第08章 氢的输送及加注

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1、第8章氢的输送与加注本章主要内容1．液氢储罐及压力容器2．气氢及液氢管道输送3．液氢输送管道的设计与计算4．加氢站结构及车载加氢系统8.1车船运输按照输运时所处状态不同，可以分为：气氢（GH2）输送，液氢（LH2）输送和固氢（SH2）输送。其中前两者是目前正在大规模使用的两种方式。根据氢的输送距离、用氢要求及用户的分布情况，气氢可以用管网，或通过储氢容器装在车、船等运输工具上进行输送。管网输送一般适用于用量大的场合，而车船运输适合于用户数量比较分散的场合。液氢输运方法一般是采用车船输送。见图8-1未来的输氢方案的

2、综合图解。图8.1未来的输氢方案的综合图解．8.1.1液氢储罐运输液氢生产厂至用户较远时，一般可以把液氢装在专用低温绝热槽罐车内，放在卡车、机车或船舶上运输。利用低温铁路槽车长距离运输液氢是一种既能满足较大的输氢量，又183比较快速、经济的运氢方法。这种铁路槽车常用水平放置的圆筒形低温绝热槽罐，其储存液氢的容量可达100m3。特殊大容量的铁路槽车甚至可运输120~200m3的液氢。8.1.2压力容器运输氢气也可以在高压下装储于压力容器中，放在长管车用牵引卡车或船舶中做较长距离的输送。在技术上，这种运输方法已经相当

3、成熟。但是由于常规的高压储氢容器的本身很重，而氢气的密度又很小，所以装运的氢气质量只占总运输质量的1％-2％左右。它只适用于将制氢厂的氢气的距离并不太远而同时需用氢气量又不很大的用户。目前，高压储氢技术发展很快，新型的储氢高压容器是用铝合金做内胆，外缠高强度碳纤维，再经树脂浸渍，固化处理而成。这种高压储氢要比常规的钢瓶轻很多，其耐压高达35MPa(近似350大气压)，是目前已商业化的高压氢气瓶，广泛用于燃料电池公共汽车和小轿车。压力高达70MPa的储氢瓶样品也已经问世，预计很快会商品化。35MPa储氢瓶的储氢质量

4、占总运输质量已经接近5％。8.2管道输送8.2.1液氢的管道输送液氢除采用车船或船舶运输外也可用专门的液氢管道输送，由于液氢是一种低温(-250℃)的液体，其储存的容器及输液管道都带有高度的绝热性能，绝热结构会有一定的冷量损耗，因此管道容器的绝热结构就比较复杂。液氢管道一般只适用于短距离输送。目前，液氢输送管道主要用在火箭发射场内。在空间飞行器发射场内，常需从液氢生产场所或大型储氢容器输液氢给发动机，此时就必须借助于液氢管道来进行输配。比如美国肯尼迪航天中心用于输送液氢的真空多层绝热管路。美国航天飞机液氢加注量1

5、432m3。液氢由液氢库输送到400m外的发射点，发射场的254mm真空多层绝热管路，其技术特性如下：反光铝箔厚度10nm、20层，隔热材料为玻璃纤维纸，厚度160nm。管路分段制造，每节管段长13.7m，在现场以焊接连接。每节管段夹层中装有5分子筛吸附剂和氧化钯吸氢剂，单位真空夹层容积的5分子筛量为4.33g/L。管路设计使用寿命为5年，在此期间内，输送液氢时的夹层真空度优于133×10-4Pa。随着我国输氢工业的发展，液氢的输送管道也得到了应用。图8.2示有一种具有弹性的真空夹套连接软管的液氢输送管段结构。而

6、图8-3为一种弹性的绝热LH2输送软管的结构图8.2一种采用真空夹套的液氢输送管道的结构示意图1831,2-接头；3-法兰；4-真空泵的管接头；5-波纹管；6-外管；7-内管；8-吸附筐；9-隔离支架图8-3一种弹性的绝热LH2输送软管的结构1-定位环；2-阀头；3-焊接环；4-外管；5-金属网；6-支架；7-接头；8-焊接环；9-固定环；10-法兰；11-外波纹管；12-内波纹管；13-内管；14-吸附剂；15-外套管；16-法兰；17-管接头当采用液氢管网的输氢技术时，液氢输送管路的设计及结构布置对管网的投资

7、与安全运行有着重要的影响。液氢输送管的设计必须满足多方面的要求：（1）在满足安全距离和用户要求的前提下，液氢输送管要尽量做得短些。这样，一来可以减小能量损失，其次还可简化管道结构与布置工艺，减少投资费用；(2)液氢在输送管内应尽量保持单相流动，以免出现两相流时的复杂流动状态和损失；(3)液氢输送管道的漏热损失应尽可能要小。为此需对外界环境采用高级的隔热技术，如采用高真空内夹套或真空多层绝热的夹套；(4)液氢进入输氢管之前，需将正氢绝大部分转换成仲氢，以减少输氢管中正、仲氢转换所引起的能量损失。在设计液氢输送管时，

8、通常可以把液氢输送率、输送距离、液氢的进口温度与压力、液氢的过冷度、周围的环境条件以及液氢储罐的容量等等作为已知的参数条件，然后，根据许可的能量损失和单相流动的制约条件，求出输送管道的最佳直径。最后，再根据管道运行与布置条件完成结构设计。一般，液氢输送管多采用等截面的圆管。它由内、外两个同心套管组成。两套管之间的环形空间抽成高度的真空(p＝10-10MPa)。两段输氢管之