氫能利用安全技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

1、氫能利用安全技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)摘要：中國(guó)車(chē)用氫能產(chǎn)業(yè)正處于快速起步階段。充分認(rèn)識(shí)氫氣的危險(xiǎn)性、 安全利用氫能是我國(guó)車(chē)用氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。本文在分析氫氣的物理化 學(xué)性質(zhì)和氫氣與材料相容性問(wèn)題后， 提出了實(shí)現(xiàn)氫氣安全利用的三個(gè)基本原則； 系統(tǒng)介紹了日本在高壓氫能安全利用方面的研究成果與安全技術(shù)措施，提出了 我國(guó)燃料電池汽車(chē)（FCEV發(fā)展中安全利用氫能的建議：一是總體規(guī)劃設(shè)計(jì)， 加大科技投入，形成以國(guó)家氫能安全實(shí)驗(yàn)室為主體，社會(huì)科技力量積極參與的 研究體制；二是加快修訂完善車(chē)用氫能安全標(biāo)準(zhǔn)體系；三是構(gòu)建70MP瞅氫裝備制造體系。一、前言我國(guó)燃料電池汽車(chē)（FCEV產(chǎn)業(yè)剛進(jìn)入市場(chǎng)導(dǎo)入期就呈現(xiàn)了

2、快速發(fā)展的態(tài) 勢(shì)，截止2019年年底，累計(jì)銷(xiāo)售燃料電池汽車(chē) 6184輛，建成加氫站51座，形 成了涵蓋氫生產(chǎn)、氫儲(chǔ)運(yùn)、加氫站、燃料電池、FCEVt關(guān)鍵設(shè)備和部件的產(chǎn)業(yè)鏈雛形，20多個(gè)省市發(fā)布了指導(dǎo)和支持FCEVT業(yè)發(fā)展的規(guī)劃、方案和意見(jiàn)，預(yù) 計(jì)到2030年我國(guó)FCEV呆有量將達(dá)200萬(wàn)輛、加氫站數(shù)量達(dá)1000余座。氫氣是易燃易爆氣體，利用過(guò)程的安全措施一旦失當(dāng)，容易發(fā)生著火爆炸 事故，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失1，但目前對(duì)氫氣的危險(xiǎn)性解讀存在一些誤 區(qū)。2019年，美國(guó)、韓國(guó)、挪威分別在氫運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加注過(guò)程發(fā)生了氫安全 事故，導(dǎo)致當(dāng)?shù)匦紩和＜託湔具\(yùn)營(yíng)，引發(fā)了業(yè)界對(duì) FCEVT業(yè)健康發(fā)展的擔(dān)憂

3、和對(duì)氫能利用安全技術(shù)研究的重視與關(guān)注。氫能安全利用貫穿氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ) 運(yùn)、加注、FCEVRJ用等環(huán)節(jié)，是FCEVT業(yè)健康發(fā)展的首要保障。相對(duì)于FCEV加氫站及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)氫能利用安全技術(shù)的 系統(tǒng)性研究相對(duì)匱乏，落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，尚不具備支撐產(chǎn)業(yè)健康快 速發(fā)展的能力。一是我國(guó)氫能安全技術(shù)研究基礎(chǔ)薄弱，氫能安全技術(shù)研究主要 集中在氫燃料電池安全、氫行為、涉氫設(shè)備的材料相容性等基礎(chǔ)領(lǐng)域25,研究力量分散、深度不足，涉氫設(shè)備、材料和部件的安全可靠性測(cè)試方法和檢測(cè)認(rèn)證手段缺乏，燃料電池安全、整車(chē)安全、儲(chǔ)氫罐安全研究不能包括實(shí)際應(yīng)用 過(guò)程的所有事故場(chǎng)景，加氫站安全技術(shù)研究接近空白。二

