本實用新型涉及天然氣儲運技術領域，特別是涉及一種雙層金屬結構的ANG吸附儲罐。

技術背景

天然氣作為清潔能源，主要成分是CH₄，在燃燒時產(chǎn)生的CO₂是燃煤的57%，燃油的71%，而在三大化石燃料中產(chǎn)生的熱值最高，污染最小，是一種理想的清潔燃料，在化石能源中增長最快（年均1.8%）。由于天然氣的高效、清潔、安全性好、經(jīng)濟性高以及資源豐富等特點，經(jīng)濟效益以及社會效益可觀，對于天然氣的開發(fā)利用以及儲運技術國內外做了廣泛而深入的研究。

目前，天然氣儲運技術通常有PNG、LNG、CNG、ANG以及NGH，其中ANG儲運技術是利用具有高比表面積和豐富的微孔結構的吸附劑對天然氣進行吸附儲存。在城市燃氣儲運領域中，相比較其他儲運技術，ANG儲運技術條件溫和（3-6MPa），設備要求低，安全性高，儲罐結構設計較為靈活，被認為最有發(fā)展?jié)摿Φ膬\技術。

ANG儲運技術中，天然氣通過吸附作用吸附在多孔吸附劑中，在吸附和脫附過程中，容易受到吸附熱效應的影響。而在實際吸附過程中，會放出一定的熱量而從使溫度升高，相比于等溫吸附而言，氣體儲存能力下降；另一方面在脫附過程中會吸收一定的熱量，從而導致溫度降低，進而使得脫附量下降。因而，在儲罐結構設計時應充分考慮吸附熱效應的影響，從而提高儲氣能力。

對于吸附熱效應的解決辦法主要有：（1）針對活性炭，在活性炭中添加具有導熱性能的金屬材料或導熱材料；（2）針對儲罐 ，主要包括在儲罐中安裝換熱設備或者填放相變儲熱材料，以及通過對儲罐結構進行特殊設計從而提高儲罐罐體的導熱系數(shù)。專利CN1236075通過在儲罐內部加入電熱絲類加熱裝置，在快放氣時連通電源，雖有效緩解脫熱效應問題，但對于吸附過程熱效應尚未解決，并且增加了罐內結構減少了活性炭的填充率；專利CN102502925A在一定程度上緩解吸附熱效應問題，并且結構相對簡單，專利CN204026132U采用翅片換熱器配合U形管中灌有冷凝水，吸附容量高，但是在活性炭裝填過程較為復雜，并且活性炭不容易更換；專利CN104406040A采用球形結構，雖然儲氣量大，但是熱效應消除并不明顯。

以上專利文獻中涉及的ANG儲罐都在一定程度上對ANG儲運過程中的某些方面如儲氣量或吸附熱效應影響的消除起到作用，然而，針對以上專利當應用于車載儲運過程中，由于路面原因，汽車加速或減速，儲罐各處受力不均，儲罐結構所能承受的力有限，其安全性有待考察。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于針對上述專利中存在的問題以及結合他們的優(yōu)點設計一種雙層金屬結構的ANG吸附儲罐，旨在解決天然氣在儲運過程中遇到的一些問題，如吸附熱效應、活性炭裝填、活性炭在運輸過程中粉碎而堵塞、降低活性炭在儲運過程中的粉碎率以及ANG儲罐運輸過程中的承載力等。

本實用新型通過如下技術方案實現(xiàn)：

一種雙層金屬結構的ANG吸附儲罐，包括具有雙層金屬結構的儲罐主體、位于儲罐主體上的天然氣出口管、設置在所述儲罐主體頂端的放散口和安全閥、設置在所述儲罐主體底端的天然氣進氣口和排污口，所述的儲罐主體內置有換熱系統(tǒng)與支撐系統(tǒng)，所述儲罐主體的底部設置有緩沖支座，

所述的支撐系統(tǒng)包括由上至下平行間隔設置的若干圓形支撐板、沿支撐板周向豎直固連于各支撐板邊緣之間的若干立管，各個支撐板之間填充設置多孔吸附劑，所述的支撐板上均勻布置有若干孔徑大于所述多孔吸附劑的散熱孔；

