燃料電池汽車加氫裝置防爆技術(shù)規(guī)范

1燃料電池汽車加氫裝置防爆技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了燃料電池車輛的加氫裝置在防爆設計、爆炸危險區(qū)域的劃分、防爆電氣設備的選型、防爆電氣設備的安裝和日常檢查維護等內(nèi)容。本文件適用于安裝在氫氣加注站內(nèi)，額定工作壓力不高于70MPa的高壓氫氣加注裝置。其他工作壓力的加氫裝置應按照本文件中規(guī)定要求進行評估。本文件不適用于采用固體或其他液體溶劑作為氫氣載體的加注裝置。2規(guī)范性引用文件GB3836.1爆炸性環(huán)境第1部分：設備通用要求GB3836.2爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備GB3836.3爆炸性環(huán)境第3部分：由增安型“e”保護的設備GB3836.4爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設備GB/T3836.5爆炸性環(huán)境第5部分:由正壓外殼“p”保護的設備GB/T3836.6爆炸性環(huán)境第6部分：由液浸型“o”保護的設備GB/T3836.7爆炸性環(huán)境第7部分：由充砂型“q”保護的設備GB3836.8爆炸性環(huán)境第8部分:由“n”型保護的設備GB3836.9爆炸性環(huán)境第9部分：由澆封型“m”保護的設備GB3836.14爆炸性環(huán)境第14部分：場所分類爆炸性氣體環(huán)境GB/T3836.15爆炸性環(huán)境第15部分：電氣裝置的設計、選型和安裝GB/T3836.22爆炸性環(huán)境第22部分：光輻射設備和傳輸系統(tǒng)的保護措施GB50516加氫站技術(shù)規(guī)范AQ3009危險場所電氣防爆安全規(guī)范IEC60079-10-1Explosiveatmospheres–Part10-1:Classificationofareas–Explosivegasatmospheres3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1環(huán)境溫度ambienttemperature設備或元件周圍的空氣或其他介質(zhì)的溫度。注：對于防爆技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的電氣設備，默認環(huán)境溫度為-20℃~+40℃。若防爆電氣設備預期使用的環(huán)境溫度不同于以上環(huán)境溫度，必須在防爆合格證書等相關(guān)文件中標識。3.2電纜引入裝置cablegland允許將一根或多根電纜或光纜引入電氣設備內(nèi)部并能保證設備整體防爆形式的裝置。3.3防爆合格證certificate用于確定設備符合標準的要求、型式試驗和適應的例行試驗的文件。3.4設備保護等級（EPL）equipmentprotectionlevel2根據(jù)設備成為點燃源的可能性和爆炸性氣體環(huán)境、爆炸性粉塵環(huán)境及煤礦甲烷爆炸性環(huán)境所具有的不同特征而對設備規(guī)定的保護級別。注：對于本標準涉及的加氫裝置，僅適用于爆炸性氣體環(huán)境內(nèi)使用設備的保護級別。如果涉及爆炸性粉塵環(huán)境和/或煤礦甲烷爆炸性環(huán)境，需要進行額外的評估。3.5Ga級EPLGa爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“很高”的保護級別，在正常運行、出現(xiàn)的預期故障或罕見故障時不是點燃源。