《固定式高压氢气存储设备技术条件规范》征求意见稿

1XXXXXXX—XXXX本文件规定了设计、制造和测试固定储存气态氢的无缝和复合压力容器的要求。本标准适用于气态氢生产后固定式储存设备及场所，不适用于液态氢、水上气态氢、航空用氢场所及车上供氢系统。氢气生产中的相应环节可参照执行。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，仅所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（包括所有的修改单）适用于本文件。GB2894安全标志及其使用导则GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB12358作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求GB/T15706机械安全设计通则风险评估与风险减小GB16808可燃气体报警控制器GB/T24353GB/T27921GB/T29729风险管理原则与实施指南风险管理风险评估技术氢系统安全的基本要求GB50177氢气站设计规范GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范TSGD0001压力管道安全技术监察规程—工业管道TSG21固定式压力容器安全技术监察规程GB/T34583加氢站用储氢装置安全技术要求3术语和定义GB/T24499界定的以及下列术语和定义适用于本文件。储氢装置hydrogenstoragedevice加氢站中用于充装高压氢气且安装在固定位置的装置,包括储气罐储氢装置和无缝管式储气瓶储氢装置。3.2储气罐储氢装置storagedeviceforhigh-pressurehydrogen用于充装高压氢气,由单个或者多个储气罐、管道、阀门与管件等组成且安装在固定位置的装置。3.3工作压力workingpressure正常工作情况下,储氢装置内氢气可能达到的最高压力(表压)。3.4设计压力designpressure设定的储氢装置最高压力,与相应的设计温度一起作为储氢装置的基本设计载荷条件,其值不低于工作压力。3.52XXXXXXX—XXXX疲劳循环fatiguecycle应力或应变随时间的变化，通常从一个最大值变到最小值，然后再回到最大值。3.6测试压力testpressure用于检查设备和管道强度和泄漏的压力。3.7爆破压力burstpressure容器在加压试验时破裂或失效的压力。3.8复合材料compositematerial由两种或多种不同材料组成的材料，其中每种材料在成品中保持其物理和化学特性。4一般规定4.1氢气储存容器应符合《压力容器安全技术监察规程》，氢气囊不宜做为氢气储存容器。4.2容器设计要求：4.2.1设计压力应至少为工作压力的1.5倍。4.2.2设计温度范围应涵盖设备预期的最低和最高操作温度。4.2.3壁厚应通过应力分析和疲劳寿命评估确定。4.3容器试验要求：4.3.1每个容器应进行水压试验，测试压力应为设计压力的1.5倍。4.3.2复合材料容器应进行疲劳试验，循环次数应至少为10000次。4.3.3爆破试验应在压力容器的1.5倍设计压力下进行，确保容器在压力下不会失效。4.4氢气储存容器应设置如下安全设施:4.4.1应设有安全泄压装置，如安全阀等。4.4.2氢气储存容器顶部最高点宜设氢气排放管。4.4.3应设压力监测仪表。4.4.4应设惰性气体吹扫置换接口。惰性气体和氢气管线连接部位宜设计成两截一放阀或安装"8字"盲环板。4.4.5氢气储存容器底部最低点宜设排污口。4.4.6氢气储存容器周围环境温度不应超过50℃,储存场所及周边应设计安装消防水系统。5技术参数和计算方法5.1设计压力设计压力是指设备在正常工作状态下能够安全承受的最高压力。设计压力应考虑工作压力以及可能出现的超压情况。设计压力应为设备最大操作压力的1.1至1.3倍。在选择设计压力时，需考虑环境温度变化、操作条件波动等因素。计算方法：P=P×Fs3XXXXXXX—XXXX其中，Pd为设计压力，Pw为工作压力，Fs为安全系数，通常取值在1.1至1.3之间。5.2工作压力工作压力是设备在正常工作状态下的实际压力。工作压力应根据实际操作需求确定，并在设备铭牌上标明。