整体多层包扎式高压储氢容器的设计与分析

氢能是最有发展潜力的新能源,高压储氢容器是氢能被广泛利用的关键设备。对整体多层包扎式高压储氢容器的筒体、封头、接管与开孔、筒体与封头焊接结构进行了分析与设计,同时建立了封头与接管处有限元模型,仿真结果表明:最大应力发生在封头直边处,与实际可能发生失效位置相符,且各路径的应力评定结果合格。在工作条件产生的循环应力作用下,疲劳寿命校核合格。

金属氢化物储氢容器吸/放氢过程模拟研究

基于储氢合金LaNi5吸放氢性能,建立金属氢化物的储氢数值模型,并利用COMSOL软件进行模型的模拟研究,重点分析直管、翅片与螺旋管结构对容器吸氢和放氢性能的影响。结果表明:内壁加翅片、带有螺旋管换热的两种结构能有效提高储氢容器吸氢速率,大幅缩短吸/放氢过程时间;温度云图显示,容器内壁加翅片的结构,热量是从壁面向容器中心进行传导;对于容器内部增加螺旋管换热结构,传热是从螺旋管向四周进行,且传热效率更高。与初始模型相比,带有螺旋管换热器结构其吸/放氢质量达到最大质量90%所需时间分别减少31.58%和31.12%。

铬钼钢无缝储氢容器旋压工艺研究

针对储氢用无缝容器由于设计压力较高和壁厚较大而导致旋压成型困难的问题,课题组采用ABAQUS建立了无缝容器多道次热旋压数值计算模型,探讨了热旋压过程中应力应变演化规律以及厚度的影响。针对壁厚较厚的无缝储氢容器,分析了进给量、圆角半径和温度对旋压过程的影响规律,并提出了优化建议。研究表明:随着厚度增加,容器成型后等效塑性应变增加,成型难度加大;适当减少进给量、增加旋轮圆角半径或提高温度均有利于厚壁容器旋压成型。最终得到了50 MPa储氢容器的热旋压工艺参数,即进给量10 mm,旋轮圆角半径50~60 mm,温度1100℃,为实际生产提供了参考。

高压储氢容器及输送管道选材与设计标准综述

氢脆是接触高压氢气的金属材料发生材料力学性能劣化的现象,是高压氢气压力容器和压力管道运行中的高危失效因素,而材料的选择和设计是控制氢气容器及管道氢脆风险的主要措施。为总结提炼现行工程规范对高压储氢容器及管道选材和设计的特殊考虑,调研了多项国内外涉及高压氢气容器和管道的标准,重点归纳了适用范围、选材及关键设计要点;通过国内外相关标准的对比分析,指出国内尚缺乏系统性的标准体系,建议现阶段高压氢气压力容器和压力管道设计按美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)相关标准开展选材和设计,并进一步开展基于性能的设计及相应的材料测试方法研究。

探究加氢站储氢容器优化配置

为满足燃料电池汽车的行驶需求,实现储氢容器的优化配置。本文将围绕某城市加氢站作为研究对象,通过打造储氢容器模拟计算模型,结合能量守恒定律,进一步研究不同容积比对设备取气率产生的影响,根据研究显示,当储氢容器水容积提升时,设备取气率呈先升后降的变化趋势,当水容积比达到2:3:4时,储氢容器取气率达到最大值为46.5%。

加氢站用高压储氢容器

加氢站用储氢容器的储存压力高,介质易燃易爆,且容器材料有可能发生氢脆,具有潜在的泄漏和爆炸危险。总结了加氢站用储氢容器的基本特点,介绍了铬钼钢的高压氢环境氢脆特性,以及美国、日本对储氢容器的安全技术要求,并针对我国加氢站用高压储氢容器存在的安全隐患,提出了相关建议。

加氢站用高压气态储氢容器标准体系现状分析和若干建议

高压储氢作为氢能产业中的重要环节之一,对我国氢能产业的发展起着至关重要的作用。基于标准在引领氢能技术进步、引导产业变革、指引氢能发展方向中的重要性,我国和其他国家已开始进行高压气态储氢容器标准的研究制定工作。从高压气态储氢容器材料、设计制造、在役检验、管理维护等方面,对国内外现有的高压气态储氢容器标准进行了对比,阐述了我国在高压气态储氢容器材料、建造、在役检验及管理维护等方面的标准的优势和劣势,并对我国未来高压气态储氢容器标准化工作提出了若干建议。