3.6Gb級EPLGb爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“高”的保護級別，在正常運行或預期故障條件下不是點燃源。3.7Gc級EPLGc爆炸性氣體環(huán)境用設備，具有“一般”的保護級別，在正常運行中不是點燃源。也可采取一些附加的保護措施，保證在點燃源預期經(jīng)常出現(xiàn)的情況下不會形成有效點燃。3.8危險場所hazardousarea爆炸性環(huán)境出現(xiàn)或預期出現(xiàn)的數(shù)量足以要求對設備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采取專門預防措施的場所。3.9區(qū)域zones根據(jù)爆炸性環(huán)境出現(xiàn)的頻次和持續(xù)時間將危險場所劃分為不同的區(qū)。3.100區(qū)zone0可燃物質(zhì)以氣體、蒸氣或薄霧的形式與空氣形成的爆炸性環(huán)境，連續(xù)出現(xiàn)或長期存在或頻繁出現(xiàn)的場所。3.111區(qū)zone1可燃物質(zhì)以氣體、蒸氣或薄霧的形式與空氣形成的爆炸性環(huán)境，在正常運行時偶爾出現(xiàn)的場所。3.122區(qū)zone2可燃物質(zhì)以氣體、蒸氣或薄霧的形式與空氣形成的爆炸性環(huán)境，在正常運行時不可能出現(xiàn)，如果出現(xiàn)也僅是短時間存在的場所。3.13釋放源sourceofrelease可燃性氣體，蒸氣，薄霧或液體可從一點或某位置釋放到大氣中，從而形成爆炸性氣體環(huán)境。3.14連續(xù)釋放源continuousgradeofrelease連續(xù)釋放或預期發(fā)生頻繁或長期釋放注：“頻繁”和“長期”這兩個術(shù)語均旨在描述潛在釋放的可能性很高。在這方面，這些術(shù)語不必一定要量化。3.15一級釋放源primarygradeofrelease釋放可能會在正常運行期間定期或偶爾發(fā)生3.16二級釋放源secondgradeofrelease正常運行中不會發(fā)生的釋放，如果確實發(fā)生，則是偶爾發(fā)生且持續(xù)時間很短。3.18背景濃度backgroundconcentration釋放噴流外所考慮容積內(nèi)易燃物質(zhì)的平均濃度3.19通風ventilation由于風，溫度梯度或人為因素（例如風扇或抽氣機）的影響，使空氣流動并用新鮮空氣代替的過程。3.20稀釋dilution易燃蒸氣或氣體與空氣的混合，隨著時間的流逝，可燃物質(zhì)濃度降低的過程。4氫氣加注裝置基本要求34.1結(jié)構(gòu)要求氫氣加注裝置整機應按制造商規(guī)定或經(jīng)過批準的技術(shù)圖紙和文件制造。主體結(jié)構(gòu)和受力部件應能支撐自身重量和內(nèi)部安裝的部件重量。氫氣加注裝置的內(nèi)部零件之間的安裝面、門與側(cè)板之間的結(jié)合面應整齊勻稱，不應有明顯錯位。如果包含滑動、轉(zhuǎn)動部件、運動部件，部件之間應輕便、靈活、平穩(wěn)，無阻滯現(xiàn)象，同時避免金屬部件間的剛性碰撞。緊固件應連接牢固，無松動，插接件應接觸良好。4.2材料要求構(gòu)成整機外殼部分的金屬材質(zhì)，鎂和鈦總含量不應超過7.5%。金屬表面如果噴漆或涂漆處理，涂層厚度應不超過0.2mm。