4、是我國(guó)已建立的車(chē)用 氫能安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)缺少科學(xué)性和完整性。目前我國(guó)FCEVf關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定由國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)下設(shè)的若干標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)，主要涵蓋整車(chē)標(biāo)準(zhǔn)、燃料系統(tǒng)、 基礎(chǔ)設(shè)施、通用基礎(chǔ)等方面。這些標(biāo)準(zhǔn)以借鑒、參考、翻譯國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)為主，缺 乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和必要的安全技術(shù)研究支撐。如加氫站技術(shù)規(guī)范(GB50516 2010)對(duì)加氫站與民用建筑的防火距離設(shè)置，我國(guó)規(guī)定為2035m國(guó)外采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后確定，日本控制在8m以上。簡(jiǎn)單從嚴(yán)選擇，借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)使標(biāo)準(zhǔn)的 科學(xué)性、合理性不足，不利于我國(guó)FCEVT業(yè)的健康發(fā)展。三是我國(guó)不具備國(guó)外 普遍使用的FCEVft氫系統(tǒng)裝備的產(chǎn)業(yè)化能力，與之相關(guān)的安全技術(shù)研究處

5、于空 白狀態(tài)。國(guó)外供氫系統(tǒng)壓力普遍是70MPa由于技術(shù)和制造能力限制，我國(guó)FCEV 用氫壓力為35MPa 35Mpstt氫壓力極大降低了 FCEV勺行駛里程，增加了氫氣 的儲(chǔ)存運(yùn)輸成本，未來(lái)采用70MP春統(tǒng)是必然趨勢(shì)，必須有可靠的檢驗(yàn)測(cè)試標(biāo) 準(zhǔn)和方法做保障。在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)雖然可以借鑒國(guó)外的研究成果，但我國(guó)應(yīng)該具 備自主進(jìn)行70MPaffi 90MPa1氫瓶，加氫站建設(shè)使用閥門(mén)、管件、儀表、加氫 *等的安全可靠性及使用壽命測(cè)試認(rèn)證的能力。日本是世界上FCEVK術(shù)開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)推廣領(lǐng)先的國(guó)家，開(kāi)展了系統(tǒng)的安全技 術(shù)研究，建立了設(shè)施完備的車(chē)用氫能安全研究測(cè)試機(jī)構(gòu)，形成了系統(tǒng)全面的臨 氫承壓儲(chǔ)氫瓶、閥門(mén)、儀

6、表、管件等的安全檢測(cè)檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，其經(jīng)驗(yàn) 具有一定的參考和借鑒價(jià)值。為此，本文首先指出應(yīng)科學(xué)認(rèn)識(shí)氫氣的危險(xiǎn)性， 并根據(jù)氫氣的物理化學(xué)性質(zhì)，合理制定用氫安全對(duì)策；然后以較大篇幅詳細(xì)介 紹了日本的氫能利用安全技術(shù)研究情況及啟示；最后提出了加強(qiáng)我國(guó)氫能利用 安全技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的建議，以支撐我國(guó)FCEVT業(yè)的健康發(fā)展。二、科學(xué)認(rèn)識(shí)氫氣危險(xiǎn)性，合理制定用氫安全對(duì)策(一)氫氣的物理化學(xué)性質(zhì)氫是自然界廣泛存在的元素，煤炭、石油、天然氣、動(dòng)物、植物乃至人體 都含有氫元素。氫氣具有無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、可燃易爆的特點(diǎn)，密度為 0.0899kg/Nm3 ,沸點(diǎn)為-252.8 C ,常溫下，氫氣性質(zhì)穩(wěn)定6

7、,7。表1列出了 汽油、天然氣、氫氣的物理化學(xué)性質(zhì)。與汽油和天然氣相比，氫氣具有三個(gè)特性。一是氫氣爆炸濃度下限與燃燒濃度下限差值遠(yuǎn)高于汽油和天然氣。易燃易 爆氣體與空氣混合后遇明火引燃，當(dāng)其濃度即單位體積能量密度達(dá)到*需要的 能量時(shí)，才會(huì)發(fā)生爆炸，所以燃燒與爆炸的濃度范圍理論上是有差異的，但是 不少易燃易爆氣體的燃燒濃度范圍限值與爆炸濃度范圍限值差異不大，準(zhǔn)確測(cè) 定困難，如汽油和天然氣的燃燒濃度范圍下限與爆炸濃度下限差值較小，汽油 為0.1v%,天然氣為1.0V%。為了強(qiáng)調(diào)其爆炸的危險(xiǎn)性，一些文獻(xiàn)資料只介紹爆 炸濃度范圍，甚至將燃燒濃度范圍直接作為爆炸濃度范圍。在分析氫氣的安全 性時(shí)，既要關(guān)注

