《液氫氣瓶 第1部分：材料、設(shè)計、制造、檢驗與試驗》 編制說明

地方標準液氫氣瓶第1部分：材料、設(shè)計、制造、檢驗與試驗（征求意見稿）編制說明一、任務(wù)來源根據(jù)“廣東省市場監(jiān)督管理局關(guān)于批準下達2022年第一批廣東省地方標準制修訂計劃項目的通知”（粵市監(jiān)標準[2022]379號），《液氫氣瓶第1部分：材料、設(shè)計、制造、檢驗與試驗》列入2022年廣東省地方標準制修訂計劃，由廣東省特種設(shè)備檢測研究院、佛山環(huán)境與能源研究院、華南新能源汽車產(chǎn)業(yè)促進中心、瀚藍(佛山)新能源運營有限公司、鴻達興業(yè)股份有限公司等單位共同制定該標準。二、編制背景、目的和意義能源作為新世紀發(fā)展的動力，是制約世界經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。然而地球上的化石能源是有限的，在現(xiàn)階段能源緊缺、環(huán)境保護形勢嚴峻的全球背景下，氫能作為一種十分重要的可持續(xù)、清潔型能源而越來越被重視和推廣，是調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，帶動相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要組成部分。十九大報告要求加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國，并首次把“必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念”寫入報告。“綠水青山就是金山銀山”，重心在和諧，核心在綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展和低碳發(fā)展，通過現(xiàn)代化的綠色產(chǎn)業(yè)體系實現(xiàn)國民經(jīng)濟的綠色化。氫能的開發(fā)使用不僅僅是一種綠色發(fā)展理念，更是涉及生產(chǎn)方式、生活方式、思維方式和價值觀念的一場綠色革命，功在當代、利在千秋。氫能運用中最重要的一個環(huán)節(jié)是氫的儲運，我國早在“十五”期間就已經(jīng)開始展開對儲氫氣瓶的研究，氫能的儲運是遏制氫能產(chǎn)業(yè)化速度亟需解決的瓶頸。目前有高壓儲氫、吸附儲氫、低溫儲氫以及高壓低溫儲氫等方式。氣瓶作為低溫儲氫的一種高效的手段備受關(guān)注，但氣瓶的設(shè)計、制造、檢驗、試驗等沒有規(guī)范及標準可依，因此編制液氫氣瓶的標準需求更加突顯。三、編制的思路和原則（一）編制思路本標準是以《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》等法律法規(guī)及特種設(shè)備相關(guān)技術(shù)規(guī)范為基礎(chǔ)，結(jié)合液氫氣瓶產(chǎn)品本身和目前國內(nèi)外對該類氣瓶的現(xiàn)狀，提出了液氫氣瓶的設(shè)計、制造、檢驗方法和要求等。主要引用以下規(guī)范性文件：GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法GB/T229金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法GB/T1804一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差GB/T1954鉻鎳奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體含量測量方法GB/T2653焊接接頭彎曲試驗方法GB3836.1爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求GB/T7144氣瓶顏色標志GB/T9251氣瓶水壓試驗方法GB/T12137氣瓶氣密性試驗方法GB/T12241安全閥一般要求GB/T12243彈簧直接載荷式安全閥GB/T13005氣瓶術(shù)語GB13296鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