可觸及的非金屬材質(zhì)，應滿足下列要求之一：1）表面電阻值不大于109Ω,具體試驗和評估方法，見標準GB3836.1-2010第26.13條；2）非金屬外殼表面積（投影面積）不超過2000mm2；3）長條形或棒狀非金屬部件不需要考慮面積，單直徑或?qū)挾炔怀^20mm；4）對非金屬部件進行轉(zhuǎn)移電荷限制，見標準GB3836.1-2010第26.14條；5）對非金屬部件進行轉(zhuǎn)電容測量，確保其不能儲存危險電荷，見標準GB3836.1-2010第26.15條；6）設備設置靜電電荷警告牌，并在文件中規(guī)定避免在操作中產(chǎn)生靜電放電的方法。氫氣加注裝置的承壓管道和連接裝置應滿足壓力容器、壓力管道等國家標準規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量證明書應符合現(xiàn)行國家標準的有關(guān)規(guī)定，在取得特種設備檢測研究院發(fā)放的產(chǎn)品安全性能報告后方可投入使用。4.3現(xiàn)場安裝要求氫氣加注裝置整機應安裝在通風良好的室外，上方有足夠尺寸的遮擋。整機安裝底座高于地面15mm～200mm，同時為車輛穿行預留足夠空間，避免撞擊。底座至少使用四枚地腳螺栓或膨脹螺栓安裝在水泥基礎(chǔ)上。水泥基礎(chǔ)應預留孔位，方便連接電纜、接地及管道，預留孔完成安裝后應用黃沙或其他致密材質(zhì)有效封堵以防止氫氣聚集。以上填充要求符合GB50516要求，是否采用柔性有機材質(zhì)或保持開放空間可進一步討論氫氣加注裝置安裝位置應分析所處危險區(qū)域類型，確保設備保護等級（EPL）滿足危險區(qū)域安裝設備的要求。加氫槍應配置拉斷閥，防止加氫軟管斷裂后產(chǎn)生不可控泄漏。5.氫氣加注裝置防爆區(qū)域劃分5.1概述氫氣加注裝置通常由氫氣供給管道，控制測量系統(tǒng)，付費人機交互系統(tǒng)構(gòu)成。其中氫氣供給管道的閥門、密封結(jié)構(gòu)、接頭、連接件等是整機的釋放源，其他系統(tǒng)或設備均無爆炸性氣體釋放。5.2釋放源分析氫氣供給管道在正常工作條件下不會發(fā)生氫氣釋放，即使發(fā)生，也是短時間少量氫氣釋放，因此是二級釋放源。對于二級釋放源，評估產(chǎn)生釋放的泄漏尺寸的表格如下：表1二級釋放孔的橫截面推薦值4>0.25至2.5>0.1至0.25于5mma.建議在小口徑管道上用于環(huán)形接頭，螺紋連接，壓縮接頭（例如金屬壓縮接頭）和b.此項目不是指閥門完全打開，而是指由于閥門組件故障而），），注：其他典型值也可以在有關(guān)的國家標準或行業(yè)鑒于氫氣加注裝置工作壓力較高，通常為35MPa或70MPa,發(fā)生泄漏時的泄漏速度會超過音速，可采用以下公式計算泄漏速度：其式Wg--泄漏速度,kg/s；Cd--排放系數(shù)（無量綱），尖孔通常取0.5至0.75，圓形孔通常為0.95至0.99；S--孔的橫截面，m2，參照表1的值；p--容器內(nèi)壓力，Pa；γ--絕熱膨脹的多方指數(shù)或比熱比（無量綱），氫氣為1.4；M--氣體或蒸汽的摩爾質(zhì)量，kg/kmol，氫氣為2kg/kmol；Z--壓縮系數(shù)（無量綱）；R--通用氣體常數(shù)，R=8314J/kmolK；5T--流體，氣體或液體的絕對溫度，K。氣體體積流量為：式中，式中Qg--氣體體積流量，m3/s；g--氣體密度，kg/m3；Pa--大氣壓，101325Pa；Ta--絕對環(huán)境溫度，K。注：在釋放口處的氣體溫度可能低于環(huán)境溫度的情況下，通常將Ta用作等于氣體溫度的值，以提供近似值，以便于計算。5.3通風分析通風可分為人工通風系統(tǒng)和自然通風系統(tǒng)。通風系統(tǒng)的選擇和評估，對于控制和稀釋封閉空間中可燃氣體和蒸氣的釋放至關(guān)重要。