质子交换膜燃料电池用燃料氢质量保证指南-快速检测方法指引-编制说明

《质子交换膜燃料电池用燃料氢质量管理—快速检测方法指南》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障条件，针对质子交换膜燃料电池用燃料氢快速检测方法目前暂

无可执行的国家或行业标准，经中国节能协会批复立项，编写《质子

交换膜燃料电池用燃料氢质量管理—快速检测方法指南》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢能被誉为人类的“终极能源”，是全球能源结构转型的重大战

略方向，备受世界各国关注。随着氢能产业体系持续扩大，氢能在发

展应用过程中也逐渐暴露出氢气质量检测技术及方法支撑不足、质量

控制和标准体系不完善等问题，从而导致了燃料电池用燃料氢质量得

不到保障的隐患风险。氢气质量的好坏极大地影响着燃料电池的性能

和寿命，对燃料电池汽车产业的健康发展及整个氢能产业的高质量发

展都起着极其重要的作用，应当制定整个氢气供应链（从生产来源到

加氢站应用）的质量保证指南或计划，以确保燃料氢质量符合要求。

目前国内制氢的方式主要有煤制氢、天然气制氢和工业副产氢，

其中工业副产氢追溯其上游一次能源主要还是煤、石油和天然气。因

此，当前国内氢能生产主要还是依靠化石能源，而电解水制氢仅占比

1～2%左右，占比有限。除电解水外，当氢气来源于化石燃料重整或

工业副产氢时，其中会含有从原料中带进的杂质以及一些副产物，如

H2S、NH3、CO、CO2等。这些杂质的存在，对燃料电池的稳定运行会造

成严重影响，因此，需要对H2产品中的杂质含量加以控制，从而保证

燃料电池的性能和寿命。

近些年来，国际国内相关机构和组织纷纷制定了燃料氢的品控标

准，对氢气的纯度和杂质做出了相应的规定，如ISO14687及我国

2018年发布的GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》。

其中部分特殊杂质控制指标较为严格，如控制指标要求总硫含量（以

H2S计）小于4个ppb。目前主流的分析仪器及检测器的检出限是远

远达不到的。此外，按照以上标准，氢气质量检测的项目众多，且每

个项目检测所用到的检测方法往往都是通过现场采样将样品带回实

验室进行分组分检测，检测周期长，采样条件苛刻，这种检测模式尤

其对于当前加氢站(作为氢气质量把控的最后一道关口）来讲非常不

现实，无法做到氢来即检即用，从而导致了氢气质量管理控制非常被

动。

针对上述问题，为了能够对燃料氢品质准确、快速作出评价，为

氢气质量控制各环节的单位提供参考依据，提出本标准项目—快速检

测方法指南，其为质子交换膜燃料电池用燃料氢质量保证中的重要一

环。根据该标准进行氢气质量判定的最终依据仍然是GB/T37244,只

是在本标准中，更偏重于强调适用于现场快速检测的检测方法及相关

要求，这也是与GB/T37244中偏重于实验室检测方法的不同之处。

可以总结认为：本标准是对GB/T37244检测方法的补充，通过本标

准首先对氢气质量做出整体预判，可以及时发现质量问题，若能与

GB/T37244同步实施或细化补充进GB/T37244，则质量管理者可以

依据本标准及早采取相应的质量管控手段。

三、标准的编写原则与思路

本标准在编制过程中，主要遵循了科学性、实用性、规范性的原

则。

1、科学性。根据《中华人民共和国标准化法》相关法律法规，

主要参照了GB/T3723《工业用化学产品采样安全通则》、GB/T37244

《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》、GB/T25844《工业用现

场分析小屋成套系统》、GB29812《工业过程控制分析小屋的安全》、

GB/T34042《在线分析仪器系统通用规范》、ISO21087：2019Gas

analysis—Analyticalmethodsforhydrogenfuel—Proton

exchangemembrane(PEM)fuelcellapplicationsforroad

vehicles等相关标准，确定标准条款。

2、实用性。结合国内氢能发展需求、氢能技术进步、氢气质量

