1T/UNPXXX—XXXX氫空燃料電池燃料供給循環(huán)系統(tǒng)技術(shù)要求本文件規(guī)定了氫空燃料電池燃料供給循環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)要求、性能要求、接口要求、安全要求和運(yùn)維要求的內(nèi)容。本文件適用于氫空燃料電池燃料供給循環(huán)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”）的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和運(yùn)維。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T713.7承壓設(shè)備用鋼板和鋼帶第7部分：不銹鋼和耐熱鋼GB/T2423.17環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Ka：鹽霧GB/T3836.28爆炸性環(huán)境第28部分：爆炸性環(huán)境用非電氣設(shè)備基本方法和要求GB/T9286色漆和清漆劃格試驗(yàn)GB/T16422.2塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第2部分：氙弧燈GB/T18655車輛、船和內(nèi)燃機(jī)無線電騷擾特性用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法ASTMG142測(cè)定高壓、高溫或兩者條件下含氫環(huán)境中金屬脆化敏感性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（StandardTestMethodforDeterminationofSusceptibilityofMetalstoEmbrittlementinHydrogenContainingEnvironmentsatHighPressure,HighTemperature,orBoth）3術(shù)語、定義和縮略語3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1氫空燃料電池hydrogen-airfuelcell通過電化學(xué)反應(yīng)將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。3.1.2燃料供給循環(huán)系統(tǒng)fuelsupplyandcirculationsystem為氫空燃料電池提供氫氣和空氣所需的壓力、流量、溫度、濕度控制等功能的設(shè)備集合。3.1.3額定壓力ratedpressure設(shè)備或系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)確定的最大安全運(yùn)行壓力，由制造商根據(jù)材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)安全性等設(shè)定。3.1.4工作壓力operatingpressure系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中持續(xù)或周期性承受的壓力，通常低于額定壓力。3.2縮略語下列縮略語適用于本文件。HAZOP分析：危險(xiǎn)與可操作性分析（HazardandOperabilityStudy）LEL：下爆炸極限（LowerExplosiveLimit）4系統(tǒng)組成2T/UNPXXX—XXXX系統(tǒng)的組成單元包括：a)氫氣供應(yīng)單元：存儲(chǔ)、輸送并調(diào)節(jié)氫氣至電堆陽極，由儲(chǔ)氫裝置和供氫管路及氫氣循環(huán)裝置組成；b)空氣供應(yīng)單元：過濾、加壓空氣至電堆陰極，由空氣壓縮機(jī)器、空氣過濾器和凈化裝置組成；c)溫濕度控制單元：準(zhǔn)確調(diào)節(jié)氫氣與空氣的溫濕度，由濕度調(diào)節(jié)器和冷卻系統(tǒng)組成；d)壓力調(diào)節(jié)單元：穩(wěn)定氫氣與空氣壓力，由減壓閥和穩(wěn)壓閥組成；e)泄漏檢測(cè)單元：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣泄漏，由傳感器和報(bào)警閾值組成；f)安全防護(hù)單元：在緊急狀態(tài)下保障系統(tǒng)安全，由過壓保護(hù)（安全閥和爆破片）和氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)組成；g)系統(tǒng)監(jiān)控單元：進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，由控制器和通信接口組成。