管GB/T13305不銹鋼中α-相面積含量金相測定法GB/T14976流體輸送用不銹鋼無縫鋼管GB/T16804氣瓶警示標簽GB/T17925氣瓶對接焊縫X射線數(shù)字成像檢測GB/T18442.1固定式真空絕熱深冷壓力容器第1部分：總則GB/T18442.3固定式真空絕熱深冷壓力容器第3部分：設(shè)計GB/T18443.2真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第2部分：真空度測量GB/T18443.3真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第3部分：漏率測量GB/T18443.4真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第4部分：漏放氣速率測量GB/T18443.5真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第5部分：靜態(tài)蒸發(fā)率測量GB/T18443.8真空絕熱深冷設(shè)備性能試驗方法第8部分：容積測量GB/T24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術(shù)語GB/T24511承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶GB/T25198壓力容器封頭GB/T31480深冷容器用高真空多層絕熱材料GB/T31481深冷容器用材料與氣體的相容性判定導(dǎo)則GB/T33209焊接氣瓶焊接工藝評定GB/T33215氣瓶安全泄壓裝置JB4732-1995鋼制壓力容器—分析設(shè)計文件JB/T6896空氣分離設(shè)備表面清潔度NB/T47010承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件NB/T47013.2承壓設(shè)備無損檢測第2部分：射線檢測NB/T47013.3承壓設(shè)備無損檢測第3部分：超聲檢測NB/T47013.5承壓設(shè)備無損檢測第5部分：滲透檢測NB/T47013.11承壓設(shè)備無損檢測第11部分：X射線數(shù)字成像檢測NB/T47013.14承壓設(shè)備無損檢測第14部分：X射線計算機輔助成像檢測NB/T47018.1承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第1部分：采購?fù)▌tNB/T47018.3承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件第3部分：氣體保護電弧焊鋼焊絲和填充絲（二）編制原則本標準制定遵循以下原則：1、基礎(chǔ)性原則本標準的主要內(nèi)容來源于特種設(shè)備法律法規(guī)及特種設(shè)備相關(guān)技術(shù)規(guī)范，基礎(chǔ)性強，覆蓋面廣，具有較強的操作性。2、協(xié)調(diào)性原則本標準符合國家的政策，貫徹國家的法律法規(guī)，與氣瓶制造和監(jiān)管的相關(guān)標準協(xié)調(diào)一致、銜接配套，符合監(jiān)督檢驗服務(wù)的基本要求和過程要求，能夠滿足液氫氣瓶產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢驗的需要。3、合理性原則本標準從全局出發(fā)，綜合考慮特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)監(jiān)督檢驗服務(wù)的實際和當前服務(wù)的發(fā)展方向以及氣瓶制造企業(yè)單位的需求，合理可行，便于實施與監(jiān)督。4、規(guī)范性原則本標準按照GB/T1.1-2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》規(guī)定的格式進行編寫。四、編制過程及內(nèi)容的確定（一）編制過程為解決目前氫能快速發(fā)展的氫能儲運瓶頸，隨著氫燃料電池技術(shù)不斷成熟，美國、日本、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)紛紛把發(fā)展氫能看作是能源轉(zhuǎn)型和變革的重要抓手。