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燃料电池测试试验室内部建设要点

发布时间:2022.02.10  点击量:

燃料电池测试试验室是近年来兴起的一类专门进行新能源汽车关键零部件测试的新型场所,其旨在为燃料电池汽车相关的燃料电池发动机系统、电堆以及关键零部件的测试评价标准提供验证支持,为燃料电池行业发展提供坚实的基础保证。


基于燃料电池试验室的特殊属性,其需要既实用美观,又具备防火、防爆等安全性能。此外,为了给测试人员提供舒适的测试环境、给燃料电池电堆等关键零部件提供优良的储存场所,还需增加岗位新风、试验室内部空调控温等功能,达到环保、安全、可靠、经久耐用的要求。


综上所述,只有遵循安全、高效、实用、美观以及“以人为本”的原则,才能建成正规化、标准化的燃料电池试验室。


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北京(Kewell)在建燃料电池测试试验室图片

一、燃料电池试验室内部建设的三大要素
在现代化的燃料电池测试试验室中,先进的测试附属设备及安全的测试环境是提升测试效率,促进检验检测成果可靠的必备条件。所以,安全、高效、实用是我们在燃料电池试验室规划建设时具备的三大要素。
安全:
在进行燃料电池测试的过程中,多种测试项目(如极化曲线测试、活化测试等)会涉及到使用氢气(易燃易爆气体,爆炸极限4%~75%),故确保氢气的使用安全是测试试验室建设中需考虑的核心要点。
在燃料电池测试试验室建设中,可通过以下几方面控制测试试验室测试过程安全:
1)零部件选型:
a.机械零部件:通常情况高压氢气(20MPa)选用316&316L不锈钢材质零部件,低压氢气(3MPa)及氮气管路选用304材质零部件,避免材料氢脆导致漏气的事故发生;

b.电气零部件:选用IIC T1级以上防爆等级的电气元件。

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2)安全设计:主要考虑预防点
a. 氢气氮气毗邻点气体反串
b. 氢气主管道排空不畅
c. 氢气排空下压导致低空聚集
d. 远程急停措施失效
e. 氢空排空混合风险

3)安全施工:
a. 零部件脱脂:管道、阀门、管件、仪表、垫片及其他附件按国家现行标准《脱脂工程施工及验收规范》HG20202进行脱脂,脱脂合格后的管道及组成件应用氮气或空气吹净封闭,防止污染。
b.连接工艺:氢气管道直接的连接,尽量采用焊接。与设备、阀门的连接,部分采用卡套、法兰(0-3MPa)或锥螺纹(3-20MPa)进行连接,便于后期拆卸维修,连接后张贴流向标识。

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c. 焊缝检测:管道焊接完成后对焊缝进行抽样射线检测,每名焊工焊接接头射线检测/渗透探伤的百分数不小于10%,检测结果符合NB/T47013-2015 《承压设备无损检测》规定的Ⅲ级合格标准。

4)试运行验证:管道阀门在安装完成后,必须进行压力测试,依照下表执行:

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注∶
a.表中P指氢气管道设计压力。
b.试验介质不应含油。
c.以空气或氮气做强度试验时,应制定安全措施。
d.以空气或氮气做强度试验时,应在达到试验压力后保压5 min,以无变形、无泄漏为合格。以水为介质做强度试验时,应在试验压力下保持10 min,以无变形、无泄漏为合格。
e.气密性试验达到规定试验压力后,保压10 min,然后降至设计压力,对焊缝及连接部位进行泄漏检查,以无泄漏为合格。
f.泄漏量试验时间为24h,泄漏率以平均每小时小于0.5%为合格。

流程图:

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5)运行保证:设置在控制间设置氢能实验室安全仪表系统(SIS),控制面板集成氢气管路、氮气管路、压缩空气管路、循环水管路及去离子水管路的流量计、温度传感器、压力传感器数值进行显示,对氢气气源气动阀操作进行界面展示,可实现远程操作,保证运行设备的安全。