控制各环节单位需求及经验等，对本标准的相关要求作出全面规定，

实用性强。标准内容经过起草组反复讨论，语言表达力求准确、精炼，

条理清晰，具备可操作性。

3、规范性。标准格式按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第

1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定编写。

四、主要编制过程

1、准备和启动阶段

本标准《质子交换膜燃料电池用燃料氢质量管理—快速检测方法

指南》由国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准化委员会、

中国节能协会氢能专委会提出，于2021年7月获中国节能协会批复

立项。

团体标准正式立项后，国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢

能标准化委员会、中国节能协会氢能专委会委托佛山绿色发展创新研

究院、中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院、北京低碳清

洁能源研究院、北京佳安氢源科技股份有限公司为该标准主要起草单

位，并建立了标准起草组，收集大量材料，制定工作计划。

2021年7月，国家技术标准创新基地（氢能）、全国氢能标准

化委员会、中国节能协会氢能专委会召开本标准启动会，起草组及相

关单位参与，重点讨论了本标准的基本框架、拟修订内容和修订工作

进程。

2、起草阶段

2021年8月-10月，起草组根据启动会上的意见及建议，经过内

部多轮讨论、推敲、修改、充实和完善，在此基础上形成了标准讨论

稿。

2021年11月，标准起草组在佛山召开《质子交换膜燃料电池用

燃料氢质量管理—快速检测方法指南》团体标准专家研讨会，会上对

标准讨论稿作了逐字逐句的讨论、修改和完善，同时专家们提出需进

一步落实的意见和建议，会后起草组形成会议纪要，并根据专家的意

见和建议进行再次修改，最终形成了本标准征求意见稿。

五、标准主要内容说明

本标准在编制过程中，严格遵照国家及团体标准规定的程序进行，

本标准中主要条款编制说明如下：

1、范围

本文件规定了质子交换膜燃料电池用燃料氢质量管理的快速检

测项目及检测方法、快速检测设备、快速检测规则、采样、结果处理、

结果记录等基本要求。

本文件适用于质子交换膜燃料电池用燃料氢质量的现场快速检

测，快速对质子交换膜燃料电池用燃料氢质量作出初步评价。

2、规范性引用文件

列出了该标准的规范性引用文件，主要引用性文件共计6项，其

中引用国内文件5项，国际文件1项。

3、术语和定义

除GB/T37244界定的术语和定义适用于本标准外，本标准共涉

及3条术语和定义。其中快速检测的定义限定为现场快速检测，并指

明能够在较短时间内获得检测数据和结果的行为。直接采样和间接采

样的定义参照GB/T13609《天然气取样导则》进行定义。

4、快速检测项目及检测方法

快速检测主要针对现场检测，能够快速出结果，快速判断氢气质

量是否合格，为氢气质量管控提供最及时、有效的判断手段。因此，

本标准中首先规定了哪些项目应被列为快速检测项目。在GB/T37244

标准中，除对氢气纯度进行要求外，对质子交换膜燃料电池用氢气中

13项杂质组分含量限制要求也作出了具体指标要求，其中总硫、一

氧化碳等8种组分是目前公认的对燃料电池毒害作用或影响最大的

杂质组分。因此在本章中提出除氢气纯度外，质子交换膜燃料电池用

氢气中杂质组分的检测项目原则上应当包含总硫、一氧化碳、甲醛、

甲酸、氨、总卤化物、最大颗粒物浓度、水等8项。

然而，鉴于氢气制备、提纯工艺以及氢气质量控制所处环节不同，

可采取不同的快速检测策略：1）明确能够判定部分杂质组分含量极

低且在限值以下或不存在，可减少相应的检测项目；2）质量控制上

下环节衔接紧密，某些杂质组分无中间污染可能，在下环节质量控制

时，则可减少相应检测项目；3）在上下环节衔接过程中，可能出现

新的杂质组分，则在下环节质量控制时应增加相应检测项目。因此，

按照上述三种检测策略，本标准中还提出可按照以下原则缩小快速检