5設(shè)計(jì)要求5.1氫氣供給5.1.1儲(chǔ)氫裝置儲(chǔ)氫裝置應(yīng)符合以下要求：a)儲(chǔ)氫壓力與電堆需求相匹配，誤差≤±1%（額定壓力），采用碳纖維全纏繞氣瓶時(shí)，爆破壓力≥工作壓力的3倍；b)儲(chǔ)氫量設(shè)計(jì)滿足電堆額定功率連續(xù)運(yùn)行≥2h（按標(biāo)準(zhǔn)工況計(jì)算）；MPa/min，保壓時(shí)間≥30s）供氫管路應(yīng)符合以下要求：~供氫管路應(yīng)符合以下要求：~5.1.3氫氣循環(huán)裝置氫氣循環(huán)裝置應(yīng)符合以下要求：a)循環(huán)泵/引射器流量調(diào)節(jié)范圍覆蓋電堆陽極氫氣流量需求；b)流量控制精度：1)穩(wěn)態(tài)誤差≤±2%（額定流量），波動(dòng)≤±1FS；2)低流量(≤10%額定值）時(shí)精度≤±5%；3)能量消耗占系統(tǒng)總能耗比例≤3%；4)階躍響應(yīng)（10%～90%）上升時(shí)間≤50ms，超調(diào)量≤5%。5.2空氣供給5.2.1空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)應(yīng)符合以下要求：a)輸出壓力穩(wěn)定在電堆需求值±5kPa；b)流量控制精度：1)穩(wěn)態(tài)誤差≤±3%，波動(dòng)≤±1.5%FS；2)階躍響應(yīng)上升時(shí)間≤0.3s；c)流量調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間≤0.5s，額定工況下能效比≥2.5m3/（kW?min）。5.2.2空氣過濾器3T/UNPXXX—XXXX空氣過濾器宜采用三級(jí)過濾：a)預(yù)過濾：≥5μm顆粒，效率≥95%；b)高效過濾：≥0.3μm顆粒，效率≥99.97%；c)活性炭吸附：殘留油分≤0.01mg/m3。5.2.3凈化裝置配置冷凝水分離器，出口空氣露點(diǎn)≤-40℃,滿足電堆陰極對(duì)潔凈空氣的需求。5.3溫度和濕度控制5.3.1濕度調(diào)節(jié)設(shè)備濕度調(diào)節(jié)設(shè)備應(yīng)符合以下要求：a)相對(duì)濕度誤差≤±5%，響應(yīng)時(shí)間≤20s；b)加濕/除濕量滿足電堆膜電極最佳工作濕度范圍（60%RH～80%RH）。5.3.2冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)應(yīng)符合以下要求：a)溫度控制精度±1℃,進(jìn)出口溫差≤8℃（額定工況下）；b)冷卻介質(zhì)流量控制精度：1)穩(wěn)態(tài)誤差≤±5%，多支路差異≤±10%；2)溫度突變±5℃時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間≤10s。5.4壓力調(diào)節(jié)5.4.1減壓閥的減壓精度≤±2%（設(shè)定壓力），響應(yīng)時(shí)間≤0.3s，流量范圍覆蓋電堆最大耗氣流量的5.4.2穩(wěn)壓閥的壓力波動(dòng)控制在±1kPa內(nèi)，穩(wěn)壓響應(yīng)時(shí)間≤0.2s，確保電堆陰陽極壓力穩(wěn)定匹配。5.5泄漏檢測(cè)5.5.1氫氣傳感器檢測(cè)精度≤±1%LEL，響應(yīng)時(shí)間≤1s，檢測(cè)范圍在0LEL～100%LEL，工作溫度為-40℃~85℃。5.5.2泄漏裝置的一級(jí)報(bào)警閾值宜設(shè)為15%LEL，二級(jí)報(bào)警閾值宜設(shè)為25%LEL，觸發(fā)報(bào)警后系統(tǒng)應(yīng)在2s內(nèi)啟動(dòng)響應(yīng)措施（如切斷氣源）。5.6安全防護(hù)5.6.1過壓保護(hù)裝置的安全閥開啟壓力設(shè)定為工作壓力的1.1倍～1.2倍，全排量時(shí)壓力升高≤10%（設(shè)定壓力），爆破片爆破壓力為工作壓力的1.25倍～1.3倍，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。