所述的換熱系統(tǒng)包括裝填在所述儲罐主體雙層金屬結構之間的相變儲熱材料、豎立于所述儲罐主體中央的螺旋盤管，螺旋盤管的兩側由支撐板所固定，其出、入口分別連接對稱設置在所述儲罐主體頂部的冷卻水出口管、冷卻水進口管。

進一步地，所述緩沖支座采用鋼板橡膠支座，可以在一定程度上起到減振的作用，可以有效緩沖儲罐在車載運輸過程中因路面原因車輛左右轉彎及上下坡時所產(chǎn)生的沖擊力。

進一步地，所述的立管通過卡箍與支撐板相連接，固定牢靠，拆裝方便，便于拆卸與檢修。

進一步地，所述的支撐板由至少兩塊板材可拆卸地拼接而成，拼接式的支撐板可方便地進行拆卸組裝。

進一步地，所述的相變儲熱材料采用石蠟/膨脹石墨復合相變材料，儲熱密度較高，導熱性能好，儲/放熱時間少。

進一步地，所述螺旋盤管為扁平型帶有肋片的異形盤管，且所述螺旋盤管螺旋圈數(shù)與支撐板的數(shù)量相一致，其間距最小處分別穿過支撐板上的散熱孔，不僅有效的增加了傳熱面積，還增加了冷凝水在盤管中的湍動，提高了傳熱速率。

進一步地，所述的支撐板上、天然氣進氣口、天然氣出口、放散口還設置有防堵塞的金屬絲網(wǎng)。

進一步地，各支撐板上的多孔吸附劑之間均勻設置有若干熱導性強的紫銅薄片，一方面增強導熱性，另一方面減少多孔吸附劑間的摩擦碰撞以減少粉碎率，防止堵塞。

進一步地，所述儲罐主體上還設置有四個手孔，所述手孔兩兩對稱，且兩對手孔中心連線在空間上相互垂直，使活性炭易于裝填。

進一步地，所述的所述儲罐主體上還對稱設置有若干插入有熱電偶的熱電偶測溫口，成對的熱電偶插入深度相同，便于及時獲取罐內徑向和軸向各處的溫度參數(shù)。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下特點：

（1）有效緩解熱效應的影響，提高有效儲氣量。一方面在罐體雙層金屬之間內置復合相變儲熱材料，在進行吸附作用時能有效將吸附熱儲存起來，在脫附時又能將部分熱釋放出來，在一定程度上可以降低溫度差，其作用遠大于罐體與空氣之間對流作用而緩解的熱效應；另一方面，設計了一種異形的扁平型帶有肋片的螺旋盤管，不僅有效的增加了傳熱面積，還增加了冷凝水在盤管中的湍動，提高了傳熱速率。

（2）適用范圍更廣、安全性能高。利用雙層金屬之間的復合相變儲熱材料如石蠟/膨脹石墨復合相變材料的柔韌性，以及儲罐底部的鋼板橡膠支座，可以有效緩沖儲罐在車載運輸過程中因路面原因車輛左右轉彎及上下坡時所產(chǎn)生的沖擊力。

（3）儲罐內部結構便于拆卸與檢修。總共有5塊支撐板，每塊支撐板又可以由4部分拼接而成，支撐板通過卡箍與立管相連通，各塊支撐板之間又相互獨立，以備在檢修時帶來不必要的麻煩。

（4）活性炭易于裝填以及減少粉碎率。通過4個不同位置兩兩對稱的手孔以及罐體內的支撐板，可直接將活性炭放置在附有金屬絲網(wǎng)的支撐板上，另外每一層支撐板上的活性炭由紫銅薄片分成6瓣，一方面增強導熱性，另一方面減少活性炭間的摩擦碰撞以減少粉碎率。

（5）活性炭再生方便。在儲罐進行再生過程中，將螺旋盤管中循環(huán)冷凝水排出，再通過天然氣進氣口通入高溫氮氣進行置換，從而實現(xiàn)再生。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的吸附儲罐罐體的主視圖。