工作压力根据设备的用途和具体操作环境确定，无需复杂计算，直接由操作条件决定。5.3温度范围温度范围是设备在安全工作状态下能够承受的最低和最高温度。设备应能够在-40°C至+85°C的温度范围内安全运行。在极端温度条件下，应对设备进行特殊设计和材料选择，以保证安全性。温度范围的确定主要根据材料特性和使用环境，通过材料试验和标准规范确定。5.4材料强度材料强度是指用于制造设备的材料在设计压力和温度下的强度，包括屈服强度和抗拉强度。材料应符合相应的国家标准和国际标准，如GB/T150和ASME规范。材料在设计温度和压力下的屈服强度和抗拉强度应满足设计要求。材料强度的计算通常通过以下公式进行：其中，σy为屈服强度，Pd为设计压力，D为设备直径，t为壁厚。5.5壁厚计算壁厚是设备设计中关键的参数，直接影响设备的强度和安全性。壁厚应根据设计压力、材料强度、设备直径等因素计算。壁厚计算应符合GB/T150和ASME规范。计算方法：其中，t为壁厚，Pd为设计压力，D为设备直径，σy为材料的屈服强度，E为焊接接头系数，通常取值为0.85至1.0。5.6容积计算容积是指设备在设计压力下能够安全存储氢气的体积。容积应根据设备的用途和具体需求确定。容积的设计应考虑安全余量，以应对可能的超载情况。计算方法：其中，V为容积，D为设备直径，L为设备长度。5.7安全系数安全系数是设计中用于保证设备在各种不确定因素影响下仍能安全运行的系数。安全系数的选择应符合国家标准和行业规范，通常取值为1.5至2.0。在设计中应充分考虑材料性能、制造工艺、操作条件等计算方法：安全系数通常通过以下公式计算设计参数：4XXXXXXX—XXXX设计参数=工作参数×安全系数其中，设计参数可以是设计压力、设计强度等，工作参数是设备在正常工作状态下的实际参数。6氢气储存设施6.1单个储氢容器的水容积不应大于5m³。6.2加氢设施内的高压氢气储存系统的工作压力应根据储氢气瓶的充氢压力确定。当充氢压力为35MPa时，固定氢气储存系统的工作压力不宜大于45MPa；当充氢压力为70MPa时，固定氢气储存系统的工作压力不宜大于90MPa。6.3固定式储氢容器的设计、制造应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21和相关标准的规6.4储氢容器的工作温度不应低于-40℃且不应高于85℃。6.5储氢容器应满足未爆先漏的要求。6.6氢气储存设施的选材应进行全面的氢脆评估，材料的化学成分应符合GB/T29729的要求。应对材料进行旋压、热处理、焊接等工艺评估，并通过氢脆试验验证其在实际工况下的可靠性。6.7氢气储存设施设计中应对容器各种可能的失效模式进行判断，材料选择和结构设计应满足避免发生脆性断裂失效模式的要求。应对氢气储存设施的塑性垮塌、局部过度应变、泄漏和疲劳断裂等失效模式进行评定。6.8氢气储存设施的设计单位应出具风险评估报告，风险评估报告至少应包括下列内容：6.8.1氢气储存设施在运输、安装和使用过程中可能出现的所有失效模式，针对这些失效模式，在设计和制造过程中已经采取的控制措施以及用户在使用、维修、改造过程中应采取的控制措施；6.8.2氢气储存设施失效可能带来的危害性后果，提出现场使用时有效监测储氢容器的措施，如定期超声检测、在线监测、设置氢气泄漏报警装置等；6.8.3提出一旦氢气储存设施发生介质泄漏、燃烧和爆炸时应该采取的措施，便于用户制订合适的应急预案；6.8.4提出氢气储存设施定期检验计划及检验内容。6.9加氢设施应结合用氢设备和储氢系统的取气效率，对高压储氢系统工作压力按2级~5级设置，各级储氢设备容量应按各级储气压力、充氢压力和充装氢气量等因素确定。6.10固定式储氢容器应设置下列安全附件：6.10.1应设置安全阀和放空管道，安全阀前后应分别设1个全通径切断阀，并应设置为铅封开或锁开；当拆卸安全阀时，有不影响其他储氢容器和管道放空的措施，则安全阀前后可不设切断阀。安全阀应设安全阀副线，副线上应设置可现场手动和远程控制操作的紧急放空阀门。安全阀的排放能力不应小于相应压缩机的最大排气量。6.10.2应设置压力测量仪表，并应分别在控制室和现场指示压力。应在控制室设置超压报警和低压报警装置。6.10.3应设置氮气吹扫置换接口。6.11储氢容器的控制系统应自动记录压力波动范围超过20%设计压力的工作压力波动次数。