测项目范围的四种情况：

a）采用电解水制氢工艺制取氢气的，在生产环节进行氢气质量控制时，选取氢气纯度

和水作为必检项目；

b）采用其它制氢工艺且经过变压吸附（PSA）提纯工艺制取氢气的，在已委托具有检

测资质的第三方检测机构按照GB/T37244定期检测并出具合格报告的前提下，选

取氢气纯度、水、一氧化碳和颗粒物作为必检项目；

c）加氢站对所采购氢气进行质量控制时，在运输单位能够提供有效检测合格报告的前

提下，选取氢气纯度、水和一氧化碳作为必检项目；

d）加氢站对所售氢气进行质量控制时，在已委托具有检测资质的第三方检测机构按照

GB/T37244定期检测并出具合格报告的前提下，选取水、一氧化碳和颗粒物作为

必检项目。

针对各检测项目应该采用的检测方法在本章中作出了规定，由于

检测方法需适用于现场快速检测，摒弃传统的检验时间长、检测步骤

繁琐的实验室检测方法。在ISO21087标准中，列出了各检测项目推

荐的检测方法，这些方法中部分方法是可适用于现场快速检测的，例

如列举的采用光腔衰荡法（CRDS）或红外光谱法(FTIR)测量一氧化碳、

甲醛、氨；采用离子色谱法（IC）测量甲酸和总卤等等，因此在本标

准中主要是依据该国际标准，同时结合当前国内氢质量检测技术现状，

推荐了检测项目适用的快速检测方法。

对于各检测项目应达到的指标要求严格按照GB/T37244要求提

出，其中，氢气纯度指标要求（不低于99.99%）高于GB/T37244中

制定的99.97%，原因在于：作为快速检测，氢气纯度指标是作为最

直接快速的判定指标，纯度越高，说明其中的杂质组分含量越低。结

合制氢工艺、质量控制所在环节，在能够达到氢气纯度指标要求前提

下，则可以有效减少快速检测项目。在GB/T37244中，对杂质组分

总氮和氩的限值为100μmol/mol，相当于占气体总量的0.01%，在氢

气整个制储运加环节中，该项杂质组分相对其它杂质组分更易产生

（空气混入），所以将氢气纯度指标要求提高至不低于99.99%，在

该前提下，快速检测时则可直接排除对总氮和氩的检测，进而转向对

燃料电池性能危害和影响较大的其它杂质组分进行检测，快速对氢气

质量作出判断。

5、快速检测设备

对用于现场的快速检测设备提出一般要求，要求中指明各类适用

于现场的快速检测设备可以单独或联合使用实现所有项目的快速检

测，其中以分析小屋成套系统解决方案实现快速检测的，其快速检测

设备应满足GB/T25844、GB29812、GB/T34042中对分析仪器的各

项要求；现场快速检测设备直接与采样口连接进行采样检测的，则应

根据使用场所和现场环境，满足相应的防爆等级要求。此外，还规定

了现场使用各类快检仪器设备应按照相应的检定规程或校准要求定

期开展检定或校准。

6、快速检测规则

根据氢气质量控制所在环节规定了检验的时机和频次。在生产环

节进行氢气质量控制时，宜采用在线实时监测的分析方法，如采用非

实时监测分析方法时，检测间隔时间不宜超过8h，该检测间隔时间

主要根据当前制氢厂每个班次的生产时间来规定的（每8h为一班），

便于实际操作，即每班次应检测1次。此外，本着质量责任划分明确、

各环节质量控制到位的原则下，分别对制氢充装站、加氢站提出对所

售氢、所购氢、所用氢进行质量把控的最佳检验时机和频次要求，如

下：

6.1在生产环节进行氢气质量控制时，宜采用在线实时监测的分析方法，如采用非实时

监测分析方法时，检测间隔时间不宜超过8h。

6.2制氢充装站对所售氢气进行质量控制时，应在每次充装运输车辆前进行氢气质量检

测。

6.3加氢站对所采购氢气进行质量控制时，应在每次运输车辆卸气之前进行氢气质量检

测。

6.4加氢站对所售氢气进行质量控制时，加氢站工艺设备连续正常运行期间，检测间隔

时间不宜超过4h。如遇加氢站工艺设备进行故障修复或日常维保，应在恢复加注运营前进

行氢气质量检测。

7、采样

在本章中规定了采样安全、采样的方法、采样前及采样中的相关

要求，同时根据氢气质量控制所处环节提出了其采样点的最佳位置选

择。其中采样安全按照GB/T3723中的规定执行；采样方法分为直接

采样和间接采样，区别在于采样到分析单元之间是否有中转，根据现

场条件和要求，可选择适宜的采样方法，并不限定必须采取某种采样

