[发明专利]一种新型低温液氢储罐的设计方法

说明书

本发明涉及一种新型低温液氢储罐的设计方法，属于液氢储存技术领域。所述新型低温液氢储罐的设计方法包括：完成对所述储罐的强度设计，包括计算内罐和外罐的壁板、顶板和底板的厚度；完成对所述储罐的保冷设计，包括通过计算储罐顶板、壁板以及底板传热量，以计算储罐蒸发率，根据对储罐蒸发率的要求调整液氮冷屏的相关参数。本发明针对首次采用液氮冷屏结构且采用穹顶设计的大型立式低温液氢储罐，创新性的完成储罐的强度设计和保冷设计。

技术领域

本发明涉及一种新型低温液氢储罐的设计方法，属于液氢储存技术领域。

背景技术

液氢是一种无色、无味的高能低温能源，是氢的一种液态贮存状态。由于液氢的密度是氢气的800倍，相比其他运输方式，液氢的高储运密度、高运输效率和适合长距离运输等特点，使其成为了氢优质的储存和运输方式之一。

氢气的液化是通过多次循环的绝热膨胀来实现的。在常压下的沸点(20.37K，-252.78℃)和凝固点很低(13.96K，-259.19℃)，其液化储存难度较大。且由于液氢沸点很低，汽化潜热小(0.45kJ/g)，稍有热量从外界渗入容器，即可造成液氢的快速沸腾而损失，因此液氢储罐的绝热保温性能直接影响到液氢的蒸发率。一直以来，常压储存的液氢的核心难点问题就是液氢在贮存过程中的保温问题。另外，长期以来，在全球范围内液氢的储存受限于高压储存，无法进行大规模液氢的存储。因此，发明设计一种新型低温液氢储罐极为必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种新型低温液氢储罐的设计方法，使得相应储罐从结构上可以实现液氢储罐的大型化，容积能做到10万方及以上。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种新型低温液氢储罐的设计方法，所述新型低温液氢储罐为立式常压低温储罐，包括外罐和内罐，所述外罐和内罐呈圆筒形或为截面呈正多边形的筒体，且分别包括壁板、底板和穹形顶板；所述外罐和内罐之间分别设有液氮冷屏和绝热材料，其中所述液氮冷屏沿内罐外壁铺设；所述新型低温液氢储罐的设计方法包括：

完成对所述储罐的强度设计，包括计算内罐和外罐的壁板、顶板和底板的厚度；

完成对所述储罐的保冷设计，包括通过计算储罐顶板、壁板以及底板传热量，以计算储罐蒸发率，根据对储罐蒸发率的要求调整液氮冷屏的相关参数。

进一步的，内罐壁板厚度的计算方法如下：

e＝max{e_s，c，e_s，t，e_min}

其中，e为内罐壁板厚度，e_s，t为水压试验工况下的内罐壁板计算厚度，e_s，c为操作工况下内罐壁板计算厚度，e_min为内罐壁板最小设计厚度，ρ_c为操作工况下储存介质的最大密度，ρ_t为水压试验工况下试验介质的最大密度，P_c为内罐设计压力，P_t为内罐内部压力减去顶板重力，σ_sc为操作工况下内罐壁板许用应力，σ_st为水压试验工况下内罐壁板许用应力，H为液氢最高设计液位，D_i为内罐内径。

进一步的，外罐壁板厚度的计算方法如下：

e_os为外罐壁板厚度，P_i为内部压力、内部气压和绝热系统压力之和，D₀为外罐内径，c为腐蚀余量，σ₀为外罐壁板许用应力。