一种基于相变保温材料的LNG储罐的制作方法

一种基于相变保温材料的lng储罐
技术领域
1.本实用新型涉及lng储罐技术领域，特别是关于一种相变保温材料的lng储罐。


背景技术：

2.相变保温材料是指随着温度变化而改变物理形态并能提供潜热的物质，现广泛应用于民用建筑等领域中。相变材料胶囊是一种含有相变材料的微小容器，其胶囊化技术在航空航天、建筑、汽车、环境保护、纺织服装、医疗卫生、电子器件冷却和军事伪装等领域均有应用。
3.lng(液化天然气)储罐作为lng接收站及天然气液化工厂中的非常重要的组成部分，其主要作用为储存常压-162℃的超低温lng液体，为了保证储罐内lng一直处于超低温的存储环境，储罐需要设置保温性能极强的装置。
4.目前，现有广泛应用的lng储罐保温保冷系统为应用内侧弹性毡、外侧膨胀珍珠岩的保温保冷方案来减少lng储罐的冷量流失，其保温保冷效果可以被业界接受，但始终会由于lng储罐的漏热和珍珠岩沉降等问题而产生大量的bog。由工程实际数据可知，lng储罐内日均bog(boil-offgas)生成量为0.05％，其bog生成量占接收站系统中全部bog生成量的50％以上。


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基于相变保温材料的lng储罐，其可以减少lng储罐的冷量流失，使lng储罐的保温保冷效果增强，进一步降低储罐内bog的生成量，甚至可以令罐内lng存储于过冷状态下。
6.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于相变保温材料的lng 储罐，包括：外罐和内罐，二者同轴设置且存在间隙；相变保温涂层，均匀覆盖在lng 储罐的外罐外侧表面；外侧保温保冷层，设置在所述外罐的内侧；内侧保温保冷层，设置在所述lng储罐的内罐壁板外侧，且所述内侧保温保冷层与所述外侧保温保冷层之间形成密闭的环形容置腔；中间相变胶囊填充层，设置在所述环形容置腔内，且所述中间相变胶囊填充层被配置成通过相变吸收所述lng储罐的漏热和释放吸收热量。
7.所述的lng储罐，优选地，所述中间相变胶囊填充层包括：低温相变胶囊，填充在所述环形容置腔内；低温介质循环装置，所述低温介质循环装置被配置成向所述低温相变胶囊提供冷量，以实现所述低温相变胶囊的吸热放热循环。
8.所述的lng储罐，优选地，所述低温介质循环装置包括换热管、进液管、出液管、循环泵和冷源，所述换热管设置在所述环形容置空间内，所述换热管的出口依次连接所述出液管、冷源、循环泵、进液管和换热管的进口以形成介质循环回路，通过所述换热管与所述低温相变胶囊的换热，实现所述低温相变胶囊的吸热放热循环。
9.所述的lng储罐，优选地，所述换热管为轴向螺旋布置在所述环形容置腔内，或者多组所述换热管由上至下分层径向圆周布置在所述环形容置腔内。
10.所述的lng储罐，优选地，所述相变保温涂层主要由常温相变胶囊及粘合剂组合，所述常温相变胶囊为以外部囊壁材料包裹内部相变材料而形成的球形颗粒，其内部相变材料的相变温度为所述lng储罐所在地昼夜温度的平均值，利用昼夜温差来实现所述常温相变胶囊中内部相变材料的吸热放热循环。
11.所述的lng储罐，优选地，所述低温相变胶囊为以外部弹性囊壁材料包裹内部相变材料而形成的球形颗粒，其内部相变材料的相变温度低于所述内罐中lng液体的储存温度，且其内部相变材料的密度特性为固态密度低于液态密度。
12.所述的lng储罐，优选地，所述低温介质循环装置在所述中间相变胶囊填充层的温度高于相变温度区间后开启，在所述中间相变胶囊填充层的温度低于相变温度区间后关闭。
13.所述的lng储罐，优选地，所述外侧保温保冷层和内侧保温保冷层均为弹性毡。