注：特定應用場景的通風標準可以在國家標準或行業(yè)法規(guī)中找到。由于氫氣加注裝置安裝在室外，因此發(fā)生泄漏的危險取決于釋放源的等級、氣體的性質(zhì)和周圍空氣氣流的的情況。在露天情況下，空氣流動通常足以確保驅(qū)散該區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的任何爆炸性氣體。表2提供了戶外風速的參考值。表2戶外風速的參考值戶外地點無阻擋區(qū)域有阻擋區(qū)域高度>2m至5m>5m>2m至5m>5m用于評估比空氣輕的氣體/蒸氣釋放的通風流速指南0.5m/s2m/s0.5m/s0.5m/s注：通常，表中的值可表示是否滿足充分通風。5.4稀釋程度分析根據(jù)已知的釋放源的釋放速率和通風條件，可以通過下圖確定泄漏的爆炸性物質(zhì)被稀釋的程度6圖1稀釋度評估圖其中，Wg/(ρg×k×LFL)(m3/s)為釋放源泄漏特性，ρg=paM/RTa（kg/m3）為氣體/蒸汽的密度;k為LFL的安全系數(shù)，通常在0.5～1.0之間。在空氣流動沒有明顯限制的室外場所，如果不滿足高稀釋條件，則稀釋度應分類為中度。在露天情況下通常不會發(fā)生低稀釋度。通風通常存在三個級別，即：1）良好：幾乎連續(xù)不斷地存在通風；2）一般：正常運行期間應保持通風。允許發(fā)生不經(jīng)常發(fā)生且時間短的間斷；3）差：通風不符一般或良好標準，但預計不會出現(xiàn)長期中斷。+在露天情況下，稀釋度通常被認為是中等程度的，而根據(jù)風的存在，通風的可用性可以被認為是良好的，除非通風受限，例如在坑中，堤壩中或被高大建筑物包圍的區(qū)域內(nèi)。5.5危險區(qū)域的評估危險區(qū)域（的評估包含因素包括：1）釋放源；2）通風速率和稀釋度；3）通風等級。下表可用于評估室內(nèi)和室外危險區(qū)域表3根據(jù)釋放和通風效果確定危險區(qū)（zone）差差差7a.0區(qū)NE，1區(qū)NE或2區(qū)NE表示理論區(qū)域，在c.如果通風太弱且釋放的程度使得實際上處于爆炸性氣體氣氛幾乎連續(xù)存在（即接近“無通風”狀態(tài)），則將位依靠自然通風的密閉空間中的通風狀況永遠在氫氣加注裝置中的氫氣供給系統(tǒng)中，可能形成爆炸性氣體的危險區(qū)域和危險區(qū)域的范圍取決于釋放速率和其他幾個因素，例如釋放源性質(zhì)，釋放幾何形狀和周圍的幾何形狀。也可以使用基于經(jīng)驗豐富的案例評估或科學的計算方法，例如計算流體動力學（CFD）。應該按照不同釋放方式確定危險區(qū)（zone）的擴散范圍，例如：a）高速無阻礙的射流釋放；b）低速擴散射流釋放或由于釋放的幾何形狀或撞擊在附近表面上而失去動量的射流；c）沿水平表面（例如地面）擴散比重大于空氣的氣體或蒸氣。對于工作壓力在35MPa或70MPa的氫氣供給系統(tǒng)，通常采用a)項，可結(jié)合下圖確定危險區(qū)范圍8圖2危險區(qū)范圍評估6.防爆電氣設備的選擇6.1設備的使用環(huán)境溫度氫氣加注裝置的設備使用環(huán)境溫度范圍，應取所安裝所有防爆電氣設備的使用環(huán)境溫度下限的最大值和上限的最小值。6.2氣體組別氫氣加注裝置內(nèi)選用的防爆電氣設備的氣體組別應為IIC類、IIB+H2或標注可使用在爆炸性H2環(huán)境中的產(chǎn)品。此處待討論，是否確定使用IIC類設備。