固定式高压储氢用钢带错绕式容器

固定式高压储氢用钢带错绕式容器

国家标准 GB/T26466一2011 固定式高压储氢用钢带错绕式容器 Stationarylatsteelribbonwound Ivesselsforstorageofhighpressurehydrogen 2011-05-12发布 2011-12-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/26466一2011 引 言 钢带错绕式压力容器是我国首创的一种压力容器结构形式 自1964年研制成功以来,我国已制造 钢带错绕式氨合成塔、甲醇合成塔、氨冷凝器,铜液吸收塔、水压机蓄能器、,高压气体储罐等7000多台 经过40多年的理论分析,试验研究和工程应用,我国已系统地建立了钢带错绕式压力容器的优化设计 理论,积累了丰富的设计、制造、使用经验 1980年我国颁布了JB1149一80《扁平钢带压力容器技术条件》 1996年和1997年该型容器分别 列人美国机械工程师学会锅炉压力容器规范案例2229和2269,即Case2229DesignofLayeredVessels UsngFlaRibbonwoundcyindrielshels,Seerion,Division1租case22099Designofl. -ayered VesselsUsingFlatRibbonwoundCylindriealshells,Seetion,Division2,可用于制造设计压力在 70MPa以内直径为250 mm3000mm、设计温度不超过427C的压力容器 本标准是在总结钢带错绕式压力容器产品(特别是固定式高压储氢用钢带错绕式容器)设计,制造、 使用经验的基础上,结合国内外的最新研究成果制定的
GB/T26466一2011 固定式高压储氢用钢带错绕式容器 范围 本标准规定了固定式高压储气用钢带错绕式容器的设计,制造、检验和验收要求 本标准适用于同时满足以下条件的固定式高压储氢用钢带错绕式容器 设计压力大于或等于10MPa且小于100MPa a y心 b设计温度大于或等于一40C且小于或等于80C; 内直径大于或等于300mm且小于或等于1500mm,设计压力(MPa)与内直径(mm)的乘积 e) 不大于75000. 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 凡是注日期的引用文件,其随后所有 的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 GB/T2282002金属材料室温拉伸试验方法 GB/T229一2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法 (GB713一2008锅炉和压力容器用钢板 GB3531一2008低温压力容器用低合金钢钢板 GB66532008焊接气瓶用钢板和钢带 钢制压力容器焊接工艺评定 JB47082000 压力容器涂散与运输包装 JB/T4711一2003 JB4726一2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 JB4727一2000低温压力容器用低合金钢锻件 JB47282000 压力容器用不锈钢锻件 JB/T4730.2一2005 承压设备无损检测第2部分;射线检测 承压设备无损检测第3部分;超声检测 JB/T4730.32005 JB/T4730.5一2005承压设备无损检测第5部分:渗透检测 JB4732一1995钢制压力容器一分析设计标准(2005年确认版 JB4733-1996压力容器用爆炸不锈钢复合钢板 定义、符号 3.1定义 3.1.1 lribon 固定式高压储氢用钢带错绕式容器stationarylatsteel woundvesselsforstorageofhigh pressurehydrogen 在较薄的内简外面倾角错绕多层扁平钢带(层数为偶数),钢带与筒体环向成一定倾角,相邻层钢带 绕向相反,且仅将每层钢带两端与半球形封头和加强箍相焊接所构成的高压储氢容器(型式见图1、 图2,容器对外接口型式根据工艺要求确定