14.所述的lng储罐，优选地，所述冷源为制冷剂存储箱，所述进液管、出液管、循环泵及制冷剂存储箱外部均设置有保温层。
15.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本实用新型将目前应用广泛的相变保温材料应用在lng储罐保温保冷系统中，提出了一种新型的保温保冷循环系统，可以进一步提高lng储罐的保温保冷效果，减少bog的生成，具体有益效果体现在：
16.1)本实用新型在外罐外侧设置的相变保温涂层可以降低昼夜温差对lng储罐外壁的温度影响，令储罐内部的温度场更加稳定可控；
17.2)本实用新型的中间相变胶囊填充层可以通过其低温介质循环装置为lng储罐内的液态lng持续提供冷量，令储罐内的lng处于过冷的状态，降低甚至杜绝bog 的产生；同时，由于相变材料的物理性质，相变胶囊可以在预冷后体积变大，从而解决了传统lng储罐中膨胀珍珠岩的沉降问题；
18.3)本实用新型的内侧保温保冷层及外侧保温保冷层均为弹性毡材料，在起到保温保冷的同时，可以吸收相变胶囊由于相变所引起的挤压力。
附图说明
19.图1为本实用新型一实施例提供的lng储罐及保温保冷系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型一实施例提供的保温保冷系统的结构示意图；
21.图3为本实用新型一实施例提供的轴向螺旋布置换热管的结构示意图；
22.图4为本实用新型另一实施例提供的径向圆周布置换热管的结构示意图。
23.图中各标记如下：
24.1-外罐；2-内罐；3-相变材料保温涂层；4-外侧保温保冷层；5-内侧保温保冷层； 6-中间相变胶囊填充层；7-低温相变胶囊；8-换热管；9-进液管；10-出液管；11-循环泵；12-冷源。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造
性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.本实用新型利用相变材料由固态变为液态的过程中会吸收大量的潜热这一特性，将相变材料配制成满足相应相变温度的相变胶囊，并将其应用于lng储罐的保温保冷系统中，形成了一种新型的保温保冷循环系统，其可以减少lng储罐的冷量流失，使 lng储罐的保温保冷效果增强，进一步降低储罐内bog的生成量，甚至可以令罐内 lng存储于过冷状态下。
29.如图1所示，本实施例提供的基于相变保温材料的lng储罐，包括：外罐1和内罐2，二者同轴设置且存在间隙；相变保温涂层3，均匀覆盖在lng储罐的外罐1外侧表面；外侧保温保冷层4，均匀设置在外罐1的内侧；内侧保温保冷层5，均匀设置在lng储罐的内罐2壁板外侧，且内侧保温保冷层5与外侧保温保冷层4之间形成密闭的环形容置腔；中间相变胶囊填充层6，设置在环形容置腔内，且中间相变胶囊填充层6被配置成通过相变吸收lng储罐的漏热和释放吸收热量。
30.上述实施例中，优选地，如图2所示，中间相变胶囊填充层6包括：低温相变胶囊7，填充在环形容置腔内；低温介质循环装置，低温介质循环装置被配置成向低温相变胶囊7提供冷量，以实现低温相变胶囊7的吸热放热循环。
31.上述实施例中，优选地，低温介质循环装置包括换热管8、进液管9、出液管10、循环泵11和冷源12，换热管8设置在环形容置空间内，换热管8的出口依次连接出液管10、冷源12、循环泵11、进液管9和换热管8的进口以形成介质循环回路，通过换热管8与低温相变胶囊7的换热，实现低温相变胶囊7的吸热放热循环。
