一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构的制作方法

本发明属于石油化工领域，涉及一种液氢存储技术，具体地说，涉及一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构。

背景技术：

1、氢气作为一种优良的能源载体，具有高效、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。氢能利用的关键技术包括氢的制取、储运及运用，其中储氢是氢能产业链中的关键环节。当前氢的运输和储存主要以高压气态氢为主，与气态储氢相比，液态储氢具有纯度高、远距离输运成本低、加注效率高等优点。

2、液氢是一种无色、无味透明的液体，标准大气压下沸点为-252.8℃，密度70.79kg/m3，标准大气压下液态氢的密度比气态氢的密度高845倍。氢气由于气化潜热低，液化难度较大。目前已经应用的氢气液化流程主要包括三种：预冷型林德-汉普逊流程、克劳特流程和氦制冷液化流程，而大规模的氢气液化装置主要采用预冷型克劳特流程。

3、液氢的存储需使用有良好绝热性能的超低温液体存储容器。根据液氢储罐的使用形式可分为固定式、移动式、罐式集装箱。固定式液氢储罐一般包括圆筒形储罐(立式、卧式)和球形储罐两大类。储罐的漏热蒸发损失与储罐的容积比表面积(s/v)成正比,球形储罐的具有最小的比表面积，因此相同体积下球罐的漏热蒸发面积最小；从力学角度来看，球形储罐受力比圆筒形储罐要好，机械强度高、应力分布均匀；从几何角度来看，在相同容积和压力下，球形储罐的表面积小，所需钢材面积少；因此，球形储罐是较为理想的固定式液氢储罐。

4、液氢是一种极易受到外界漏热影响的介质，球罐的支撑结构也是主要的热传导部件之一。因此对于液氢储存设备的支撑结构的设计需要提出更高的要求，除了满足支撑可靠的要求外，还需尽量降低支撑结构的漏热量。

5、专利cn110921124a提供了一种双层储液球罐，该双层储液球罐包括内球罐、外球罐管多根支柱，多个内加强板和多个外托板。上述双层储液球罐的结构通过加强设计，确保支柱和外球罐的连接处的稳定，保证了双层球罐的密封性，消除因介质泄露引发安全事故的风险因素，但此结构不适用与低温介质储存。专利cn213930419u公开了一种双层低温液氢球罐的支撑结构，包括带空腔的球状外容器、带空腔的球状内容器、若干组支撑结构，支撑结构具体主要包括：壁耳、上支撑管、连接孔、下支撑管、连接支撑管、内壁托板、外支撑管等结构。此结构考虑了低温介质储存中的保冷要求，但没有考虑液氢充装过程中内球罐的热胀冷缩等因素。

技术实现思路

1、为了解决液氢球罐设备支撑结构漏热量大、液氢装卸时内球罐不能自由收缩与膨胀，本发明提供了一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构。

2、本发明提供了一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，该结构包括内球罐、外球罐、绝热层、内球罐支撑组件和外球罐支撑组件；所述内球罐内壁与液氢接触，所述外球罐设在内球罐的外部，内、外球罐之间设置绝热层并抽真空；所述内球罐支撑组件分为竖向拉杆组件和水平支持杆组件；所述竖向拉杆组件主要用于承受内球罐及相关载荷，包括上连接板、销轴、上翼板、拉杆、下翼板、下连接板，上连接板与外球罐内侧焊接，下连接板与内球罐外侧焊接，上下连接板通过销轴分别与上下翼板连接，可自由转动，上下翼板另一端分别与拉杆两端焊接连接；所述水平支持杆组件主要用于保持内外球罐共球心，并限制内球罐水平转动，包括滑动块、水平杆、固定块、赤道梁、销轴，固定块焊接在内球罐赤道面外侧，赤道梁共两件焊接在外球罐内侧赤道面上下对称的两侧，滑动块放置在赤道梁中间，滑动块、固定块设置水平凹槽和竖向盲孔，通过销轴与水平杆连接，可自由转动；所述外球罐支撑组件用于支撑液氢球罐整体，外球罐支撑组件上端与外球罐赤道面连接，下端支撑在基础上。

3、作为改进的方案，竖向拉杆组件还包括竖向调节器、水平支撑梁、隔冷垫；其中，水平支撑梁焊接在外球罐内侧，下方与上连接板连接，可以进一步加强竖向拉杆组件的支撑能力；上下翼板与上下连接板中间分别设置隔冷垫，可降低竖向拉杆组件漏热量；拉杆中间设置有竖向调节器，可以调节竖向拉杆长度。

4、作为进一步改进的方案，水平支持杆组件还包括水平调节器、减摩垫；其中，水平支持杆上设置水平调节器，可以调节水平支持杆长度；滑动块与外球罐内壁中间设置减摩垫，降低摩擦系数，减少滑动块滑动阻力。

5、作为更进一步改进的方案，在内球罐充装液氢和卸载液氢时，内球罐的热膨胀通过竖向拉杆组件和水平支持杆组件的绕销轴转动吸收，同时能保持内球罐和外球罐共球心，增加了支撑的可靠性。