损伤识别在车用储氢容器模态试验中的应用

针对车用高压储氢容器的复合纤维缠绕结构在其使用过程中的安全问题,开展了体积为0.074m3车用纤维缠绕储氢容器的模态试验研究。根据完好容器、反复充装引起的桶身轻微损伤和疲劳破裂两种疲劳损伤状态容器的模态分析,探讨了基于模态参数进行损伤识别的可行性。研究表明,无论是轻微损伤还是疲劳破裂状态,局部的疲劳裂纹对损伤前后的频响函数有一定影响但并不敏感,无法基于频率响应函数判定损伤是否发生并确定损伤位置,但基于损伤前后振型比较可以实现损伤判定并预测损伤位置。该研究为确定车用储氢结构的在线损伤识别奠定了实践基础。

高压储氢容器失稳分析与研制

借助有限元方法对高压储氢容器进行分析计算,采用ANSYS软件对碳纤维复合材料高压储氢容器内衬的各阶模态失稳进行研究,结合设定的预应力和安全余量,采用了4mm厚的内衬厚度。通过70MPa高压储氢容器快速充放氢系统进行氢环境的疲劳试验,同时进行耐压试验、耐冲击试验和爆破试验,且都得到了安全验证。

热脱附谱技术在储氢容器材料氢陷阱研究中的应用研究进展

氢能作为重要的二次能源,因其具有来源多样、储运便捷、清洁环保、利用高效等优点受到了各国的青睐。高压储氢容器是氢能的重要储输设备之一,其材料氢脆问题是氢能及其相关技术发展中的瓶颈,并逐渐发展为金属材料科学领域中一个非常重要且活跃的研究方向。热脱附谱(TDS)作为一种研究材料中氢陷阱特性的重要方法,得到了国内外学者的广泛使用。本文首先在综合介绍TDS装置及其测试原理的基础上,讨论了升温热脱过程中可能发生的氢陷阱变化对TDS结果及分析的影响。然后通过对TDS试样预处理技术发展水平及各技术利弊的分析,讨论了充氢技术和参数的选择以及充放氢过程对TDS试验结果的影响。最后,基于TDS数据后处理的现有理论及研究进展,讨论了TDS 3种拟合模型的适用性以及在其处理多陷阱曲线重合问题时反褶积过程的复杂性。

大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构强度研究

以自主研制的75 MPa,2.5 m3大容积全多层高压储氢容器为对象,开展了封头和筒体连接结构强度试验研究,得到了加强箍、封头及其连接部位应力随容器内压力的变化情况。建立了精度较高的大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构弹塑性有限元分析模型。基于该模型,对封头和筒体连接结构在容器超压过程中的变形特征,及封头与加强箍配合面形成裂纹尖端在多次加载时的稳定性进行了分析,验证了加强箍结构设计方法的合理性。

复合材料高压储氢容器筒壁应力优化控制分析

复合材料压力容器的纤维缠绕预应力对容器的性能有很大的影响，合理设计这种纤维预应力可提高复合材料容器的综合性能。当碳纤维缠绕铝合金内衬高压储氢容器在高压操作下（比如70MPa），如果不考虑纤维预应力的作用，在工作压力下内衬的应力有可能超过铝合金的许用强度，采用在纤维缠绕制造过程中施加预应力的方法，可以降低铝合金内衬在操作时的应力水平。通过对纤维缠绕层力学模型的简化以及对内村进行虚拟后，把整个容器当作各向同性简体进行处理，极大地简化了计算，并不断地优化预应力分布，最终得到一组比较合理的缠绕预应力，使容器在操作压力下内村有较低的应力水平，而纤维增强层则具有接近均布的应力水平。

