压力容器及其制备方法、超压保护系统以及压力容器集群与流程

本发明涉及压力容器，具体涉及一种压力容器及其制备方法、超压保护系统以及压力容器集群。

背景技术：

1、目前压力容器制造工艺主要采用涉及步骤：将较短的钢板卷制成圆筒形状，然后通过直缝焊接技术连接两侧形成筒体，最后进行环缝焊接以完成整个容器主体的构建。然而，这种制造工艺往往需要工作人员进行现场焊接以及对指定位置进行热处理操作，因此这种制造工艺不仅会增加制造成本，还会延长生产周期。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种压力容器及其制备方法、超压保护系统以及压力容器集群，以解决目前压力容器的制造工艺的制造成本高以及生产周期长的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种压力容器的制备方法，所述压力容器包括筒节和封头，所述压力容器的制备方法包括：

3、确定拟制造所述压力容器的压力等级；

4、根据所述压力等级，采用uoe或jcoe一体成型工艺制备所述筒节；

5、沿所述筒节的轴向，在所述筒节内焊接至少一个孔板；

6、将所述封头设置在所述筒节的两端，以构成所述压力容器；

7、消除所述压力容上焊缝的焊接应力。

8、有益效果：相较于目前压力容器制造工艺中产生的多条焊缝以及多段拼接，本发明采用uoe或jcoe一体成型工艺制备筒节，可以让筒节上只存在一道直缝，如此一来，可以减少焊接时间、材料消耗以及后续的焊缝检测和修复工作，提高生产效率，降低制造成本。此外，由于筒节上只存在一道直缝，因此可以减少压力容器的泄漏点，提高压力容器的整体结构强度以及承压能力。其次，uoe和jcoe工艺均为自动化程度较高的生产方式，因此通过使用uoe或jcoe工艺生产筒节，一方面能够实现压力容器的整体出厂，减少压力容器在现场组装的工作量，缩短现场施工的周期；另一方面能够提高压力容器质量的可靠性和一致性，进而有利于实现压力容器的标准化。再者，通过消除压力容器上焊缝的焊接应力，可以消除焊缝区域的残余应力和组织缺陷，提高焊缝的强度和韧性，保证压力容器的密封性能和整体安全性。

9、在一种可选的实施方式中，所述根据所述压力等级，采用uoe或jcoe一体成型工艺制备所述筒节，包括：计算所述压力等级所对应的所述筒节的筒径尺寸、筒长尺寸以及筒壁厚度。

10、有益效果：本发明通过根据压力等级精确计算筒节的各项尺寸，可以确保压力容器在设计阶段就满足所需的承压能力和结构强度要求。这种精确的设计方法避免了因尺寸选择不当而导致的性能不足或材料浪费问题。此外，通过根据压力等级来计算筒径、筒长和筒壁厚度，有助于建立一套通用的设计规范和生产标准，从而有利于提升生产效率，降低制造成本，保障产品质量。

11、在一种可选的实施方式中，所述将所述封头设置在所述筒节的两端，包括：将所述封头焊接在所述筒节的两端，或将所述封头通过法兰盘固定在所述筒节的两端。

12、有益效果：本发明通过焊接的方式将封头和筒节连接在一起，不仅可以增强封头和筒节之间的连接强度，同时还能够确保封头和筒节连接处的气密性，提升压力容器的承压能力。可以理解的，相较于焊接，通过法兰盘将封头和筒节相连接，虽然在一定程度上会降低压力容器的承压能力，但可以提高后续维护更换的便捷性，降低维修成本。

13、在一种可选的实施方式中，所述消除所述压力容器上焊缝的焊接应力，包括：采用胀管或者热处理的方式消除所述筒节上焊缝的焊接应力；采用热处理的方式消除所述筒节与所述封头连接处的焊缝焊接应力。

14、有益效果：本发明通过特定的方式消除压力容器上不同位置处焊缝的焊应力，可以提高焊缝的质量、强度和韧性，消除焊缝处残余应力和变形，提升压力容器的整体性能和使用寿命。

