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时间:2019-12-09 02:57:51 作者:威尼斯人NeW 浏览量:37387

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  (1)液氢贮罐在加注转注过程中引入的氧、氮杂质比例基本同空气中的氧、氮比例吻合,证明液氢转注过程中的氧氮杂质主要是以空气(固空)的形式进入的;

  根据前述的研究结果,总结液氢容器复温周期的确定方法,设待评估容器的容积为V(m3),使用累积时间为t(天),转注次数为x(次),进入容器液氢平均量为L(m3/天)。

  摘要:液氢容器在频繁加转注的移动罐中很容易积累固空,因此需要经常复温,清除其内部累积的杂质,防止容器被严重污染。通过对某液氢容器在转注过程中氧氮含量的测量,研究液氢容器氧氮杂质积累规律,得出了固氧、固氮累积量的计算公式。对该容器在现行复温周期下的合理性进行了核算,将正常使用情况下到复温周期时液氢容器内的氧氮含量与安全值进行了比较。给出了一定的使用时间、加转注频次下的液氢容器复温周期计算方法,初步建立了一套液氢容器复温周期确定方法。

  因此虽然液氢容器中氧氮含量有着累积速率越来越小,并且理想情况下有达到平衡的可能。但是即使在理想的情况下可以达到平衡,在平衡时候的氧、氮含量早已经不符合要求。另外,更符合实际情况的是,由于液氢产品质量不恒定、操作过程多变、转注的流动及波动的复杂性、放空、回流及密封等多种因素的综合影响,这种平衡不可能达到,实际的情况应该是固空会持续不断的累积增加,只是其累积的速率会逐渐降低。而转出的液氢中氧氮含量也会持续的增加,增加的速率随着时间会降低。

,见下图

  可以看出,液氢中氧氮杂质的来源中,其他因素引入杂质净量同气源所引入的杂质总量在一个 数量级,说明其他因素引入的杂质方面也是不可忽略的因素。另外在氧氮比例方面气源中所引入的氧、氮杂质的氧、氮比大于空气比例,其他因素引入的氧、氮杂质中的氧氮比约为22.39%,同空气中的氧、氮比例相差不大,这也符合其他因素引入杂质净量进入液氢系统的杂质多数为空气的实际情况,因此可以证明液氢转注过程中的氧氮杂质主要是以空气(固空)的形式进入的。

,见下图

  分析某液氢槽车的氧氮杂质累积规律,根据液氢的生产和转注数据计算9个月进入贮罐内氧沉积总量约为0.710Nm3;氮沉积总量约为1.785Nm3。

  因此虽然液氢容器中氧氮含量有着累积速率越来越小,并且理想情况下有达到平衡的可能。但是即使在理想的情况下可以达到平衡,在平衡时候的氧、氮含量早已经不符合要求。另外,更符合实际情况的是,由于液氢产品质量不恒定、操作过程多变、转注的流动及波动的复杂性、放空、回流及密封等多种因素的综合影响,这种平衡不可能达到,实际的情况应该是固空会持续不断的累积增加,只是其累积的速率会逐渐降低。而转出的液氢中氧氮含量也会持续的增加,增加的速率随着时间会降低。

,如下图

  ⑤根据试验数据,统计该次容器内氧、氮沉积总量分别为P、Q(Nm3),得固氧、固氮的存留系数a、b分别为:

  ⑥转注结束到下次转注开始期间内进入容器的氧氮杂质含量分别为M和N(Nm3)。则:

如下图

,如下图

  4.2液氢容器复温周期确定方法 

  得出不同转注次数下的氧氮杂质累积量与氧氮比,如图1-2所示: 

,见图

yy上的威尼斯城  ⑧第X次转注,液氢中氧氮的平均含量为y、z(ppm):

  2试验过程

  (3)在一定假设条件下,得到了液氢储存系统中氧氮杂质含量评估公式,可在实际应用中对一定的使用周期、加转注频次下的液氢储存系统进行评估,建立了一套液氢容器复温周期确定方法。

  公式(13)为在一定假设条件下得到的液氢储存系统固氧固氮含量评估公式,可在实际应用中对一定的使用周期、加转注频次下的液氢储存系统进行评估,从而确定其复温周期。

  分析某液氢槽车的氧氮杂质累积规律,根据液氢的生产和转注数据计算9个月进入贮罐内氧沉积总量约为0.710Nm3;氮沉积总量约为1.785Nm3。

  (1)液氢贮罐在加注转注过程中引入的氧、氮杂质比例基本同空气中的氧、氮比例吻合,证明液氢转注过程中的氧氮杂质主要是以空气(固空)的形式进入的;

  在这种情况下,该两个容器的复温周期都约为两年,在实际操作过程中,为安全起见,建议取复温周期为1年。航天标准QJ3271中规定的3个月为复温周期,可能是液氢生产的产品质量存在差异,为了保证航天液氢使用的安全性。

  稳定平均化假设,杂质进出的主次因素都考虑,不过认为在每个转注周期内主要因素和次要因素的影响下,杂质进入量为一稳定值,杂质转出量与储罐内累积的固空总量呈某种稳定的比例关系。这样既降低了分析的难度,又可以在整体的趋势规律上保证一定的准确性。

  分析所得公式,可以知道液氢储存系统中固氧、固氮的最终累积量同气源质量、置换、密封、放空、转注频次等因素有关系,而不同液氢储存容器的容积、密封性、转注频次等因素都不尽相同,因此每个容器都有各自的计算参数,需要通过试验的方法来确定容器的各项参数。不过未进行试验的情况下,也可根据各参数间的量级关系,对不同容器进行一定误差范围内的估算。 

