一种加氢站用98MPa高压储氢容器的制作方法

一种加氢站用98mpa高压储氢容器
技术领域
1.本发明涉及氢能装备行业高压容器技术领域，尤其涉及一种加氢站用 98mpa高压储氢容器。


背景技术：

2.众所周知，影响加氢站用高压储氢罐运行安全，最主要的问题是如何解决高压、大容积、氢脆、氢气纯度等问题，而对于高压、大容积问题，主要存在在采购难度和后板材料的特殊性上，对氢脆、氢气纯度问题，与材料的化学组成、镍当量和镍含量的相关，而铁素体的含量，对于材料的塑形也存在着很大的影响，铁素体也叫无磁性，其磁性由含碳量决定，也是转化呈马氏体的关键因素，δ铁素体的存在会降低材料的塑性，也为氢侵入材料提供快速扩散通道。
3.现有技术中，加氢站多采用45mpa的无缝管气瓶做为储氢容器，材料选择 4130x，该材料在45mpa压力等级应用，对应容器、压力是可以符合的，但如果要做到70mpa、98mpa这些高压力等级，因为对应壁厚太厚，无缝管制气瓶容器的容积无法实现；市场上也出现钢带错绕方式，理论上可以实现高压力等级，但制作周期长、成本高且加工难度大。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种既满足大容积、高压力、耐氢脆，同时在全生命周期内在线监测氢气泄漏，对氢能装备行业，加氢站运行产品质量提升，产业升级有着重要作用的储氢容器。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供的一种加氢站用98mpa高压储氢容器，包括由内筒和外筒组成的筒体，所述外筒通过多组层板包扎而成，所述层板由内而外的尺寸按等差数值依次减小，每层所述层板开设有6个直径为50mm的包扎工艺孔，所述内筒两端焊接有封头，所述内筒和封头采用特殊不锈钢316l复合板，所述筒体的两端分别连接有进气口和出气口，所述筒体的顶侧设置有至少一组泄露检测口。
7.本发明优选地技术方案在于，所述层板纵向焊接接头间隙为6-14mm，环向焊接接头间隙为6-8mm。
8.本发明优选地技术方案在于，所述层板最外层的包扎工艺孔堵住，且钻小孔并焊接有传感器接头，其余所述层板不得堵死。
9.本发明优选地技术方案在于，所述内筒合拢缝焊接前及其内表面与氢气接触部分进行抛光处理，精度达到ra0.25μ。
10.本发明优选地技术方案在于，所述内筒和封头与氢气接触部分选择符合 gb/t24511标准的固溶处理钢板，其镍含量不小于12.5％，镍当量不小于28.5％。
11.本发明优选地技术方案在于，所述内筒和封头焊接的层间温度控制在 60-100℃，且每层焊缝厚度不超过2mm。
12.本发明优选地技术方案在于，所述内筒和封头焊接过程的焊缝处不锈钢母材的铁素体含量不超过0.4％。
13.本发明优选地技术方案在于，所述层板利用专用包扎机通过包扎机钢丝绳先捆扎，再用夹紧钳进行加紧。
14.本发明优选地技术方案在于，所述层板可选择10-12mm容器专用板q345r。
15.本发明的有益效果为：1.采用多层板包扎结构，使用市场通用的10～12mm 的普通容器专用板q345r，实现98mpa高压、大容积储罐，解决厚壁板采购和材料力学性能检测的一系列困难；2.内筒和封头与氢气接触材料采用特殊不锈钢 316l复合板，内筒不锈钢进行抛光，精度达到ra0.25μ，水压试验合格后进行露点检测，露点达到-30℃，解决因不锈钢表面粗糙，晶体大，氢分子入侵容易，同时外后期加氢站运行保障氢气纯度；3.控制不锈钢316l覆层镍当量≥28.5％、镍含量≥12.5％，解决临氢材料的氢脆危险；4.不锈钢316l焊接，采用特制高镍焊材，焊接过程采用多层多道焊接，每层焊接厚度≤2mm，层间温度控制在 60～100℃之间，焊接过程实时监测焊缝处和母材的铁素体含量≤0.4％，保障焊缝处无磁性，解决因焊接温度升高，不锈钢含碳量增大，转化成马氏体，材料的塑性增大，为氢侵入材料提供快速扩散通道。
16.本发明提供的一种既满足大容积、高压力、耐氢脆，同时在全生命周期内在线监测氢气泄漏，对氢能装备行业，加氢站运行产品质量提升，产业升级有着重要作用的储氢容器。
附图说明
17.图1是本发明储氢容器结构示意图；
18.图2是本发明储氢容器结构侧视图。