15、在一种可选的实施方式中，所述采用胀管或者热处理的方式消除所述筒节上焊缝的焊接应力，包括：

16、在小于650℃的条件下对所述筒节上的焊缝进行热处理；

17、所述采用热处理的方式消除所述筒节与所述封头连接处的焊缝焊接应力，包括：

18、在小于650℃的条件下对所述筒节与所述封头连接处的焊缝进行热处理。

19、有益效果：本发明将热处理温度控制在小于650℃的范围内，一方面可以有效避免焊缝及其周围材料因过热而发生不利的相变，保证焊缝的质量；另一方面通过降低热处理的温度，不仅可以降低对相关设备的要求，还可以减少能源消耗较少，实现降低生产成本的目的。

20、在一种可选的实施方式中，所述压力容器的制备方法还包括：沿所述筒节的轴向，在所述筒节内焊接至少一个孔板。

21、有益效果：由于压力容器可以用于来存储液体，因此当压力容器处于运输状态时，压力容器内部存储的液体会随着车辆的加速、减速或转弯而产生动态变化。所以通过在筒节内设置孔板，可以有效抑制液体在运输过程中对封头产生冲击力，确保封头不受损害。其次，由于孔板可以抑制液体在运输过程中对封头产生冲击力，这说明孔板可以减缓液体在压力容器内的流动速度，进而可以减少液体因撞击封头而产生的噪音和震动。

22、第二方面，本发明还提供了一种压力容器，通过上述的制备方法制备得到。

23、有益效果：本发明通过uoe或jcoe工艺制备筒节，一方面可以减少筒节上的焊缝数量，提高压力容器的整体强度和承压能力；另一方面由于uoe或jcoe工艺是一种高效、自动化的制造方法，因此能够显著提高筒节的成型速度和精度，缩短整个压力容器的制造周期。其次，将封头设置在筒节的两端，可以实现良好的密封效果，降低了压力容器内部流体（气体或液体）泄露的可能性。再者，通过对筒节上的焊缝进行热处理，可以有效消除焊接过程中产生的残余应力和缺陷，提高焊缝的强度和韧性，如此一来，不仅能够保证压力容器的密封性，还可以确保压力容器的长期稳定运行。

24、在一种可选的实施方式中，所述筒节的筒径尺寸为dn800 mm-dn2000mm；所述筒节的筒长尺寸为10000mm-18000mm；所述筒节的筒壁厚度为5mm-50mm。

25、有益效果：本发明通过对筒节的筒径尺寸范围、筒长尺寸范围以及筒壁尺寸范围进行限定，一方面可以提高压力容器的灵活性和适应性，使得压力容器能够灵活地适应不同压力等级下的需求；另一方面可以优化压力容器的整体结构，减少不必要的材料浪费。此外，通过限定筒节的尺寸范围，还可以为压力容器的制造建立一套统一的标准，减少因尺寸差异带来的生产复杂性以及成本的增加。其次，通过标准化的设计，还可以提高压力容器的互换性和兼容性，使得不同批次的压力容器在维护和更换时更加简易便捷。

26、在一种可选的实施方式中，所述筒节内设有孔板，所述孔板的底部设有缺口。

27、有益效果：本发明通过在筒节内设置孔板，可以有效抑制液体在压力容器运输过程中对封头产生冲击力，如此一来，可以有效减少液体对封头造成的损伤，延长封头的使用寿命。进一步地，通过在孔板的底部设置缺口，可以引导液体在压力容器内部的流动路径，提高液体排放的效率和便捷性。