高效:
1)操作高效:提高燃料电池测试试验室的操作效率,试验室内部配置的管道、阀门位置,均需考虑便于操作。在保证流量及压降符合使用条件下,设备的控制阀门尽量布置于1.2-1.7m高的位置上。

2)点检高效:气体及水路供应主管路均设置压力表及压力传感器,可现场在点检过程中判定是否有压力检测元件出现测量错误;在控制室可设置传感器远程监控系统,在确定传感器可靠的情况下,远程对资源主管路运行情况进行点检,提升运行效率。

3)运行高效:关键零部件位置可设置旁通阀,在零部件出现异常时,可通过开启旁通阀进行资源持续供应,保证不间断测试。

实用:
简洁大方的色彩搭配、配有符合人体工程学的试验桌椅,可以为测试人员提供健康、舒适的测试环境。

二、燃料电池测试试验室内部建设的环境要求
通风:
1)防爆场所通风:通风次数不少于3次/h(GB50177),事故排风装换气次数每小时不应少于12次。

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防爆风机
2)换气通风:试验室内会放置消耗式负载。由于试验时间长,试验过程中负载可能会产生大量热量,导致室内温度过高,不利于人员作业的情况出现。因此,试验室中应有良好的通风条件,配置必要的通风设备。

3)温度和湿度:试验室要求适宜的温度和湿度、室内的气温、湿度和气流速度等条件,上述因素对于测试人员和被测零部件在进行测试作业过程中会产生重大影响。所以,应根据燃料电池电堆及发动机等零部件的测试及储存要求设置。

整洁度:
保持试验室的清洁是非常重要的。室外大气中的尘埃,借换气过程会进入试验室,试验内含尘量过高,空气不净,不但影响检验检测结果,严重时可能会损坏仪器设备的元件,从而造成设备短路或其他潜在危险。

三、燃料电池测试试验室内部建设的设施要求
供排水:
试验室都应有供排水装置。一般配置安装水管、水龙头、水槽、地漏等,便于进行冲洗。

供电:
为保障试验室的正常工作,电源的质量、安全可靠性及连续性必需得到保证。一般用电和试验用电必须分开,照明用电及设备用电需分别设置两个配电线路;对于燃料电池测试试验室,由于其中可能涉及负载馈电问题,为保证馈电利用率,降低试验室运营电力成本,需进行电力控制设计,电力设计方案一般如下所示:

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2022年1月,基于上述建设理念的燃料电池测试试验室将在北京大兴氢能示范区投入使用。通过以上设计,切实为试验者提供了安全、舒适的试验操作环境。
随着燃料电池测试事业的不断发展,燃料电池测试试验室建设和规划正逐步完善,新技术、新要求带来的是试验室更新换代的迫切需要。为此,应该提高对燃料电池测试试验室的建设与改造的重视程度,以技术及安全理念赋能试验室建设,保证测试人员及零部件的安全,促进氢能行业发展。

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引用规范文件(包含但不限于)
GB/T 37244 质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气
GB 3836.14 爆炸性环境 第 14部分∶场所分类 爆炸性气体环境
GB 3095 环境空气质量标准
GB 50016 建筑设计防火规范(2018年版)
GB 50177 氢气站设计规范
NB/T47013-2015 《承压设备无损检测》
GB 50516 加氢站技术规范
GB 50316 工业金属管道设计规范
GB 4962 氢气使用安全技术规程
GB 7231 工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识
GB 50019 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范
GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范
GB 50116 火灾自动报警系统设计规范
GB 50222 建筑内部装修设计防火规范
GB 51245 工业建筑节能设计统一标准
GB 50140 建筑灭火器配置设计规范
GB 51309 消防应急照明和疏散指示系统技术标准
GB 50013 室外给水设计标准
GB 50014 室外排水设计规范
GB 50015 建筑给排水设计标准
GB 50054 低压配电设计规范