一种液氢储罐用开口井保护结构的制作方法

本发明属于氢能及深冷储存，涉及一种液氢储罐，具体地说，涉及一种液氢储罐用开口井保护结构。

背景技术：

1、液氢储罐因储存温度极低，接近-253℃，极易汽化，工程上通常采用设有绝热夹层的承压双壳结构储罐，包括立式、卧式双壳圆筒形压力储罐、或立式球罐等结构型式。液氢储罐通常设有进料口、出口料以及温度、压力、液位等仪表口、安全阀口、真空口，检修用人孔等。

2、液氢储罐的开口接管需从内罐引至外罐外，液氢储罐的开口设计时，需解决以下问题：1)开口接管为重要的漏热途径，需要可靠的绝热保护措施；2)内外罐温差较大，穿越夹层的管子及相连焊缝在温差应力作用下容易发生破坏。设计时需设置柔性结构吸收内外罐的膨胀差。

3、液氢储罐或其他双壳低温储存容器的开口通常采用如附图1、2所示结构。图1为设外膨胀绝热套管结构，图2为设内部柔性接管的绝热套管结构。以上结构存在以下问题：1)每个开口均采用独立的绝热和柔性结构，因开口数量较多，制造安装复杂、成本较高且难以集中进行泄露监测等安全管理、检维修难度大；2)因内外罐夹层空间较小，无法对开口接管进行拆卸及检维修，无法确保长周期的稳定运行。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的液氢储罐开口绝热及柔性要求高、分布式制造安装复杂以及检维修难度大的技术问题，本发明提供了一种液氢储罐用开口井保护结构。

2、本发明提供了一种液氢储罐用开口井保护结构，该开口井保护结构包括在液氢储罐上开设的开口井、绝热芯体、内罐开口以及保护套；所述开口井包括开口井筒体、开口井挡圈、开口井法兰和开口井法兰盖，在所述开口井筒体内部设置绝热芯体，外部设置同心保护套，所述开口井筒体靠近外罐壳体内壁处设有开口井挡圈，用于托起开口井与保护套环形空隙中的绝热材料；所述绝热芯体包括绝热芯体套筒、绝热芯体底部封头及绝热材料，所述绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，形成密闭空间，在开口井法兰盖顶部设置真空口与绝热材料加料口，确保绝热芯体内部为高真空环境，填充绝热材料；所述内罐开口接管汇集到开口井筒体内部，穿越绝热芯体底部封头与绝热材料，从开口井顶部法兰盖引出，所述内罐开口接管与绝热芯体底部封头以及开口井顶部法兰盖处均采用套管结构，所述套管与绝热芯体内腔联通并填充绝热材料；所述保护套设有保护套筒体，在所述保护套筒体上设置膨胀节以吸收内外罐温差导致的热胀。

3、所述液氢储罐通常由内罐壳体、外罐壳体及绝热夹层组成；所述开口井筒体从内罐壳体顶部穿绝热夹层，从外罐壳体引出，在所述开口井底部与内罐壳体相连处设置开口井加强接管，以加强开口，在外罐壳体与保护套筒体下相连接处设置保护套加强接管；所述开口井筒体端部设有法兰与法兰盖，法兰与法兰盖通过螺栓、螺母与垫片连接。

4、所述外保护套还包括保护套加强接管、保护套筒体、盖板及围堰；所述保护套加强接管与外罐壳体相连，起开孔补强作用，所述保护套筒体从外罐壳体引出，所述保护套筒体顶部设有盖板，盖板与开口井筒体相焊接，保护套筒体与开口井筒体夹层为高真空环境，填充保护套绝热材料，保护套盖板顶部设有围堰覆盖膨胀节。

5、所述内罐开口接管包括内罐开口接管、内罐接管套管、防辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线，在所述绝热芯体底部的内罐开口接管设有多块环状的防辐射冷屏片，防辐射冷屏片均设置在开口井筒体内，内罐壳体外，所述内罐开口接管与内部管线采用法兰连接。

6、所述绝热芯体筒体上端部与开口井法兰盖密封焊，下端与绝芯体封头焊接相连，所述绝热芯体底部封头距离内罐壳体的间距约为内罐壳体与外罐壳体环形空间间距的一半。

7、所述内罐壳体、开口井加强接管、开口井筒体、开口井法兰、开口井法兰盖、真空口、绝热材料加料口、绝热芯套筒、绝热芯封头、内罐开口接管、内罐接管套管、辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线均为耐-253℃低温的奥氏体不锈钢制金属材料。

