質子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定-稱重法-編制說明

《質子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱重法》

編制說明

一、任務來源

為了加快構建燃料電池用燃料氫質量保證體系，支撐國家標準

GB/T37244的貫徹實施，為氫能和燃料電池產業(yè)高質量發(fā)展奠定良

好保障基礎，針對氫氣中顆粒物的測定目前暫無合適的國家或行業(yè)標

準，經中國節(jié)能協(xié)會批復立項，編寫《質子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》。

二、標準制定背景、目的和意義

氫燃料氫中的顆粒物進入到車內燃料供給系統(tǒng)后，會造成濾器堵

塞、影響閥門密封性和燃料電池堆的運行效率和壽命下降，對電堆系

統(tǒng)形成不可逆的損害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等標準中均對燃料電池車用氫氣中顆粒物濃度進行了

限值規(guī)定，要求顆粒物濃度小于1mg/kg。通過對氫氣中雜質在制備、

運輸、加注過程遷移規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)顆粒物除了氣源引入外，也有可

能在運輸、加注過程中二次引入。同時研究表明，顆粒物濃度測試結

果與取樣過程的壓力、流速等條件密切相關，需要對取樣過程進行詳

細規(guī)定，才能獲取可靠的、可比較、有參考價值的測試結果，因此，

顆粒物檢測對加注氫氣的品質保障至關重要。

ASTMD7650、ASTMD7651兩項標準中分別規(guī)定了顆粒物的取

樣方法和測量方法。由于國內加氫機、加氫站相關技術規(guī)范與國外不

同，以上兩個標準并不適用于國內實際情況。因此，建立一套符合國

內實際情況，適用性強的燃料電池汽車用氫氣中顆粒物取樣和測定標

準是十分必要的。

三、標準的編寫原則與思路

本標準在編制過程中，主要遵循了科學性、實用性、規(guī)范性的原

則。

1、科學性。根據(jù)《中華人民共和國標準化法》相關法律法規(guī)，

主要參照了GB/T《24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術語》、GB/T37244

《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》、SAEJ2719《燃料電池

車用氫氣品質標準》、ISO19880-8《氫氣加氫站燃料品質控制》、

GB31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機標準》、GB50516-2010《加

氫站技術規(guī)范》、SAEJ2600-2015《壓縮氫氣車輛連接裝置標準》、

SAEJ2601《加注協(xié)議》、ASTMD7650-13《用于氣體燃料高壓氫

中懸浮微粒試樣的內流過濾器的標準試驗方法》、ASTMD7651-17

《稱重法測定氫燃料中顆粒物的標準試驗方法》等相關標準，確定標

準條款。

2、實用性。結合國內氫能發(fā)展需求、氫能技術進步、氫氣質量

檢測各環(huán)節(jié)單位需求等，對本標準的相關要求作出全面規(guī)定，實用性

強。標準內容經過起草組反復討論，語言表達力求準確、精煉，條理

清晰，具備可操作性。

3、規(guī)范性。標準格式按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1

部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定編寫。

四、主要編制過程

1、準備和啟動階段

本標準《質子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱

重法》由國家技術標準創(chuàng)新基地（氫能）、全國氫能標準化委員會、

中國節(jié)能協(xié)會氫能專委會提出，于2021年7月獲中國節(jié)能協(xié)會批復

立項。

團體標準正式立項后，北京低碳清潔能源研究院、中國節(jié)能協(xié)會

氫能專委會委托佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院、中國石油化工股份有限公

司石油化工科學研究院、全國氫能標準化委員會為該標準主要起草單

位，并建立了標準起草組，收集大量材料，制定工作計劃。

2021年7月，國家技術標準創(chuàng)新基地（氫能）、全國氫能標準

化委員會、中國節(jié)能協(xié)會氫能專委會召開本標準啟動會，起草組及相

關單位參與，重點討論了本標準的基本框架、擬修訂內容和修訂工作

進程。

2、起草階段

2021年8月-10月，標準起草工作開展后，起草工作組詳細研讀

了氣體中顆粒物檢測的相關的國內外先進標準及其引用標準和技術

規(guī)范，同時收集、查閱了大量有關燃料電池車用氫氣中顆粒物表征的

技術文獻，最后經多次探討、協(xié)商、修改，形成了本標準的草案。

2021年11月，標準起草組針對《質子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》召開內部研討會，會上對標準討論稿