6.3溫度組別可使用T1-T6溫度組別的電氣產(chǎn)品6.4設備保護等級(EPL)與危險區(qū)域（Zone）的關(guān)系表4設備保護等級(EPL)與危險區(qū)域（Zone）對應表EPL防爆型式防爆標志依據(jù)標準可使用的危險區(qū)域Ga本質(zhì)安全型GB3836.4Zone0Zone1Zone2澆封型maGB3836.9光輻射設備和傳輸系統(tǒng)的保護opGB/T3836.22隔爆型dGB3836.1增安型eGB3836.39Gb本質(zhì)安全型GB3836.4Zone1Zone2澆封型mbGB3836.9油浸型oGB3836.6正壓保護型px,pyGB/53836.5充砂型qGB3836.7光輻射設備和傳輸系統(tǒng)的保護opGB/T3836.22Gc本質(zhì)安全型GB3836.4Zone2澆封型mcGB3836.9無火花型nAGB3836.8限制呼吸型nRGB3836.8封閉式斷路器/密封型/有火花型nCGB3836.8正壓保護型pzGB/T3836.5光輻射設備和傳輸系統(tǒng)的保護opGB/T3836.227.布線要求氫氣加注裝置內(nèi)電氣布線應使用帶有護套的軟電纜，例如普通堅韌橡膠護套電纜，普通氯丁橡膠護套電纜，加厚氯丁橡膠護套電纜、塑料護套電纜等?，F(xiàn)場安裝時內(nèi)部設備之間，不允許使用無護套單芯電線走線，除非安裝在外殼或?qū)Ч芟到y(tǒng)內(nèi)部。鋼管布線單獨敘述導管進入或離開氫氣加注裝置應配有密封裝置，防止爆炸性氣體積聚并從危險場所傳播到非危險場所。在密封裝置和危險場所邊界之間不應有連接器、耦合器或其他附件。導管密封裝置應在護套四周密封，并且電纜應有效填充，或在導管內(nèi)單個導體周圍密封。密封工藝應不收縮，不透水、不受危險區(qū)域內(nèi)其他化學物質(zhì)影響。導管內(nèi)可使用無護套的絕緣單芯或多芯電纜。但是導管內(nèi)有三根或多根電纜時，電纜包括絕緣層的總截面積不超過導管截面積的40%。8.接地要求氫氣加注裝置應設有接地排，接地排連接件應能保證與內(nèi)部安裝的防爆電氣設備外接地通過不小于4mm2的黃綠導線可靠連接。接地連接件應配有防松墊片，以保持與接地線可靠接觸力。接地連接件與墊片應作防銹處理，接地電阻小于0.1Ω。加注槍/管道與接地點間電阻小于1MΩ。對于爆炸性環(huán)境的接地系統(tǒng)要求，見表5。表5爆炸性危險環(huán)境接地系統(tǒng)的要求接地系統(tǒng)要求TN系統(tǒng)應使用TN-S接地系統(tǒng)，中性線與PE不應連接在一起或合并成一根導線。從TN-C轉(zhuǎn)換到TN-S任何部位，PE應在非危險場所與等電位連接系統(tǒng)相連。TT系統(tǒng)應采用剩余電流裝置進行保護。IT系統(tǒng)應提供絕緣監(jiān)控裝置顯示第一次故障。9.不同保護型式防爆電氣設備的補充要求9.1對于隔爆型“d”設備的補充要求氫氣加注裝置內(nèi)安裝的隔爆型“d”保護的電氣設備外殼隔爆面與障礙物的最小間距應大于40mm。隔爆面應防止物理傷害，使用制造商規(guī)定的緊固件緊固。隔爆面不允許噴涂油漆或安裝襯墊。9.2對于增安型“e”設備的補充要求增安型“e”保護的設備安裝使用時，應確保密封襯墊和緊固件的正確安裝，以達到制造商設計使用要求的IP等級。外殼內(nèi)不允許安裝未經(jīng)認證的，有過熱表面或打火元件的設備。9.3對于本質(zhì)安全型“i”設備的補充要求應保留供應商提供的產(chǎn)品文件，確定本安設備是否需要提供安全柵供電。如果需要，確認本質(zhì)安全型設備的本安參數(shù)Ui,Ii,Pi,Ci,Li,和安全柵的本安參數(shù)Uo,Io,Po,Co,Lo。選型是應確保Ui≥Uo，Ii≥Io,Pi≥Po,（Ci+Cl）≤CoLi+Ll）≤Lo，其中Cl與Ll為連接導線的分布電容、分布電感。