8、所述外罐壳体、保护套加强接管、保护套筒体、膨胀节、保护套盖板、保护套围堰均采用碳钢制金属材料。

9、所述绝热芯体的绝热材料为粉末状，可采用气凝胶或者表面镀银真空玻璃微球，所述罐体绝热夹层可采用表面镀银真空玻璃微球或者多层绝热结构；所述开口井与保护套之间夹层的保护套绝热材料可采用多层绝热材料，所述多层绝热材料可为铝箔加玻璃纤维布间隔多层缠绕，或者采用多层喷铝涤纶薄膜等材料缠绕。

10、所述防辐射冷屏片可采用3～6mm的不锈钢薄板，外表面涂有反射率高的金属膜如铝等，所述防辐射冷屏片间隔30～50mm，数量根据绝热芯体底部封头外壁与内罐壳体外壁间距确定，所述防辐射屏外径比开口井筒体内直径小3～5mm。

11、所述开口井筒体的内直径根据液氢储罐的容积以及开口的数量确定，其内径通常为500～900mm。开口井筒体内壁与保护套筒体外壁间隙100～200mm。开口井筒体内壁与绝热芯套筒外壁间隙3～5mm。

12、本发明在包括但不限于立式、卧式或球形液氢储罐的用于储存液氧、液氮等深冷容器上应用。

13、本发明具有如下有益效果：

14、1)储罐开口集中布置，采用统一的绝热结构与柔性结构，且内罐的开口接管均不需与内罐壳体焊接，故可降低储罐的投资与制造难度以及失效风险，提高储罐本体的可靠性，同时便于检维修。可在开口井外统一设置泄露检测、消防等措施，便于集中监测与安全管理，降低事故风险。

15、2)开口井外部设有带膨胀节的保护套。储罐运行过程中，开口井筒体与保护套筒体温差较大，开口井筒体会向里冷缩，而膨胀节将吸收两者膨胀差，从而有效降低开口井筒体与保护套筒体与其相连壳体的应力。膨胀节外设有保护围堰，可避免外部雨水、灰尘对膨胀节的侵蚀，同时膨胀节设置在储罐外部，便于检维修。因膨胀节设置在外部开口井筒体上，不接触低温介质，温度较高，故可采用碳钢材料，可有效降低储罐成本。

16、3)绝热芯体为高真空粉末状绝热材料填充结构如气凝胶或者表面镀银真空玻璃微球，为穿越绝热芯体的接管束进行有效的绝热，降低了接管造成的冷量损失。绝热芯体设有独立的真空口与加料口，可确保其绝热结构的可靠性。

17、4)为避免内罐壳体内的液氢介质与其接触，降低绝热芯体的冷量损失，确保绝热芯体的密封可靠性，绝热芯体底部距离内罐内表面有一定的距离。绝热芯体底部的内罐开口接管设有多块环状的涂有反射率较高金属膜的防辐射冷屏片。多层防辐射冷屏片能有效的降低绝热芯体底部与液氢介质之间的辐射冷量损失。

18、5)开口井筒体与外侧保护套筒的之间环形空间与内外罐环形空间连通，为高真空环境，包裹多层绝热材料的绝热结构。开口井筒体外部保护套绝热材料与内部的绝热芯体的双重作用，能有效降低沿开口井筒体向外的冷量损失。

19、6)开口井保护结构为可拆结构，绝热芯体及相连附件均可从开口井中抽出，便于开口井结构的检维修，同时可作为检修人孔使用。

技术特征：

1.一种液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：该开口井保护结构包括在液氢储罐上开设的开口井、绝热芯体、内罐开口以及保护套；所述开口井包括开口井筒体、开口井挡圈、开口井法兰和开口井法兰盖，在所述开口井筒体内部设置绝热芯体，外部设置同心保护套，所述开口井筒体靠近外罐壳体内壁处设有开口井挡圈；所述绝热芯体包括绝热芯体套筒、绝热芯体底部封头及绝热材料，所述绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，形成密闭空间，在开口井法兰盖顶部设置真空口与绝热材料加料口，确保绝热芯体内部为高真空环境，填充绝热材料；所述内罐开口接管汇集到开口井筒体内部，穿越绝热芯体底部封头与绝热材料，从开口井顶部法兰盖引出，所述内罐开口接管与绝热芯体底部封头以及开口井顶部法兰盖处均采用套管结构，所述套管与绝热芯体内腔联通并填充绝热材料；所述保护套设有保护套筒体，在所述保护套筒体上设置膨胀节以吸收内外罐温差导致的热胀。