近年來，在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱潮下，我國已初步掌握燃料電池及其關(guān)鍵材料、動力系統(tǒng)、整車和基礎(chǔ)設(shè)施等核心技術(shù)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模。然而，隨著產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大，氫能供應(yīng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展不匹配的現(xiàn)象已逐步顯現(xiàn)，其中缺乏高效率、低成本、大規(guī)模的氫能儲運技術(shù)路線已經(jīng)成為制約氫能產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。液氫具有儲存密度大、運輸效率高、單位質(zhì)量儲運成本低等優(yōu)勢，是降低氫氣成本的有效技術(shù)途徑。但液氫氣瓶作為液氫儲運的關(guān)鍵一環(huán)，一直以來缺乏標準支撐，目前國內(nèi)已初具液氫氣瓶的生產(chǎn)制造能力，且有較大的市場需求，提前布局即將井噴的液氫市場，勢在必行，因此需提出液氫氣瓶操作和檢驗標準以服務(wù)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。氫能運用中最重要的一個環(huán)節(jié)是氫的儲運，我國早在“十五”期間就已經(jīng)開始展開對儲氫氣瓶的研究，國家重點研發(fā)專項早就有了液氫氣瓶相關(guān)的研究并成功生產(chǎn)制造出試制樣品。廣東省作為沿海經(jīng)濟發(fā)達省份，對于氫能利用也走在全國前列，省內(nèi)現(xiàn)已建成多條氫能新能源公交線路，并且其規(guī)模還將不斷擴大，這意味著將有越來越多的氫能汽車投入使用。本標準從材料、設(shè)計、制造、檢驗等環(huán)節(jié)入手，開展液氫杜瓦關(guān)鍵絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計、建造技術(shù)等方面標準化，有利于規(guī)范行業(yè)發(fā)展提升行業(yè)水平，保障特種設(shè)備安全，促進粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。同時，液氫儲運技術(shù)為西南和三北地區(qū)相對富余的可再生能源儲能或消納提供更經(jīng)濟、高效的路徑選擇，促進可再生能源規(guī)?；l(fā)展。2022年年初，廣東省特種設(shè)備檢測研究院組織有關(guān)專家成立本標準起草組，并在廣州召開了第一次工作會議，討論了制訂原則、總體思想、重點內(nèi)容和標準結(jié)構(gòu)。2022年全年，起草組系統(tǒng)收集并綜合對比分析了國際標準化組織（ISO）、歐盟、美國、日本等的液氫氣瓶產(chǎn)品標準和研究進展等，也參考了GB/T2459-2009《焊接絕熱氣瓶》的部分內(nèi)容，調(diào)研國內(nèi)目前開展低溫絕熱氣瓶型式試驗工作的多家檢驗機構(gòu)，與國內(nèi)主要的液氫儲存裝置的生產(chǎn)制造企業(yè)交流溝通借鑒其相關(guān)經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上形成了標準討論稿。本著對標準審查情況認真分析和研究的態(tài)度，2022年12月，起草組在佛山組織召開了工作會議，對材料、設(shè)計、制造等關(guān)鍵核心問題進行深入討論。并將本標準中區(qū)別于已有焊接絕熱氣瓶產(chǎn)品，并針對我國特種設(shè)備管理情況的內(nèi)容著重討論，形成標準征集意見稿草案。（二）內(nèi)容的確定本標準規(guī)定了氣瓶的型號命名方法、基本參數(shù)、材料、設(shè)計、制造、試驗、檢驗、型式試驗、標志、包裝、運輸、出廠資料、資料保存等要求。