8、燃燒濃度范圍，也要關(guān)注爆炸濃度范圍 7,8。氫氣的爆炸濃度 范圍是18.3v%59.0v%,燃燒濃度范圍是4.0v%75.0v%,兩者之間是有明顯差 異的，如果將氫氣的燃燒濃度范圍（4.0v%75.0v%）當(dāng)作爆炸濃度范圍，就放 大了氫氣的易爆性。二是氫氣燃燒時(shí)單位體積發(fā)熱量和單位體積爆炸能相對(duì)較低。氫氣燃燒時(shí)單位體積發(fā)熱量?jī)H為汽油的0.053%,單位體積的爆炸能量為汽油的4.57%。三是氫氣的比重最低。當(dāng)空氣的比重為 1時(shí)，汽油蒸氣的比重在 3.44.0 ,氫氣僅為0.0695,汽油在空氣中泄漏時(shí)會(huì)積聚在地面上，氫氣泄漏至空氣中很容易向上擴(kuò)散，在受限空間內(nèi)會(huì)集聚在上部，如果受限空間的上部有

9、良好的通風(fēng)措施，氫氣就不容易集聚。熟悉和了解氫氣的三個(gè)特性，對(duì)制定氫 能安全利用對(duì)策十分重要。表1汽油、天然氣、氫氣的物理化學(xué)性質(zhì)物件汽油乳包分子民-107.0怕M2.016班色有無(wú)£*無(wú)王業(yè)小點(diǎn)火能 MJ口沖評(píng)燃褪落度值圉410 7.65 VI5 I)4 0 ,0事錦海度般幽V%1.1-33G-I工 5IK37如/敬第數(shù)5xinJ,4JXIOJ比重（空氣口13*40。,斗自鬻srtrcMO537單電體耕發(fā)熱量242.7$5.$ll«單可缽制想推能'.GlnlSm'j44.22T05工3 （二）氫與材料的相容性問(wèn)題氫與材料的相容性問(wèn)題是高壓氫氣系統(tǒng)選擇金屬材

10、料時(shí)必須十分重視的問(wèn) 題，與儲(chǔ)氫瓶、管線、閥門(mén)、儀表、管件使用中的安全性密切相關(guān)。氫氣在達(dá) 到一定溫度和壓力時(shí)，會(huì)解離成直徑很小的氫原子向金屬材料中滲透，進(jìn)入材 料的氫原子又會(huì)在材料內(nèi)部轉(zhuǎn)化為氫分子，還會(huì)和材料中的碳發(fā)生反應(yīng)造成脫 碳并生成甲烷，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，使材料的塑性和屈服強(qiáng)度下 降而造成材料發(fā)生裂紋與斷裂。前人對(duì)高溫高壓臨氫環(huán)境下如何防止氫脆與金 屬材料的選擇開(kāi)展了大量研究工作9,10。圖1顯示了溫度范圍在150820c臨 氫作業(yè)用鋼防止脫碳和微裂的操作極限，可以作為目前FCEVft氫系統(tǒng)金屬材料 選擇的參考，但是FCEVft氫系統(tǒng)壓力高，溫度不高，部分環(huán)節(jié)是低溫環(huán)境，使

11、 用的氫氣純度高，如何選擇材料防止氫脆，提高氫氣與材料的相容性應(yīng)進(jìn)行必 要的研究，而且FCEVft氫系統(tǒng)要在升壓降壓反復(fù)循環(huán)條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，材料選 擇時(shí)還必須十分關(guān)注材料的抗疲勞性能。圖1臨氫作業(yè)用鋼防止脫碳和微裂的操作極限（三）氫能利用的安全對(duì)策氫氣和天然氣均為易燃易爆氣體，對(duì)比物理化學(xué)性質(zhì)，氫氣的危險(xiǎn)性不高 于天然氣。天然氣已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶成為日常使用的清潔燃?xì)?，像管理天然?一樣管理氫氣，落實(shí)安全措施，氫能是可以安全利用的。鑒于氫氣的物理化學(xué) 性質(zhì)和天然氣安全使用的經(jīng)驗(yàn)，氫氣的安全利用應(yīng)遵守三個(gè)基本原則：一是不 泄漏，即防止氫氣尤其是壓縮氫氣系統(tǒng)的氫氣泄漏。要確保儲(chǔ)氫瓶、閥門(mén)、安 全閥、