2.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述液氢储罐通常由内罐壳体、外罐壳体及绝热夹层组成；所述开口井筒体从内罐壳体顶部穿绝热夹层，从外罐壳体引出，在所述开口井底部与内罐壳体相连处设置开口井加强接管，以加强开口，在外罐壳体与保护套筒体下相连接处设置保护套加强接管；所述开口井筒体端部设有法兰与法兰盖，法兰与法兰盖通过螺栓、螺母与垫片连接。

3.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述外保护套还包括保护套加强接管、保护套筒体、盖板及围堰；所述保护套加强接管与外罐壳体相连，起开孔补强作用，所述保护套筒体从外罐壳体引出，所述保护套筒体顶部设有盖板，盖板与开口井筒体相焊接，保护套筒体与开口井筒体夹层为高真空环境，填充保护套绝热材料，保护套盖板顶部设有围堰覆盖膨胀节。

4.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述内罐开口接管包括内罐开口接管、内罐接管套管、防辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线，在所述绝热芯体底部的内罐开口接管设有多块环状的防辐射冷屏片，防辐射冷屏片均设置在开口井筒体内，内罐壳体外，所述内罐开口接管与内部管线采用法兰连接。

5.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述绝热芯体筒体上端部与开口井法兰盖密封焊，下端与绝芯体封头焊接相连，所述绝热芯体底部封头距离内罐壳体的间距约为内罐壳体与外罐壳体环形空间间距的一半。

6.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述内罐壳体、开口井加强接管、开口井筒体、开口井法兰、开口井法兰盖、真空口、绝热材料加料口、绝热芯套筒、绝热芯封头、内罐开口接管、内罐接管套管、辐射冷屏片、内罐接管法兰、内部管线均为耐-253℃低温的奥氏体不锈钢制金属材料。

7.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述外罐壳体、保护套加强接管、保护套筒体、膨胀节、保护套盖板、保护套围堰均采用碳钢制金属材料。

8.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述绝热芯体的绝热材料为粉末状，可采用气凝胶或者表面镀银真空玻璃微球，所述罐体绝热夹层可采用表面镀银真空玻璃微球或者多层绝热结构；所述开口井与保护套之间夹层的保护套绝热材料可采用多层绝热材料，所述多层绝热材料可为铝箔加玻璃纤维布间隔多层缠绕，或者采用多层喷铝涤纶薄膜等材料缠绕。

9.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述防辐射冷屏片采用3～6mm的不锈钢薄板，外表面涂有反射率高的金属膜，所述防辐射屏间隔为30～50mm，数量由绝热芯体底部封头外壁与内罐壳体外壁间距确定，所述防辐射屏外径比开口井筒体内直径小3～5mm。

10.根据权利要求1所述的液氢储罐用开口井保护结构，其特征在于：所述开口井筒体的内直径根据液氢储罐的容积以及开口的数量确定，其内径通常为500～900mm；所述开口井筒体内壁与保护套筒体外壁间隙为100～200mm；所述开口井筒体内壁与绝热芯套筒外壁间隙为3～5mm。

技术总结本发明公开了一种液氢储罐用开口井保护结构，该结构穿透液氢储罐内外罐壳体以及绝热夹层，该开口井保护结构包括开口井、绝热芯体、内罐开口和保护套；所述开口井内部设绝热芯体，外部设同心保护套；所述保护套筒体上设置膨胀节。所述绝热芯体套筒上端与开口井法兰盖连接，下端与绝热芯体底部封头相接，形成密闭空间内部为高真空粉末状绝热材料。所述绝热芯体底部设有多组防辐射冷屏片。所述内罐多个开口接管汇集到开口井处，穿越绝热芯体，从开口井顶部法兰盖引出。开口集中布置，采用统一的绝热结构与柔性结构，可降低储罐的投资与制造难度，提高储罐本体的可靠性，同时便于检维修。技术研发人员：许超洋,陈崇刚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：2024/7/15