32.上述实施例中，优选地，结合lng储罐容积等工程实际情况，换热管8在环形容置腔有多种结构形式可以选择，本实施例中列举两种较为常用的结构形式：如图3所示，第一种结构形式为换热管8为轴向螺旋布置在环形容置腔内，由一进液管9和一出液管10与之连接；如图4所示，第二种结构形式为多组换热管8由上至下分层径向圆周布置在环形容置腔内，图中展示为4组，工程中可根据实际情况适当增减。
33.上述实施例中，优选地，相变保温涂层3主要由常温相变胶囊及粘合剂组合，常温相变胶囊为以外部囊壁材料包裹内部相变材料而形成的球形颗粒，其内部相变材料的相变温度为lng储罐所在地昼夜温度的平均值，利用昼夜温差来实现常温相变胶囊中内部相变材料的吸热放热循环，具体为：相变保温涂层3在白昼时(即高于相变温度时)，常温相变胶囊中的相变材料由固态融化为液态，由其相变过程吸收外罐1外侧表面的热量，可以将外罐1外侧表面的温度维持在相变温度左右；相变保温涂层3 在夜晚时(即低于相变温度时)，常
温相变胶囊中的相变材料由液态凝固为固态，为次日白昼继续相变吸热做好准备，同时由其相变过程释放热量，同样可以将外罐1外侧表面的温度维持在相变温度左右。由此，相变保温涂层3可以降低昼夜温差对外罐 1外侧表面温度变化的影响，并将其维持在相变温度左右，减少了外罐1对lng储罐内部温度场的影响。
34.上述实施例中，优选地，低温相变胶囊7为以外部囊壁材料包裹内部相变材料而形成的球形颗粒，其内部相变材料的相变温度低于内罐2中lng液体的储存温度 (-162℃)。低温相变胶囊7在填充时，胶囊内的相变材料为液态，在经过低温介质循环装置降温后，胶囊内的相变材料释放热量发生相变成为固态，将胶囊内相变材料为固态时的状态成为低温相变胶囊7的工作状态，设计该相变材料的密度特性为固态密度低于液态密度，设计外部囊壁材料为弹性较大的材料。由此，低温相变胶囊达到工作状态后，会导致中间相变胶囊填充层6的体积增大，这一特性弥补了传统珍珠岩填充层会在所述lng储罐预冷后沉降的缺点，进一步提高了lng储罐的保温保冷性能。
35.上述实施例中，优选地，外侧保温保冷层4和内侧保温保冷层5均为弹性毡，在起到保温隔热的同时，可以吸收相变胶囊由于相变而产生体积变化所引起的挤压力。
36.上述实施例中，优选地，冷源12为液氮存储箱，进液管9、出液管10、循环泵 11及液氮存储箱外部均设置有保温层，以减少冷量流失。
37.上述实施例中，优选地，低温介质循环装置的开启与关断需要依据工程实际来进行计算得到，该低温介质循环装置无需持续开启，只需要在中间相变胶囊填充层6的温度高于相变温度区间(例如-162℃)后开启，并可于中间相变胶囊填充层6的温度低于相变温度区间(例如-165℃)后关闭。
38.本实用新型提供的保温保冷循环系统在工作时，其工作原理如下：
39.在白昼时气温升高时，相变保温涂层3吸收外罐1外侧表面上的热量，并于夜间气温降低时，释放该部分热量，可令lng储罐的内部温度场更加稳定，不受昼夜温差的影响，该部分保温作用为相变材料自身特性所致，只要将相变材料的相变温度设置在昼夜温差的平均值范围内，就可以自主实现该部分保温保冷功能，无需人为干涉。
40.中间相变胶囊填充层6中的低温相变胶囊7在实现保温隔热层作用的同时，可以通过相变将由lng储罐漏热而产生的热量吸收，保证lng储罐内lng液体的过冷状态，减少bog的生成。然而相变材料不能持续吸收热量，当低温相变胶囊7内的相变材料全部相变完成后，需要由低温介质循环装置将低温介质输入换热管8中，令低温相变胶囊7释放吸收的热量，还原为工作状态后可以继续吸热，实现保温保冷作用。为保证lng储罐内lng液体的过冷状态，可将低温相变胶囊7中相变材料的相变温度控制在-162℃以下、-196℃以上，则可实现，由低温介质还原的相变保温保冷过程。
41.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。