GB/T 34872-2017英文版翻译 质子交换膜燃料电池供氢系统技术要求

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Technical Requirements of Hydrogen Supply System for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

1范围
本标准规定了质子交换膜燃料电池供氢系统（以下简称“燃料电池供氢系统”或供氢系统”） 的系统 分类 、技术要求 、试验方法 、标识、包装及运输 。
本标准适用于质子交换膜燃料 电池提供氧气的系统。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件 的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件 ，仅注日期的版本适用于本文 件 。凡是不注日期的引用文件 ，其最新 版本（包括所有 的修改革税） 适用于本文件。
GB/T 3634.l氢气第 1部分：工业氯
GB/T 4208-2017外壳防护等级（ IP 代码）
GB/T 6681气体化工产品采样通则
GB 12358作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求
GB 16808可燃气体报警控 制器
GB/T 17626 .2-2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验
GB/T 17626.3-20 16电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验
GB/T 18384 （所有部分）电动汽车安全要求
GB/T 20042.l质子交换膜燃料电池第1部分：术语
GB/T 24499氧气 、氢能与氢能系统术语
GB/T 24548燃料电池电动汽车术语
IEC 61779-6可燃性气体的检测和测量的电气装置 第6部分 ：可燃气体检测 和测量装置的选择、安装 、使用和维护指南
3术语和定义
GB/ T 20042.1、GB/ T 24,t 99 和 GB/ T 24548 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
燃料电池供氢系统fuel cell hydrogen supply system
为燃料电池供应氢气 ，与氧气的制备、存储与供给相关的装置总和 。
3.2
储氢容器hydrogen storage vessel
用于容纳氧气或储氢材料的容器．不包括放ii：或嵌在容器内部或外部的任何附件。
3.3
产氢物质hyd rogen production material
本身或与其他物质通过物理或化学过程产生氧气的物质。
3.4
制氢装置hydrogen production equiprnent
通过产氢物质的物理或化学过程产生氢气的装置 。
注 ：该装置包括产氮 物质的加注口 。
4系统分类
供氢系统按照储氢的化学形态不同可分为 ：
一一以气态单质形式储存氧气的质子交换膜燃料电池供氧系统 ，即将氧气存储于储氧容 器直接为
燃料电池供应氧气 的系统．包括下列单体设备或装 置 ：储氢容器 、氢气管路 、截止阀 、减压阀 、压 力释放装置 、换热装置 、监测装置和其他 附属装置等。结构示意图如图 1所示 。阁中笛’件总成 包括与氢直接接触或者成为供氢系统一部分的元件 、管路及接头等．可以 Ebi 金属和非金属管件 构成。
一一以化合物形式储存氢气的质子交换膜燃料电池供 氢系统 ，即利用产氢物质，主要有金属储氢化 合物 、液态有机储氢化合物 、氨类储氢化合物 、甲醇、液态水等通 过物理或化学过程制备氢气， 实现向燃料电池供应氧气的系统．包括下列装置 ：制氧反应装置 、防护罩／外壳 、散热器、氧气纯 化装置 、气体缓装置 、管路、监视lj 装置和其他附属装置等 。结构示意图如图 2 所示。
5技术要求
5. 1一般要求
5. 1 . 1总则
燃料电池供氢系统应满足燃料电池用氧气规模 、刘氧气品质的技术要求，合理配置 。使用的单体设 备或装置 、管件 、材料等的设计、制造 、检验和验收应符合相关标准规定 。
5. 1 .2振动与冲击