12、管件、接頭及連接件、儀表、墊圈的可靠性，選用的金屬材料與氫要有 良好的相容性。二是早發(fā)現(xiàn)，即氫氣泄漏后能及早發(fā)現(xiàn)。要在容易發(fā)生氫氣泄 漏的部位設(shè)置高靈敏度的氫氣濃度自動(dòng)檢測(cè)儀表及報(bào)警裝置，一旦發(fā)生泄漏能 及時(shí)報(bào)警處理。三是不積累，即防止氫氣泄漏后的積聚。受限空間如加氫站儲(chǔ) 氫瓶的儲(chǔ)存間和氫氣壓縮機(jī)間要具備良好的通風(fēng)性能，易發(fā)生氫氣泄漏的部位 要設(shè)置與氫氣檢測(cè)報(bào)警聯(lián)動(dòng)的防爆強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備，氫氣泄漏時(shí)要能夠迅速啟動(dòng) 強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備，使氫氣盡快向空中擴(kuò)散。三、日本氫能安全技術(shù)研究及啟示（一）日本支持氫能發(fā)展戰(zhàn)略的安全技術(shù)研究日本在建設(shè)氫能社會(huì)和發(fā)展FCEV家用燃料電池等領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。 2014年

13、日本發(fā)布了建設(shè)氫能社會(huì)的路線圖，2017年發(fā)布了氫能發(fā)展戰(zhàn)略，明確 了 2020年和2030年的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)（見(jiàn)表2）,成為世界上第一個(gè)提出建設(shè)氫 能社會(huì)的國(guó)家。在政府的支持下，日本企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校從20世紀(jì)80年代起就圍繞氫能利用的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用技術(shù)、儀器儀表裝備制造等開(kāi)展了系統(tǒng) 研究，其中，氫能利用中的安全技術(shù)是最為重要的內(nèi)容之一。進(jìn)行氫能利用安 全技術(shù)研究后，日本認(rèn)為其高壓氣體保安法可作為制定安全利用氫能標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范的依據(jù)。表2日本氫能發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)名抑單位現(xiàn)狀戰(zhàn)琳H斥卻說(shuō)化石能源制量c副 產(chǎn)量，無(wú)黑氣制抬）祀石翻修1凱f副產(chǎn) 氧、天熱胃制期可種牛一能源制發(fā)軍讖排俯刮屈用捕獲與鐘依可冉生

14、能制過(guò)氣清X(qián) 10。0.D204101000過(guò)氣憤根L3g1032燃城電站引發(fā)1 X |孫小17 H元依W加(1 元 /kw-h)12 117T 曜 W M (9.7 元 IW h)加M拈班HM)160WO里代加涉砧乳虔料乘用隼萬(wàn)輛4w眥忸油車(chē)輒搬料巴士輛21(1012(M1代runSL蝮家更單(ft川500I01HHJ取低汽汕大唯神電池發(fā)電萬(wàn)仃'節(jié)池取代傳蛇尾艮儲(chǔ)能系林由政府與汽車(chē)企業(yè)各提供50須金建設(shè)和運(yùn)行的日本自動(dòng)車(chē)研究所是日本開(kāi)展車(chē)用氫能安全研究的重要機(jī)構(gòu)，建有世界上第一座可以進(jìn)行FCEV電動(dòng)汽車(chē)（EM、內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)火災(zāi)爆炸評(píng)價(jià)測(cè)試的大型試驗(yàn)倉(cāng)，如圖 2所示，還建有 高壓氫氣試驗(yàn)

