一种压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法与流程

本发明属于氢气管道连接件，具体涉及一种压缩氢气管路智能连接螺纹内衬管接头。本发明还涉及一种压缩氢气管路智能连接方法。

背景技术：

1、氢能以高能效、来源广、可再生、燃烧产物零污染等优点，被国际公认为未来的绿色能源，氢能在全球能源新格局中显得越来越重要。我国氢能源发展目前主要集中在氢燃料电池汽车及配套加氢站建设方向。安全高效储氢、输氢和加氢是氢能规模化利用的关键之一。在氢气加注环节，尤其是在加氢站和加氢母站，由于其占地有限，作业空间狭小，且管路系统复杂，在实际运营过程中，其管路系统设备时常处于高压临氢环境。

2、现有的加氢站及加氢母站压缩氢管路连接方式主要有焊接、卡套连接、螺纹连接。《gb/t 50177氢气站设计规范》中12.0.5条规定氢气管道的连接，应采用焊接。国内对于大口径管道一般采用焊接方式，而针对管径小于3/8英寸的小口径管道系统，由于管径较小，焊接工艺较为复杂，高压临氢管路对焊接质量要求较高，焊缝在高压氢环境下容易产生氢损伤等问题，且管路中氢气流速较高，与焊接的毛刺摩擦产生静电火花，加之氢气点火能极低，容易发生氢气泄漏燃爆等事故，焊缝的质量直接影响加氢站管路的使用，因此国内加氢站和加氢母站普遍采用螺纹和卡套连接方式。

3、然而，螺纹和卡套连接仍然存在一些问题，例如，卡套和螺纹连接安装对管道及密封面的圆度及表面粗糙度及材料本身的性能要求很高，实际应用中一次使用后，卡套形变量较大会锁在管道中，当连接卡套失效时，无法取下，需将整根管道换掉，操作较为麻烦，在操作过程中涉及到切割等动火操作，易引发火灾爆炸等安全事故，且工时较长，严重影响加氢站的运营。螺纹连接方式在加氢站充装过程中由于管道振动可能会发生松动，影响管路密封效果。此外，高压氢管路的工作温度环境为-40℃～85℃，在长时间的服役过程中，整个管道系统受到高压氢交替载荷和温变载荷作用，管道接头部位易产生应力集中，并聚集氢分子，容易引起管道渗漏和氢致开裂泄漏现象，从而导致疲劳断裂、脱落等设备安全问题。

4、中国专利文献cn110469729a公开了一种新型卡套式管接头，其包括同轴设置的接头本体、圆台形弹性卡环、卡帽和根据预紧力的大小发出相应指示信号的视角指示环，所述卡帽的内部的两端设有相互连通的第一安装槽和第二安装槽，所述第二安装槽的直径大于所述第一安装槽的直径，所述接头本体的一端可拆卸地插接于所述第二安装槽内，所述弹性卡环及所述视觉指示环均设于所述第二安装槽内，且所述视觉指示环抵靠在所述第二安装槽靠近所述第一安装槽的端部，所述弹性卡环设于所述视角指示环与所述接头本体之间，且其直径较小的一端插接在所述接头本体的内部。在长时间的服役过程中，整个管道系统受到高压氢交替载荷和温变载荷作用，该新型卡套式管接头无法避免管道接头部位产生应力集中，容易引起管道渗漏和氢致开裂泄漏现象，从而导致疲劳断裂、脱落等设备安全问题。

5、中国专利文献cn105443890b公开了卡套式管接头及其环形卡套，该卡套式管接头包括接头体以及顺序套接在管件上的环形卡套和压紧螺母，所述环形卡套包括卡套刃口、卡套基体和卡套尾部；所述卡套刃口外表面为近似圆锥台形，内壁设置有延伸到卡套基体的过渡凹槽；所述接头体连接端设置有与所述卡套刃口配合的锥形渐缩口。该卡套刃口内壁设置的过渡凹槽虽然能够使卡套刃口在接头体内锥面的挤压下径向收缩变形后嵌入并锁紧管件，以增加接头体与管件的密封性和连接性，然而在长时间的服役过程中，整个管道系统受到高压氢交替载荷和温变载荷作用，该卡套式管接头仍然无法避免管道接头部位产生应力集中，容易引起管道渗漏和氢致开裂泄漏现象，从而导致疲劳断裂、脱落等设备安全问题。

6、中国专利文献cn108506607a公开了一种卡套式管接头，包括接头体、螺母、固定螺栓、压头、卡套、控制螺栓、推子和被连接管，所述螺母的上下两端各设有第一通孔，螺母的左端内侧设有螺母斜面部，所述连接头的内侧设有与被连接管的右端相抵紧的台阶，所述台阶的左端连接有台阶斜面部，所述卡套包括尖头部、导入部和控制部，所述控制部的上端设有第二通孔，所述推子的中部设有长通孔，通过弹性胶圈初步固定被连接管，通过在接头体上旋入螺母推动推子从而推动卡套，使得卡套的尖头部逐渐插进被连接管的表面直至控制螺栓抵住接头体二次固定被连接管，通过调整控制螺栓的旋出长度调整拧紧尽头，通过固定螺栓向下旋紧推动压头插入被连接管的表面三次固定被连接管。该卡套式管接头零部件较多，导致密封面较多，无法有效保证其连接性能和密封性能，在长时间的服役过程中，整个管道系统受到高压氢交替载荷和温变载荷作用，该卡套式管接头仍然无法避免管道接头部位产生应力集中，容易引起管道渗漏和氢致开裂泄漏现象，从而导致疲劳断裂、脱落等设备安全问题。