5.6.2氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)的吹掃流量≥系統(tǒng)最大氫氣流量的2倍，吹掃壓力≥0.3MPa，吹掃時(shí)間≥5min。5.7系統(tǒng)監(jiān)控5.7.1控制器的數(shù)據(jù)采集頻率≥10Hz，控制算法響應(yīng)時(shí)間≤0.1s，氫氣與空氣的混合比例調(diào)節(jié)精度為±1.5%、壓力調(diào)節(jié)精度為±1kPa、溫度調(diào)節(jié)精度為±0.5℃、濕度調(diào)節(jié)精度為±3%RH。5.7.2數(shù)據(jù)傳輸延遲≤50ms，通信誤碼率≤1×10-6。5.8關(guān)鍵部件參數(shù)要求關(guān)鍵部件的參數(shù)應(yīng)符合表1所示的要求：表1關(guān)鍵部件參數(shù)要求4T/UNPXXX—XXXX6性能要求6.1系統(tǒng)效率燃料供給循環(huán)系統(tǒng)能量消耗占燃料電池輸出功率的比例應(yīng)≤8%。6.2系統(tǒng)使用壽命系統(tǒng)各部件的使用壽命應(yīng)≥2000h。6.3氫氣質(zhì)量6.3.1純度供應(yīng)的氫氣純度應(yīng)≥99.99%（體積分?jǐn)?shù)）。供應(yīng)的氫氣中CO含量≤0.1ppm，H?S含量≤0.004ppm。6.3.2濕度氫氣的露點(diǎn)溫度應(yīng)≤-40℃。6.3.3顆粒物過濾終端過濾器精度應(yīng)達(dá)到0.1μm，初始?jí)翰睢?.01MPa。6.4材料兼容性系統(tǒng)采用的材料應(yīng)符合以下兼容性要求：a)所有與氫氣、冷卻液、壓縮空氣接觸的材料具備良好的耐腐蝕性與抗氫脆性能；b)管路、閥體、密封件采用符合GB/T713.7和ASTMG142要求的不銹鋼、氟橡膠等材料，確保長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性；c)在低溫工況(≤-40℃)運(yùn)行的系統(tǒng)采用抗低溫脆裂材料，避免在極端環(huán)境中失效；d)所有密封材料通過長(zhǎng)期兼容性驗(yàn)證，確保在介質(zhì)長(zhǎng)期作用下無溶脹、軟化、裂解現(xiàn)象；e)所有電氣連接件和金屬接地部件須進(jìn)行防腐蝕涂層處理，涂層附著力等級(jí)≥2級(jí)（符合GB/T9286的規(guī)定）。6.5環(huán)境適應(yīng)性為保證系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)滿足以下要求：a)工作環(huán)境溫度范圍為-40℃~+60℃,存儲(chǔ)溫度范圍為-50℃~+85℃;b)相對(duì)濕度范圍為5%～95%，無冷凝；系統(tǒng)在高濕環(huán)境中無腐蝕、無性能退化；c)抗鹽霧能力符合GB/T2423.17的規(guī)定，鹽霧試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間≥480h，無紅銹或起泡現(xiàn)象；d)系統(tǒng)具有防塵、防水能力，防護(hù)等級(jí)≥IP67，滿足戶外和車載應(yīng)用要求；e)抗紫外老化能力符合GB/T16422.2的規(guī)定，暴露時(shí)間≥1000h，性能無明顯下降。6.6電磁兼容性系統(tǒng)應(yīng)符合以下的電磁兼容性要求：a)射頻輻射不超過GB/T18655對(duì)Class3的限制；b)系統(tǒng)具備抗靜電能力，接觸放電≥8kV，空氣放電≥15kV；c)系統(tǒng)具備抗電快速瞬變脈沖群能力，電源線注入抗擾度≥70%；d)控制器及通信接口具有浪涌保護(hù)能力，浪涌測(cè)試等級(jí)≥±1kV；e)所有敏感線路采取屏蔽和接地措施，避免干擾信號(hào)耦合至控制信號(hào)或傳感器回路。7接口要求7.1接口參數(shù)5T/UNPXXX—XXXX系統(tǒng)接口應(yīng)符合表2的要求。表2系統(tǒng)接口要求公稱直徑為15mm～50mm，公稱壓力為40bar，密封面耐壓≥2bar，插拔壽命≥2500次7.2機(jī)械接口兼容性機(jī)械接口的兼容性應(yīng)符合以下要求：a)法蘭密封面粗糙度Ra≤1.6μm，預(yù)緊力偏差≤±10；b)快插接口插拔壽命≥5000次，泄漏率≤0.01NL/min；c)禁止使用NPT錐管螺紋連接氫氣管路。