圖2為本實用新型實施例的吸附儲罐罐體的左視圖。

圖3為本實用新型實施例的支撐板及立管連接的三維結構圖。

圖4為本實用新型實施例的支撐板的俯視圖。

圖5為本實用新型實施例的螺旋盤管的三維結構圖。

圖中各結構表示為：1-冷卻水進口管，2-放散口，3-冷卻水出口管，4-安全閥，5-手孔，6-熱電偶測溫口，7-緩沖支座，8-排污口，9-天然氣進氣口，10-天然氣出口管，11-支撐板，12-散熱孔，13-卡箍，14-立管，15-螺旋盤管。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型的目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。

如圖1至圖5所示，一種雙層金屬結構的ANG吸附儲罐，包括具有雙層金屬結構的儲罐主體、位于儲罐主體上的天然氣出口管10、設置在所述儲罐主體頂端的放散口2和安全閥4、設置在所述儲罐主體底端的天然氣進氣口9和排污口8，排污口8位于儲罐的最底端，所述的儲罐主體內置有換熱系統(tǒng)與支撐系統(tǒng)，所述儲罐主體的底部設置有緩沖支座7，儲罐主體的內徑是1300mm，雙層間的間距d=8cm，罐體總高度為2800mm，罐的容積為2.0m³。

如圖3和圖4所示，所述的支撐系統(tǒng)包括由上至下平行間隔設置的5塊圓形支撐板11、沿支撐板11周向豎直固連于各支撐板11邊緣之間的4根立管14，所述支撐板11總共分為5層，層高為266mm，將儲罐的內部空間分成5部分，每塊支撐板11由五塊板材可拆卸地拼接而成，拼接式的支撐板可方便地進行拆卸組裝。

所述的立管14通過卡箍13與支撐板11相連接，固定牢靠，拆裝方便，便于拆卸與檢修；各個支撐板11之間填充設置活性炭，所述的支撐板11上均勻布置有若干孔徑大于活性炭直徑的散熱孔12，其孔徑小于一般活性炭的直徑，設計取作25mm。

如圖5所示，所述的換熱系統(tǒng)包括裝填在所述儲罐主體雙層金屬結構之間的相變儲熱材料、豎立于所述儲罐主體中央的螺旋盤管15，螺旋盤管15的兩側由支撐板11所固定，其出、入口分別連接對稱設置在所述儲罐主體頂部的冷卻水出口管3、冷卻水進口管1。

具體而言，所述的相變儲熱材料采用石蠟/膨脹石墨復合相變材料，所述相變儲熱材料為復合相變儲熱材料，可以將吸附過程中的熱蓄存起來，儲熱密度較高，導熱性能好，儲/放熱時間少；另一方面由于復合相變儲熱材料在脫附時又能將部分熱釋放出來，在一定程度上可以降低溫度差，其作用遠大于罐體與空氣之間對流作用而緩解的熱效應。

具體而言，所述螺旋盤管15為扁平型帶有肋片的異形盤管，且所述螺旋盤管15螺旋圈數(shù)與支撐板11的數(shù)量相一致，也是5圈，其間距最小處分別穿過支撐板11上的散熱孔12，螺旋盤管15內通有循環(huán)冷凝水，不僅有效的增加了傳熱面積，還增加了冷凝水在盤管中的湍動，提高了傳熱速率。

具體而言，所述的支撐板11上、天然氣進氣口9、天然氣出口10、放散口2還設置有防堵塞的金屬絲網(wǎng)，所述支撐板11上先放置金屬絲網(wǎng)，金屬絲網(wǎng)上再放置孔徑大于散熱孔的活性炭。

具體而言，各支撐板11上的活性炭之間均勻設置有若干熱導性強的紫銅薄片，一方面增強導熱性，另一方面減少活性炭間的摩擦碰撞以減少粉碎率，防止堵塞。

具體而言，所述儲罐主體上還設置有四個手孔5，所述手孔5兩兩對稱，且兩對手孔5中心連線在空間上相互垂直，使活性炭易于裝填。

具體而言，所述的所述儲罐主體上還對稱設置有4個插入有熱電偶的熱電偶測溫口6，熱電偶的規(guī)格為Φ1，各電偶分布在罐體四個不同方向，兩兩對稱，且插入罐體的深度相同，熱電偶顯示的溫度可以在電腦上顯示，成對的熱電偶插入深度相同，便于及時獲取罐內徑向和軸向各處的溫度參數(shù)。