19.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
20.1、筒体；2、层板；3、进气口；4、出气口；5、泄露检测口。
具体实施方式
21.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
22.一种加氢站用98mpa高压储氢容器，包括由内筒和外筒组成的筒体1，所述外筒通过多组层板2包扎而成，所述层板2由内而外的尺寸按等差数值依次减小，每层所述层板2开设有6个直径为50mm的包扎工艺孔，所述内筒两端焊接有封头，所述内筒和封头采用特殊不锈钢316l复合板，所述筒体1的两端分别连接有进气口3和出气口4，所述筒体1的顶侧设置有至少一组泄露检测口 5，本发明选用不锈钢316l内筒复合层，焊接过程采用多层多道焊接，每层的焊接厚度不超过2mm，在焊接时控制焊接的层间温度，保障不锈钢层焊接中铁素体含量符合要求，提高材料的塑形，采用专用包扎专机将多层板2沿内筒上进行逐层包扎，设定好预紧力，通过包扎机钢丝绳先捆扎，再用夹紧钳进行加紧，且每包扎一层层板2，其尺寸由两端依次向中间减小一段，降低了材料的采购难度，通过层板2上的包扎工艺孔的设计和处理，且层板2包扎过程，应按照gb/t150.4要求，严格控制层板贴合率和松动面积，解决了厚壁板采购和材料力学性能检测的一系列困难，实现储氢罐只漏不爆的特性，大大保障了加氢站运行安全，通过泄露检测口5检测储氢罐的密封性，防止氢气泄露，满足大容积、高
压力、耐氢脆的要求，同时在全生命周期内能够在线监测氢气是否泄露，对氢能装备行业，加氢站运行产品质量提升，产业升级有重要作用，在设备制造完成后，进行水压试验，试验合格后进行排水烘干和抽真空，真空度为 0.1mpa，保持真空2h，充入液氮致0.3mpa，保压30min，打开露点检测阀门，打开露点仪，在线检测露点，露点仪检测排出的高纯氮，露点达-30℃以下为合格，保证储氢容器的质量。
23.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述层板2可选择10-12mm 容器专用板q345r，且所述层板2纵向焊接接头间隙为6-14mm，环向焊接接头间隙为6-8mm，实现了98mpa高压、大容积储罐，解决厚壁板采购和材料力学性能检测的一系列困难。
24.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述层板2最外层的包扎工艺孔堵住，且钻小孔并焊接有传感器接头，其余所述层板2不得堵死，作为氢气泄漏监控，实现只漏不爆特性。
25.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述内筒合拢缝焊接前及其内表面与氢气接触部分进行抛光处理，精度达到ra0.25μ，防止氢分子渗入和影响加氢站使用过程氢气的纯度，对合拢缝无法进行抛光，但应控制焊缝背面成型和焊缝余高，。
26.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述内筒和封头与氢气接触部分选择符合gb/t24511标准的固溶处理钢板，其镍含量不小于12.5％，镍当量不小于28.5％，由于不锈钢镍含量和镍当量对氢脆影响较大，因此控制两者在一定范围内，能够满足材料与氢相容性要求，同时解决了临氢材料的氢脆危险问题，提高了高压储氢容器的耐氢性。
27.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述内筒和封头焊接的层间温度控制在60-100℃，且每层焊缝厚度不超过2mm，防止焊接过程温度过高，不锈钢含碳量增大，转化成马氏体，导致材料塑形增大，为氢侵入材料提供快速扩散通道。
28.作为本方案的一种可能的实施方式，优选的，所述内筒和封头焊接过程的焊缝处不锈钢母材的铁素体含量不超过0.4％，保证焊缝处无磁性，解决因焊接温度过高导致δ铁素体的含量增加，降低材料的塑形的问题。
29.本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本技术的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。