CN100554758C - 用于在压力下储存气态介质的压力容器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在压力下储存气态介质的压力容器，这种压力容器包括一个纵缝焊接管，该管在两端被封闭并且至少在一端具有一用于注入和抽空的孔。按照本发明，按UOE方法制造的纵缝焊接管(1、2)具有≥508mm的直径和≥X70的最小屈服点。纵缝焊接管的敞开末端用圆拱形封头部件(4、5)连接和封闭。这样形成的压力容器在室温下用于200bar的最低注入压力。一个封头部件(5)设有用于注入和抽空的孔。纵缝焊接管(1、2)和所有其它的连接焊缝(3、6、7)都在考虑到与大的负荷振幅相关的尽可能高的振动疲劳强度的情况下成形。并且至少纵缝焊接管(1、2)的纵向焊缝的内侧在整个长度上都被机械加工，以及，将纵缝焊接管(1、2)和封头部件相互连接的环形焊缝(3、6、7)的坡口面的横截面几何形状具有一个带收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。此外，本发明还涉及制造上述压力容器的方法。

Description

用于在压力下储存气态介质的压力容器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于在压力下储存气态介质的压力容器及其制造方法。
背景技术
由DE 38 441 64 A1已知一种制造压力容器的方法，在这种方法中由正火轧制的热轧带出发制造纵缝焊接管，它的敞开末端用旋压方法封闭形成半球形的底部。至少一个封闭的末端有一个用于注入和抽空压力容器的孔。
这样制造的压力容器的屈服点Rp0.2至少为355N/mm2，抗拉强度Rm为490到630N/mm2。压力容器的直径为229mm，壁厚为3.2mm。
一个这样制造的压力容器只具有有限的填充容积，并且不设计用于与大的负荷振幅有关而需要尽可能高的振动疲劳强度的场合。
在WO-A-9716678中公开了一种用于处于压力下的天然气的运输系统，特别是船舶。
这种运输系统由大量的气罐组成，其中3和30个气罐各组成一个单元。经由管道各通过每个单元的一个控制阀与各个气罐连接。
在2000和3500此同时psi的压力范围内对气罐灌气，抽空到100至300岸psi的最低压力。气罐用管子制造，其中敞开的末端用圆拱形帽封闭。在较高压力时气罐的圆筒形部分通过用纤维，最好是玻璃纤维或碳纤维缠绕来加强。各个单元最好垂直地布置在船舶的货舱内。
发明内容
本发明的目的是，给出一种用于在压力下储存气态介质的压力容器，这种容器在外部尺寸与重量的有利比例下具有尽可能大的充填容积并且可经济地制造，并且设计用于与大的负荷振幅相关的高振动疲劳强度的场合。
这个目的由以下的特征实现。
按本发明的用于在压力下储存气态介质的压力容器，包括一个纵缝焊接管，该管在两端封闭并且至少在一端有一个用于注入和抽空的孔，其特征在于，按照UOE方法制造的纵缝焊接管的直径≥508mm，最小屈服点≥X70，其敞开的末端用圆拱形封头部件连接和封闭，以及这样制成的容器设计用于在室温下200bar的最低注入压力，一个封头部件设有所述用于注入和抽空的孔，其中，纵缝焊接管的纵向焊缝和所有其它的连接焊缝都在考虑到与大的负荷振幅相关的尽可能高的振动疲劳强度的情况下成形，并且至少纵缝焊接管的纵向焊缝的内侧在整个长度上都被机械加工，以及，将纵缝焊接管和封头部件相互连接的环形焊缝的坡口面的横截面几何形状具有一个带收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。
