GB╱T 37562-2019 压力型水电解制氢系统技术条件.pdf
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1、ICS 27.180 F 19 睛望中华人民共和国国家标准GB/T 37562一2019压力型水电解制氢系统技术条件Technical conditions of pressurized water electrolysis system for hydrogen production 2019-06-04发布2020-01-01实施国家市场监督管理总局也舍中国国家标准化管理委员会保叩GB/T 37562-2019 目次前言.1 1 范围.2 规范性引用文件.3 术语和定义.2 4 分类与命名.2 4.1 压力型碱性水电解制氢系统.2 4.2 压力型PEM水电解制氢系统.3 5 技术要求.3
2、5.1 压力型水电解制氢系统.3 5.2 单体设备.4 5.3 管路及附件.6 5.4 电气设备及配线.7 5.5 自动控制和监测.8 5.6 组装及安装.9 6 试验检测.9 6.1 测试条件.9 6.2 试验.10 6.3 检测.11 7 标志.12 8 产品随机文件.12 nLhLnruqa q纸卜阳帽引装MM册护吊J手维运统用装搬系使安ihLqua哇。000。9 包装.附录A(资料性附录)典型压力型水电解制氢系统框图.15 附录B(资料性附录)容积法测试气体产量.16 附录c(资料性附录电流测试值计算气体产量.18 附录D(资料性附录分析仪器测试气体纯度.19 前本标准按照GB/T1.
3、1-2009给出的规则起草。-=E司本标准由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC309)提出并归口。GB/T 37562-2019 本标准起草单位:北京化工大学、苏州竟立制氢设备有限公司、中国标准化研究院、中国船舶重工集团公司第七一八研究所、天津市大陆制氢设备有限公司、山东赛克赛斯氢能源有限公司、中国电子工程设计院、普顿(北京)制氢科技有限公司、淳华氢能科技股份有限公司、四川川油天然气科技股份有限公司。本标准主要起草人z周俊波、杨溟洋、张碧航、王廉、周振芳、许卫、丁孝涛、周向荣、李克安、李俊荣、张祥春、薛贺来、潘网、赵迎春、王寿荣、陈立峰。I GB/T 37562-2019 压力型水电解制氢
4、系统技术条件1 范围本标准规定了压力型碱性水电解制氢系统和质子交换膜(PEM)水电解制氢系统的术语和定义、分类与命名、技术要求、试验与检测、标志、包装。本标准适用于工作压力大于或等于0.3MPa且小于或等于5.0MPa的压力型碱性水电解和压力型PEM水电解制氢系统。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单适用于本文件。GB/T 150(所有部分)压力容器GB/T 151 热交换器GB/T 629化学试剂氧氧化铀GB/T 1972 碟形弹簧GB/T 2306化学试剂氢氧化饵GB/
5、T 2829 周期检验计数抽样程序及表(适用于对过程稳定性的检验GB/T 3634.2 氢气第2部分:纯氢、高纯氢和超纯氢GB 3836.1爆炸性环境第1部分z设备通用要求GB 3836.14爆炸性环境第14部分:场所分类爆炸性气体环境GB/T 3863 工业氧GB 4793.1 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分z通用要求GB 5226.1 机械电气安全机械电气设备第1部分z通用技术条件GB/T 5831 气体中微量氧的测定比色法GB/T 5832.1 气体分析微量水分的测定第1部分:电解法GB/T 5832.2气体分析微量水分的测定第2部分z露点法GB/T 6285 气体中微量
6、氧的测定电化学法GB/T 8984 气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定气相色谱法GB/T 12241安全阅一般要求GB 12358 作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求GB/T 13306 标牌GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件GB 16808 可燃气体报警控制器GB/T 16895.23低压电气装置第6部分:检验GB/T 19142 出口商品包装通则GB/T 19774 水电解制氢系统技术要求GB/T 24499 氢气、氢能与氢能系统术语GB/T 28060 进出境货物木质包装材料检疫管理准则GB/T 37562-2019 GB/T 34542.1 氢气储存输送系统第1