28、第三方面，本发明还提供了一种压力容器超压保护系统，包括：

29、上述的压力容器，所述筒节的顶部设有与所述筒节内部相连通的第一开口，所述筒节的底部与所述筒节内部相连通的第二开口；

30、共压箱，内部适于容纳换热介质，所述共压箱具有进口端和出口端，所述进口通过第一管路与所述第二开口相连通，所述出口端通过第二管路与所述第一开口相连通；

31、潜水泵，设置于所述共压箱内并适于将所述共压箱内的换热介质通过所述第二管路输送至所述压力容器内。

32、有益效果：本发明通过潜水泵将共压箱内的换热介质（如水、油或其他冷却液）循环输送至压力容器内，不仅能够实现对压力容器内部温度的实时调控，还能够将压力容器的内部压力控制在预设的安全范围内。示例性的，当压力容器内部的温度上升时，换热介质的流入能够有效吸收并带走这些热量，降低压力容器内部温度和压力，确保其在预设的安全范围内运行。当压力容器内部的温度下降时，换热介质的流入能够有效吸收并带走这些热冷量，提升压力容器内部温度和压力，确保其在预设的安全范围内运行。由此可见，通过对压力容器内部的温度和压力进行实时调控，一方面能够提高整个系统的安全性；另一方面能够让压力容器在安全的情况下存储更多的流体或者释放更多的流体，提高压力容器的存储效率。进一步地，由于本发明的超压保护系统能够提高压力容器内部的空间利用率，因此相较于使用相关技术中的压力容器存储流体，使用配备了共压箱和潜水泵的压力容器，可以有效减少前期的投入成本。

33、在一种可选的实施方式中，所述筒节内设有至少两个孔板，两个所述孔板沿所述筒节的轴向间隔设置，两个所述孔板之间设有折流板，所述折流板与所述孔板上穿设有换热管；所述封头上设有流体通道，所述流体通道与所述换热管相连通，所述换热管与所述筒节的内侧壁之间留有间隙，所述间隙与所述第一开口和所述第二开口相连通。

34、有益效果：本发明通过在筒节内设置孔板和折流板，能够让换热介质在筒节内的流动路径变得更加复杂，从而可以增加流体与换热介质之间的接触面积和时间，提升流体与换热介质之间的热交换效果，进而可以更好地控制压力容器内部的温度和压力。此外，让换热介质流经换热管与筒节内侧壁之间的间隙，让流体流经换热管，能够防止流体与换热介质之间发生直接接触，保证了流体自身的纯净度和质量。

35、在一种可选的实施方式中，所述第一开口处设有喷嘴，所述喷嘴位于所述筒节内。

36、有益效果：本发明通过在第一开口处设置喷嘴，能够增加换热介质与筒节内部流体的接触面积，从而可以提升换热介质与筒节内部流体的热交换效果，减缓压力容器内的压力变化幅度，使得压力容器内部的压力始终处在预审的压力范围内。

37、在一种可选的实施方式中，所述筒节内设有至少两个孔板，两个所述孔板沿所述筒节的轴向间隔设置，两个所述孔板之间设有折流板，所述折流板与所述孔板上穿设有换热管，所述换热管与所述筒节的内侧壁之间留有间隙，且所述换热管的两端分别与所述第一开口和所述第二开口相连通，所述封头上设有流体通道，所述流体通道与所述间隙相连通。

38、有益效果：本发明通过在筒节内设置孔板和折流板，能够让流体在筒节内的流动路径变得更加复杂，从而可以增加流体与换热介质之间的接触面积和时间，提升流体与换热介质之间的热交换效果，进而可以更好地控制压力容器内部的温度和压力。此外，让流体流经换热管与筒节内侧壁之间的间隙，让换热介质流经换热管，能够防止流体与换热介质之间发生直接接触，保证了流体自身的纯净度和质量。其次，由于换热管与筒节内侧壁之间间隙的容积大于换热管自身内部的容积，因此相较于让流体流经换热管，让流体存储在换热管与筒节内侧壁之间的间隙中，可以提高压力容器对于流体的存储量。

