国家标准计划《离心式液氢泵 技术规范》由 TC211(全国泵标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国机械工业联合会。
主要起草单位 北京航天动力研究所 、北京航天石化技术装备工程有限公司 、沈阳水泵研究所有限公司 。
23 流体系统和通用件 |
23.080 泵 |
2016年10月,中国氢能与燃料电池产业高峰论坛发布了《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,将氢能与燃料电池技术创新列入了行动计划重点任务,拟在氢的制取、储运、加氢站建设等方面进行重点支持,并提出了2050年实现氢能和燃料电池的普遍应用,氢能制取利用新突破的远景目标。
国际氢能源委员会预测2030年氢能源需求将达到目前的10倍,占终端能源消费量的比例超过15%。
2019年氢能首次写入我国《政府工作报告》,明确“将推动加氢等基础设施建设”作为氢能源产业链上游制氢与下游用户的联系枢纽。
2022年3月,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,作为指导今后十五年氢能产业发展的纲领性文件。
无论市场规模还是政府的支持力度都在不断增加,氢能在能源转型趋势上将发挥越来越重要的作用。
2023年12月中央经济工作会议明确提出“加快建设新型能源体系”,新型能源体系主要有:一是新的能源结构;二是新的系统形态,新型电力系统、氢能“制储输用”体系、化石能源低碳零碳化利用等加快涌现;三是新的产业体系,以高水平科技自立自强加快形成能源领域新质生产力;四是弹性韧性的供应链,有力保障极端天气等各类条件下的用能安全。
由于常温常压条件下气态氢的密度低,为提高利用效率,多以高压或超高压气态氢或超低温液态氢储存和运输,两者相较液态氢的储运效率更高,因此氢液化、储存、运输等相关技术和设备成为氢能利用的重要研究内容。
当前我国的氢能产业标准体系不完善,低于-196℃低温产品标准规范尚处于空白,关键核心技术还存在不少短板,氢能基础设施尚处于起步阶段。
液氢的相关标准大部分为国家军用标准和航天工业行业标准,适用于民用领域的标准规范刚开始逐步建立,氢能基础设施尚处于起步阶段,在氢能标准与技术进步的同步性、关键技术环节细化及标准覆盖面等方面尚有差距。
相比较于欧洲、美国和日本,我国的氢能技术标准体系存在行业标准数量较少和技术类别覆盖度较低的不足。
为此,通过对氢能技术标准体系补充和完善,优化我国氢能技术标准的分布,提高储运与加注等技术类别的覆盖度,保障氢能产业从定点运营到城市群大规模推广的顺利升级。
标准是国家基础性制度的重要方面,是产业规范化,规模化发展的重要基础。
通过实施液氢系统用离心泵技术标准,推动构建民用氢能标准体系建设,加快液氢加氢站建设。
截止2022年12月,国内累计建成的加氢站数量达到370座,其中,液氢加氢站仅30座。
根据测算,采用液氢输送泵进行加注后建设液氢加氢站的成本比高压气氢加氢站降低25%以上,耗电不到气氢加氢站的20%,即相同的投资可多建1/4液氢加氢站。
根据2016年中国汽车工程学会年会上发布的节能与新能源汽车技术路线图,至2025年,燃料电池乘用车和商用车预计达到5万辆,至2030年将达到150万辆的规模,至2025年将建成超过500座加氢站。
以此为基础,乘用车日用氢量为0.4 kg/d,商用车日用氢量为30 kg/d。
乘用车与商用车比例按9:1计。
计算得到所有车辆的日用氢量为 336×104kg/d,加氢站平均加注能力按500 kg/d计,测算2030年燃料电池汽车发展规模所对应的加氢站需求量达到7220座。
平均单座气氢加氢站的建站成本约1500万元,按上述加氢站中一半是液氢站,2025年至2030年建设3360座液氢站,按照建设液氢站的费用进行估算,可节省126亿元。
由此可见,国内未来的加氢需求旺盛,加氢站建设数量较多,小规模加氢站的建设易造成资源、土地的浪费,同时给氢气的储运能力带来更大的压力,因此宜建设大规模(1000kg/d)的加氢站。
每个液氢加氢站规模为10个液氢储罐,至少配备3台液氢泵进行加注、转运。
一台液氢泵成本约80万元,预估到2030年将推动至少80亿元以上的规模产值。
同时,液氢离心泵的研制和大量应用将推动民用液氢材料及制造产业的市场化,推动国内民用超低温产业的发展。
也将加快液氢泵等相应产品标准制定和推广应用,同时也将加大液氢泵类产品的自主研发支持力度。
据初步估算,相关标准实施可有效推动液氢加氢站的建设,液态储氢存储压力较同等加氢压力等级高压储氢系统成本低97%,高压储氢气瓶容量减少80%,压缩设备功率消耗降低 88%,一座气氢加氢站常规可用百千瓦时的电,若改建成液氢加氢站,可实现每小时节能27万吨标准煤,减排二氧化碳67万吨,至2030年,可实现年节能约8亿吨标准煤,可减排二氧化碳19.6亿吨。
总之,液氢泵作为氢能利用不可或缺的关键核心设备,开展标准化研究、制定相应的标准规范,对完善我国标准体系、保障产品的制造应用,推动氢能产业发展意义重大,既解决急需,也现实可行。
本文件规定了离心式液氢泵(以下简称“液氢泵”)的术语和定义、技术要求、检验和试验要求、标志、包装、运输和贮存要求。 主要技术内容包括: 1.设计要求:包括液氢泵总体结构、诱导轮、离心轮、泵进口壳体、泵出口壳体、级间导叶、径向力、轴向力、耐磨环和低温运转间隙、轴封、静密封、临界转速、振动、动平衡、轴承、紧固件和防松。 2.性能要求:液氢泵常温性能和低温性能要求。 3.材料要求:包括金属材料和非金属材料。 4.无损检测:包括外观质量、射线检测、渗透检测、超声检测、检测时机。 5.检验和试验:包括承压壳体、动密封、装配、泵性能试验过程的检验内容,动密封试验、泵常温性能试验和泵低温性能试验的要求。