高压氢气储罐及其生产工艺的制作方法

1.本技术涉及氢气存储的技术领域，特别涉及一种高压氢气储罐及其生产工艺。


背景技术：

2.化工、炼油、石油化工、轻工、制药、食品等工业生产部门广泛应用的圆筒形蒸压釜、硫化缸、液化石油气贮罐、反应釜、液氨贮罐、高压氧仓、液化气贮罐等各种中、低压压力容器设备，包括较大型工业锅炉汽包和管壳式换热器壳体等，其器壁厚度多为6～40mm左右，内压多在0.3～3.0mpa之间。这些中、低压压力容器设备因器壁较簿，现代国内外都是用相应的钢板直接卷焊而成，制造显得简单易行。
3.但氢气存储领域，由于内压较大，通常在20～70mpa之间，再加之长期使用过程中会产生氢脆的问题，导致氢气储罐的壁厚要做到约200mm的厚度，远远超出现行国家压力容器材料标准，这导致氢气储罐的生产难度非常大，且焊接质量难以保障。
4.其中，氢脆导致的罐体腐蚀，会造成金属材料的疲劳和裂纹产生，特别是焊接质量不佳的情况下，容易发生泄漏事件，导致中毒和爆炸事故发生。因此，现有的处理方式是定期进行检测，这种方式不仅繁琐，且这些检测仍不能完全避免泄漏事故的发生。
5.因此，需要设计一种生产难度低、且能避免泄漏发生的氢气储罐。
6.