6、作为更进一步改进的方案，所述外球罐支柱组件包括外球罐上支柱组件、外球罐下支柱组件、拉杆、外支柱底板，所述外球罐上支柱组件正切于外球罐赤道面，由外球罐支柱盖板、外球罐上支柱和外球罐u形托板组成，外球罐上支柱下方焊接外球罐下支柱组件，外支柱底板设置在外罐下支柱组件底部，与球罐基础通过地脚螺栓连接，同时相邻外罐下支柱之间通过拉杆连接。

7、作为更进一步改进的方案，所述内外球罐之间空间在堆积绝热材料形成绝热层后抽真空到约5～10pa，常用的绝热材料为固态泡沫、粉末、纤维中的一种或几种。

8、本发明具有如下有益效果：

9、1)液氢球罐存储设备整体通过外支柱组件支撑在基础上，外球罐支柱之间设置拉杆，整体支撑可靠；

10、2)所述内球罐依靠竖向拉杆组件支撑在外球罐内部，拉杆截面小，并设置有隔冷垫，在给内球罐可靠支撑的同时可以降低支撑结构的漏热量；

11、3)在所述内球罐赤道面上设置水平支持杆组件，通过水平支持杆移动，可以吸收内球罐热膨胀产生的位移。

技术特征：

1.一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：该结构包括内球罐、外球罐、绝热层、内球罐支撑组件和外球罐支撑组件；所述外球罐设在内球罐的外部，内、外球罐之间设置绝热层并抽真空；所述内球罐支撑组件分为竖向拉杆组件和水平支持杆组件；所述竖向拉杆组件主要包括上连接板、销轴、上翼板、拉杆、下翼板、下连接板，上连接板与外球罐内侧焊接，下连接板与内球罐外侧焊接，上下连接板通过销轴分别与上下翼板连接，可自由转动，上下翼板另一端分别与拉杆两端焊接连接；所述水平支持杆组件主要包括滑动块、水平杆、固定块、赤道梁、销轴，用于保持内外球罐共球心，所述固定块焊接在内球罐赤道面外侧，赤道梁共两件焊接在外球罐内侧赤道面上下对称的两侧，滑动块放置在赤道梁中间，滑动块、固定块设置水平凹槽和竖向盲孔，通过销轴与水平杆连接并可自由转动；所述外球罐支撑组件用于支撑液氢球罐整体，外球罐支撑组件上端与外球罐赤道面连接，下端支撑在基础上。

2.根据权利要求1所述的拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：所述竖向拉杆组件还包括竖向调节器、水平支撑梁、隔冷垫；所述水平支撑梁焊接在外球罐内侧，下方与上连接板连接，上下翼板与上下连接板中间分别设置隔冷垫，拉杆中间设置有竖向调节器。

3.根据权利要求1所述的拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：所述水平拉杆组件还包括水平调节器、减摩垫；在所述水平杆上设置水平调节器，滑动块与外球罐内壁中间设置减摩垫。

4.根据权利要求1所述的拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：在所述内球罐充装液氢和卸载液氢时，内球罐的热膨胀通过竖向拉杆组件和水平支持杆组件的绕销轴转动吸收，同时能保持内球罐和外球罐共球心。

5.根据权利要求1所述的拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：所述外球罐支柱组件包括外球罐上支柱组件、外球罐下支柱组件、拉杆、外支柱底板，所述外球罐上支柱组件正切于外球罐赤道面，由外球罐支柱盖板、外球罐上支柱和外球罐u形托板组成，外球罐上支柱下方焊接外球罐下支柱组件，外支柱底板设置在外罐下支柱组件底部，与球罐基础通过地脚螺栓连接，同时相邻外罐下支柱之间通过拉杆连接。

6.根据权利要求1所述的拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，其特征在于：所述内、外球罐之间空间在堆积绝热材料形成绝热层后抽真空到约5～10pa，绝热材料为固态泡沫、粉末、纤维中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种拉杆支撑的液氢球罐支撑结构，该结构包括内球罐、外球罐、绝热层、内球罐支撑组件和外球罐支撑组件；所述内球罐支撑组件分为竖向拉杆组件和水平支持杆组件；所述竖向拉杆组件主要包括上连接板、销轴、上翼板、拉杆、下翼板、下连接板，所述水平支持杆组件主要用于保持内外球罐共球心，并限制内球罐水平转动，包括滑动块、水平杆、固定块、赤道梁、销轴，固定块焊接在内球罐赤道面外侧，赤道梁共两件焊接在外球罐内侧赤道面上下对称的两边，滑动块放置在赤道梁中间；所述内球罐依靠竖向拉杆组件支撑在外球罐内部，拉杆截面小，并设置有隔冷垫，在给内球罐可靠支撑的同时可以降低支撑结构的漏热量。

技术研发人员：罗聪,杨旭东,张国信,李群生,缪平,张译弢,涂少斌
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1