15、設(shè)備、液壓試驗(yàn)設(shè)備、液化氫試驗(yàn)設(shè)備等。開(kāi)展了容量為260L的70MP琳氫瓶破壞性試驗(yàn)、FCEV8車(chē)火燒試驗(yàn)、氫氣泄漏火災(zāi)爆炸試驗(yàn)、高壓 氫系統(tǒng)設(shè)備破壞性測(cè)試、容器閥門(mén)等的循環(huán)壽命和耐久性試驗(yàn)、高壓氫安全加注程序研究,以及FCEV電動(dòng)汽車(chē)和汽油車(chē)安全性對(duì)比研究等，為支撐日本車(chē) 用氫能安全利用做出了重要貢獻(xiàn)。圖2日本自動(dòng)車(chē)研究所的防爆火災(zāi)試驗(yàn)倉(cāng)（二）高壓儲(chǔ)氫瓶設(shè)計(jì)制造與安全可靠性檢測(cè)日本FCEV用70MPafl勺高壓氫氣，加氫站氫氣壓縮機(jī)出口壓力及儲(chǔ)氫瓶最 高壓力達(dá)90MPa儲(chǔ)氫瓶制造的可靠性及安全性能測(cè)試十分重要。70MPa 90MP儲(chǔ)氫瓶一般采用3層結(jié)構(gòu)，表層采用玻璃纖維復(fù)合材料，中間層采用碳

16、纖維復(fù) 合材料，III型瓶?jī)?nèi)層采用鋁合金內(nèi)膽，IV型瓶?jī)?nèi)層采用塑料內(nèi)膽。儲(chǔ)氫瓶口 與出口閥的結(jié)合部位通過(guò)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保閥門(mén)在使用壓力下不會(huì)像炮彈出 膛一樣被沖出，瓶身部位玻璃纖維及碳纖維復(fù)合材料采用特殊的纏繞方法確保 儲(chǔ)氫瓶的強(qiáng)度達(dá)到長(zhǎng)期使用要求。儲(chǔ)氫瓶設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的可靠性要通過(guò)水壓 爆破試驗(yàn)、*擊試驗(yàn)和火燒試驗(yàn)測(cè)試等檢測(cè)，還要通過(guò)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)測(cè)試儲(chǔ)氫 瓶的安全性。日本70MPafW氫瓶水壓爆破試驗(yàn)壓力為 200MPa 90MPafW氫瓶水壓爆破試 驗(yàn)壓力為300MPa高于ISO/TS15869 ISO11439等關(guān)于高壓儲(chǔ)氫瓶的破壞性試 驗(yàn)壓力為操作壓力2.25倍合格值的規(guī)定。用7.6

17、2mm穿甲彈正面*擊儲(chǔ)氫瓶， 子彈卡在儲(chǔ)氫瓶殼層內(nèi)，不能擊穿瓶體。當(dāng)暴露在火災(zāi)中的儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)溫度達(dá)到 105c后，儲(chǔ)氫瓶熔斷安全閥會(huì)迅速打開(kāi)，朝預(yù)先設(shè)定的熔斷閥出口方向快速泄 放，70MP的積為60L的儲(chǔ)氫瓶大約需要1min排空氫氣，瓶?jī)?nèi)氣體噴射的氫氣 迅速燃燒不發(fā)生爆炸，火焰長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)10m豐田MiraiFCEV被80km/h車(chē)輛追尾碰撞造成車(chē)身?yè)p毀時(shí)儲(chǔ)氫瓶完好無(wú)損。（三）高壓氫系統(tǒng)設(shè)備材料安全性能評(píng)價(jià)測(cè)試高壓氫氣系統(tǒng)使用的金屬材料必須經(jīng)過(guò)材料安全性能測(cè)試（見(jiàn)圖3）。加氫*使用的軟管在高壓下要能反復(fù)經(jīng)受低溫（-40C）到高溫（85C）的循環(huán)測(cè) 試。截止閥、流量調(diào)節(jié)閥、緊急切斷閥、安全閥、高壓