方法；采样前应进行泄漏测试及样气充分吹扫，以保证采样的准确性

和代表性；采样过程中所涉及到的容器、阀门、管路的内表面应作钝

化处理，以避免杂质损失和样品污染的风险；采用间接取样方法的，

因为中间涉及容器转移，如果中间停留时间过长，一是不利于快速出

结果，二是极有可能在长时间下造成杂质组分沉积或容器内壁对杂质

组分吸附，从而使得检测分析结果不准确，因此提出采样后应立即进

行分析；其采样点的选择原则即是能收集到最具代表性样品的最佳位

置，以及能验证该环节氢气控制无误的最佳检验点，通过各采样点位

置选择，一旦检测出氢气质量出现问题，则能快速追踪到是哪个环节

导致质量管控纰漏。

7.6根据氢气质量控制所处环节，其采样点的最佳位置选择如下：

a）在生产环节进行氢气质量控制时，采样点应位于氢气提纯系统后；

b）制氢充装站对售出氢气进行质量控制时，采样点应位于氢气充装压缩机后；

c）加氢站对所采购氢气进行质量控制时，应从运输车辆上采样或从卸气柱处采样；

d）加氢站对所售氢气进行质量控制时，采样点应位于压缩机之后，或从加氢机加

氢枪处采样。

8、结果处理

本章中分别就快速检测可能出现的两种结果作出判定标准，并提

出当检测不合格时应采取的解决手段。

9、结果记录

在本章中规定出快速检测结果应作为质量管理过程文件进行存

档，并提出记录文件至少应包括的主要内容。

六、与现行相关标准的关系

本标准与现行法律、法规及相关标准协调一致。

《质子交换膜燃料电池用燃料氢质量管理—快速检测方法指南》

编制说明

一、任务来源

为了加快构建燃料电池用燃料氢质量保证体系，支撑国家标准

GB/T37244的贯彻实施，为氢能和燃料电池产业高质量发展奠定良

好保障条件，针对质子交换膜燃料电池用燃料氢快速检测方法目前暂

无可执行的国家或行业标准，经中国节能协会批复立项，编写《质子

交换膜燃料电池用燃料氢质量管理—快速检测方法指南》。

二、标准制定背景、目的和意义

氢能被誉为人类的“终极能源”，是全球能源结构转型的重大战

略方向，备受世界各国关注。随着氢能产业体系持续扩大，氢能在发

展应用过程中也逐渐暴露出氢气质量检测技术及方法支撑不足、质量

控制和标准体系不完善等问题，从而导致了燃料电池用燃料氢质量得

不到保障的隐患风险。氢气质量的好坏极大地影响着燃料电池的性能

和寿命，对燃料电池汽车产业的健康发展及整个氢能产业的高质量发

展都起着极其重要的作用，应当制定整个氢气供应链（从生产来源到

加氢站应用）的质量保证指南或计划，以确保燃料氢质量符合要求。

目前国内制氢的方式主要有煤制氢、天然气制氢和工业副产氢，

其中工业副产氢追溯其上游一次能源主要还是煤、石油和天然气。因

此，当前国内氢能生产主要还是依靠化石能源，而电解水制氢仅占比

1～2%左右，占比有限。除电解水外，当氢气来源于化石燃料重整或

工业副产氢时，其中会含有从原料中带进的杂质以及一些副产物，如

H2S、NH3、CO、CO2等。这些杂质的存在，对燃料电池的稳定运行会造

成严重影响，因此，需要对H2产品中的杂质含量加以控制，从而保证

燃料电池的性能和寿命。

近些年来，国际国内相关机构和组织纷纷制定了燃料氢的品控标

准，对氢气的纯度和杂质做出了相应的规定，如ISO14687及我国

2018年发布的GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》。

其中部分特殊杂质控制指标较为严格，如控制指标要求总硫含量（以

H2S计）小于4个ppb。目前主流的分析仪器及检测器的检出限是远

远达不到的。此外，按照以上标准，氢气质量检测的项目众多，且每

个项目检测所用到的检测方法往往都是通过现场采样将样品带回实

验室进行分组分检测，检测周期长，采样条件苛刻，这种检测模式尤

其对于当前加氢站(作为氢气质量把控的最后一道关口）来讲非常不

现实，无法做到氢来即检即用，从而导致了氢气质量管理控制非常被

动。

针对上述问题，为了能够对燃料氢品质准确、快速作出评价，为

氢气质量控制各环节的单位提供参考依据，提出本标准项目—快速检

测方法指南，其为质子交换膜燃料电池用燃料氢质量保证中的重要一

环。根据该标准进行氢气质量判定的最终依据仍然是GB/