作了逐字逐句的討論、修改和完善，最終形成了本標準征求意見稿。

五、標準主要內容說明

本標準在編制過程中，嚴格遵照國家及團體標準規(guī)定的程序進行，

本標準中主要條款編制說明如下：

1、范圍

本標準規(guī)定了燃料電池車用氫氣中顆粒物測方法，包括過濾取樣

方法和稱重測量法。

本標準描述了取樣裝置、取樣操作流程、測量步驟、計算的要求。

本標準適用于最高壓力低于35MPa的加氫站（符合GB31138-2014

汽車用壓縮氫氣加氣機標準）正常加注模式下或者手動測試模式下進

行顆粒物取樣；顆粒物測試方法適用于不用類型取樣后，顆粒物稱重

測量。

2、規(guī)范性引用文件

列出了該標準的規(guī)范性引用文件，主要引用標準共計10項，其

中引用國內文件4項，國際文件6項。

3、術語和定義

除GB/T37244、GB/T24499界定以及下列術語和定義適用于本

文件，本標準共涉及15條術語和定義。

4、方法原理

燃料電池汽車用氫氣中所含顆粒物的測量方法，包括顆粒物取樣

和稱重兩部分。通過在線過濾取樣裝置，在一定壓差條件下，燃料氫

氣中的懸浮顆粒物被截留在已知質量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的

重量差和采樣體積，計算總懸浮顆粒物濃度。

根據(jù)顆粒物取樣裝置的具體場景要求不同，本標準中提供了三種

顆粒物收集工裝、氫氣收集系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)的組合方式，如圖

1-1、1-2和1-3所示。根據(jù)加氫站現(xiàn)場具體的安全要求及加氫機控制

程序，可以采用不同類型的氫氣收集方式。第一種為外接集氣系統(tǒng)，

如圖1-1所示，氫氣收集系統(tǒng)是用于通過顆粒物過濾收集裝置的氫氣

進行收集的部分，由符合SAEJ2600標準的受氣口和儲氫瓶兩部分

組成。此處的受氣口與顆粒物收集裝置的受氣口相同，目的顆粒物收

集裝裝置末端的出氣口噴嘴相連接。系統(tǒng)設計承壓為42MPa或者

87.5MPa，并內置適當?shù)陌踩禂?shù)。第二種為直接與燃料電池汽車連

接，如圖1-2所示，經過過濾的氫氣直接作為氣源加入到燃料電池汽

車中。第三種為直接與尾氣排放系統(tǒng)連接，如圖1-3所示，經過過濾

的氫氣直接與尾氣排放其中連接，將尾氣進行安全處理。

氫氣樣品收集阻火器

加氫槍出顆粒物取樣裝顆粒物取樣裝

容器受氣口

氣口噴嘴置受氣口置出氣口噴嘴

1234

35MPa加

氫機顆粒物收集工裝儲氫瓶氫氣排放

顆粒物取樣系統(tǒng)氫氣收集系統(tǒng)尾氣處理系統(tǒng)

圖1-1氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-外接集氣系統(tǒng)

加氫槍出顆粒物取樣裝

氣口噴嘴置受氣口

12

3

35MPa加

氫機顆粒物收集工裝

顆粒物取樣系統(tǒng)

圖1-2氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-直接加注到汽車

阻火器

加氫槍出顆粒物取樣裝

氣口噴嘴置受氣口

12

35MPa加

氫機顆粒物收集工裝氫氣排放

顆粒物取樣系統(tǒng)尾氣處理系統(tǒng)