燃料电池供氢系统应具备一定的抗振动罪1] 冲击 的能力，保证正常使用 、运输或储存过程 中产生的振 动和冲击不会对供氢系统各部 件产生损害 。司通 过安装防振动设施来 避免振动和撞击产生 的不良影 响，包括由系统自 身中的正在体及辅助设备所产生的 、以及由夕｜、部环境产生的振动和撞击 。
供氧系统经历不良振动 和l 撞击后 ，需满足 6.2 . 1 和l 6.2.2 的要求，应有 预防措施确保 人员和｜ 财产 安全。
5.1.3材料选择
燃料电池供氢系统由于直接或间接与 氢气接触 ，应具有 与氧气相容特性．所选 材料应 满足以下 要求 ：
一一在所有的使用条件 下 ，具有必要的化学稳定性 ，使用中不会发生各种形式 的化学反应，以避免 这些反应:rJi!Z 对氧气的污染。最大可能 的避免发生氢脆 、氢腐蚀 、应力腐蚀 和其他形式的腐 蚀 。所选材料的抗氢脆性 ，可以参照 ISO 11114-4 进行试验 。
一一适应供氢 系统物理环境的变 化．符合各项机械 性能要求．并在使用条件下保 持稳定的力学 性能 。
一一非金属管道和相关配件材料满足相 应标准的规定要求 。 一一所选用材料满足供氢系统整体预期寿命 的要求 。
←一当已知所用的材料在某些条件下会发生危险时，制造商应采取各种防范 措施，并向用户提供必 耍的信息 ，以最大程度 地降低人身安全与健康风险 。
5.1.4电气系统
5. 1.4. 1 供氢系统所有电气元件和接线应该在机械强度 、绝缘 和电流承载能力方 面满足氧气安全使用 要求 。钱束走向等应合 理布置 ，且 卡 固良好，尽 量避免与相邻部件 摩擦 。线路中宜设置过电 流保护 装置。
5.1.4.2电气元件的材料应该能够满足供氢系统的使用环境．在选择电绝缘材料时，应考虑材料的机械 强度 、电绝缘强度和l热绝缘特性，即使在出现火灾和l事故时也能够 起到防护作用。
5.1.4.3供氢系统所用电磁启闭的元件 、部件采取必要的措施 ，避免同其他电磁设备因 电磁干扰产生不 良影响 。
5.1.4.4供氢系统所有电气元件的开口或接头应采取保护措施 防止破损 。有产生电火花危险 的电气元 件 ，应予以适 当的包糙。
5.1.4.5电气元件所发出 的电磁波．不应对其他电气设备的功能产生持续且重大的干扰。
5. 1.4.6 为防止电气系统使用过程 中产生破损 、短路．并且避免电火花等对使 用者或操作人员产生 的危 害，线路应加 以适当的保护或在没有妨碍的位置装设防护 。电源接口应避免设置在氧气人口附近 。 5. 1.4.7根据供氧系统结构特点对电气系统及配线等进行接地检查 。
5.1 .5安装
5.1.5. 1燃料电池供氯系统安装前．应检查供氢系 统单体设备 、管路及附件的各种合格证 、技术文件．制 定安装就位方案和相关 安全措施。
5.1 .5.2要充分考虑使用环境对供氢系统可能造成的伤害 ，采 取必要措施 ，避免热源以及电器 、蓄电池 等可能产生电弧的部件对供氢系统的安全影 Ill句 。
5.1.5.3供氢系统可能产生静电的地方要可 靠接地，或采取其他控制氢 泄漏量及浓度的措施．以使得即 使在产生静电 的地方，也不至发生安全问题。金属管路和金属连接件应可靠接地 ，适应氢气环境 。
5.1.5.4供氧系统应安装牢固，应避开易摩攘、易受冲击的位置，或者采取缓 冲保护措施，以防止应用时 发生位移或损坏 。
5.1 .5.5供氢系统涉及的压力容器 ，应符合压力容器的相关标准 。
5.1 .5.6供氢系统安装在不能充分换气的封闭或半封闭空间时，应该使用峦封箱或其他等效处理方法 ， 密封箱应满足如下要求 ：
a)密封箱的排风口位于装置最高点 ，且排放气体流动的方位 、方向应远离人 、电源、火源 。排放方 向满足如下要求 －
1)不应直接排到燃料电池应用装置操作室等密 闭空间 5
2 )不应排向容易产生静电的装置；
3)不应排 向露出的电气端子 、电气开关器件及其他引火掘 ；
4 )不应排 向其他储氢容器 。
b)密封箱按照附录 A 进行密封和排气测试。 c)密封箱的电子接头和l元件不能产生火花 。 d) 密封测试时，密封箱不发生任何永久变形 。
5.1.5.7供氢系统安装完成后，应检查各相关尺寸 、连接管线的正确性 、气辛苦性；检查电气接地的正确性 和接地电阻 。
5.1.6使用环境
5.1 .6.1制造商应规定燃料 电池供氢系统的使用条件 ，应包括以下因素 ．
a) 海拔高度 ； b) 工作服度 ； c) 相对？显度 ； d) 储存瘟度 ； e) 使用寿命。
