《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶的無損檢測及在線監(jiān)測方法（征求意見稿）》編制說明

江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶的無損編制說明一、目的和意義根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù)，2019年全球一次能源消費(fèi)總量為583.90EJ（艾焦耳，即1018焦耳27%/33%/24%（總占比84%2019年中國一次能源消費(fèi)總的能源系統(tǒng)，化石能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比仍超過80%，其也是大多數(shù)溫室氣體排放的根源。此外隨著全球電動車行業(yè)的高速發(fā)展，以及未來風(fēng)光發(fā)電占比提升后對鋰電儲能需求的增長預(yù)期逐步提升，鋰資源約束正逐步成為未來能源發(fā)展的重要掣肘，日本、歐盟等地區(qū)均把氫能視為未來重要的發(fā)展方向。此外，“雙循環(huán)”體系下保障能源安全是我國可持續(xù)發(fā)展的重要抓手；在我國重要化石能源（石油、天然氣）對外依存度相對較高的背景下，氫能和光伏/風(fēng)電領(lǐng)域一道成為了我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源安全保障的重要一環(huán)。碳中和的最重要目的就是減少含碳溫室氣體的排放，采用合適的技術(shù)固碳，最終達(dá)到平衡；為達(dá)到碳中和，預(yù)計到2060年，清潔電力將成為能源系統(tǒng)的配置中樞。供給側(cè)以光伏+風(fēng)電為主，輔以核電、水電、生物質(zhì)發(fā)電和對應(yīng)的儲能配套設(shè)施（鋰電+氫能等）；需求側(cè)全面電動化，并輔以氫能多方位利用。整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及的行業(yè)廣泛，從上游的制氫、到中游的儲運(yùn)、再到下游的氫能應(yīng)用，涵蓋能源化工、交通運(yùn)輸和機(jī)械設(shè)備等多個行業(yè)。目前我國主要的氫能產(chǎn)業(yè)鏈鏈條為煤制氫→高壓氣氫集束管車運(yùn)輸→工業(yè)應(yīng)用（合成氨、甲醇等未來隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速發(fā)展，最具實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用路線將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑茪洹簹?管輸→工業(yè)+交通+建筑+儲能全方位應(yīng)用。從目前技術(shù)角度來看，碳纖維全纏繞儲氫氣瓶無論是現(xiàn)在還是將來，在交通和儲能方面均是該產(chǎn)業(yè)鏈核心設(shè)備之一。目前，我國自主生產(chǎn)的35MPaIII型瓶已經(jīng)應(yīng)用于氫燃料電池客車及物流車，國內(nèi)有多家企業(yè)從事車載高壓儲氫瓶研發(fā)和生產(chǎn)，如北京科泰克、北京天海、沈陽斯林達(dá)、中國中氫、富瑞特裝等。在2017年中國國際能源峰會及展覽會上，北京科泰克科技有限責(zé)任公司和北京天海工業(yè)有限公司都展示了70MPa鋁質(zhì)內(nèi)膽纖維纏繞復(fù)合儲氫瓶，表明我國已擁有自主研發(fā)生產(chǎn)該70MPaIII型瓶的能力。隨后，2018年7月1日我國發(fā)布了《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣在看到國內(nèi)在該領(lǐng)域取得重大進(jìn)步的同時，更要看到碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶使用中存在的安全隱患。由于國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來若干年國內(nèi)碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶的使用量將會急劇增加。因此，如何對鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)，如何制定科學(xué)的管理規(guī)范，就成為近幾年必須要解決的重要問題。雖然廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會等單位制訂相關(guān)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，也對纏繞層之間分層、內(nèi)膽內(nèi)表面有無裂紋等提出評價要求，但包括以前《汽車用壓縮天然氣金屬內(nèi)膽纖維環(huán)纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評定》中對纏繞層之間分層、斷裂和鋁內(nèi)膽內(nèi)表面微閉合裂紋并沒有給出切實(shí)可行的無損檢測方法及要求。所以如何對碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶進(jìn)行定期無損檢測、對氣瓶進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康狀況評估就成為必須面對和亟需解決的重大課題。二、任務(wù)來源本項(xiàng)目來源于《省市場監(jiān)管局關(guān)于2023年度江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計劃的通知》（蘇市監(jiān)標(biāo)[2023]173號立項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)名稱為《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶的無損檢測及在線監(jiān)測方法》，由江蘇省特種設(shè)備安全檢驗(yàn)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提出并歸口。本地標(biāo)的驗(yàn)證及編制過程得到了如下基金的資助：江蘇省科技廳-在役鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶無損檢測關(guān)鍵技術(shù)研究（BE2021084國家重點(diǎn)研發(fā)計劃-移動式復(fù)合材料承壓設(shè)備損傷檢測與安全評價技術(shù)（2023YFC3010300市場監(jiān)管總局-儲氫氣瓶碳纖維復(fù)合層力學(xué)性能退化監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)（2022YJ11江蘇省市場監(jiān)督管理局-在用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的無損檢測方法研究（KJ2022002三、編制過程2021年江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院獲得江蘇省科技廳產(chǎn)業(yè)前瞻項(xiàng)目“在役鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶場驗(yàn)證后，2023年3月江蘇省特檢院通過江蘇省特種設(shè)備檢驗(yàn)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化委員會提出編制地方標(biāo)準(zhǔn)《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲氫氣瓶的無損檢測及在線監(jiān)測方法》并繼續(xù)進(jìn)行調(diào)研及科研工作。