8安全要求8.1基本要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合以下要求：a)在材料選擇上，氫氣接觸部件采用抗氫脆材料，避免材料失效導(dǎo)致泄漏；b)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，管路無尖銳轉(zhuǎn)角，減少湍流引起的靜電積聚，表面電阻≤1×105Ω;c)在能量限制上，電氣回路最大能量≤20mJ；d)設(shè)置故障安全模式，通信中斷時(shí)，閥門默認(rèn)關(guān)閉，空壓機(jī)停機(jī)，避免失控風(fēng)險(xiǎn)。8.2防爆與抗震設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電氣設(shè)備防爆等級(jí)應(yīng)達(dá)到ExdIICT4（符合GB/T3836.28的規(guī)定），最高表面溫度≤135℃,防止電火花引燃，控制柜正壓通風(fēng)≥50Pa，阻止外部可燃?xì)怏w滲入。防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67，抗隨機(jī)振動(dòng)8.3緊急停機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備緊急停機(jī)功能，在發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，能迅速切斷電力供應(yīng)并釋放壓力，避免事故擴(kuò)大。緊急切斷閥的動(dòng)作時(shí)間≤100ms，泄漏率≤0.01NmL/h。8.4氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)應(yīng)符合以下要求：a)氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)的置換率應(yīng)≥99%，吹掃的時(shí)間應(yīng)≥3倍的管路容積（按吹掃流量≤10L/min計(jì)算）；氮?dú)饧兌葢?yīng)≥99.999%，露點(diǎn)溫度≤-40℃;b)吹掃過程中強(qiáng)制鎖定氫氣供應(yīng)閥門與電堆電源（機(jī)械+電氣雙鎖）；c)吹掃管路通至室外安全區(qū)，距離火源≥5m，出口設(shè)阻火器（孔徑≤0.15mm）；d)吹掃管路接地電阻≤1Ω,氮?dú)鉂穸取?40℃露點(diǎn)；e)氮?dú)獾膬?chǔ)罐容積≥系統(tǒng)管路總?cè)莘e的2倍。8.5系統(tǒng)級(jí)安全架構(gòu)系統(tǒng)級(jí)安全架構(gòu)應(yīng)符合以下要求：a)冗余設(shè)計(jì)：關(guān)鍵閥門和傳感器雙冗余，切換時(shí)間≤100ms；b)后備電源：維持安全狀態(tài)≥30s。6T/UNPXXX—XXXX8.6關(guān)鍵部件安全性能關(guān)鍵部件的安全性能應(yīng)符合以下要求：a)儲(chǔ)氫裝置：爆破壓力≥3倍工作壓力，10萬次壓力循環(huán)試驗(yàn)；b)緊急切斷閥：動(dòng)作時(shí)間≤50ms，泄漏率≤0.001NmL/h；c)氫氣管路：100%無損檢測(cè)，彎曲半徑≥5倍管徑。8.7異常工況保護(hù)8.7.1過壓保護(hù)8.7.1.1分級(jí)保護(hù)邏輯過壓保護(hù)應(yīng)設(shè)置以下分級(jí)保護(hù)邏輯：a)一級(jí)調(diào)節(jié)：壓力≥105%工作壓力時(shí)，穩(wěn)壓閥動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，響應(yīng)時(shí)間≤10ms，控制誤差≤±2%；b)二級(jí)泄放：壓力≥115%工作壓力時(shí)，安全閥開啟泄壓，動(dòng)作時(shí)間≤50ms；c)三級(jí)緊急切斷：壓力≥130%工作壓力時(shí)，爆破片破裂并聯(lián)動(dòng)緊急停機(jī)，響應(yīng)時(shí)間≤5ms。8.7.1.2驗(yàn)證要求過壓保護(hù)應(yīng)進(jìn)行以下驗(yàn)證：a)壓力階躍測(cè)試（0～150%工作壓力），驗(yàn)證各級(jí)動(dòng)作順序與響應(yīng)時(shí)間；b)單點(diǎn)失效測(cè)試（如安全閥卡滯），驗(yàn)證備用泄壓通道有效性。8.7.2過溫保護(hù)8.7.2.1分級(jí)控制策略：過溫保護(hù)應(yīng)設(shè)置以下分級(jí)控制策略：a)一級(jí)預(yù)警：溫度≥80℃時(shí)，提升冷卻流量并報(bào)警；b)二級(jí)降載：溫度≥90℃時(shí)，電堆功率限制至70%，切換備用冷卻回路；c)三級(jí)停機(jī)：溫度≥95℃時(shí)，緊急停機(jī)并啟動(dòng)應(yīng)急冷卻，動(dòng)作閾值偏差≤±1℃。