具體而言，所述緩沖支座7采用鋼板橡膠支座，可以在一定程度上起到減振的作用，可以有效緩沖儲罐在車載運輸過程中因路面原因車輛左右轉彎及上下坡時所產(chǎn)生的沖擊力。同時，結合雙層金屬之間的復合相變儲熱材料如石蠟/膨脹石墨復合相變材料的柔韌性，以及儲罐底部的鋼板橡膠支座，可以進一步有效緩沖儲罐在車載運輸過程中因路面原因車輛左右轉彎及上下坡時所產(chǎn)生的沖擊力。

經(jīng)上游預吸附罐處理過后的甲烷含量應大于90%，含水量不超過5%，活性炭填充率按70%算，選取的活性炭體積吸附比按110V/V計算，其應用實施過程主要包括以下步驟：

1、ANG吸附儲罐進氣

經(jīng)上游過來的天然氣氣體達到4MPa時，打開流量計前后閥門以及吸附儲罐入口閥門，再緩慢地打開流量計前針閥，通過針閥調節(jié)氣瓶進氣流量和壓力， 10～15分鐘充滿ANG吸附儲罐。若中間過程存在進氣壓力達不到4.0MPa，在2.0MPa及以下，則系統(tǒng)將啟動壓縮機進行壓縮，使之氣壓保持在4.0MPa左右進行充氣。記錄當前進氣時間、氣瓶入口氣體組成、入口流量、入口壓力、入口溫度以及螺旋盤管15入口流量、入口溫度和出口溫度；氣瓶內部熱電偶值和深度。

2、吸附儲罐內部熱電偶深度的調節(jié)

通過調節(jié)熱電偶在吸附儲罐內位置的變化，測量吸附儲罐內部溫度在徑向、軸向的變化值，記錄當前氣瓶內部熱電偶值和深度。

3、停止吸附儲罐進氣

當吸附儲罐充氣時間已到了10分鐘左右，流量計已顯示達到了所需要的流量，吸附儲罐內部熱電偶值已變化不大，吸附儲罐壓力穩(wěn)定在4.0MPa時，先緩慢地關閉天然氣入口調壓閥，再關閉預吸附B2罐前后閥門，之后進入下一步放氣流程。記錄當前時間、吸附儲罐入口氣體組成、入口流量、入口壓力、入口溫度以及盤管入口流量、入口溫度和出口溫度；氣瓶內部熱電偶值和深度。

4、ANG吸附儲罐放氣

把流量計前后閥門關閉，打開流量計旁路閥門和下游的閥門，確認下游管網(wǎng)所需的壓力，且下游調壓閥門設定所需的調壓壓力值，天然氣從吸附儲罐入口出來，通過流量計前針閥，調節(jié)天然氣出口流量，再經(jīng)過流量計計量后，并經(jīng)過下游調壓閥調壓到所需壓力，輸送到下游用戶，若中間過程存在供氣壓力達不到4.0MPa，在0.5MPa及以下時，則系統(tǒng)將啟動壓縮機進行壓縮，使之氣壓保持在4.0MPa左右進行供氣。記錄當前時間、吸附儲罐出口氣體組成、出口流量、出口壓力、出口溫度以及螺旋盤管15入口流量、入口溫度和出口溫度。

5、吸附儲罐內部熱電偶值和深度調節(jié)

通過調節(jié)熱電偶在吸附儲罐內位置的變化，測量吸附儲罐內部溫度在徑向、軸向的變化值，記錄當前吸附儲罐內部熱電偶值和深度。

6、停止吸附儲罐放氣

計算出口流量是否已達到了所需的流量，吸附儲罐內部熱電偶值已變化不大，吸附儲罐壓力已達到所需壓力數(shù)值，關閉下游調壓閥以及閥門，之后進入下一步，完成吸附儲罐充放運行過程。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。