內(nèi)容說明關(guān)于標準的適用范圍本標準適用于在正常環(huán)境溫度（-40℃～60℃）下使用，貯存液氫（仲氫體積含量不低于95%），設(shè)計溫度不高于-253℃，公稱工作壓力為0.2MPa～3.5MPa，公稱容積為150L～450L，可重復(fù)充裝的立式氣瓶。關(guān)于標準的屬性本標準建議為地方標準。有關(guān)條款的說明主要內(nèi)容：1范圍環(huán)境溫度（-40℃～60℃）的規(guī)定來源于TSG23-2021。公稱工作壓力為0.2MPa～3.5MPa的下限0.2MPa的規(guī)定來源于TSG23-2021。設(shè)計溫度不高于-253℃的規(guī)定是根據(jù)液氫的沸點溫度為20.38K（-252.77℃）。公稱容積為150L～450L的下限150L的規(guī)定是借鑒GB/T34510-2017版《汽車用液化天然氣氣瓶》的規(guī)定，上限是參照DOT4L:2018的規(guī)定。氣瓶只允許立式的規(guī)定來源于DOT4L:2018。2規(guī)范性引用文件給出了本標準中引用的標準和規(guī)范情況。3術(shù)語和定義給出了本標準中用到的術(shù)語。4符號給出了本標準中用到的符號解釋。5氣瓶型號和基本參數(shù)目前沒有標準規(guī)定液氫氣瓶的命名方法，因此本標準借鑒GB/T15384-2011版《氣瓶型號命名方法》規(guī)定這類氣瓶的命名。5.1壓力規(guī)定本條對氣瓶分為內(nèi)膽和外殼進行了壓力要求。內(nèi)膽計算壓力采用設(shè)計壓力，設(shè)計壓力等于壓力試驗壓力。DOT-4L:2018版規(guī)定：“耐壓試驗壓力一般不低于2倍公稱工作壓力”。內(nèi)膽由于需要進行檢漏，且規(guī)定方法為GB/T18443.3，因此規(guī)定了外壓計算壓力0.21MPa。氫的特性確定管路系統(tǒng)也要不泄漏，因此規(guī)定了氣密性試驗壓力不應(yīng)小于公稱工作壓力。外殼內(nèi)壓由外殼防爆裝置予以保證安全，因此只規(guī)定了外壓計算壓力0.21MPa。5.2有效容積設(shè)置允許充裝的最大容積，實際上也就是預(yù)留氣相空間。當液體受熱膨脹后，有可以容納膨脹的地方。6材料對受壓元件、內(nèi)膽焊接材料的性質(zhì)、標記以及質(zhì)量證明書提出了具體要求，從源頭保證材料的真實性。7設(shè)計規(guī)定了液氫氣瓶的主要組成，內(nèi)膽、外殼、絕熱系統(tǒng)、內(nèi)膽與外殼之間的連接件、閥門管路系統(tǒng)、保護閥門管路系統(tǒng)的保護裝置、底座等組成。8制造、試驗和檢驗規(guī)定了單位職責：制造單位應(yīng)當對制造的產(chǎn)品的安全性負責，首先制造的產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)過驗證，其次要對制造的質(zhì)量進行控制。以及沿用低溫絕熱氣瓶標準中類似的組批、材料復(fù)驗、標志移植、筒體、封頭的制造及組裝、焊前準備及施焊環(huán)境及坡口要求、焊接工藝評定、內(nèi)膽產(chǎn)品焊接試板、焊縫余高、無損檢測、內(nèi)膽耐壓試驗、內(nèi)膽檢漏、表面清潔度、分子篩、吸氣劑、真空夾層漏氣速率、真空夾層漏放氣速率、管道、閥門、氣密性試驗、露點、常溫真空度、靜態(tài)蒸發(fā)率、復(fù)驗規(guī)則等方面的要求。9型式試驗型式試驗是驗證氣瓶設(shè)計、制造工藝、安全性能等是否符合預(yù)期的一種驗證手段。當確定符合預(yù)期以后，則圖樣以及重要的工藝不能隨意變更。型式試驗也只能對樣品負責，不對生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量負責。10標志、包裝、運輸、存放氣瓶的銘牌是表明氣瓶類別（容量、介質(zhì)）、安全（壓力、允許充裝量、使用壽命）等重要參數(shù)的方式。氣瓶標簽是表明氣瓶類別、使用安全（警示標簽、警示語、急救措施）等信息的重要載體。必要的警告內(nèi)容是對用戶的基本要求和使用規(guī)范，應(yīng)把有關(guān)安全的盡可能羅列（應(yīng)該有但不限于，如應(yīng)有“密閉或通風不良空間禁止使用”、“遠離點火源”，“應(yīng)保持直立”、“每兩年應(yīng)恢復(fù)常溫置換處理”等）。