連接安裝在安全區(qū)的安全柵與危險區(qū)的本安設備的屏蔽線應單端接地，如下圖：圖3導電屏蔽接地9.4對于正壓型保護“p”設備的補充要求正壓型“p”保護的設備在正壓外殼形成正壓前，不能帶電，此時帶電的設備應有對應的防爆形式保護。正壓外殼在完成規(guī)定時間的吹掃過程后，才允許帶電。正壓外殼應有明顯的標識，以說明正壓外殼的特性，以及打開外殼時的要求。正壓設備制造商規(guī)定的保護裝置，如壓力變送器，流量變送器，吹掃計時功能，吹掃完成后上電功能，低壓報警斷電功能等應能正常動作。正壓外殼排氣口的火花擋板要求見表6。表6阻擋火花和顆粒裝置管道出口區(qū)域的EPL要求設備ABGb要求a要求aGc要求不要求A:正常運行時可能產(chǎn)生具有點燃能力的火花或顆粒的設備。B:正常運行時不產(chǎn)生具有點燃能力的火花或顆粒的設備。a如果正壓出現(xiàn)故障時內(nèi)部設備的溫度有點燃危險，應安裝合適的保護裝置，防止周圍可燃氣體很快進入正壓外殼內(nèi)10.文件要求氫氣加注裝置的制造商應準備圖紙和技術(shù)文件以說明其生產(chǎn)的設備滿足GB3836系列標準的要求。具體資料應包括整機總裝圖、電氣設備分布圖、接線原理圖、危險區(qū)域劃分圖、氣路圖、控制原理圖（如需要）、所安裝電氣設備的防爆合格證書、本安參數(shù)對照表、說明書和企業(yè)標準。如果需要，還應配置對操作人員技能要求和培訓的相關(guān)資料?！ㄙY料性附錄）危險區(qū)域建議標識A.1危險區(qū)標識（zone）Zone0Zone1Zone2圖A.1危險區(qū)域標識A.2可燃物特性表工廠：紙123456789可燃物質(zhì)性質(zhì)揮發(fā)性aLFL防爆特性名稱組成摩爾質(zhì)量（kg/kmol）氣體/空氣相對密度絕熱膨脹指數(shù)γ燃點(℃)沸點20℃條件下蒸汽壓力Vol設備組別溫度組別其他信息和備注a.通常給出蒸氣壓的值，但在沒有蒸氣壓的情況下，可以使用沸點A.3釋放源列表工廠：123456789序號釋放源可燃物質(zhì)通風危險區(qū)簡介位置釋放源等級a釋放率（kg/s）流量相關(guān)內(nèi)容b工作溫度和壓力狀態(tài)c類型d稀釋等級e效果Zone0-1-2范圍相關(guān)f其他信息和備注℃kPab．引用第一部分中的清單編號c.見通風部分f．指示代碼參考（如果使用）或計算參考B.1危險區(qū)域分類的圖解方法三種不同釋放源的分析方法否否是非危險區(qū)二級釋放源連續(xù)釋放源見B.4見B.2B.1危險區(qū)域分類的圖解方法三種不同釋放源的分析方法否否是非危險區(qū)二級釋放源連續(xù)釋放源見B.4見B.2（資料性附錄）圖解法危險區(qū)域分類開始可燃物容器可燃物的數(shù)量是否能夠形成爆炸性危險環(huán)境是是否存在釋放源是能否消除釋放源否必須確認釋放源等級一級釋放源見B.3B.2連續(xù)釋放源危險區(qū)劃分低高是 能否改變?yōu)橹邢♂尪缺仨毚_定通風有效性未考慮通風的有效性差一般差確認危險區(qū)種類確認危險區(qū)種類Zone0NE非危險區(qū)Zone0NEZone1Zone0Zone0Zone0NEZone2B.2連續(xù)釋放源危險區(qū)劃分低高是 能否改變?yōu)橹邢♂尪缺仨毚_定通風有效性未考慮通風的有效性差一般差確認危險區(qū)種類確認危險區(qū)種類Zone0NE非危險區(qū)Zone0NEZone1Zone0Zone0Zone0NEZone2連續(xù)釋放源是否能變更為一級釋放源 必須評估影響危險區(qū)域的等級和范圍的參數(shù)（如釋放率和釋放速度）