技术实现要素：
的为了降低生产难度、且实现避免泄漏事件的发生，本技术提供一种高压氢气储罐。
7.第一方面，本技术提供一种高压氢气储罐，采用如下的技术方案：一种高压氢气储罐，包括内罐和外罐，所述内罐和外罐间过盈配合，所述外罐上设有贯穿所述外罐设置的泄漏检查口。
8.如此设置，通过外罐的设置并采用过盈配合的方式，使内罐和外罐能形成一个较好的整体，从而降低内壁的厚度，降低生产难度。同时，容易发生氢脆的内罐在发生泄漏时，还有外罐阻隔，并通过泄漏检查口检测到内罐的泄漏情况，如此，可以及时做出调整。
9.在其中一个实施例中：所述内罐和外罐间的过盈量为1
‰
～2
‰
。
10.如此设置，一方面能够通过过盈方式来适当调整内外罐的椭圆度及不直度，提高容器的制造精确度。第二方面，使内外罐间贴合紧密，改善传热，缩小内罐和外罐之间的温差和温度应力。第三方面，提高氢气储罐整体的疲软强度。第四方面，避免过盈量过大导致套合应力达到钢材的屈服度，以及避免过盈量过大导致需要采用过高的加热温度和加热时间导致的再热裂缝等问题出现。
11.在其中一个实施例中：所述内罐的许用应力小于所述外罐的许用应力，所述内罐的壁厚大于所述外罐的壁厚。
12.如此设置，内罐作为接触层，其寿命影响整体的使用寿命，因此，其厚度需要大于外罐，同时，外罐不与介质接触，其材质选择上有更多的空间，而采用许用应力更大的材时，可以作为对内罐许用应力的加强，以此可以在保证达到使用要求的前提下，缩小罐体的整体壁厚，将整体壁厚缩小四分之一到一半，甚至更多。
13.在其中一个实施例中：所述内罐的材质为低温钢16mdr，所述外罐的材质为高强低温钢07mnnimovdr。
14.如此设置，低温钢16mdr为常用的高压氢气储罐材料，采用双层结构以及外罐采用高强低温钢07mnnimovdr时，相比于单层的低温钢16mdr而言，整体厚度可以只是缩小四分之一，且内罐的低温钢16mdr厚度可以低于原先的一半。
15.在其中一个实施例中：所述内罐和外罐的厚度计算公式为：在其中一个实施例中：所述内罐和外罐的厚度计算公式为：其中，δ1为内罐的厚度，δ2为外罐的厚度，pc为设计压力，di为内罐的内径，为内罐的许用应力，为外罐的许用应力，φ为焊接接头系数。
16.如此设置，通过上述公式，可以通过预估加验证的方式，计算出最合理的内罐和外罐的壁厚，保障壁厚较小，同时具有较大复合许用应力。
17.在其中一个实施例中：所述内罐包括内筒体和焊接于所述内筒体两端的内半球形封头，所述外罐包括外筒体和焊接于所述外筒体两端的外半球形封头。
18.如此设置，封头焊接的设置，使内外罐可以通过套接的方式加工，使加工方便、且简单稳定的控制过盈量。
19.在其中一个实施例中：所述内筒体与内半球形封头的焊接位置和所述外筒体与外半球形封头的焊接位置间呈错开设置，所述内筒体的焊缝位置与所述外筒体的焊缝位置间呈错开设置。
20.如此设置，将内筒体与外筒体上的焊缝全部错开，如此，在双层结构下，能够形成更好的承压和自保护的效果，提高内罐的使用寿命。
21.在其中一个实施例中：两所述内筒体与内半球形封头的焊接位置位于两所述外筒体与外半球形封头的焊接位置之间。
22.如此设置，能够通过外罐能更好的内罐起到承压和自保护的作用。
23.第二方面，本技术提供一种高压氢气储罐的生产工艺，采用如下的技术方案：一种高压氢气储罐的生产工艺，包括以下步骤：s1、计算参数，计算内罐和外罐的壁厚；s2、成形，计算内罐和外罐的壁厚，然后将对应厚度的板材折弯后将两端焊接，分别形成内筒体和外筒体，再在内筒体两端完成内半球形封头的焊接，在外筒体的一端完成外半球形封头的焊接；s2、套接，将外筒体加热膨胀后，将未加热的内筒体套入外筒体中，其中，内筒体的套入由内筒体自重完成；s3、封头，将未焊接的外半球形封头加热膨胀后，套至内筒体裸露端的内半球形封头上；s4、焊接，冷却后完成外半球形封头与外筒体间焊接。
24.如此设置，一方面采用加热外套筒的方式，来实现套接后的过盈配合，同时，在该过程中不采用强力压入，使其在自重下完成，可以有效减少甚至避免套接过程中轴向划痕的产生，保证内罐和外罐的质量。
附图说明
25.图1是本实施例的结构示意图；图2是本实施例的局部放大图，示出了泄漏检查口的安装结构。
26.图中，100、内罐；200、外罐；300、内半球形封头；400、外半球形封头；500、人孔；600、气体进出口；700、放空口；800、排净口；900、泄漏检查口。
具体实施方式
27.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
28.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.一种高压氢气储罐，如图1所示，包括内罐100和外罐200，内罐100包括内筒体和焊接于内筒体两端的内半球形封头300，外罐200包括外筒体和焊接于外筒体两端的外半球形封头400。
30.内筒体与内半球形封头300的焊接位置和外筒体与外半球形封头400的焊接位置间呈错开设置，且两内筒体与内半球形封头300的焊接位置位于两外筒体与外半球形封头400的焊接位置之间。
31.内筒体的焊缝位置与外筒体的焊缝位置间呈错开设置，此处的焊缝位置是指内筒体成型过程中的焊接位置，即通过将钢板折弯形成圆筒形后两端焊接形成的焊缝。
32.其中，内罐100和外罐200间过盈配合，即内筒体与外筒体之间、以及内半球形封头300和外半球形封头400之间均过盈配合，过盈量控制为1
‰
～2
‰
。
33.氢气储罐上焊接有五个接管法兰，接管法兰分别对应设置有人孔500、气体进出口600、放空口700、排净口800和泄漏检查口900，人孔500设置在其中一个外半球形封头400上，气体进出口600、放空口700和泄漏检查口900均设置在外罐200的顶部，排净口800设置在外罐200的底部。