5.1.6.2建议燃料电池供氢系 统应能在下列环境条件下正常运行 ：
a)海拔高度 ：《3 000 m ;
b)环境视皮 ：一 10 ℃50 ℃；
c)相对根度 ：ζ95 % ;
d)储存瘟度 ：40 ℃60 ℃。
5.1.7动态晌应
供氧系统供氧流量应满足燃料 电池需求。即在供氧系统供氧压 力达到要求范围时，其提供的氧气 流量可以跟随燃料电池系统的需求而动态跟随 ，满足燃料电池系统 的用氧量需求 。
5.2功能要求
5.2. 1供氢能力
供氢系统在可用压力范围 内应能够满足燃料电池系统的 氢气需求。 供氢系统应有过流保护装置或其他措 施，当检测到储氢容器或管 道内压力 异常降低或流 量异常增
大时，能 臼动关断储氢瓶内的 氢气供应 ；如采用过 流保护阀 ，该阀应安装 在主关院fr 阔上或紧靠主关断 阀处。
主关断阀、储氨容器 的单向 阀以及压力 释放 阀应集 戚在一起．装在储氧容帮端头 。对于多氢瓶系 统，每个储氢）陋的端头应分别安装手动关断阀或其他装置．在加氢 、排氢及维修时可 根据需要单独隔断 每个储氢瓶。
5.2.2氢气品质 燃料电池供氧系统供应的氢气品质应能满足表 1要求 。
5.2.3控制和监测
5.2.3.1余量监测
在易于观察处 ，设置氢气剩余最仪表 。
5.2.3.2实时监测
供氢系统应具有能够实时监测储氢容器或管路压力及温度的能力 ，相应传感器材料应能够与 氢完 全兼容。当氢系统检测到气 在L或管路压力超过允许最大压力或检测 到气瓶tB.l 度超过最 高允许瓶度时应主动报警，同时关断气瓶阀停止供氢 。
当氧系统检测到储氧容器压 力低于安全值时，应主动关断i别牛停止供氧 。
5.3安全要求
5.3.1气密性
在 1.05 倍 1.1倍额定工作压力下 ，储氧容器 、压力容器 、焊接点 、法兰 、垫片 、阅门及连接处用中性 发泡液检漏 .3 rr1in 内所有检测点不能产生可见气泡或者泡沫 。
5.3.2泄漏量
在 1.05 倍 1.1 倍额定工作压力下，供氧系统在稳态下每小时氧气泄漏量应 小于 0.5% 。在安装供 氢系统 的封闭或半封闭空间上方合适位置 ，至少安装一个氢气浓 度传感器 ，实日才 监视1） 氢气的泄漏量，并 将信号传递 给氯气泄漏报警装置 。
5.3.3安全措施
5.3.3. 1压力保护
系统应该带有检测压力的部件 ，当系统检测到供氧压力低于产品规定 的最低压力．应发出报警；当 系统检测到供氢压力高于产品规定的最高压力时，院发出报警 ，同时关断气瓶阀停止供氢 。
5.3.3.2泄压装置
系统应该有泄压提嚣 ，当系统压力 大于设计压力时可以及时释放 压力 。为便于供氢系统操作及维 护可根据需要安装手动i世压阀 。
5.3.3.3接地性能
系统应具有接地点．且应有明显 的标志 ，接地点应用铜蝶母；供氢系统外壳 、所有可 触及的金属零部 件与接地端子间 的电阻应不大于 0.1 n。
5.3.3.4防护等级
系统防护等级应符合 IP53 . 当完成防护等级试验后．系统部件不应有 损坏或故障 的迹象．也不应 出现水在发电系统任何部件中的有害聚集 。
5.3.3.5氢气泄漏探测 、压力释放装 置
5.3.3.5. 1氢气浓度传感 器报警
供氢系统或其安装使用位置应设 置氧气泄漏浓度连续测定和报警装置 。氧气浓 度传感器应 符合 GB 16808 和 GB 12358 的规定要求 。报警装置应能根据氢气浓 度的大小发出不同等级的报警信号 。浓 度与报警信号的级别可由供氢系统使用者根据具体的使用环境和要求决定。
涉及安全的气体传感器应根据 TEC 61779-6 规定进行选择 、安装 、校对、使用和维护。
5.3.3.5.2压力释放装 置
供氧系统应设置压力释放装霄，CPRD ） ，在释放管路的出口处采取必 要的保护措施．防止在使用过 程中被异物堵塞．影响气体释放 。通过压力释放装 置释放的氢气．不应 ：
a〕直接排到密闭或半封闭空间；
b)排 向容易产生静电的装置或空间 ；
c)排向露出的电气端子、电气开关器件及其他引火掘 ；
d)排向其他储氢容器 。
5.3.4电磁兼容性
燃料电池供氢系统不得在其周 围产生超过规定水平的电碰干扰 。除此以外，供氢系统电气设备应 对电磁干扰具有足够的抵抗能力以便在其工作环境中正常运行 。具体要求如下 ：
供氧系统的静电放电抗扰度限值应符合 GB/ T 176 26. 2-2.006 中试验 等级 3 的规定。试验期间 ．