按本发明的用于制造上述压力容器的方法，包括以下的步骤：按照UOE方法制造在直径和椭圆度上具有小偏差的纵缝焊接管，至少对纵向焊缝的内侧进行机械加工，其中，从焊缝到相邻的管体的尖棱几何过渡部分被倒圆；在两个开口末端加工出坡口面；从热轧板出发制造圆拱形封头部件；在封头部件的圆筒形区段上加工出坡口面；在一个封头部件上加工一个孔；在使用内定心装置的情况下通过焊接把一个封头部件与纵缝焊接管连接；在强力压紧作为定心辅助措施而没有内定心装置的情况下，通过焊接把第二个封头部件与纵缝焊接管的还敞开的末端相连接。
按照本发明的教导，按UOE-方法(U形、O形膨胀)制造的纵缝焊接管具有≥508mm(20″)的直径和≥X70(70.000psi＝482N/mm2)的最小屈服点，并且纵缝焊接管的敞开末端用圆拱形封头部件连接和封闭，其中一个封头部件设有用于注入和抽空的孔。
这样形成的压力容器设计用于最小注入压力200bar，并且纵缝焊接管的纵向焊缝和其余的连接焊缝都在考虑到尽可能高的振动疲劳强度的情况下相应地成形，其中，至少纵缝焊接管纵向焊缝的内侧在整个长度上进行机械加工，将纵缝焊接管和封头部件相互连接的环形焊缝的坡口面的横截面几何形状具有一个带收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。
与已知的现有技术不同，为了提高充填容积可以加大直径并且可以明显地提高最低屈服点。这种提高可以用于减小壁厚，这导致重量减轻，或者用于提高注入压力。
这个建议的特点在于，使用一种已证明可靠的管线技术(Stradtmann，钢管手册，第10版，Vulkan出版社，Essen1986，164-167页)制造压力容器，以便经济地制造可施加大的负荷振幅的压力容器。由于压力容器完全的充满和几乎完全地抽空的变换产生大的负荷振幅。
通常压力容器由长度可能达到18米的按UOE方法制造的纵缝焊接管构成。多个平行排列的压力容器可以构成一个可输送的储存单元，其中压力容器的孔通过一个管道系统相互连在一起。
最好把这样的储存单元布置在一个支承框架内。多个这样的储存单元可以例如布置在一个船舶货舱内；由于经济的原因最好把两个按照UOE方法制造的纵缝焊接管按每18米通过一条焊缝相互连接在一起，以便这样得到相应的压力容器长度。
圆拱形封头部件做成为带有一个圆筒形区段的半球形，它通过一道环形焊缝与纵缝焊接管的敞开末端连接在一起。通过圆筒形区段使圆拱形封头部件尽可能抗振地连接到管子上，而且在组装时能够使用内定心装置。就减轻重量而言，至少圆筒形区段有一个相当于管子额定壁厚的壁厚。为了保证所使用的焊接方法没有错误地工作，用具有与纵缝焊接管类似成分的类似的材料制造圆拱形封头部件。
最好把储存单元垂直布置，特别是在船舶的货舱中。用于注入和抽空的孔可以选择地设置在位于上部或下部的封头部件上。
如果孔被布置在上部，就有必要在压力容器中装一个一直延伸到位于下部的封头部件的立管。从而保证，能够吸出从待运输气体中分离出的液体和污物颗粒。在孔布置在下部的情况下没必要装一个立管。但是布置在上部的孔有以下的优点，使得更容易接近管道系统。
为了使长的立管保持就位，至少一个支架在管子内横截面上延伸。最好这个支架做成为对称的三脚架。
必须根据气体成分相应地选择压力容器的材料。也可能必要的是，位于下部的封头部件配有防腐蚀的内涂层。
就达到高的振动疲劳强度而言，至少对纵向焊缝的内侧在整个长度上进行机械加工。把从焊缝到相邻的管体的尖棱的过渡部分倒圆是特别有效的。最好通过铣、磨或内射流进行加工。特别是通过喷射产生对振动疲劳强度有利的残余压应力。此外，通过喷射和磨削弄平了刻痕隆起的尖锐的表面部位。
对提高振动疲劳强度有相同意义的是，建议确定环形焊缝的坡口面的横截面几何形状。最好这个几何形状具有一个带收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。这还具有以下的优点，能够使用经济的自动的窄缝-轨道焊接。
为了能够充分利用高强度材料的优点，上述用于提高振动疲劳强度的措施都是必要的。虽然高强度材料能够承受高的负荷，但对凹痕比低强度材料也更加敏感。由于这些原因在压力容器成形时必须注意，尽可能地避免凹痕的形成。