18、氣瓶熔斷閥等閥門(mén)和管 件墊圈都要在高壓氫環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)期使用性能測(cè)試。加氫*加氫時(shí)充注的氫氣 溫度高于85c時(shí)，必須立即停止加氫的溫度傳感器和光纖要進(jìn)行穩(wěn)定性和可靠 性測(cè)試。加氫使用的流量計(jì)要經(jīng)過(guò)高壓氫環(huán)境下計(jì)量準(zhǔn)確性測(cè)試。氫氣泄漏或 著火后自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警的傳感器要進(jìn)行靈敏性準(zhǔn)確可靠性測(cè)試。圖3需要進(jìn)行可靠性測(cè)試的加氫系統(tǒng)關(guān)鍵組件為做好上述高壓氫氣系統(tǒng)的設(shè)備儀表材料安全性能的評(píng)價(jià)測(cè)試，福岡市政 府投資建設(shè)了福岡氫能測(cè)試研究中心，該中心有齊全且專(zhuān)業(yè)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，其 中包括抗爆試驗(yàn)倉(cāng)、高壓氫用閥門(mén)耐久性測(cè)試、加氫高壓軟管低溫循環(huán)測(cè)試、 型圈疲勞測(cè)試、加氫站儲(chǔ)氫瓶破壞性測(cè)試等測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，他們既研究測(cè)試試

19、驗(yàn) 的方法，還接受設(shè)備及材料制造商和用戶的委托開(kāi)展安全性能測(cè)試，合格后方 可投放市場(chǎng)。（四）加氫站安全技術(shù)措施日本的加氫站一般建在交通便利、方便用戶的地段，或在人口稠密處或在 交通要道上。日本允許在加油站內(nèi)建設(shè)加氫站，即油氫混合站。還允許加氫站 內(nèi)建設(shè)集裝箱式天然氣或以丙烷為原料的制氫裝置，即在線制氫加氫站。加氫 站內(nèi)既有大容量高壓儲(chǔ)氫瓶，也有高壓壓縮機(jī)、氫氣接卸設(shè)施。加氫站與周邊建筑物的安全距離只要求遵守高壓氣體安全法的規(guī)定，和居民住宅及各類(lèi)公共設(shè)施的距離不小于8m,加氫站和民宅、公共設(shè)施設(shè)置厚 10cm的隔離墻。為確保加氫站的安全，采取的安全技術(shù)措施主要有：在氫氣容易泄漏的部 位都設(shè)有高靈

20、敏度氫氣泄漏檢測(cè)器，氫氣體積濃度高于1%寸及時(shí)報(bào)警，設(shè)有多臺(tái)火焰檢測(cè)器，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)站內(nèi)氫氣著火并進(jìn)行報(bào)警。高壓儲(chǔ)氫間、氫壓縮機(jī) 間等建筑物要考慮氫氣泄漏后不積聚，采用既防雨水又易排氣的屋頂設(shè)計(jì)，室 外加氫機(jī)頂棚設(shè)計(jì)要有利于氫氣向高空擴(kuò)散。（五）FCEW全設(shè)計(jì)與安全性能測(cè)試豐田Mirai的2個(gè)儲(chǔ)氫瓶用底盤(pán)和車(chē)體內(nèi)部空間實(shí)現(xiàn)隔離（見(jiàn)圖4）, 公共汽車(chē)的10個(gè)儲(chǔ)氫瓶設(shè)置在車(chē)頂，靠頂板實(shí)現(xiàn)氫氣和汽車(chē)內(nèi)部空間的隔離, 防止氫氣泄漏到車(chē)廂內(nèi)（見(jiàn)圖5）。車(chē)身安裝碰撞傳感器，檢測(cè)到碰撞時(shí)會(huì)自動(dòng) 關(guān)閉儲(chǔ)氫瓶出口閥門(mén)。Mirai在車(chē)身設(shè)置2臺(tái)氫氣探測(cè)器，SORAS置4臺(tái)氫氣 探測(cè)器，檢測(cè)到氫氣泄漏時(shí)也會(huì)立刻關(guān)閉儲(chǔ)

