Page 97 - 加氢站建设及工艺技术研究

加氢站建设及工艺技术研究

大，因此材料的比强度、比模量十分重要。提高比强度和比模量可以在保证容器
整体强度的前提下，使容器壁厚下降，质量降低。复合材料所用的增强材料主要

有 3 类：碳纤维、Kevlar 纤维（也称芳纶纤维）和玻璃纤维。其中碳纤维是不完
全的石磨结晶沿纤维轴向排列的物质，属于无机纤维，具有低密度、高强度、高

模量、耐高温、抗化学腐蚀等优异性能，其柔曲性和可编性也较好，非常适合缠
绕工艺。此外，碳纤维材料的价格较低，力学性能也较好。

外层保护层材料在受到冲击时要吸收大部分的能量，由于玻璃纤维的抗冲击
性能较好，目前这层材料多用玻璃纤维进行缠绕。因为采用了高比强度的碳纤维

进行承载，其壁厚大大降低，容器的刚度也随之降低，所以外层保护层还需具有
一定的刚度补充作用。玻璃纤维因使容器的壁厚增大而质量增加较少同样可以满

足这个要求。
缓冲层材料需要具有很好的抗冲击能力。当容器意外发生坠落时，触地点受

到巨大的外部冲击载荷作用，很容易对容器造成直接破坏，因此需要设置缓冲
层，吸收冲击的能量，将最大冲击载荷转移，重新分布在整个区域，起到保护

容器的作用。通常选取轻质、绝热性以及热稳定性好的可压缩材料作为缓冲材
料。常见的有发泡聚苯乙烯、聚氨酯泡沫、高密度聚乙烯以及近年来兴起的聚丙

烯等。
3. 设计参数选择

设计轻质高压储氢容器的参数除了常规压力容器设计需要的参数——压力、

体积、内径等外，还有一个重要的参数——储氢密度。储氢密度是指储氢系统所
存储的氢气质量总量与整个储氢系统的质量之比值。移动式储氢容器，其对储氢

密度的要求一般是 3wt% 或者更高。国际能源机构确定的未来新型储氢材料的标
准为储氢密度应大于 5w%，并且能在温和条件下吸放氢。美国能源部制订的储

氢材料标准是 65kg/m² 和 6.5wt%。对于高压储氢容器，压力和氢气的密度直接
相关，这很大程度上影响储氢密度。通过对氢气在高压下密度的研究，发现在

30 ～ 40MPa 范围内氢气密度的增长很快，在增加到 70MPa 以后，密度增长的幅

088