34.其中，人孔500、气体进出口600、放空口700和排净口800均贯穿内罐100和外罐200并与内罐100内部连通，人孔500、气体进出口600、放空口700和排净口800对应的接管法兰同时与内罐100和外罐200焊接。参照图2，泄漏检查口900对应的接管法兰仅与外罐200焊接，即泄漏检查口900呈仅贯穿外罐200设置。
35.内罐100的壁厚大于外罐200的壁厚，内罐100的许用应力小于外罐200的许用应力，本实施例中内罐100的材质为低温钢16mdr，外罐200的材质为高强低温钢07mnnimovdr。
36.本实施例中，内罐100和外罐200的总厚度计算公式为：式中，δ1—内罐的厚度；δ2—外罐的厚度。
37.pc—设计压力；di—内罐的内径；
φ—焊接接头系数；—内罐的许用应力；—外罐的许用应力。
38.高压氢气储罐的生产工艺，包括以下步骤：s1、成形，通过公式计算内罐100和外罐200的壁厚，若计算出壁厚非整数时，取整并加1，比如计算结果为内罐100的壁厚为89.1mm和外罐200的壁厚为48.8mm时，最终内罐100和外罐200的壁厚分别设置90mm和49mm。
39.将对应厚度的板材折弯后将两端焊接，分别形成内筒体和外筒体，再在内筒体两端完成内半球形封头300的焊接，在外筒体的一端完成外半球形封头400的焊接。其中，泄漏检查口900对应的接管法兰也在此步骤中完成与外罐200的焊接。
40.s2、套接，将外筒体加热膨胀后，将未加热的内筒体套入外筒体中，其中，内筒体的套入由内筒体自重完成，不允许使用外力强行套入。
41.s3、封头，将未焊接的外半球形封头400加热膨胀后，套至内筒体裸露端的内半球形封头300上。
42.s4、焊接，冷却后完成外半球形封头400与外筒体间焊接，在该步骤中，同时完成人孔500、气体进出口600、放空口700和排净口800对应的接管法兰的焊接。
43.本具体实施方式的实施例均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高压氢气储罐，其特征是：包括内罐(100)和外罐(200)，所述内罐(100)和外罐(200)间过盈配合，所述外罐(200)上设有贯穿所述外罐(200)设置、用于监测所述内罐(100)介质泄露的泄漏检查口(900)。2.根据权利要求1所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内罐(100)和外罐(200)间的过盈量为1
‰
～2
‰
。3.根据权利要求1所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内罐(100)的许用应力小于所述外罐(200)的许用应力，所述内罐(100)的壁厚大于所述外罐(200)的壁厚。4.根据权利要求3所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内罐(100)的材质为低温钢16mdr，所述外罐(200)的材质为高强低温钢07mnnimovdr。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内罐(100)和外罐(200)的厚度计算公式为：其中，δ1为内罐的厚度，δ2为外罐的厚度，p
c
为设计压力，d
i
为内罐的内径，为内罐的许用应力，为外罐的许用应力，φ为焊接接头系数。6.根据权利要求1所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内罐(100)包括内筒体和焊接于所述内筒体两端的内半球形封头(300)，所述外罐(200)包括外筒体和焊接于所述外筒体两端的外半球形封头(400)。7.根据权利要求6所述的高压氢气储罐，其特征是：所述内筒体与内半球形封头(300)的焊接位置和所述外筒体与外半球形封头(400)的焊接位置间呈错开设置，所述内筒体的焊缝位置与所述外筒体的焊缝位置间呈错开设置。8.根据权利要求7所述的高压氢气储罐，其特征是：两所述内筒体与内半球形封头(300)的焊接位置位于两所述外筒体与外半球形封头(400)的焊接位置之间。9.一种权利要求1-8中任意一项所述的高压氢气储罐的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、计算参数，计算内罐(100)和外罐(200)的壁厚；s2、成形，计算内罐(100)和外罐(200)的壁厚，然后将对应厚度的板材折弯后将两端焊接，分别形成内筒体和外筒体，再在内筒体两端完成内半球形封头(300)的焊接，在外筒体的一端完成外半球形封头(400)的焊接；s2、套接，将外筒体加热膨胀后，将未加热的内筒体套入外筒体中，其中，内筒体的套入由内筒体自重完成；s3、封头，将未焊接的外半球形封头(400)加热膨胀后，套至内筒体裸露端的内半球形封头(300)上；s4、焊接，冷却后完成外半球形封头(400)与外筒体间焊接。

技术总结
本申请涉及氢气存储的技术领域，特别涉及一种高压氢气储罐及其生产工艺，该高压氢气储罐包括内罐和外罐，所述内罐和外罐间过盈配合，所述外罐上设有贯穿所述外罐设置、用于监测所述内罐介质泄露的泄漏检查口。通过外罐的设置并采用过盈配合的方式，使内罐和外罐能形成一个较好的整体，从而降低罐体的厚度，降低生产难度。同时，容易发生氢脆的内罐在发生泄漏时，还有外罐阻隔，并通过泄漏检查口检测到内罐的泄漏情况，如此，可以及时做出调整。本申请具有降低生产难度、且能够实现避免泄漏事件的发生。的发生。的发生。


技术研发人员：闻建芳 徐旭 吴志航 马云
受保护的技术使用者：杭州盈铭深冷真空工程有限公司
技术研发日：2023.04.22
技术公布日：2023/8/16