储气罐设计.docx

基于纳米孔吸附原理的低压大容量天然气储气罐设计理论与方法研究隋超摘要 目前天然气汽车(NGV)主要以高压压缩天然气(CNG)作为主要的储气方式，但CNG具有压缩成本高、加气站投资大、储气罐重等缺点，在一定程度上限制了NGV的推广。而吸附天然气(ANG)是一种新型的储气技术，它具有储气压力低、储气设备材质要求不高、储气瓶制备工艺简单、储气瓶自重轻、充气站建站费用低且设备使用寿命长等优点，其关键在于高储气能力的天然气吸附剂。目前ANG存储技术还有一些问题需要解决，其中吸附热效应对储罐充气和放气过程的不利影响是必须解决的问题之一。充气时，吸附放热使吸附床层的温度升高，从而使储罐的存储量减少，放气时，脱附吸热使吸附床层的温度降低，不利于气体的外放，所以能有效的控制吸附、脱附过程产生的热效应是关键。本文介绍一种ANG储气罐模型：中部为柱体，一边为椭圆封头，另一边为法兰封头，罐体内部除有双向冷却管，管上连接六根等距分布的肋片外，其余空间填充吸附剂。关键字结构设计 吸附 低压 储气罐目录目录2第一章ANG储气罐研究背景及意义3第二章 ANG储气罐研究现状41扁平状储气瓶42 蜂窝状吸附容器63 TES系统的储存容器64总结7第三章我们的研究结果81我们的储气罐模型：92结构分析92.1封头的选择：92.2 材料92.3 罐体壁厚计算依据92.4椭圆形封头壁厚102.5法兰102.6确定长颈对焊法兰相关尺寸102.7肋板112.8有限元分析部分11参考文献14第一章ANG储气罐研究背景及意义天然气是理想的汽车清洁燃料，其燃烧效率高且燃烧产物比原油的燃烧产物污染小。因此，扩大天然气利用领域将有效地降低环境污染。并且随着世界范围内汽车产量的迅速增加和石油资源的严重短缺，以天然气代替汽油是当今世界许多国家调整能源结构的一大趋势[]。油气田在开发过程中，由于各种原因不能将产生的天然气用管道来输送，而是放空烧掉或关井（据统计，我国每年大约有16亿m3油田放空天然气放空烧掉），因此造成环境污染和巨大浪费，而ANG能很好地解决这个问题。油气田边远地区天然气资源尤其是油田伴生气的特点是量小而质富，气量一般为0.1至1万m3/d，井口分离气中C3 + C4组分一般为20%}-30% (V)，油罐挥发气和原油稳定气的C3 + C4含量可高达5096 (V)以上。因此，开发利用边远地区天然气资源具有很高的经济效益、社会效益和环保效益。沼气与天然气主要成分都是甲烷，且甲烷是可再生性燃料，我们的储气罐稍经改造，即可用于储存甲烷，可移植性强。综上所述，ANG储气罐具有广泛的发展前景和研究意义。第二章 ANG储气罐研究现状1扁平状储气瓶目前设计的天然气低压吸附储存容器的结构形式主要有二种，第一种是由英国Roll-Royce公司研制的内装块状活性炭的扁平状储气瓶，可以强化外界与吸附剂床层间的换热，并目便于在汽车上灵活放置。内部具有蜂窝状构造的平底结构形式，如图2-1所示。图2-1 Roll-Royce公司研制的扁平状储气瓶该设计是建立在为先进航空发动机风机叶片开发的工艺基础上的。使用Ti结构材料，并采用了高温下的超塑成型和真空加压扩散结合工艺，使制造出来的这种平底容器具有极高的强度和刚度。实测结果表明，该吸附储箱对减少成型活性炭吸附剂的吸附热效应影响有优良的效果。在环境温度为13℃时，充气过程的最高温度为28℃，放气过程的最低温度为一5℃。2 蜂窝状吸附容器另外由AGLARG设计的圆弧顶的蜂窝状吸附容器也具有相同的优点，散热好及便于安装。第二种亦是加工成非圆柱形的平底结构形式，并可以与汽车的主体连在一起。容器装有内拉条，中间孔道装活性炭吸附材料，将铝合金材料用先进的挤压工艺制造，以降低成本，减轻重量，提高强度和使用寿命。现在正由British Gas PIc设计。图2-2 蜂窝状吸附容器3TES系统的储存容器 以上两种形式的容器适用十装填传热性能良好的型炭吸附剂。当使用颗粒状活性炭吸附剂时，IGT初步设计了具有TES系统的储存容器，如图2-3所示，该容器是由一个模压的壳体，一个中心多孔的分配管/集气管构成。TES管的尺寸、数量和位置由活性炭床和相变物质的静态和动态性能来确定。图2-3TES系统的储存容器4总结上述方案有如下缺点：技术、工艺、材料要求高，价格较高，实用性不强。第三章我们的研究结果图3-1 我们产品的外观图图3-2 我们产品的内部图片图3-31我们的储气罐模型：中部为柱体，一边为椭圆封头，另一边为法兰封头，罐体内部为双向冷却管，管上连接六根等距分布的肋片，且肋片与柱体壁接触。2结构分析主体部分我们采用目前多数罐体采用的形状---柱体，我们的罐体只需承受3.5MPa左右的压强，我们按照6MPa的标准设计。2.1封头的选择：目前封头主要有球形封头、椭圆形封头