39、在一种可选的实施方式中，所述共压箱适于设置在挡土墙围成的凹槽内。

40、有益效果：本发明通过共压箱设置在挡土墙围成的凹槽内，一方面能够流出工作人员的检修通道，便于工作人员后续对共压箱进行维护和保养；另一方面可以让挡土墙形成保护结构，减少安全事故。此外，挡土墙还能在一定程度上隔绝噪音和振动，因此能够提供一个相对安静的工作环境。

41、在一种可选的实施方式中，所述挡土墙和所述共压箱位于地面的冻土层以下。

42、有益效果：由于冻土层以下的土壤温度相对稳定，不易受外界气温波动的影响。因此若将共压箱设置在冻土层以下，可以减少共压箱内换热介质与外界环境发生的热量交换量，使得共压箱内换热介质的温度始终处于一个相对平稳的范围内，进而能够确保换热介质与流体之间的换热效果，保证压力容器内部温度和压力的相对稳定。进一步地，由于将共压箱设置在冻土层以下，可以减少共压箱内换热介质与外界环境发生的热量交换量，因此当压力容器需要在低温环境中进行工作时，则无需为共压箱设置额外的保温措施，进而可以减少相关费用的支出。

43、第四方面，本发明还提供了一种压力容器集群，包括：

44、2n个上述的压力容器，形成n级存储系统，n取大于等于1的正整数；

45、在n等于1时，两个所述压力容器串联连接或者并联连接并形成一级存储系统；

46、在n等于2或3时，n级存储系统包括两个串联连接或并联连接的（n-1）级存储系统；

47、在n大于3时，n级存储系统包括两个串联连接或并联连接的（n-1）级存储系统；所述（n-1）级存储系统包括2n-2个串联连接或者并联连接的存储单元组，所述存储单元组包括两个串联连接或并联连接的（n-2）级存储系统。

48、有益效果：由于本发明的压力容器集群可以灵活构建从一级到多级（n级，n≥1）的存储系统，因此可以根据实际需求和场景对压力容器集群进行扩展或缩减，如此一来，不仅可以满足小规模应用的经济性，同时也支持大规模应用的高容量需求。此外，在n级存储系统中，每个级别的存储系统都可以由多个串联或并联连接的压力容器组成，因此即使压力容器集群中的部分压力容器出现故障，剩余的压力容器依然可以正常工作，如此一来，可以有效降低维护成本和时间，提高压力容器集群的可维护性和可用性。

49、在一种可选的实施方式中，所述压力容器为管壳式换热器，所述管壳式换热器包括壳体和设置在所述壳体内的管束，所述壳体和所述管束中的一者形成流体流通通道，另一者形成换热介质流通通道，2n个所述管壳式换热器内的流体流通通道形成所述n级存储系统；2n个所述管壳式换热器内的换热介质流通通道以与所述n级存储系统相同的连接方式形成n级换热系统。

50、有益效果：本发明将压力容器设置为管壳式换热器，不仅可以让管壳式换热器作为压力容器来存储流体，还能够让其承担换热功能，即可以及时带走压力容器内部的冷量或热量。如此一来，可以在同时满足存储和换热需求的情况下，减少压力容器集群的占用空间，提高压力容器的利用率以及集群的整体效能。此外，将2n个管壳式换热器内的换热介质流通通道以与n级存储系统相同的连接方式进行集成后，能够迅速响应工艺条件或场景需求的变化，进而拥有根据实时需求快速扩大或缩小换热能力，如此一来，不仅可以让压力容器集群始终以安全的工作状态进行运行，还可以降低设计成本和周期。

51、在一种可选的实施方式中，所述压力容器集群还包括：所述n级存储系统和所述n级换热系统的数量为多个，多个所述n级存储系统并联连接，多个所述n级换热系统并联连接。

52、有益效果：本发明通过并联多个n级存储系统，可以显著增加压力容器集群的整体存储容量。同样地，通过并联多个n级换热系统则能大幅度提升压力容器集群的总换热能力。这样一来，能够让压力容器集群轻松应对大规模的存储需求。