GB:/T26466一2011 加强伦 半球形封头 绕带层 保护壳 图1固定式高压储氢用钢带错绕式容器结构简图 图2容器端部局部示意图 3.1.2 绕带筒体latsteelribbonwoundeylindriealshel 由内简和错绕钢带层组成的简体 3.1.3 轴向爆破压力axialburstingpressure 按容器轴向极限承载能力确定的爆破压力 3.1.4 环向爆破压力hoopburstingpressure 按容器环向极限承载能力确定的爆破压力 3.2符号 下列符号适用于本标准: B 钢带宽度， mm; 容器内直径， ，mm: D 第人层钢带平均直径， ，mm; D 容器外直径, ,mm; 内筒材料在设计疲劳曲线中规定的弹性模量,MPa E
GB/T26466一2011 E -内筒材料常温弹性模量,MPa; E -材料常温弹性模量,MPa; E 钢带材料在设计疲劳曲线中规定的弹性模量,MPa; E 钢带材料常温弹性模量,MPa; 竣工液压试验压力下,绕带简体周长平均伸长量,mm: en 竣工液压试验压力下,与绕带筒体尺寸相同的单层圆筒周向伸长量,mm; e 疲劳强度减弱系数,f=1.25; 内筒筒体长度,mm; 壁厚比,容器内简名义厚度与绕带简体名义厚度之比; 绕层外半径与容器内半径之比,K=R/R; 内筒径比,K,=R/R; K 钢带层径比,K，=R.,/R; 钢带层数; 第人层钢带根数 n N 预计循环次数 设计压力,MPa 绕带筒体的轴向爆破压力,MPa; 绕带筒体的环向爆破压力,MPa; 绕带筒体的轴向全屈服压力,MPa; 绕带筒体的环向全屈服压力,MPa; 容器液压试验压力,MPa; 内筒液压试验压力,MPa; pT 加强箍外半径,mm R 半球形封头圆柱部分半径,mm; R 内筒内半径,mm; R 内筒外半径,mm; 尺 绕层外半径， R mm; R 内筒材料标准常温屈服强度,MPa; R 半球形封头材料标准常温屈服强度,MPa; l R 钢带材料标准常温屈服强度,MPa l R -内筒材料标准常温抗拉强度下限值,MPa; -半球形封头材料标准常温抗拉强度下限值,MPa; Rmnl 钢带材料标准常温抗拉强度下限值.MPa; Rm0 考虑倾角错绕削弱的绕层修正外半径,R,=R十(R 一R)(cos'a十0.3sina),mm; R S 内筒交变应力强度幅,MPa:; 钢带交变应力强度幅,MPa; s 考虑弹性模量修正后的内简交变应力强度幅,MPa 50 s" 考虑弹性模量修正后的钢带交变应力强度幅,MPa; 绕带筒体材料常温设计应力强度.sS, =S十(一)yS.MPa; S 内筒材料常温设计应力强度,MPa; Sm 半球形封头材料常温设计应力强度,MPa Sm 钢带材料常温设计应力强度,MPa; Sm
GB:/T26466一2011 -根据预计循环次数和内筒材料运用设计疲劳曲线所得的许用交变应力强度幅,MPa， S -根据预计循环次数和钢带材料运用设计疲劳曲线所得的许用交变应力强度幅,MPa -内筒轴向、径向主应力差的波动范围,MPa; S -内简环向、径向主应力差的波动范围,MPa; 钢带倾角错绕引起的环向削弱系数，一般取y=0.9; 钢带相对于容器环向的平均倾角,a=15°30°; 第k层钢带的倾角; 绕带筒体计算厚度 ,mm 半球形封头名义厚度， ,mm; 内筒名义厚度，tmm; 第尺层钢带的带间间隙,mm; 绕带筒体名义厚度,mm; 钢带厚度,mm; 钢带层名义厚度,mm 第人层钢带的导程,mm 内筒径向应力,MPa; 内筒轴向应力,MPa; 内简环向应力,MPa; 竣工液压试验压力下内简应力,MPa， T 竣工液压试验压力下最外层钢带应力,MPa 最外层钢带应力,MPa; 内压波动范围,MPa 总则 本标准规定范围内的固定式高压储氢用钢带错绕式容器的设计,制造、检验与验收除应符合本标准 规定外,还应符合JB4732中的有关规定,并遵守国家颁布的有关压力容器的法律、法规和标准 材料 5.1用于内筒,封头的钢板,其标准常温抗拉强度下限值应不大于540MPa 5.2不锈钢复合钢板应符合以下规定 