弧形结构，设置于所述钢结构内罐的顶部。本实用新型专利技术装置可在低压条件下存储液氢，并且内外罐完全分开，可在不影响罐内操作的情况下进行绝热材料补填。材料补填。材料补填。

【技术实现步骤摘要】
具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐


[0001]本技术涉及一种具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐，属于液氢存储


技术介绍

[0002]随着清洁能源应用技术的不断成熟和我国能源结构调整的持续推进，氢能行业发展势头持续向好。氢能具有如下优势：(1)氢元素在地球中含量最多；(2)氢与氧反应产物只有水，真正清洁、无污染；(3)单位质量所含能量最高；(4)便于大规模制备；(5)可以直接转变成热能、机械能和电能。因此，氢能被认为是新世纪的重要二次能源。
[0003]安全经济的氢气储运技术是氢能利用推向实用化、产业化的关键。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。
[0004]液氢储存容器的主要难点在于绝热问题，由于容器内液氢与环境温差大，为控制容器内液氢蒸发损失和确保储槽的安全(抗冻、承压)，对储罐及其绝热材料的选材和储罐的设计均有很高的要求。目前，常见的液氢储罐外型有球型和圆柱形两类，球形储罐容积通常大于圆柱形储罐，但是若想储存更大容积的液氢，球形储罐也难以实现。
[0005]目前国内液氢储罐容积多为几十至几百立方米，由内外两层组成，储存罐内胆一般采用铝合金、不锈钢等材料制成。内胆通过支撑物置于外层壳体中心，盛装温度为20K的液氢。支撑物通常由长长的玻璃纤维带制成，具有良好的绝热性，内外夹层中间填充绝热材料。
[0006]液氢极低的沸点(20K)给选材及低温应力设计带来极大困难，同时液氢存在正仲氢两种状态，正常情况下存在转化放热，可能导致储罐升压，大型低温液氢储罐，设计压力较LNG介质要稍高，因此大型液氢储罐(4000m3及以上)很难和常规深冷低温储罐一样，做成平底圆筒常压储罐。但是如果选择球罐罐型，虽然设计压力和应力难点稍小，但球罐给底部支撑应力设计、运输以及板材高效利用、安装焊接带来困难，球罐罐型难以大型化。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本技术提供一种具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐，外罐为预应力混凝土，内罐为奥氏体不锈钢或其它合金材料，可在低压(≤1.6MPa.G)条件下存储4000m3‑
27000m3液氢，并且内外罐完全分开，可在不影响罐内操作的情况下进行绝热材料补填。
[0008]为实现上述目的，本技术采取以下技术方案：
[0009]一种具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐，包括如下部件：
[0010]预应力混凝土外罐，所述预应力混凝土外罐为圆筒形预应力钢筋混凝土结构，其
底端固定于储罐承台上，所述储罐承台固定在桩基上；
[0011]预应力混凝土穹顶，所述预应力混凝土穹顶为球面圆弧形钢筋混凝土结构，设置于所述预应力混凝土外罐的顶部；
[0012]钢结构内罐，所述钢结构内罐为圆筒形结构，设置于所述预应力混凝土外罐内部，其底端固定于所述储罐承台上；
[0013]钢质穹顶，所述钢质穹顶为球面圆弧形结构，设置于所述钢结构内罐的顶部；
[0014]所述预应力混凝土外罐的内壁与所述钢结构内罐的外壁之间以及所述预应力混凝土穹顶的内壁与所述钢质穹顶的外壁之间均设置有保温层。
[0015]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述预应力混凝土外罐的周向方向设置有填充孔，用于对所述低压液氢混凝土储罐进行全生命周期的填充绝热材料。
[0016]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述保温层包括膨胀珍珠岩、弹性毡或玻璃砖中的至少一种。
[0017]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述储罐承台的内表面上设置有至少一层罐底保温层，所述预应力混凝土外罐的内壁与所述钢结构内罐的外壁之间还设置有罐壁保温层。
[0018]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述罐底保温层为泡沫玻璃砖，用于承受上部结构及液重荷载。