附图说明
由下面对在附图中示出的实施例的说明得出本发明的其它特征、优点和细部。附图中：
图1按照本发明制造的压力容器的纵向视图，
图2图1的纵向视图的放大图，
图3沿图2中A-A方向的截面图，
图4图2中的细部W，
图5图2中的细部Y。
具体实施方式
在图1中示出一个按照本发明制造的压力容器的纵向视图。它由两个纵缝焊接的按照UOE方法制造的管子1、2组成，管子1、2通过一道环形焊缝3相互连接。
管子1、2的开口末端各用一个圆拱形封头部件4、5分别通过一道环形焊缝6、7连接和封闭。
图2表示同一个压力容器的放大纵向剖视图。为了能够将压力容器注入和排空气体，在右侧的圆拱形封头部件5上安制一个孔，以便在那里能连接管道系统。管道系统由一个一直延伸到位于左侧的圆拱形封头部件4的末端区域中的立管8组成。在图5中表示出立管8连接在位于右侧的圆拱形封头部件5上的细部。
为了使立管可靠地定位在压力容器中，在这个实施例中设置了三个支架9、10、11。通过塑料制的转接器12实现在压力容器内壁上的支承，以免损害压力容器的内壁。转接器12朝向压力容器内壁的表面这样构形，使其能够尽可能没有间隙地紧贴。
为了使圆拱形封头部件4、5能够持久抗振地连接到管子1、2上，管子1、2在与半球连接处具有一圆筒形构成的区段19、19’，此外该圆筒形区段使得在组装时能够使用内定心装置。
图3沿图2中截面A-A示出支架9的细部。支架9做成为具有三个各错开120°的臂13、13’、13”的对称的三脚架。在中心区域设有一个盘形加大部分14，立管8延伸穿过这个加大部分。
图4表示图2中的细部W。为了把立管8连接到圆拱形封头部件5上，在孔中焊入了一个厚壁的连接件15。立管8通过一道环形焊缝16与连接件15连接。这里只是示出了延伸的连接管17。它同样用一道环形焊缝18与连接件15连接。
在图5中示出了图2的细部Y。它表示环形焊缝3的坡口面的横截面几何形状。这种几何形状的特点是带有收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。
附图标记清单
1、2        纵缝焊接管      13、13′、13″    支架臂
3           环形焊缝        14                盘形加大部分
4、5        圆拱形封头部件  15                连接件
6、7        环形焊缝        16                环形焊缝
8           立管            17                连接管
9、10、11   支架            18                环形焊缝
12          转接器          19、19′          圆筒形区段

Claims (21)

1.一种用于在压力下储存气态介质的压力容器，包括一个纵缝焊接管，该管在两端封闭并且至少在一端有一个用于注入和抽空的孔，其特征在于，按照UOE方法制造的纵缝焊接管(1、2)的直径≥508mm，最小屈服点≥X70，其敞开的末端用圆拱形封头部件(4、5)连接和封闭，以及这样制成的容器设计用于在室温下200bar的最低注入压力，一个封头部件(5)设有所述用于注入和抽空的孔，其中，纵缝焊接管(1、2)的纵向焊缝和所有其它的连接焊缝(3、6、7)都在考虑到与大的负荷振幅相关的尽可能高的振动疲劳强度的情况下成形，并且至少纵缝焊接管(1、2)的纵向焊缝的内侧在整个长度上都被机械加工，以及，将纵缝焊接管(1、2)和封头部件相互连接的环形焊缝(3、6、7)的坡口面的横截面几何形状具有一个带收缩的根部区域的伸长的郁金香形状。
2.按照权利要求1所述的压力容器，其特征在于，压力容器具有两个通过一道环形焊缝(3)相互连接的按照UOE方法制造的纵缝焊接管(1、2)。
