[发明专利]高压超高压储氢瓶式容器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高压超高压储氢瓶式容器及其制作方法，包括以下步骤：将S含量不大于0.008％、P含量不大于0.015％的钢锭通过热轧(扩)或热轧+冷拔成型为无缝钢管；对所述无缝钢管两端热旋压使两端成型为半球形封头；对储氢瓶式容器瓶身进行调质热处理，使瓶体金相组织为二级回火索氏体(GB/T11354)，晶粒度不低于6级。本发明提供一种储氢容量大、使用寿命长、承压能力强、制造成本低、防止氢脆现象及方便定期检验的高压超高压储氢瓶式容器的制作方法。

技术领域

本发明涉及加氢站用储氢容器领域，尤其涉及一种高压超高压储氢瓶式容器及其制作方法。

背景技术

随着氢气作为燃料电池应用的广泛和普及，大型加氢站或撬装加氢站已经进入快速发展时期。现有加氢站采用的储氢容器主要由二类产品：

第一类：由多个无缝钢质气瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕气瓶(II型)或铝内胆纤维全缠绕气瓶(III型)组合的储氢瓶组。

第二类：大型加氢站或撬装加氢站内大多采用绕带式或层板式多层包扎高压容器作为站内储氢及缓冲罐使用。

这两类产品受到制造成本、制造周期、组合方式、容量及承压能力、定期检验方式的限制已经远远不能适应于市场发展的需要。提高氢气的储存能力、优化加氢流程、提高加氢效率的关键是提高储氢瓶式容器的耐压能力及容积利用率。鉴于提高储氢瓶式容器的耐压指标受到材料、容器外径、结构、工艺和“氢脆”现象的限制。所谓“氢脆”是指氢原子渗透到钢材的晶格中，使材料产生鼓包和氢致开裂的现象。高压氢气渗透性强，对钢的冲击韧性有一定的影响。钢在高压氢气的环境下更容易产生氢致开裂现象，是我们必须要考虑到的因素。当钢材中的杂质成分尤其是硫或磷含量较高时，特别是高压氢气环境下容易结合产生氢化物而导致储氢容器整体塑性降低，从而在应力集中的部位或缺点处产生开裂的连锁反应。所以对于高压储氢瓶式容器的设计和生产均采取十分谨慎的态度。

目前，高压气态储氢气瓶主要有无缝钢质气瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕气瓶(II型)、铝内胆纤维缠绕气瓶(III型)及塑料内胆纤维缠绕气瓶(IV型)4个类型。站用储氢气瓶组主要是由多个无缝钢质气瓶(I型)、钢制内胆纤维缠绕气瓶(II型)或铝内胆纤维缠绕气瓶(III型)组组成，具有压力分级与容积组合容易，制造周期短，交货期短，适应场地能力强，成型工艺简单、制造成本低的优点；由于上述记载的气瓶是按照目前的气瓶标准进行设计和生产，受TSG R0006《气瓶安全技术监察规程》监管，因此其具有单元容积小，整体容器数量多，漏点多，安全距离大，一次性投资大，运行成本高等缺点，不能现场定期检验，需要整体进复检站检验，且实施困难，费用高的缺点。

绕带式或层板式多层包扎高压容器是按压力容器标准设计制造的，受TSG21《固定式压力容器安全技术监察规程》监管。具有单元容积大，容器数量少，漏点少，安全距离小，现场进行定期检验，检验费用低的优点。但其也具有适应场地能力强差，压力分级与容积组合不易，制造周期长，交货期长，一次性投资大，运行成本较高，定期检验困难的缺点。

现有技术中针对第二类储氢容器：绕带式或层板式多层包扎高压容器制造周期较长的原因如下：

1、绕带式或层板式多层包扎高压容器，从结构上来说属于多层筒体结构，筒节与封头之间环焊缝的焊接及其焊接质量对容器的制造成本和安全性能有重要影响。

2、探伤困难，由于环缝两侧均有层板，影响了超声波探伤的进行，仅能依靠射线检验。

3、焊缝及焊接热影响区有很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒较易变得粗大，韧性下降。

4、深环缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂，若改用浅焊缝，则要改变相应结构，制造工艺十分复杂，生产效率低。

现有技术这对第一类储氢容器：储氢瓶式容器设计、制造及检验潜在的具有如下的技术问题，结合现有的技术规范要求、设计标准及日益提高的市场需求等方面将现有技术中存在的技术问题归纳如下：