2023年8月4日該標(biāo)準(zhǔn)正式納入江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)計劃，2023年8月底成立標(biāo)準(zhǔn)起草組，主要編制過程如下：（1）前期項(xiàng)目調(diào)研階段2021年6月至9月，江蘇省特檢院調(diào)研了江蘇國富氫能技術(shù)裝備股份有限公司、北京天海工業(yè)有限公司等氣瓶制造單位，并收集了氣瓶檢測試樣。2021年09月-2023年07月，組織相關(guān)科研參與單位對儲氫氣瓶金屬內(nèi)膽及碳纖維纏繞層的無損檢測方法進(jìn)行研發(fā)及現(xiàn)場驗(yàn)證。（2）標(biāo)準(zhǔn)起草階段2023年8月至10月，江蘇省特檢院成立標(biāo)準(zhǔn)起草組，由鄭凱研究員組織相關(guān)技術(shù)人員多次召開標(biāo)準(zhǔn)起草組研討會，對標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)稿進(jìn)行深入討論，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場驗(yàn)證的實(shí)際情況，反復(fù)對標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行修改完善，形成了標(biāo)準(zhǔn)討論稿。（3）專家研討、意見征求階段2023年11月至2024年2月，標(biāo)準(zhǔn)起草組完成了個方法的實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場驗(yàn)證工作，通過發(fā)函、集中會議等形式，充分征集氣瓶制造單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及相關(guān)無損檢測技術(shù)研究機(jī)構(gòu)對標(biāo)準(zhǔn)討論稿的修改意見。標(biāo)準(zhǔn)起草組對標(biāo)準(zhǔn)逐章逐條進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致地研討，就標(biāo)準(zhǔn)部分內(nèi)容提出具體的修改意見。四、主要內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)確立本標(biāo)準(zhǔn)的編制遵循“先進(jìn)性、實(shí)用性、統(tǒng)一性、規(guī)范性”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，保證標(biāo)準(zhǔn)起草工作的科學(xué)性、1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫原則》的要求進(jìn)行編寫。本標(biāo)準(zhǔn)中的主要內(nèi)容制定依據(jù)包括：本標(biāo)準(zhǔn)適用于符合GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》的車用壓縮氫氣碳纖維全纏繞氣瓶的無損檢測與在線監(jiān)測的基本方法和技術(shù)要求。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場驗(yàn)證結(jié)果對部分檢測方法給出相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)。2標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)本標(biāo)準(zhǔn)包含正文及7個附錄（附錄A-附錄G正文部分從人員、設(shè)備及工藝的角度對儲氫氣瓶的無損檢測提出了總體要求，并規(guī)定了各無損檢測方法和使用原則，給出了各無損檢測方法的能力范圍和局限性。附錄A-G分別規(guī)定了目視檢測、陣列渦流檢測、模態(tài)聲發(fā)射檢測、多物理場紅外熱成像檢測、相控陣超聲檢測（基監(jiān)測方法。由于儲氫氣瓶的特殊結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)無損檢測方法幾乎無法有效的進(jìn)行應(yīng)用。故除目視檢測外，附錄B-附錄F的應(yīng)用均須相應(yīng)的工裝或特殊的工藝。附錄G規(guī)定了基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的儲氫氣瓶鋁內(nèi)膽應(yīng)變在線健康監(jiān)測技術(shù)，該技術(shù)的提出是基于定期檢驗(yàn)檢測方法較少，技術(shù)難度較大，且車載儲氫氣瓶在使用過程中易遭遇各種異常情況而提出的監(jiān)測方案。由于各氣瓶生產(chǎn)廠家制造工藝不同，因此光柵的存活率依賴各生產(chǎn)廠家根據(jù)所選光柵的性能對制造工藝進(jìn)行調(diào)整。五、差異對比無六、與相關(guān)法律法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)參照的相關(guān)現(xiàn)行有效國家標(biāo)準(zhǔn)和引用的文件都能查閱。本標(biāo)準(zhǔn)是對ISO標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)團(tuán)標(biāo)的有力補(bǔ)充，填補(bǔ)了相關(guān)技術(shù)空白。在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11623:2015中，僅針對氣瓶的定期檢驗(yàn)提出了相應(yīng)的要求，沒有給出在線監(jiān)測的相關(guān)要求。即使對于定期檢驗(yàn)，其檢測方法以目視檢測為主。其標(biāo)準(zhǔn)自己也認(rèn)為，對于某些缺陷如沖擊損傷或分層，目視檢測的檢出能力有限（7.3.1Careshallbetakentoestablishthetotalextentofdamagefromimpactanddelaminationassurfaceappearancemightnotindicatethefullextentofthedamage）。受限于標(biāo)準(zhǔn)制定時的無損檢測技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出無損檢測方法（尤其是對于碳纖維層的檢測方法）。同時，儲氫氣瓶材料及結(jié)構(gòu)由廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會發(fā)布的T/GDASE0017—2020《車用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評定》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)為國內(nèi)首部氫能儲運(yùn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在檢驗(yàn)項(xiàng)目上同樣以宏觀檢查和壓力試驗(yàn)為主，并沒有提出相應(yīng)的無損檢測方法，也未涉及有關(guān)在線監(jiān)測技術(shù)。瓶定期檢驗(yàn)與評定》開始公示，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車用壓縮氫氣碳纖維全纏繞氣瓶的定期檢驗(yàn)與評定的基本方法和技術(shù)要求。同樣沒有提出相應(yīng)的無損檢測方法，也未涉及有關(guān)在線監(jiān)測技術(shù)。七、重大分