7氢气加注设施5XXXXXXX—XXXX7.1加氢机应设置在室外或通风良好的箱柜内。7.2加氢机应具有充装、计量和控制功能，并应符合下列规定：7.2.1加氢机额定或公称工作压力应为35MPa或70MPa，最大工作压力应为1.25倍的额定工作压力；7.2.2加氢机应设置安全泄压装置，安全阀应选用全启式安全阀，安全阀的整定压力不应大于储氢瓶的最大允许工作压力或设计压力；7.2.3加氢机进气管道上应设置自动切断阀，当达到储氢容器的充装压力高限值时，自动切断阀联锁关7.2.4加氢机应设置脱枪保护装置，发生脱枪事故时应能阻止氢气泄漏；7.3加氢机的加气软管应设置拉断阀。拉断阀应能够在400N～600N的轴向载荷作用下断开连接，分离后两端应自行密闭。7.4加气软管及软管接头应选用具有抗腐蚀性能的材料。8管道设施8.1氢气管道的材质应采用316/316L双牌号钢或其他经验证具有良好氢相容性的材料。材料应满足以下要求：镍（Ni）含量不应低于12%，抗拉强度不低于550MPa，屈服强度不低于240MPa。管道设计应考虑操作压力和温度对材料性能的影响，确保长期使用的安全性。8.2加氢设施内所有氢气管道、阀门、管件的设计压力不应小于最大工作压力的1.1倍，且不得低于安全阀的整定压力。8.3氢气管道的连接应符合下列规定：8.3.1外径小于或等于25.6mm，且设计压力大于或等于20MPa的高压氢气管道应采用卡套连接；8.3.2氢气管道与设备的连接，根据需要宜采用卡套连接或螺纹连接，螺纹连接处应采用聚四氟乙烯薄膜作为填料；8.3.3由于振动、压力脉动及温度变化等可能产生交变荷载的部位，不宜采用螺纹连接；8.3.4设计压力小于20MPa的氢气管道的连接可采用焊接或法兰连接；8.3.5除非经过泄漏试验验证，螺纹连接不宜用于设计压力大于68MPa的系统；8.3.6外螺纹组成件的壁厚不应小于Sch160，对小于DN15的外螺纹组成件，螺纹部分的最小壁厚应满足其受到的应力小于管道屈服应力50%的要求。8.4设计压力大于或等于20MPa的氢气管道及其组成件的技术要求应符合本标准附录D的规定。8.5氢气放空管的设置应符合下列规定：8.5.1不同压力级别系统的放空管宜分别引至放空总管，并宜以向上65℃角接入放空总管，放空总管公称直径不宜小于DN80；8.5.2放空总管应垂直向上，管口应高出设备平台及以管口为中心半径12m范围内的建筑物顶或平台2m及以上，且应高出所在地面5m及以上；8.5.3自放空设备至放空总管出口，放空管道的压力降不宜大于0.1MPa；8.5.4氢气放空排气装置的设置应保证氢气安全排放，放空管道的设计压力不应小于1.6MPa；8.5.5放空总管应采取防止雨水积聚和杂物堵塞的措施，宜在放空总管底部设置排水管及阀门。8.6氢气管道宜地上布置在管墩或管架上。氢气管道不应敷设在未充沙的封闭管沟内。在与加油站共同作业的作业区内，氢气管道不应采用明沟敷设。氢气管道埋地敷设时，管顶距地面不应小于0.7m。冰6XXXXXXX—XXXX冻地区宜敷设在冰冻线以下。8.7站内氢气管道明沟敷设时，应符合下列规定：8.7.1明沟顶部宜设置格栅板或通气盖板；8.7.2管道支架、格栅板应采用不燃材料制作；8.7.3当明沟设置盖板时，应保持沟内通风良好，并不得有积聚氢气的空间。8.8氢气管道布置应满足柔性要求，管道宜采用自然补偿。8.9氢气管道宜在流量计、调节阀等易产生振动的设备附近设置固定点。8.10氢气管道的设计除应符合本节的规定外，尚应符合现行国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316和《压力管道规范工业管道》GB/T20801的有关规定。9安全防护9.1以管道输送供应氢气的进站管道上，应设置可手动操作的紧急切断阀，位置应便于发生事故时及时切断气源。9.2储氢容器与加氢机之间的总管上应设主切断阀和通过加氢设施控制系统操作的紧急切断阀、吹扫放空装置。每个储氢容器、氢气储气井出口应设切断阀。9.3储氢容器进气总管上应设安全阀及紧急放空管、就地和远传压力测量仪表。远传压力仪表应有超压报警功能。9.4储氢容器应设置可现场手动和远程开启的紧急放空阀门及放空管道。9.5储氢容器和各级管道应设置安全阀。安全阀的设置应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21的有关规定。