  5总结

  经过此次试验,可以得到的结论如下: 

  根据得到的公式,对该容器在现行复温周期下的合理性进行核算。对于试验中的液氢容器,其固氧、固氮累积量计算公式最终为: 

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  稳定平均化假设,杂质进出的主次因素都考虑,不过认为在每个转注周期内主要因素和次要因素的影响下,杂质进入量为一稳定值,杂质转出量与储罐内累积的固空总量呈某种稳定的比例关系。这样既降低了分析的难度,又可以在整体的趋势规律上保证一定的准确性。

  4.2液氢容器复温周期确定方法 

  (3)在一定假设条件下,得到了液氢储存系统中氧氮杂质含量评估公式,可在实际应用中对一定的使用周期、加转注频次下的液氢储存系统进行评估,建立了一套液氢容器复温周期确定方法。

  ②对容器进行固空累积量测量试验,可得到该容器最后一次转注的初始阶段液氢中氧、氮含量的平均值分别为e、f(ppm),结束阶段液氢中氧、氮含量的平均值分别为g、h(ppm)。即可得到该次转注过程液氢中的氧、氮含量平均值j、k(ppm): 

1.

  因此虽然液氢容器中氧氮含量有着累积速率越来越小,并且理想情况下有达到平衡的可能。但是即使在理想的情况下可以达到平衡,在平衡时候的氧、氮含量早已经不符合要求。另外,更符合实际情况的是,由于液氢产品质量不恒定、操作过程多变、转注的流动及波动的复杂性、放空、回流及密封等多种因素的综合影响,这种平衡不可能达到,实际的情况应该是固空会持续不断的累积增加,只是其累积的速率会逐渐降低。而转出的液氢中氧氮含量也会持续的增加,增加的速率随着时间会降低。

  5总结

  从图中可以看出,固氧约在150次转注达到峰值、固氮约在200次转注达到峰值。则根据该液氢容器的加转注频率,固氧、固氮达到峰值时的时间分别约为27个月和36个月。而固空的危险性主要来自于固氧,因此我们评估的时候以固氧的量为主要参考。液氢质量标准中要求的液氢中氧≤1ppm、氮≤4ppm,计算可知,在130次左右转出的液氢中氧含量达到1ppm,则应以130次转注作为复温周期,换算成该容器在当前转注频次下的使用时间,即约等于两年。而在图1中氧含量达到峰值的时候,其中的氧含量已经早已超出1ppm。

  可以看出,液氢中氧氮杂质的来源中,其他因素引入杂质净量同气源所引入的杂质总量在一个 数量级,说明其他因素引入的杂质方面也是不可忽略的因素。另外在氧氮比例方面气源中所引入的氧、氮杂质的氧、氮比大于空气比例,其他因素引入的氧、氮杂质中的氧氮比约为22.39%,同空气中的氧、氮比例相差不大,这也符合其他因素引入杂质净量进入液氢系统的杂质多数为空气的实际情况,因此可以证明液氢转注过程中的氧氮杂质主要是以空气(固空)的形式进入的。

  得出不同转注次数下的氧氮杂质累积量与氧氮比,如图1-2所示: 

2.

  ③取氧在液氢中溶解度为0.16ppm,氮在液氢中溶解度为0.2ppm,溶解于液氢的氧、氮含量分别为m、n(Nm3):

  在这种情况下,该两个容器的复温周期都约为两年,在实际操作过程中,为安全起见,建议取复温周期为1年。航天标准QJ3271中规定的3个月为复温周期,可能是液氢生产的产品质量存在差异,为了保证航天液氢使用的安全性。

  因此虽然液氢容器中氧氮含量有着累积速率越来越小,并且理想情况下有达到平衡的可能。但是即使在理想的情况下可以达到平衡,在平衡时候的氧、氮含量早已经不符合要求。另外,更符合实际情况的是,由于液氢产品质量不恒定、操作过程多变、转注的流动及波动的复杂性、放空、回流及密封等多种因素的综合影响,这种平衡不可能达到,实际的情况应该是固空会持续不断的累积增加,只是其累积的速率会逐渐降低。而转出的液氢中氧氮含量也会持续的增加,增加的速率随着时间会降低。

3.

  公式适用性分析:

4.

  液氢容器中累积的氧、氮杂质在每次转注的过程中会有一部分随着转注的液氢转走,这部分杂质主要有两方面,一方面是溶解于液氢中的氧、氮杂质,另一方面是固空颗粒中的氧、氮杂质。设溶解于液氢中的氧、氮杂质为一固定值,假设每次转注随液氢转出的固空颗粒中氧、氮杂质同当次转注时储罐中固空颗粒累积的氧氮总量呈某一固定的比例关系,以平均每次转注转走的固空颗粒中氧、氮分别除以该槽车本次试验的固空颗粒氧氮估算总量。得出液氢转注时的氧氮留存系数分别为:0.031、0.025。

  (1)液氢贮罐在加注转注过程中引入的氧、氮杂质比例基本同空气中的氧、氮比例吻合,证明液氢转注过程中的氧氮杂质主要是以空气(固空)的形式进入的;

  ①依据液氢生产数据,得到容器使用累积时间内,液化前氢气中氧、氮平均含量分别为c、d(ppm),估算周期内进入容器内的氧、氮累计量分别为C、D(Nm3): 

  经过此次试验,可以得到的结论如下: 

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  ②对容器进行固空累积量测量试验,可得到该容器最后一次转注的初始阶段液氢中氧、氮含量的平均值分别为e、f(ppm),结束阶段液氢中氧、氮含量的平均值分别为g、h(ppm)。即可得到该次转注过程液氢中的氧、氮含量平均值j、k(ppm): 

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