7、部分E通用要求GB/T 37563 压力型水电解制氢系统安全要求GB 50030 氧气站设计规范GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范GB 50177 氢气站设计规范HG 20202 脱脂工程施工及验收规范JB/T 4711 压力容器涂敷与运输包装TSG 21 固定式压力容器安全技术监察规程3 术语和定义3.1 3.2 3.3 3.4 tion 3.5 3.6 3.7 GB/T 19774、GB/T24499界定的以及下列术语和定义适用于本文件。压力pr四sure垂直作用在容器单位表面积上的力。在本标准中,除注明者外,压力均指表压力。压力型水电解制氢系统pressurized wate
8、r electrolysis system for hydr咽enproduction 由具有规定压力的水电解槽及其附属设备、管道及其附件、箱体等共同构成的水电解制氢系统。耐性水电解制氢系统alkaline water el配trolysissystem for hydrogen production 由碱性水电解槽及其附属设备、管道及其附件、箱体等共同构成的水电解制氢系统。PEM水电解曾国j氢系统proton exchange membrane water electrolysis system for hydrogen produc-由PEM水电解槽及其附属设备、管道及其附件、箱体等共同构
9、成的水电解制氢系统。箱体enclosure 在制氢系统中,起到对电气系统与工艺系统进行分隔、保护和支撑的设备柜。吹扫purge 使用氮气或元油干燥空气,将设备加工过程中系统内部产生的粉尘、颗粒及易燃液体吹除清理。置换replacement 使用除CO2以外的,如N2或其他惰性气体将制氢系统内所有设备和管线中的空气、易燃易爆和有毒有害气体吹除,并使用这种气体对所有设备和管线填充并密封。3.8 标准状况standard temperature and pr四sure气体在温度为oC.压力为101.325kPa条件下的状态。4 分类与命名4.1 压力型耐性水电解制氢系统压力型碱性水电解制氢系统的产品
10、命名应由大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。产品纯度可按照GB/T19774中有关要求执行。GB/T 37562-2019 编制方法应符合下列规定:15D1口一xxx/xx型TIa 标准状况的氢气产量,单位为m3/h各厂家可自定的代号为碱性水电解制氢系统的代号,取碱水电解的拼音字母字头4.2 压力型PEM水电解制氢系统压力型PEM水电解制氢系统的产品命名应由大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。产品纯度可按照GB/T19774中有关要求执行。编制方法应符合下列规定:C5DJ口一xxx/xx型TL设主为MPa标准状况的氢气产量,单位为m3/h各厂家可自定的代号为PEM水电解制氢系统的代号,取纯水电
11、解的拼音字母字头5 技术要求5.1 压力型水电解制氢系统5.1.1 通用要求碱性水电解制氢系统、PEM水电解制氢系统的典型系统框图参见附录A。5.1.2 工作条件5.1.2.1 制氢系统工作环境应清洁、通风良好,工作环境温度宜为5.C45 c。5.1.2.2 制氢系统所处的场所属于有爆炸危险环境,其爆炸危险区域等级范围划分应符合GB50177、GB 50058的要求,电气设施的设防等级应为1区。5.1.2.3 碱性水电解制氢系统电解槽的工作温度宜为80c土5C,PEM*电解制氢系统的工作温度宜为60c土5C。5.1.2.4 对于压力型水电解制氢系统,当用户要求压力较高时,应尽量提高工作压力,以
12、减少压缩能耗。5.1.2.5 碱性水电解制氧系统的原料水品质应符合表1的规定。褒1髓性水电解制氢系统原料水水质名称单位指标电导率(25C)mS/m 主二1铁离子含量mg/L 1.0 氯离子含量mg/L 2.0 悬浮物mg/L 1.0 3 GB/T 37562-2019 5.1.2.6 碱性水电解制氢系统采用的氢氧化御或氢氧化纳应符合GB/T2306、GB/T629的规定。5.1.2.7 碱性水电解制氢系统运行中,电解液质量要求应符合表2的规定。襄2耐性KOH水电解制氢系统电解液晶质要求名称单位指标浓度%27-32 co了含量mg/L 100 铁离子含量mg/L 3 氯离子含量mg/L 800