11出廠資料產(chǎn)品說明書對于氣瓶的安全使用、維護等至關(guān)重要。12資料保存資料的保管是出于當氣瓶出現(xiàn)事故時可以為事故原因分析提供佐證資料。附錄A（資料性）氫在飽和狀態(tài)下的熱力學數(shù)據(jù)附錄A的資料來源于NIST（nationalinstituteofStandardsandTechnology），由于儲存的仲氫含量大于95%，因此性質(zhì)偏向于仲氫。通過附錄A可以了解氫的性質(zhì)，在設(shè)計時關(guān)注氫的安全。附錄B（規(guī)范性）最大準許充裝系數(shù) 由于外部熱量的傳入會引起貯存的液氫的液體部分膨脹，甚至直至充滿氣瓶而引發(fā)危險。澳大利亞標準AS2809.6:2019版附錄A對于氫的最大允許充滿率是0.98，而本標準要求是0.93，因此其最大充滿率的公式及表格不能直接使用。根據(jù)AS2809.6:2019版公式采用的質(zhì)量守恒的原理（初始充裝的質(zhì)量與安全閥整定壓力時的質(zhì)量相等），把其中公式的系數(shù)0.98替換為0.93，系數(shù)0.02替換為0.07。根據(jù)替換后的公式，按照本標準整定壓力的規(guī)定，計算出部分數(shù)據(jù)供查閱。附錄C（規(guī)范性）閥門進口接頭與出口接頭 編制本附錄的原因見本編制說明第3.5.6條。本附錄提供的圖紙的螺紋與CGAV-1:2013版的CGA795是一致的，只是通徑（10mm）比CGA795（5.3mm）的大，把英制的管換成了公制管。標準沒有對真空管道真空值提出要求，由制造單位自行決定，但至少應(yīng)該不低于氣瓶的要求。附錄D（規(guī)范性）振動試驗由于氣瓶車上進行運輸，但固定簡單、不牢固，因此工況比較惡劣。振動次數(shù)、頻率按照GB/T34510-2017版附錄A。參照GB18296-2019版《汽車燃油箱及其安裝的安全性能要求和試驗方法》第5.9條“金屬燃油箱振動耐久性試驗”。GB18296-2019版規(guī)定液體的充裝體積為50%額定容積，GB/T34510-2017版第A.2.1.2條規(guī)定充裝與裝滿LNG等重的液氮（約50%的容積）。在容積一半的情況下振動沖擊更加激烈，因此做此規(guī)定。振動結(jié)果只要內(nèi)膽不泄漏，外殼結(jié)露或結(jié)霜是允許的。附錄E（規(guī)范性）跌落試驗立式氣瓶閥門端保護罩（圈）試驗是驗證保護罩（圈）的抗沖擊性能；底部的試驗是模擬氣瓶在吊裝時突然跌落到地面時外殼上封頭、內(nèi)膽是否因沖擊而損壞；側(cè)面（瓶體）跌落是驗證氣瓶的外殼在受沖擊時是否可以保持完好；上述試驗同時能驗證內(nèi)膽與外殼之間連接件的抗沖擊性能。本標準參照了ISO21029-1:2018版的第10.4.4條有關(guān)試驗，其包含：提升試驗、堆垛試驗、跌落試驗（垂直、反向）、水平?jīng)_擊試驗，本標準選擇了跌落試驗及水平?jīng)_擊試驗（本標準用跌落替代）。跌落試驗的高度按ISO21029-1:2018版要求為1.2m，方法按標準ISO11117:2019版《Gascylinders—Valveprotectioncapsandguards—Design,constructionandtests》。ISO11117:2019版提出閥門保護裝置應(yīng)該具有足夠的強度，在搬運和運輸過程中保護閥門。它與氣瓶本體的連接應(yīng)該是固定的、不易拆卸的，保證在正常使用條件氣瓶能夠受到保護。要求受沖擊面應(yīng)為堅硬、平坦、光滑和水平的厚度不小于10mm的鋼板，鋼板置于厚度不小于100mm的混凝土地面上。跌落高度為1.2m，跌落時氣瓶軸線與豎直方向夾角為30°。水平?jīng)_擊試驗速度按ISO21029-1:2018版要求不低于2.6m/s，方法按標準ISO2244:2002版《Packaging—Complete,filledtransportpackagesandunitloads—Horizontalimpacttests》。ISO2244:2002版實際是對氣瓶的端頭（閥門端或非閥門端）保護裝置進行沖擊試驗，有斜坡沖擊試驗和擺錘沖