加氢站高压储氢容器安全性分析

氢能作为“能源互联网”的纽带,不仅来源广泛、低碳环保、灵活高效、应用场景多,还便于储备和运输。氢气储运是氢能发展中的重要环节,而高压储氢容器的安全性是长期困扰氢气储运的问题。以加氢站固定式高压储氢容器为研究对象,针对不同结构的加氢站系统,总结了其中储氢容器的特点。对近3年储氢系统中高压储氢容器发生的事故进行汇总,从设计、配件、设备、人才方面存在的安全问题进行分析,并提出安全性相关的建议,对未来高压储氢容器的发展方向进行了展望。

高压储氢容器氢环境疲劳试验系统研制

通过对70 MPa氢环境疲劳试验系统的设计和制造,研制了80 MPa扁平钢带缠绕式高压储氢容器,利用钢带预应力的调节实现了容器壁内衬低应力、绕带层等应力的合理应力分布。设计了疲劳试验系统的控制系统,实现手动和自动控制两种控制模式,以满足不同的试验需要。该系统是目前国内惟一的一套可用于真实氢环境疲劳试验的系统,已投入应用。

加氢加油合建站火灾模拟及储氢容器安全分析

对加氢加油合建站用高压储氢容器进行了火灾安全分析,确定了最危险的火灾场景,模拟了22 MPa高压储氢容器在喷射火作用下的热力学响应过程,分析了不同火灾参数对容器危险区域和内部氢气热力学响应过程的影响规律,并划分了不同热辐射强度的储氢容器安全等级。得到的结论为加氢加油合建站用高压储氢容器消防安全管理提供了理论支持。

加氢站储氢容器优化配置研究

以当前建设规模为日加注1000kg、35MPa氢气的加氢站为研究对象,根据质量守恒定律,建立了计算加氢站储氢瓶组取气率的数学模型。从原理上研究了储氢容器高、中、低压不同容积比例设置对其取气率的影响。结果表明,随着低压储氢瓶组水容积逐渐增加,整个加氢站储氢容器的取气率呈先增大后减小的趋势,当高、中、低压储氢容器的水容积比例为2∶3∶4时,整个加氢站储氢容器的取气率最高,为46.483%。

全多层钢制高压储氢容器定期检验方法研究

全多层钢制高压储氢容器是高压氢气储存的重要装备,在加氢站发挥着重要作用。由于容器结构的特殊性,容器制造完成后难以进入容器内部进行检验,现成的检验方法和检测装置难以检测容器在使用过程中产生的缺陷。笔者在综合考虑全多层钢制高压储氢容器失效形式基础上,提出该类储氢容器定期检验方法,特别是针对双层封头与单层接管连接的厚壁焊缝,提出了内置式曲面耦合超声相控阵检测方法,解决了定期检验关键技术难题。试验研究表明,笔者提出的定期检验方法,可有效检出容器在使用过程中产生的缺陷,保证容器的使用安全。

加氢站钢带错绕式高压储氢容器检验相关问题探讨

钢带错绕式高压储氢容器在加氢站中普遍存在,其储存压力高,介质易爆易燃,且储存氢气的容器材质有可能发生氢脆,存在潜在的泄漏和爆炸危险。总结加氢站用储氢压力容器的基本特性,针对其存在的安全隐患,对钢带错绕式高压储氢容器提出相关检验建议。

美国制成基于三氢化铝的储氢容器

据美国物理学家组织网报道，美国萨瓦那河国家实验室（SRNL）的科学家利用含三氢化铝的轻型材料制成了小型储氢容器，并证明它的氢释放率适合为小型商用燃料电池提供动力，这为未来大规模制造便携式发电系统铺平了道路，其在军用和商用领域都可能得到应用。

加氢站用45 MPa高压储氢瓶式容器火烧试验模拟

为研究加氢站用高压储氢容器在火灾下的安全性能,采用计算流体力学(CFD)方法对45 MPa高压储氢瓶式容器火烧试验过程进行模拟研究,结合气瓶火烧试验,分析高压储氢容器火灾下的热响应过程,研究不同因素对储氢容器压力泄放装置动作时间的影响。结果表明:613 s以内试验压力与模拟数据的最大相对误差为3.9%,模型误差在可接受范围;不同充装介质对安全泄放装置动作时间影响不大;不同充装压力对容器内介质压升速率影响较大,充装水平较高时压力泄放装置更快动作,较低的充装压力下容器内介质温升较快;不同环境温度对介质温升影响较小。