21、氫瓶出口閥門(mén)，確保氫氣泄漏后可 檢測(cè)、可及時(shí)終止泄漏。車(chē)身采用流線型設(shè)計(jì)，利于氫氣擴(kuò)散，確保氫氣泄漏 后不積聚。圖4豐田Mirai氫燃料關(guān)聯(lián)零部件設(shè)置示意圖圖5豐田SORAC燃料關(guān)聯(lián)零部件設(shè)置示意圖為評(píng)價(jià)氫氣泄漏對(duì)FCEVe全性能的影響，開(kāi)展了氫氣擴(kuò)散模擬試驗(yàn)、氫氣 著火時(shí)的燃燒動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、管路等有微小泄漏點(diǎn)火試驗(yàn)、氫氣泄漏后滯留在汽車(chē) 某部位點(diǎn)火試驗(yàn)、假設(shè)氫氣充滿在車(chē)廂點(diǎn)火試驗(yàn)、通過(guò)安全閥放出的氫氣著火 試驗(yàn)、車(chē)輛著火試驗(yàn)等。氫氣泄漏后滯留在汽車(chē)某部位點(diǎn)火試驗(yàn)以131L/min向汽車(chē)前后軸中間部位釋放氫氣，約 100s后氫濃度達(dá)到23.8%,用電火花打火發(fā) 生燃爆，前擋風(fēng)玻璃附近和車(chē)體下部有高

22、溫部位，燃爆壓沒(méi)有導(dǎo)致車(chē)體變形， 熱輻射是地面太陽(yáng)光熱量的1/10以下，沒(méi)有觀測(cè)到?jīng)_擊壓強(qiáng)，聲音壓強(qiáng)遠(yuǎn)低于 傷害耳膜的等級(jí)。在氫氣充滿車(chē)廂點(diǎn)火試驗(yàn)中，氫濃度在12犯下，電火花打火, 瞬間氫氣著火，但不足以點(diǎn)燃車(chē)廂內(nèi)餐巾紙（燃燒發(fā)熱量?。?；能使車(chē)玻璃破 碎的爆炸沖擊波需要?dú)錆舛冗_(dá)到 40犯上。在破壞FCEVW氫瓶和汽油車(chē)油箱漏 油后的車(chē)輛著火試驗(yàn)中,FCEV勺儲(chǔ)氫瓶氫氣泄放并向上燃燒，約 1min后熄火。 汽油油箱向下漏油，持續(xù)燃燒，導(dǎo)致輪胎和車(chē)體著火，車(chē)輛燒毀。電動(dòng)汽車(chē)因 電池溫度失控、隔膜破裂導(dǎo)致火災(zāi)無(wú)法撲滅，著火時(shí)間約 1h,車(chē)輛燒毀。試驗(yàn) 結(jié)果表明：FCEV勺安全性與燃油車(chē)、天然氣車(chē)相當(dāng)

23、，優(yōu)于電動(dòng)汽車(chē)。四、加強(qiáng)我國(guó)車(chē)用氫能安全技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的建議（一）總體規(guī)劃設(shè)計(jì)，加大科技投入，形成以國(guó)家氫能安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為 主體，社會(huì)科技力量積極參與的研究體制氫能安全技術(shù)是實(shí)現(xiàn)FCEVg展目標(biāo)的重要支撐性公用技術(shù)，應(yīng)由國(guó)家安全生產(chǎn)主管部門(mén)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)并籌建氫能安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，明確氫能安全技術(shù)必須覆蓋的研究項(xiàng)目、必須建設(shè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和裝備，建設(shè)投 資和日常研究經(jīng)費(fèi)應(yīng)列入中央財(cái)政，確保適時(shí)投入。氫能安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 的研究工作應(yīng)由國(guó)家安全生產(chǎn)主管部門(mén)管理，氫能安全利用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定應(yīng) 由國(guó)家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。氫能安全利用技術(shù)研究還需要發(fā)揮地方政府和企業(yè)的積極性，允許有條件

