国家标准计划《加氢站用液氢增压泵》由 TC309(全国氢能标准化技术委员会)归口 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 北京低碳清洁能源研究院 、中国标准化研究院等 。
| 27 能源和热传导工程 |
| 27.010 能源和热传导工程综合 |
加氢站用35MPa/70MPa液氢增压泵。
液氢是氢能的重要的储运方式。
《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2019年版)》中指出,到2050年,氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛应用,氢需求量将提升至约6000万吨。
当氢能大规模应用时,储氢密度是关键性经济指标之一。
联合国能源署体积储氢密度和质量储氢密度目标分别为大于50kg H2/m3和大于5%,液氢体积储氢密度和质量储氢密度基本在60-70kg H2/立方米和6%-8%之间。
因此,液氢储运运量更大、充装更快、占地更小,是面对未来更大加氢需求下的更优选择。
液氢增压加注系统优势明显。
一是液氢增压能效高,液态储氢存储压力较同等加氢压力等级高压储氢系统低97%,高压储氢气瓶容量减少80%,压缩设备功率消耗降低88%。
二是运输成本低,液氢运输成本只有高压氢气的1/10左右,经济运输距离可达1000km 以上,更适用于物流车、重卡及客车等长期规律运行目需要氢量大的商用车。
三是安全性高,液氢技术路线在整个产业链环节中储存压力等级较低(一般低于1MPa),安全性相对高压气氢更高。
四是供氢纯度高,液氢温度下,除氮气外的气体杂质都已固化,蒸发的氢气纯度很高且在运输环节能够保障品质,因此液氢是全球公认的可大规模获得超纯的方式。
民用液氢标准规范严重缺失。
我国液氢标准仍以军用和航天工业行业标准为主,适用于民用领域的标准规范缺失导致液氢在生产、储运、加氢站应用方面没有相关设计和施工的依据,严重制约了液氢的发展。
新版《加氢站技术规范》GB 50516-2010(2021年版)中,新增加了液氢应用的内容,但对于如何储存、生产、应用等相关条文不够详细。
2021,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布了《氢能汽车用燃料 液氢》、《液氢生产系统技术规范》、《液氢贮存和运输技术要求》,但对液氢增压设备相关的标准规范仍显不足。
液氢增压泵相关技术规范有待完善。
液氢增压泵作为主要的液氢站增压加注设备,在生产、制造和出厂检测等方面应具有严格的规范要求。
JB∕T 9076《往复式低温液体泵 技术条件》仅对液氮、液氧等低温增压泵进行了相关标准的阐述,但对于温度更低的液氢尚无涉及。
《离心式液氢泵技术规范》于2024年5月开始征求意见,但站用液氢增压泵由于压力等级更高,而处于空白。
因此制定液氢增压泵制造和性能测试方法的标准,一是能够?规范站用液氢泵的生产、储存、运输和使用为各个环节提供了统一的标准和依据,确保站用液氢泵的性能、质量和安全性,有助于避免因标准不一而导致的安全隐患和质量问题。
二是推动液氢产业的发展,有利于提高液氢加氢站用过程中的可靠性和稳定性,进一步扩大液氢的市场需求?。
三是?降低成本,统一规范避免了重复研发而提高液氢增压泵的研究成本,造成设备造价过高,标准的实施有助于规范流程,提高效率,从而降低储运成本。
四是?促进氢能产业的发展,标准的出台填补了民用领域标准的空白,为液氢产业的市场化发展提供了重要支撑。
标准的制定和实施可以规范市场秩序,提高产品质量和安全性,从而促进氢能产业的健康发展?。
液氢增压泵涉及的介质特性:超高压力、超低温度、极易汽化、易燃易爆,因此在生产制造过程中需要严格规范的流程,以保证泵的安全性和可靠性。在制作过程中,需要原材料合格、热处理满足超低温氢环境下要求、加工与装配的精度要满足密封要求、性能要满足使用要求。因此技术要求包括:液氢增压泵的原材料性能检测、热处理性能检测、机加工与装配精度以及泵的性能测试。 以下是标准研究的具体技术内容。 原材料的性能检测:液氢增压泵具有超高压、超低温的特性,因此原材料性能是设备安全的首要保障。原材料性能主要包括:化学成分分析检测,了解材料的化学成分是否符合标准或要求;性能检测包括物理性能、化学性能、力学性能等方面的测试结果,如硬度、拉伸强度、弯曲强度等;金相检测,主要测试材料的组织状态,是否存在针状晶、空洞等缺陷。 热处理性能检测:热处理是一种重要的金属加工工艺,可以改善金属的物理和化学性质,提高其机械性能和耐腐蚀性能。热处理的质量检验以下几个方面:外观检验,热处理后的金属表面应该光滑、无裂纹、无氧化和变色现象;硬度检验,热处理后的金属硬度应该符合设计要求;金相检验,通过显微镜观察金属的组织结构和相态,检测金属的晶粒尺寸、晶界、相组成等信息,从而判断热处理过程中是否存在问题;化学成分分析,通过光谱仪、化学分析仪等设备进行化学成分分析;机械性能测试,通过拉伸试验、冲击试验、弯曲试验等方法进行,从而判断热处理后金属的强度、韧性、塑性等性能是否符合要求。 加工与装配精度检测:通过设备对液氢增压泵的长度、内外径、外径圆度、外径跳动、圆柱度、同心度等尺寸参数进行检测,保证泵在组装和使用过程中,性能和安全均能够得到保障。 液氢?密封材料研究?:液氢密封材料需要具备优异的密封性能和耐腐蚀性能。?密封结构的设计应合理,确保密封部位有足够的接触面积和压力,以提高密封效果,常用的密封性测试和压力泄漏测试等。制造厂商需要严格控制工艺参数,确保密封材料的加工和装配过程中不会产生损伤或缺陷。同时,还需要采取适当的工艺措施,如表面处理、清洁等,以提高密封质量?。 性能测试:对泵的流量、压力、泄漏量等性能进行测试,以对泵的安全使用范围进行评估,以提高汽化器的可靠性和寿命。