a)复材为0Crl8Ni9,00Cr19Ni10或00Crl7Ni14Mo2;基材为Q345R或16MnDR; b 复合钢板的级别为JB4733中规定的B1级 5.3用于内筒、封头的钢板,其复验要求如下 a)逐张按GB/T228进行室温拉伸试验,对不锈钢复合钢板仅复验基材 合格指标按相应钢材 标准; b逐张按GB/T229进行夏比(V型缺口)冲击试验,对不锈钢复合钢板仅复验基材 冲击试验 温度为设计温度或按图样的规定 合格指标按JB4732中相应规定; 逐张进行超声检测,其质量等级不低于JB/T4730.3中规定的I级 对不锈钢复合钢板进行 贴合率检测,合格指标按JB4733中相应规定 5 锻件应符合JB4726JB4728中相应规定,锻件的级别应不小于川级 5 1601 5. 钢带材料为Q345R,16MnDR或HP345,厚度为4mm一8mm,宽度为80mm~ mm,其常温 设计应力强度按表1规定
GB/T26466一2011 表1 MPa 常温强度指标 钢号 钢材标准 常温设计应力强度 抗拉强度 屈服强度 Q345R GB713-2008 510 345 196 16MnDR GB35312008 49o 315 188 HIP345 GB66532008 510 345 196 设计 6.1 筒体 筒体厚度 6.1.1.1绕带筒体计算厚度按式(1)计算 pD. S 6.1.1.2绕带筒体名义厚度按式(2)计算: =+ =十o 式中加取偶数.不小于a. 6.1.2钢带缠绕参数 6.1.2.1钢带平均缠绕倾角 钢带平均缠绕倾角按式(3)计算 0.95(K;-1)R干 干R5区K二nk 一 =arccos R[nK会十0.83125(K一1门 6.1.2.2钢带缠绕平均导程 钢带缠绕平均导程按式(4)计算 R土R 入=2x tana 设计时应根据绕带机床实际导程数值选定,导程入可以数层或者全部钢带取同一数值,以方便钢带 缠绕操作,具体根据带间间隙值确定(见6.1.2.5). 6.1.2.3各层钢带的缠绕倾角 各层钢带的缠绕倾角按式(5)计算 =arctan(a/rD. 5 6.1.2.4同层钢带根数 同层钢带根数按式(6)计算 (xD/B)sina 6 m 计算结果取小于m,的最大整数 6.1.2.5带间间隙 带间间隙按式(7)计算 B o=(rD/m.)sinar 同层钢带中,相邻钢带的间隙应不大于3mm 当第人层钢带的间隙o计算值大于3mm时,须改 变导程,使不大于3mm. 6 .1.3爆破压力校核 6.1.3.1环向爆破压力 环向爆破压力按式(8)计算:
GB/26466一2011 8 A--R.lnkK十R.cosalnK " 要求">2.6 6.1.3.2轴向爆破压力 轴向爆破压力按式(9)计算 K- -Rm十Rm(sin'a十0.125cos'a)(K 一1 = K 要求>2.6. 6.1.4全屈服压力校核 6.1.4.1环向全屈服压力 环向全屈服压力按式(10)计算 三R.lnK十R.cosalnK (10 厅 要求;">1.5 A 6.1.4.2轴向全屈服压力 轴向全屈服压力按式(11)计算 K Ra十Ra(sinia十0.125oo(K- = 一1) ll1) 要求>1.5 6.1.5容器疲劳分析 6.1.5.1筒体 根据预计循环次数N,按JB4732分别确定内筒、钢带的许用交变应力强度幅S.和S 6.1.5.1.1内筒轴向应力按式(12)计算 R户 (12 o;三 R一R十(R一R(sina十0.3cosa 6.1.5.1.2内简径向应力按式(13)计算 o 13) 6.1.5.1.3内简环向应力按式(14)计算 p(R 十R (14 R R 6.1.5.1.4内简疲劳校核按式(15)式(17)计算 盖La S 15) 16 17 =0.5max(S,Sn) 考虑弹性模量修正后的内筒交变应力强度幅按式(18)计算 '=s" S 18) 要求:S'GB/T26466一2011 2R 19) cos'aR,一R 6.1.5.1.6钢带疲劳校核按式(20)计算 S'，=0.5 头 A 20) 考虑弹性模量修正和疲劳强度减弱系数f后的钢带交变应力强度幅按式(21)计算 以'=x" (21 要求.s'GB:/T26466一2011 时间以此来对两端斜面焊缝部位、周长等进行检查 7.4.3竣工液压试验时,应在最外层钢带两端离端部焊缝800mm处与容器中部测量周长,取两组测 量值,第一组取自竣工液压试验前的零压力状态;第二组取自竣工液压试验期间 应在规定试验压力下 至少保压5min后,在规定试验压力下进行测量 计算周长平均伸长量e. 