技术实现思路

1、针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法，该压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法能够有效保证被接管道之间的紧固连接，并能够显著提高密封性。

2、为此，根据本发明的第一方面，提供了一种压缩氢气管路智能连接装置，包括：

3、管接头，所述管接头的两端构造成正锥形连接扣；

4、布置在所述接头的内部的内衬层；

5、紧固螺母；

6、其中，所述管接头采用形状记忆合金材料制成，所述管接头能够在常温扩径状态下通过所述内衬层连接到被接管道上，并能够在高温作用下变形回复，以在所述管接头、所述内衬层与所述被接管道之间产生固紧力，所述紧固螺母能够与所述正锥形连接扣适配连接以对所述管接头形成径向的约束力，从而使所述管接头与所述被接管道形成固紧连接并通过所述内衬层形成密封。

7、在一个实施例中，在所述正锥形连接扣的外表面上设有第一螺纹，所述第一螺纹的外径设置成从轴向端面向轴向内侧递增。

8、在一个实施例中，所述正锥形连接扣与所述管接头的轴线之间的夹角处于10-15度范围内。

9、正锥形连接扣的这种结构使得在拧进紧固螺母的过程中，能够有效避免对管接头造成损坏，同时能够保证对管接头形成有效的径向约束力。

10、在一个实施例中，在所述紧固螺母的内壁设有第二螺纹，所述第二螺纹沿所述紧固螺母的轴线方向延伸，

11、所述第二螺纹能够与所述第一螺纹适配，从而对所述管接头形成径向的约束力。

12、在一个实施例中，所述紧固螺母采用高强度碳钢或不锈钢材料制成。

13、在一个实施例中，所述内衬层采用铜或铝或橡胶或聚四氟乙烯材料制成，使得所述内衬层能够受压变形。

14、采用上述这些材料，保证了内衬层在管接头固紧过程中能够发生变形以进行密封。待管接头与被接管道完全固紧后，内衬层由于受到管接头与被接管道的挤压作用，管径缩小，且在管径缩小过程中能够使其外表面和内表面分别与管接头的内壁面及被接管道的外表面之间发生紧密接触，从而保证整个压缩氢气管路智能连接装置的密封效果和抗氢脆及抗氢腐蚀性能。

15、在一个实施例中，所述内衬层的厚度设置成处于0.3mm-2mm的范围内。

16、在一个实施例中，所述管接头的内径随温度增高而变小，所述管接头的内径变化范围处于管径的3％-15％范围内。

17、根据本发明的第二方面，提供了一种如上所述的压缩氢气管路智能连接装置的连接方法，包括以下步骤：

18、将经过常温变径后的所述管接头连同所述内衬层连接到2段所述被接管道上；

19、对所述管接头进行加热，使所述管接头变形回复而缩小管径，从而在所述管接头、所述内衬层与所述被接管道之间产生固紧力；

20、在所述管接头的两端分别拧进所述固紧螺母，所述紧固螺母与所述正锥形连接扣适配连接而对所述管接头形成径向的约束力，从而使所述管接头与所述被接管道形成固紧连接与密封。

21、在本实施例中，压缩氢气管路智能连接装置的受力面与密封面为管接头与被接管道之间固紧连接的整个接触面，这能够有效避免应力集中，相较于传统螺纹连接锥面硬密封方式，这种密封面较大，大大减小了泄漏概率，非常有利于提高压缩氢气管路智能连接装置的密封效果。

22、在一个实施例中，在拧进所述固紧螺母之前，对所述管接头进行冷却降温至常温，且尚未达到管接头的相变温度，所述管接头形状保持不变，所述管接头形状保持不变，固紧力不变，从而使所述管接头与所述被接管道之间初步形成固紧连接与密封。

23、在一个实施例中，在后期运行过程中，通过拆卸所述固紧螺母并对所述管接头进行降温处理方式，来拆卸和更换所述压缩氢气管路智能连接装置，

24、其中，所述管接头的管径随着温度降低而增大，直至固紧力消失而使所述管接头、所述内衬层与被接管道完全分离。

25、在一个实施例中，2段所述被接管道在连接时轴向端面相接触而对接，使得所述内衬层的内壁面完全与所述被接管道的外壁面接触。

26、与现有技术相比，本技术的优点之处在于：

27、根据本发明的压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法，相较于传统卡套连接，其受力面与密封面为管接头与被接管道固紧连接的整个接触面，能够有效避免应力集中，相较于传统螺纹连接锥面硬密封方式，其密封面较大，大大减小了泄漏概率。压缩氢气管路智能连接装置的这种连接方式能够通过温度变化对管接头进行安装和拆卸，使得管接头的安装、维护及更换方式简单。

28、同时，压缩氢气管路智能连接装置的这种密封方式通过内衬层将高压氢气与管接头隔离，避免了由形状记忆合金材料制成的管接头与高压氢的直接接触，可有效避免管接头由于氢脆和氢腐蚀导致性能弱化，并且内衬层选用抗氢脆、抗氢腐蚀且质地较软的材料，保证了连接的可操作性和密封性。

29、此外，结合固紧螺母的径向固紧作用，压缩氢气管路智能连接装置安装完成后具有固紧连接、密封性好、容易装卸等性能。根据本发明的压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法可用于氢能产业储运过程中加氢母站和加氢站内管道连接，能够有效解决螺纹和卡套连接密封薄弱，装卸操作要求高，易发生氢致损伤等问题。

30、使用根据本发明的压缩氢气管路智能连接装置及其连接方法能够提高加氢站及加氢母站管道连接的可靠性与智能化水平，降低氢气泄漏及管接头氢致损伤的事故风险。