24、 的省市和企業(yè)建設(shè)氫能檢測(cè)與研究機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)應(yīng)由國(guó)家安全生產(chǎn)主管部門(mén)審定 批準(zhǔn)，測(cè)試儀器設(shè)備設(shè)施和技術(shù)力量應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，可有償接受 氫能系統(tǒng)設(shè)備、材料、閥門(mén)、管件、儀器、儀表、加氫 *的檢測(cè)鑒定認(rèn)證。逐 步形成以氫能安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主體，社會(huì)科技力量積極參與的研究體制。（二）加快修訂完善車(chē)用氫能安全標(biāo)準(zhǔn)體系建立先進(jìn)完整的車(chē)用氫能安全標(biāo)準(zhǔn)體系,是支撐 FCEVR相關(guān)產(chǎn)業(yè)科學(xué)、健 康發(fā)展的迫切需要。車(chē)用氫能的開(kāi)發(fā)利用涉及制氫、氫氣壓縮或液化儲(chǔ)存、運(yùn) 輸、加注、燃料電池、FCEV?諸多環(huán)節(jié)，既要確保安全又要有利于FCEV勺發(fā)展。 日本在車(chē)用氫能領(lǐng)域建立了先進(jìn)、完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，如針對(duì)FC

25、EV高壓氫系統(tǒng)（包括高壓儲(chǔ)氫瓶和容器主閥）適用高壓氣體保安法，其余車(chē)輛系統(tǒng)適用 道路運(yùn)送車(chē)輛法。針對(duì)加氫站遵循的法律標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范主要有：高壓氣體保安法消防法建筑基準(zhǔn)法加氫站安全檢查標(biāo)準(zhǔn)等。目前我國(guó)發(fā) 展FCEV勺熱度不比日本低，但與FCEVg全有關(guān)的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)缺少完整性， 有些標(biāo)準(zhǔn)也缺少先進(jìn)性。如加氫站技術(shù)規(guī)范，是十年前借鑒國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)組織 相關(guān)規(guī)范，經(jīng)國(guó)內(nèi)有關(guān)專(zhuān)家討論后制定的，與國(guó)外加氫站現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相比， 先進(jìn)性存在不足。近十多年來(lái)，國(guó)際氫能利用快速進(jìn)步，安全標(biāo)準(zhǔn)也在實(shí)踐中 不斷修改完善，我們需要在系統(tǒng)研究安全技術(shù)和借鑒國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上不 斷修改完善我國(guó)車(chē)用氫能安全標(biāo)準(zhǔn)體系。（三）重視

26、構(gòu)建70MPS#氫裝備制造體系構(gòu)建70MPS#氫裝備制造體系，是發(fā)展FCEV勺一項(xiàng)重要基礎(chǔ)性工作。我國(guó) 70MP以上壓縮氫系統(tǒng)裝備制造能力與日本、 歐美存在較大差距，儲(chǔ)氫瓶、FCEV 及加氫站涉及的關(guān)鍵設(shè)備、儀表、閥門(mén)、加氫*、壓縮機(jī)等均不具備產(chǎn)業(yè)化能 力，完全依靠進(jìn)口。不脫除此瓶頸約束，F(xiàn)CEVK為我國(guó)經(jīng)濟(jì)未來(lái)的增長(zhǎng)點(diǎn)是不可能實(shí)現(xiàn)的。70MP初氫系統(tǒng)的裝備制造與我國(guó)新材料研發(fā)與生產(chǎn)、高端裝備開(kāi) 發(fā)與制造能力密切相關(guān)，是裝備制造業(yè)邁向高質(zhì)量發(fā)展的重要標(biāo)志。應(yīng)加大科 研投入，開(kāi)展70MPa 90MP咻氫瓶和氫氣壓縮機(jī)及關(guān)鍵零部件如閥門(mén)、儀表、 高靈敏氫氣檢測(cè)傳感器、氫氣火焰?zhèn)鞲衅鞯闹圃炷芰リP(guān)，

27、盡快實(shí)現(xiàn)70MP初氫裝備由中國(guó)制造。參考文獻(xiàn)1梁慧.日本氫能源技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略及啟示J. 國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2016, 24(8): 87 - 95. Liang H. The development strategy of Japan ' s hydrogen energy technology and its enlightenment J. International Petroleum Economics, 2016, 24(8): 87- 95.2鄭津洋，劉自亮，花爭(zhēng)立，等.氫安全研究現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)J.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2020, 20(1): 106- 115. Zheng J Y

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