7.4.4按下式计算相同尺寸单层圆简周向伸长量e按式(28)计算 10.68R.R (28 eh一 E(R.一R 7.4.5试验完成后用压缩空气将水吹干 7.5合格要求 7.5.1内筒液压试验后,同时符合下列条件为合格 a)无渗漏 b 无可见变形; e试验过程中无异常响声 7.5.2竣工液压试验后,同时符合下列条件为合格: a)无渗漏 无可见变形; b 试验过程中无异常响声(带层应力调整可能发出的轻微摩擦响声属正常现象); c) de和e之比在0.51.0之间 制造与检验 内筒筒节成形 8.1 同一断面上最大内直径与最小内直径之差应不大于该断面内直径D的0.5%,且不大于4mm 8.1.1 A类焊接接头形成的棱角E,用弦长等于1/6D且不小于300mm的内样板或外样板检查,其E值应不 大于2mm 8.1.2A类焊接接头对口错边量不大于钢板复层厚度的50%,且不大于1.5mm 8.2内筒组装 8.2.1相邻筒节的A类接头焊缝中心线间外圆弧长以及封头A类接头焊缝中心线与相邻筒节的A 类接头焊缝中心线间外圆弧长应大于内筒厚度的3倍,且不小于100mm 筒体直线度应符合图样要 求,当图样未提出要求时,应不大于H/1000,且不大于12mmm B类焊接接头形成的棱角E应不大于2mm 8.2.3B类焊接接头对口错边量应不大于钢板复层厚度的50%,且不大于2mm 8.2.4除封闭焊缝内表面外,内筒其余焊缝的内、外表面均须修磨至与母材齐平,且不应存在咬边 封 闭焊缝应采用气体保护焊打底 8.2.5内筒A,B类焊接接头应采用双面焊或相当于双面焊的全熔透对接接头 8.3热处理 内筒焊接接头焊后应进行消除应力热处理 内简焊接接头的返修应在热处理前进行 热处理后如 有返修,补焊后应重新进行热处理 8.4无损检测 8.4.1内筒A、B类接接头经形状尺寸和外观检查合格后,应进行100%射线检测,检测技术等级采 用AB级,其质量等级应不低于JB/T4730.2一2005中规定的目级 采用复合钢板制作的容器,内简焊接接头经射线检测合格后,应进行100%渗透检测(封闭焊缝 8.4.2 除外),其质量等级应不低于JB/T4730.5一2005中规定的I级 8
GB/T26466一2011 8.5钢带缠绕 8.5.1钢带缠绕前应将内简外表面的铁锈,油污及影响贴合的杂物清除干净 8.5.2各层钢带应按图样规定的缠绕倾角和预拉应力进行缠绕,并记录测力装置读数 钢带缠绕过程 中,应实测并记录各层钢带的实际厚度,并确保各层钢带的实际厚度总和大于钢带层设计厚度,否则,应 增加钢带层数 同层钢带中,相邻钢带的间隙应均匀分布,不得因间距不均匀而切割钢带侧边 8.5.4 每层钢带缠绕后应进行松动面积检查,每根钢带上的松动面积应不超过该钢带总面积的15% 每层钢带的始末两端应尽量与其内层贴合,并通过焊接钢带端部长度大于或等于两倍钢带宽度 的带间间隙使之得到加强与箍紧 每层钢带端部焊缝处均应修磨平整,并用不小于5倍的放大镜对焊 缝进行外观检查,不应有咬边、密集气孔,夹渣、裂纹等缺陷 必要时可进行磁粉或渗透检测 8.5.6钢带允许作45"斜边对接拼接处理,对接接头应采用全熔透结构,拼接前应按JB4708进行焊接 工艺评定 对缠绕于容器上的每层钢带,这种对接接头不应超过三处,且在一根钢带上只允许一处,拼 接长度不小于500 mm 标志、包装、贮运 各项检验合格后,应加上保护壳 保护壳上应有泄放孔或者安装在线泄槲检测装置 9.1 容器制作完毕后,内表面应吹扫干净.并用氮气置换容器内空气.管口用盲板封闭 9.2 9.3容器制作完毕后,机械加工面涂清漆一道,非加工面涂防锈漆两道 所有螺孔部位、密封面应加油封,没有装配的零件、配件装箱保护随机出厂 9 9.5容器出厂应有铭牌标志,其内容应符合JB4732中相应的规定 9.6容器的涂敷与运输包装应符合JB/T4711的规定