[0019]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，当所述罐底保温层为泡沫玻璃砖且多层布置时，每层所述泡沫玻璃砖交错布置，避免出现贯穿缝隙后保冷效果降低。
[0020]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述桩基为高架空式或坐地式钢筋混凝土结构。
[0021]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述储罐承台中布置有预应力钢筋，所述储罐承台与所述预应力混凝土外罐的罐壁下端连接处的厚度大于所述预应力混凝土外罐的罐壁厚度，所述预应力混凝土外罐的罐壁上端与所述预应力混凝土穹顶连接处的厚度大于所述预应力混凝土穹顶的厚度，从而可以实现相对较高的储罐结构操作压力。
[0022]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，还包括进料系统、氢气蒸发气处理系统、压力保护系统和真空保护系统，所述进料系统设置于所述低压液氢混凝土储罐的顶部或底部，所述氢气蒸发气处理系统、压力保护系统和真空保护系统设置于所述低压液氢混凝土储罐的顶部。
[0023]所述的低压液氢混凝土储罐，优选地，所述低压液氢混凝土储罐的最大操作压力可达到1.6MPa.G。
[0024]本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0025]1、常规液氢储罐为圆柱形或球形，而本技术为立式圆筒平底液氢储罐，在混凝土外罐中均布置了预应力钢筋，抗裂性好，可承受较高的储罐操作压力，避免裂缝产生；并且通过在外墙下部、穹顶部位等增加混凝土厚度，可承受较高的设计压力(1.6MPa.G)。
[0026]2、常规液氢储罐容积不超过300m3，本技术容积可达到4000m3‑
27000m3，极大提升了储氢能力，液氢储罐内罐为奥氏体不锈钢或其它合金材料，可承受20K的低温。
[0027]3、常规液氢球罐采用真空多层缠绕绝热，本技术中内外罐之间的绝热材料为膨胀珍珠岩粉末。
[0028]4、由于大容积液氢储罐的内罐在冷却阶段沿径向收缩幅度大，并且膨胀珍珠岩会因自重发生沉降，本技术液氢储罐的内、外罐完全分开，墙体环形空间和穹顶部位填充膨胀珍珠岩，混凝土穹顶周向布置有珍珠岩填充孔，可通过顶部珍珠岩填充孔进行加注，在内罐收缩后可通过填充口进行补填或在储罐运行期间通过穹顶部位的珍珠岩填充孔进行补填充，不会影响罐内操作。
附图说明
[0029]图1为本技术一实施例提供的具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐的结构示意图；
[0030]图中各标记如下：
[0031]1‑
储罐承台；2
‑
预应力混凝土外罐；3
‑
钢结构内罐；4
‑
罐壁保温层；5
‑
保温层；6
‑
罐底保温层；7
‑
钢质穹顶；8
‑
预应力混凝土穹顶；9
‑
进料系统；10
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有大型拱顶结构的低压液氢混凝土储罐，其特征在于，包括如下部件：预应力混凝土外罐(2)，所述预应力混凝土外罐(2)为圆筒形预应力钢筋混凝土结构，其底端固定于储罐承台(1)上，所述储罐承台(1)固定在桩基(14)上；预应力混凝土穹顶(8)，所述预应力混凝土穹顶(8)为球面圆弧形钢筋混凝土结构，设置于所述预应力混凝土外罐(2)的顶部；钢结构内罐(3)，所述钢结构内罐(3)为圆筒形结构，设置于所述预应力混凝土外罐(2)内部，其底端固定于所述储罐承台(1)上；钢质穹顶(7)，所述钢质穹顶(7)为球面圆弧形结构，设置于所述钢结构内罐(3)的顶部；所述预应力混凝土外罐(2)的内壁与所述钢结构内罐(3)的外壁之间以及所述预应力混凝土穹顶(8)的内壁与所述钢质穹顶(7)的外壁之间均设置有保温层(5)。2.根据权利要求1所述的低压液氢混凝土储罐，其特征在于，所述预应力混凝土外罐(2)的周向方向设置有填充孔，用于对所述低压液氢混凝土储罐进行填充绝热材料。3.根据权利要求1所述的低压液氢混凝土储罐，其特征在于，所述保温层(5)为膨胀珍珠岩、弹性毡或玻璃砖。4.根据权利要求1所述的低压液氢混凝土储罐，其特征在于，所述储罐承台(1)的内表面上设置有至少一层罐底保温层(6)，所述预应力混凝土外罐(2)的内壁与所述钢结构内罐(3)的外壁之间还设置有罐壁保温层(4)。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，扬帆，陈团海，计宁宁，黄欢，段品佳，张博超，刘洋，赵铭睿，李安琪，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：