3.按照权利要求1所述的压力容器，其特征在于，纵缝焊接管(1、2)的长度可达18米。
4.按照权利要求1所述的压力容器，其特征在于，圆拱形封头部件(4、5)做成带有一圆筒形区段(19、19’)的半球，它通过一道环形焊缝(6、7)与纵缝焊接管(1、2)的开口末端连接。
5.按照权利要求4所述的压力容器，其特征在于，至少圆拱形封头部件(4、5)的圆筒形区段具有与纵缝焊接管(1、2)的额定壁厚相等的壁厚。
6.按照权利要求1所述的压力容器，其特征在于，多个平行放置的压力容器形成一个可输送的储存单元并且这些压力容器的孔通过一管道系统相互连接。
7.按照权利要求6所述的压力容器，其特征在于，可输送的储存单元设置在一个支承框架内。
8.按照权利要求6所述的压力容器，其特征在于，储存单元的各压力容器垂直放置，并且每个压力容器上的孔设置在位于上部的封头部件(5)上。
9.按照权利要求8所述的压力容器，其特征在于，在孔的内侧固定一个一直延伸到位于下部的封头部件(4)的立管(8)。
10.按照权利要求9所述的压力容器，其特征在于，立管(8)配有至少一个在纵缝焊接管(1、2)的内横截面上延伸的支架(9、10、11)。
11.按照权利要求10所述的压力容器，其特征在于，支架(9、10、11)在中心区域有一个盘形加大部分，立管(8)延伸穿过此加大部分。
12.按照权利要求10所述的压力容器，其特征在于，支架(9、10、11)做成为对称的三脚架。
13.按照权利要求1所述的压力容器，其特征在于，在各压力容器的孔内焊有一个厚壁的连接件。
14.按照权利要求8所述的压力容器，其特征在于，位于下部的封头部件(4)具有一层防腐蚀的内涂层。
15.一种用于制造按照权利要求1所述压力容器的方法，具有以下步骤：
-按照UOE方法制造在直径和椭圆度上具有小偏差的纵缝焊接管；
--至少对纵向焊缝的内侧进行机械加工，其中，从焊缝到相邻的管体的尖棱几何过渡部分被倒圆；
-在两个开口末端加工出坡口面；
-从热轧板出发制造圆拱形封头部件；
-在封头部件的圆筒形区段上加工出坡口面；
-在一个封头部件上加工一个孔；
-在使用内定心装置的情况下通过焊接把一个封头部件与纵缝焊接管连接；
-在强力压紧作为定心辅助措施而没有内定心装置的情况下，通过焊接把第二个封头部件与纵缝焊接管的还敞开的末端相连接。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，按照UOE方法制造两根几乎等长的在直径和椭圆度上具有微小偏差的纵缝焊接管，并且使用内定心装置通过一道环形焊缝把两根纵缝焊接管相互连接。
17.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，在压力容器垂直布置时实施下列步骤：
-在位于上部的封头部件上加工出孔，
-在孔内焊入一个厚壁的连接件，
-在管内安置至少一个支架，
-穿过支架插入一根立管，
-把立管与连接件相连接，
-在强力压紧作为定心辅助措施的情况下，把位于上部的封头部件包括固定在其上的立管与纵缝焊接管的还敞开的末端相连接。
18.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，对所有焊缝都进行超声-检测。
19.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，纵向焊缝的机械加工是铣削。
20.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，纵向焊缝的机械加工是磨削。
21.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，纵向焊缝的机械加工是内射流。
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