被iY!IJ 样品不应损坏 、故障或发生状态改变．但允许指示灯闪烁 ，试验后系统应能正常工作。 射频电磁场辐射抗扰度限值应符合 GB/ T 176 26 .3-2016 中试验等级 3 的规定。试验后设备性能
不应发生永久性的损伤或 降低，系统应能正常工作 。
5.3.5绝缘要求
供氢系统触电防护应符合 Ci-B/ T 18384 要求 。
5.4启动及关断
5.4. 1启动
当所有防护装置均已到位且起作用 时，供氢系统才能启动 。为保证下次正常启动，可采用适 当的联 锁装置，应具备手动、在｜ 动启动功能。
5.4.2关断
根据燃料电池供氢系统的功能性要求，供氢系统应提供关断功能 ：
a)紧急关断．当供氢系统内部或外部情况恶化 ，继续运行供氢系统会带来危 害时 ，应能够通过 手 动启功 也急按钮而终止供氢系统的运行并同时自动切断氢气的供给 。应具备如下功能 ：
• 在不产生新的危险情况下阻止危险发生；
• 在必要情况下 ，触发或允许触发某些防护措施 ；
• 不论供氢系统处于何种运行．紧急开关启动后．紧急关断具有第一运行权 ；
• 在紧急开关没有复位的情况下系统不能重新 启动 ；
• 紧急开关的复位不得导致任何危险情况的发生 。
b)正常关断．供氢系统处于正常运行状态通过启动控制设备而终 止供氢系统运 行。在正常运行 情况下能够 自动或手动安全关断。
c)非正常关断：供氢系统处于非正常运行状态时．通过启动控制设备而终止系统的运行 。在不会 立即带来危险的非正常状态下能够自动关断．但不能 在｜ 动重新启动 。
当出现下列情况之一时．应停机检查 ：
• 监测的空气中氢气浓度超过 1.0% ;
• 电力供应故障 ；
• 系统检测到制氢系统内富氢化合物余量低于设定值 ；
• 系统氢气压力超过 ／低于设定安全值 ；
• 系统监测到温度超过设计安全值 ；
• 系统监测到储氢容器或管道流 量反常增大或压力快速下降。
5.4.3启动时间
对于 以单质形式储存 氧气的供氨系统．高压储氢启动时间 由电磁 阀控制．按燃 料电池需求启动供氢。
对于以化合 物形式储存氧气的供氧系 统启动时间可根据’用户要求确定，一般 ：
a)在热待机条件下，额定流量） O 到 80.%额定流量的启动时间不应大于 10 n1in .O 到 100 .% 额定 流量的启动时间不大于 15 m i n ;
b)在停机条件下且利用燃料燃烧实现氧气产生 设备加热时．辙定流量从 0 到 80.% 额定流量 的启 动时间不应大于 45 min , O 到 100.%辙定流量的启动时间不大于 50 min ;
c)在停机条件下且利用 电加热装置实现氧气产生设备加热时．额定流量从 0 到 80 .% 额定流量的 启动时间不应大于 120 m in .O 到 100 .% 额定流量的启动时间不大于 125 min。
6试验方法
6. 1氢气晶质
供氢系统供应氢气中杂质的检测．可参照 GB/ T 36 34.2-20 11规定的方法检 测 。气体样品的采样 原则及一般规定应符合 GB/T 6681 规定。氧气品质检测 的取样点．应在供氢系统氧气冷却装 置之后、 存储容器之前 。
6.2安全要求
6.2. 1气密性
试验介质采用氢气、氮气或者其他惰性的棍合物，应包含 5 .% 的氢气或者 10 .% 的氧气，或者其他已 被证明可检测的含量。如果有一种介质得到相关技术部 门、公告机构或者监督部 门的许可后也可以作 为试验介质。
气密性试验压力 为设计压力 ，试验开始后逐渐升压 ，达到规定压力后保 持 30 min ，检查所有储氢容 辑 、压力容器 、焊接点、法兰 、垫片 、阀门及连接处等 。
6.2.2泄漏量
供氢系统应当将泄漏试验气体压缩到规定压力 .3 m i n 内表面活 性剂不产生气泡；或者使用已 被证 实等效的办法进行泄漏试验。允许的泄漏速率只适用于 100 .% 氢气，其他气体或者混合 气允许的泄漏 速率应当被等效成 100 % 氢气的泄漏速率 。
在供气系统 的出口处安装箱度为 0.5.% 的压力计和截止阀 。关闭截止 ｜次后打开氢气 阀门及管路上 其他的阀门，系统达到额定工作压力并稳定 l mi n 后，记录压力传感器测得的压力 扣 。关闭氢阀 门， 24 h 后记录压力传感器测得 的压力 归。按照式（ 1） 进行计算．泄漏率 以平均每小时小于 0.5 .% 为合格 。 当 h 和 扣 只略高于大气压 ，且两者相差不大时．在式（ 1） 中可不必带入氢气的压缩因子。