圖1-3氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-直接排空

5、試劑和材料

在本章中規(guī)定了顆粒物測量過程中所需的試劑和材料。其中

濾膜用于顆粒物收集，要求對于直徑為0.2μm的標準粒子，捕集

效率不低于99%。氮氣用于取樣系統(tǒng)和手套箱的吹掃、保壓。去離子

水用于工裝設備清洗。

6、儀器和設備

本項標準中對顆粒物收集和顆粒物稱量的相關設備提出了相

應的要求。顆粒物的工裝是關鍵設備之一，如圖2所示，頂部通

過快插或者卡套連接的形式直接受氣口連接，然后連接一個針閥，

針閥用于開始試壓脈沖階段，保護過濾膜不被大氣流損壞。針閥

后連接過濾器殼裝，過濾器殼裝內部包含一個直徑為47mm的過濾

膜(≥0.2μm孔徑），由150微米孔徑的多孔金屬熔塊支撐，接

下來連接一個單向閥，用于保護過濾膜不會被反混氣體污染或者

損壞，單向閥之后，為一個高壓排氣閥，隨后是一個標準的加氫

軟管和噴嘴，加氫軟管和噴嘴符合SAEJ2600標準要求。顆粒物

稱量設備根據(jù)具體應用場景選擇，在加氫站現(xiàn)場稱量測試，需要

選擇防爆天平，在實驗室檢測的條件下，使用電子天平。

7、顆粒物取樣步驟

在本章中規(guī)定了適用于三種不同場景的采樣的方法、采樣前、

采樣中、采用后及尾氣處理方法的相關要求。由于顆粒物含量低、

且介質為高壓氫氣，因此顆粒取樣操作精度和安全要求非常高。

采樣完成后為了避免樣品污染，顆粒連同顆粒收集裝置、氫氣收

集裝置以及其他配件分別采用專用的包裝箱進行包裝，要求通過

專業(yè)化學品運輸公司進行運輸。此外，高壓顆粒物現(xiàn)場取樣屬于

非常規(guī)操作，必須有專業(yè)受訓人員完成，要求有充裝資格證等資

質。

8、顆粒物樣品分析

在本章中規(guī)定了顆粒物樣品稱重全過程的操作步驟及要求。

為了避免環(huán)境對測量精度的影響，稱重前需要將帶有顆粒物樣品

的濾膜在溫濕度環(huán)境下進行靜置，達到平衡后才能進行稱量。

9、結果計算

在本章中規(guī)定了顆粒物質量濃度計算方法和體積濃度計算方

法。

10、質量保證和質量控制

在本章中規(guī)定了測試過程的質量保證和質量控制的一般要求。

儀器設備的檢定、維護、校準、運行和維護應符合SAE2600中相

關的檢定、校準、運行、維護要求。在采樣前、采樣后稱重時，

必須進行天平校準。采樣前、采樣后平衡及稱重時，應保證環(huán)境

溫度和環(huán)境濕度條件一直，應避免靜電對稱量的影響。保證同一

稱量部件在采樣前后稱量為同一天平，避免造成系統(tǒng)誤差。采樣

前后、放置、安裝、取出、標記、轉移采樣部件時，必須穿戴合

適的防護裝備，如無粉末、抗靜電的一次性手套。

六、與現(xiàn)行相關標準的關系

本標準與現(xiàn)行法律、法規(guī)及相關標準協(xié)調一致。

《質子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱重法》

編制說明

一、任務來源

為了加快構建燃料電池用燃料氫質量保證體系，支撐國家標準

GB/T37244的貫徹實施，為氫能和燃料電池產業(yè)高質量發(fā)展奠定良

好保障基礎，針對氫氣中顆粒物的測定目前暫無合適的國家或行業(yè)標

準，經中國節(jié)能協(xié)會批復立項，編寫《質子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》。

二、標準制定背景、目的和意義

氫燃料氫中的顆粒物進入到車內燃料供給系統(tǒng)后，會造成濾器堵

塞、影響閥門密封性和燃料電池堆的運行效率和壽命下降，對電堆系

統(tǒng)形成不可逆的損害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等標準中均對燃料電池車用氫氣中顆粒物濃度進行了

限值規(guī)定，要求顆粒物濃度小于1mg/kg。通過對氫氣中雜質在制備、

運輸、加注過程遷移規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)顆粒物除了氣源引入外，也有可

能在運輸、加注過程中二次引入。同時研究表明，顆粒物濃度測試結

果與取樣過程的壓力、流速等條件密切相關，需要對取樣過程進行詳

細規(guī)定，才能獲取可靠的、可比較、有參考價值的測試結果，因此，

顆粒物檢測對加注氫氣的品質保障至關重要。

ASTMD7650、ASTMD7651兩項標準中分別規(guī)定了顆粒物的取

樣方法和測量方法。由于國內加氫機、加氫站相關技術規(guī)范與國外不

同，以上兩個標準并不適用于國內實際情況。因此，建立一套符合國

內實際情況，適用性強的燃料電池汽車用氫氣中顆粒物取樣和測定標

準是十分必要的。

三、標準的編寫原則與思路

本標準在編制過程中，主要遵循了科學性、實用性、規(guī)范性的原

則。

1、科學性。根據(jù)《中華人民共和國標準化法》相關法律法規(guī)，

主要參照了GB/T《24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術語》、GB/T37244

《質子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》、SAEJ2719《燃料電池

車用氫氣品質標準》、ISO19880-8《氫氣加氫站燃料品質控制》、

GB31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機標準》、GB50516-2010《加

氫站技術規(guī)范》、SAEJ2600-2015《壓縮氫氣車輛連接裝置標準》、

SAEJ2601《加注協(xié)議》、ASTMD7650-13《用于氣體燃料高壓氫

中懸浮微粒試樣的內流過濾器的標準試驗方法》、ASTMD7651-17

《稱重法測定氫燃料中顆粒物的標準試驗方法》等相關標準，確定標

準條款。

2、實用性。結合國內氫能發(fā)展需求、氫能技術進步、氫氣質量

檢測各環(huán)節(jié)單位需求等，對本標準的相關要求作出全面規(guī)定，實用性

強。標準內容經過起