阅读说明：本技术 介质为氢气的高温超高压容器 (High-temperature ultrahigh-pressure container with hydrogen as medium ) 是由 张羽 范志霞 周凤葆 宋小波 赵林伟 郝新辉 赵东 王博 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种使用温度在400℃以下的介质为氢气的高温超高压容器,包括外管体、外管体中的内衬、通过预紧螺栓固定在外管体端面上的端盖、设在内衬端面上的端盖内衬,在内衬端面与端盖内衬之间设有密封垫,端盖内衬靠紧固螺栓穿过端盖压紧在内衬的端面上,在端盖内衬与内衬之间的腔体中充满氢气,外管体与内衬通过热套装的方式进行装配,外管体提供强度,内衬具备抗氢性能,外管体、端盖、预紧螺栓采用35CrNi3MoV或者36CrNi3MoV钢进行加工制造,内衬与端盖内衬选用热膨胀系数与35CrNi3MoV或者36CrNi3MoV钢相近的NO6625奥氏体不锈钢材料,密封垫选用316L材料,解决了介质为氢气的超高压容器材料发生氢脆的技术难题。(The invention relates to a high-temperature and ultrahigh-pressure container using hydrogen as a medium with the temperature below 400 ℃, which comprises an outer pipe body, a lining in the outer pipe body, an end cover fixed on the end face of the outer pipe body through a pretightening bolt, an end cover lining arranged on the end face of the lining, a sealing gasket is arranged between the end surface of the lining and the end cover lining, the end cover lining passes through the end cover by a fastening bolt and is tightly pressed on the end surface of the lining, the cavity between the end cover liner and the inner liner is filled with hydrogen, the outer tube body and the inner liner are assembled in a hot sleeving manner, the outer tube body provides strength, the inner liner has hydrogen resistance, the outer tube body, the end cover and the pre-tightening bolt are processed and manufactured by adopting 35CrNi3MoV or 36CrNi3MoV steel, the inner liner and the end cover liner are made of NO6625 austenitic stainless steel materials with thermal expansion coefficients similar to those of the 35CrNi3MoV or 36CrNi3MoV steel, and the sealing gasket is made of 316L materials, so that the technical problem that hydrogen embrittlement occurs to an ultrahigh-pressure container material with hydrogen as a medium is solved.)

具体实施方式

如图1、2、3所示，一种介质为氢气的高温超高压容器，包括外管体2、设置在外管体2中的内衬3、通过预紧螺栓5固定在外管体2两个端面上的端盖1、设置在内衬3端面上的端盖内衬6，在内衬3的端面与端盖内衬6之间设置有密封垫4，端盖内衬6靠紧固螺栓7穿过端盖1压紧在内衬3的端面上，在端盖内衬6与内衬3之间封闭形成的腔体中充满的内部介质为氢气，能够在400℃下运行，外管体2与内衬3通过热套装的方式进行装配，外管体提供强度，内衬具备抗氢性能，外管体两端采用端面金属硬密封的结构形式，外管体2、端盖1、预紧螺栓5采用35CrNi3MoV或者36CrNi3MoV钢进行加工制造，内衬3与端盖内衬6选用热膨胀系数与35CrNi3MoV或者36CrNi3MoV钢相近的NO6625奥氏体不锈钢材料，密封垫选用316L材料。

内衬3与端盖内衬6的壁厚为40mm。

外管体2的壁厚按照爆破压力法计算，安全系数应大于等于2.2，即P_b/P_s≥2.2，其中P_b为外管体的爆破压力，P_s为容器的设计压力，爆破压力 为材料在设计温度下的抗拉强度，为材料在设计温度下的屈服强度，K为外管体的外径与外管体的内径之比。

端盖1的最小计算厚度D_c为端盖的计算直径，K₁为结构特征系数取0.25，[σ]^t为材料在设计温度下的许用应力，

依据容器的内径确定预紧螺栓5的数量，内径d1≤103mm，预紧螺栓5的数量n为8个；当103mm＜d1≤280mm，预紧螺栓5的数量n为16个；当280mm＜ d1≤350mm，预紧螺栓5的数量n为20个。

依据预紧螺栓5的数量和预紧螺5的总载荷确认螺栓的直径d₂，其中为螺栓材料的需用应力，总载荷ω＝F+F_a，F 为内压引起的轴向力，D_G为密封面平均直径，预紧力 F_a＝1.57D_Gbp_s tan(α-ρ)，b为密封垫4的有效高度，α为密封面锥角取75°，ρ为钢与钢的接触角取8.5°。

根据外管体2的内径d以及热装配过盈量范围公式ΔD＝1～3‰D,并以此计算和确定热装配过盈量。

此容器主要由外管体2、内衬3、端盖1、端盖内衬6、预紧螺栓5、紧固螺栓7、密封垫4组成，其中，内衬3、端盖内衬6与氢气介质直接接触需要具备抗氢能力，外管体2、端盖1作为主要承压元件需要有足够的强度，其结构如图 1、2所示。

外管体2与端盖1采用35CrNi3MoV或36CrNi3MoV锻件材料，热处理后进行加工制造，在计算外管体的厚度时不考虑内衬的强度。内衬3、端盖内衬6选用NO6625钢板进行加工制造，内衬3用钢板卷制而成允许有一条横向焊缝。

外管体2与内衬3通过热装配的加工方法以过盈配合的配合方式进行装配。密封垫4选用比NO6625较软但也具备抗氢能力的316L不锈钢材质进行制造，且装配位置位于内衬上，密封垫的截面尺寸如图3所示为等腰梯形且密封面锥角α＝75°。

紧固螺栓7用于连接端盖1与端盖内衬6。预紧螺栓5用于连接端盖1与外管体2，并为密封垫提供预紧力。容器的进口或出口开孔处位于端盖上，且密封位置放置在端盖内衬上。加工后内衬以及端盖内衬的壁厚为40mm。