8.7.2.2傳感器冗余每片電堆配置雙溫度傳感器，差異≥2℃時(shí)觸發(fā)故障診斷。8.7.3泄漏保護(hù)8.7.3.1分級(jí)響應(yīng)機(jī)制泄露保護(hù)應(yīng)設(shè)置以下分級(jí)響應(yīng)機(jī)制：a)一級(jí)響應(yīng)：泄漏濃度≥15%LEL時(shí)，增強(qiáng)通風(fēng)并聲光報(bào)警；b)二級(jí)切斷：泄漏濃度≥25%LEL時(shí)，2s內(nèi)切斷氣源并啟動(dòng)氮?dú)獯祾摺?.7.3.2性能要求：泄露保護(hù)應(yīng)具有以下性能要求：a)傳感器檢測(cè)精度≤±1%LEL，響應(yīng)時(shí)間≤1s；b)從報(bào)警至執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作的延遲≤2s。8.7.4復(fù)合故障處理應(yīng)按如下要求進(jìn)行符合故障處理：a)過壓與過溫同時(shí)發(fā)生時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行壓力泄放，再啟動(dòng)強(qiáng)制冷卻；b)泄漏疊加過壓時(shí)，同步切斷氣源、泄壓及氮?dú)獯祾摺?.8電氣安全強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)符合以下電氣安全強(qiáng)化要求：a)防爆等級(jí)為ExdIICT4，表面溫度≤80℃;7T/UNPXXX—XXXXa)防火花接插件的火花能量≤20μJ，靜電接地電阻≤0.1Ω。8.9安全驗(yàn)證與測(cè)試系統(tǒng)的安全驗(yàn)證與測(cè)試應(yīng)符合以下要求：a)1.5倍工作壓力保壓30min無泄漏；b)在系統(tǒng)投運(yùn)前完成首次HAZOP分析，之后每5年進(jìn)行一次HAZOP分析。9運(yùn)維要求9.1系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控9.1.1系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)控9.1.1.1系統(tǒng)在運(yùn)行過程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控以下參數(shù)：a)氫氣側(cè)：壓力、流量、純度、露點(diǎn)溫度、泄漏濃度；b)空氣側(cè)：壓力、流量、顆粒物濃度、露點(diǎn)溫度；c)電堆狀態(tài)：溫度、單片溫差、濕度。9.1.1.2參數(shù)（9.1.1.1）的采樣頻率應(yīng)≥10Hz；其他參數(shù)采樣頻率應(yīng)≥1Hz。9.1.2遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷應(yīng)滿足要求：a)支持4G/5G或以太網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密；b)云端存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)≥3年，支持故障代碼自動(dòng)推送。9.2系統(tǒng)維護(hù)9.2.1日常維護(hù)系統(tǒng)的日常維護(hù)包括以下內(nèi)容：a)每日檢查泄漏傳感器功能（通入1%LEL標(biāo)準(zhǔn)氣體驗(yàn)證）；b)每周清潔空氣過濾器表面粉塵（壓縮空氣反吹）；c)每月檢查冷卻液電導(dǎo)率(≤5μS/cm）及液位。9.2.2預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)應(yīng)符合以下要求：a)關(guān)鍵部件的更換周期符合以下要求：1)氫氣循環(huán)泵軸承潤(rùn)滑：每2000h；2)空氣高效過濾器：每12個(gè)月或壓差≥初始值200%；3)安全閥校驗(yàn)：每24個(gè)月。b)傳感器的校準(zhǔn)符合以下要求：1)壓力/流量傳感器校準(zhǔn)：每6個(gè)月校準(zhǔn)一次（精度±0.5%FS）；2)濕度傳感器校準(zhǔn)：每12個(gè)月校準(zhǔn)一次。9.3定期檢查9.3.1宜每季度進(jìn)行一次氫氣系統(tǒng)檢查，