安全阀的整定压力不应大于管道和设备的设计压力。9.6氢气系统和设备均应设置氮气吹扫装置，所有氮气吹扫口前应配置切断阀、止回阀。吹扫氮气的纯度不得低于99.5％。9.7储氢区、长管拖车或管束式集装箱卸载区、氢气增压区应设置火灾报警探测器。探测器宜选用热成像类型，火灾场景的设备表面覆盖率不应小于85％。9.8氢气压缩机应按本标准第10.3.2条的规定设置报警系统。9.9加氢设施内易积聚泄漏氢气的房间或箱柜顶部应设置氢气检测器。当空气中氢气含量(体积比)达到0.4％时应报警，达到1％时自动控制系统应能联锁启动相应的事故排风风机，达到1.6％时应启动紧急切断系统。可燃气体检测器的设置、选用和安装，应符合现行国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》GB/T50493的有关规定。9.10加氢设施应设置手动(人工)启动的紧急切断系统，在事故状态下，可手动关停压缩机、液氢增压泵和加氢机，同时紧急关闭氢气管道上的紧急切断阀。紧急切断系统设置应符合本标准第13.5节的规定。9.11加氢设施邻近行车道的地上氢气设备应设防撞柱(栏)。9.12储氢容器、氢气储气井的出口管道上宜设置过流防止阀或采取其他防过流措施。9.13氢气长管拖车或管束式集装箱卸气端不宜朝向办公区、加氢岛和邻近的站外建筑物。不可避免时，氢气长管拖车或管束式集装箱卸气端与办公区、加氢岛、邻近的站外建筑物之间应设厚度不小于0.2m的钢筋混凝土实体墙隔墙，高度应高于氢气长管拖车或管束式集装箱的高度1m及以上，长度不应小于车宽两端各加1m及以上。该实体墙隔墙可作为站区围墙的一部分。9.14设置有储氢容器、氢气压缩机、液氢储罐、液氢气化器的区域应设实体墙或栅栏与公众可进入区7XXXXXXX—XXXX域隔离。实体墙或栅栏与加氢设施设备之间的距离不应小于0.8m。应使用不燃材料制作实体墙或栅栏，高度不应小于2m。9.15站内固定储氢容器、氢气压缩机与加氢区、加油站地上工艺设备区、加气站工艺设备区、站房、辅助设施之间应设置不小于0.2m厚的钢筋混凝土实体防护墙或厚度不小于6mm且支持牢固的钢板，高度应高于储氢容器顶部和氢气压缩机顶部0.5m及以上，且不应低于2.2m；宽度不应小于储氢容器、氢气压缩机长度或宽度方向两侧各延伸1m。9.16氢气压缩机间或箱柜应有泄压结构，并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。9.17工艺管道不应穿过或跨越站房等与其无直接关系的建(构)筑物；与管沟、电缆沟和排水沟相交叉时，应采取相应的防护措施。9.18氢气管道系统应设置防止高压管道系统的气体窜入低压管道系统造成超压的止回阀或控制阀。止回阀或控制阀的设置位置如下：9.18.1卸气柱与压缩机之间；9.18.2压缩机出口；9.18.3储氢容器进气管和出气管；9.18.4氢气预冷器与加氢机之间；9.18.5氮气集气格出口；9.18.6各氮气吹扫管线与工艺管线连接处；9.18.7其他有高压管道系统的气体窜入低压管道系统危险的位置。9.19加氢站应设置消火栓消防给水系统。消火栓消防给水系统应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016和《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974的有关规定。9.20加氢站灭火器材的配置，应符合现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》GB50140的有关规定，并应符合下列规定：9.20.1每2台加氢机应至少配置1只8kg手提式干粉灭火器或2只4kg手提式干粉灭火器；加氢机不足2台应按2台计算；9.20.2氢气压缩机间应按建筑面积每50平米配置1只8kg手提式干粉灭火器，总数不得少于2只；1台撬装式氢气压缩机组应按建筑面积50平米折合计算配置手提式干粉灭火器。10设备安装10.1设备安装应具备下列条件：10.1.1与设备安装相关的土建工程已检查验收合格，满足安装要求，并已办理交接手续；10.1.2安装施工应按工程设计文件、图纸进行；10.1.3设备及其附件已检查合格，其规格、型号及性能参数符合设计要求，并具有有效