13、a此浓度为采用KOH水浴液时.5.1.2.8 PEM水电解槽要求原料水至少应符合表3的规定。襄3PEM水电解槽水质要求名称单位指标电导率(25t;)mS/m:;0.10 可氧化物质含量(以O计mg/L 运0.08吸光度(254nm.1 cm光程:;0.01 蒸发残渣(105t;土2t;)mg/L 运1.0可溶性硅(以Si02计mg/L 骂王0.025.1.2.9 冷却水的水压宜为0.15MPa-0.35 MPa。循环冷却水的水质应符合表4的要求。亵4循环冷却水的水质要求名称单位指标pH(25 t;)6.5-8.0 氯离子含量mg/L 200 硫酸根含量mg/L 200 钙离子含量mg/L 20
14、0 铁离子含量mg/L 1.0 镀离子含量mg/L 1.0 溶解硅酸含量mg/L 50 5.2 单体设备5.2.1 通用要求5.2.1.1 水电解制氢系统的单体设备应根据类型、规模、功能要求等确定。5.2.1.2 水电解制氢系统单体设备的结构、工作参数应满足或优于水电解制氢系统的功能要求。5.2.1.3 单体设备内部或连接部位的内表面、零部件、密封件的材料,在电化学反应或与氢气/氧气接触的过程中应具有下列特性:4 GB/T 37562-2019 a)在规定的工作条件下具有良好的化学稳定性,在运行中不会发生各种形式的催化反应、电化学反应或其他形式的化学反应引起的寄生性副反应,以避免这些反应形成对
15、氢气/氧气的污染。b)应符合各项机械性能要求,并在工作条件下保持稳定的力学性能。所选用材料的化学成分、金相组织,不应发生或避免发生氢脆。d)所选用材料的化学成分、金相组织,在运行中不发生应力腐蚀、裂纹或氧腐蚀。5.2.1.4 任何条件下与氧气接触材料的自燃温度应比可承受的最高操作温度高50c。5.2.2 水电解槽5.2.2.1 水电解槽是水电解制氢系统的主体设备,它的性能参数将决定水电解制氢的技术性能。水电解槽的性能参数、结构设计应以降低单位氢气的电能消耗、减少制造成本、延长使用寿命为基本要求。应合理选择水电解槽的结构形式、电解小室及隔膜的构造、涂层和材质。5.2.2.2 水电解槽的氧气生产能
16、力、纯度和杂质含量应按制造厂家的企业标准和用户的要求协商确定。5.2.2.3 水电解槽电解小室的电极材质、涂层或催化剂等应根据电解槽类型/工作参数等因素确定。如果使用复辙式结构,要求电极有良好的体积导电率。同时隔膜应能够阻断正负极室之间的气体交换,以保证氢气与氧气的纯度。PEM水电解槽中电解小室的极板基材宜采用铁板。负极侧可采用金属铅作为催化剂,正极侧可采用钉镰合金或他们的氧化物或棍合物作为催化剂。5.2.2.4 PEM水电解槽以质子交换膜作为电解质,质子交换膜应具有足够化学稳定性以及质子交换能力,并保证足够的机械强度和热稳定性,一般要求膜材料致密不透气,厚度为150m-250m。5.2.2.
17、5密封垫片的选择应确保水电解槽在工作状态不渗漏,并能承受槽体开、停车时的工作状态变化。5.2.2.6 碟形弹簧的制造要求应符合GB/T1972的规定。5.2.2.7 焊缝不得有气孔、夹渣和裂纹等缺陷。5.2.2.8 水电解槽的电镀零部件的质量、检查应符合下列要求:a)镀件的镀层表面不得鼓泡、起皮、局部元镀层和划伤等严重缺陷。镀层表面质量应进行100%检验。b)镀件的镀层厚度、结合强度及孔隙率的检验抽样和抽样方法按照GB/T2829的规定。镀件可以采用相同工艺同时电镀的试件进行试验。5.2.3 压力容器5.2.3.1 压力容器的材料、设计、制造、检验和验收应符合TSG21、GB/T150的规定。
18、5.2.3.2 各类压力容器的材质选择,应充分考虑该容器氢侧和氧侧不同的使用要求和运行状态。5.2.4 箱体5.2.4.1 箱体内电气隔间应始终相对大气保持不小于5Pa的正压,并应根据箱体内部正压值、箱体的体积等确定排气量。5.2.4.2 电气隔间与制氢隔间之间应采用无孔、洞的隔板分隔,当必须要穿孔时应在箱体底部开孔。5.2.4.3 箱体应根据规模、功能要求确定,并应符合下列要求za)箱体应有足够的强度、刚度和耐久性,以保障全部设备和管路的安全。箱体同时要承担制氢系统在搬运、安装和操作过程中的受力和震动。b)箱体应采用抗腐蚀材料制造,如不锈钢板或镀镰铜板,其厚度应不小于0.6mm.c)箱体的绝
19、缘材料应通过机械或其他适当的方法进行固定.并应防止任何形式的移动和毁坏。d)箱体的内表面应平整,无氢气聚集空间,并在顶部设置排气口。如果有多处氢气聚集的空间,5 GB/T 37562-2019 则应设置多处排气口,或在相关空间内设置通气孔洞。e)箱体内应在方便检查和维修的位置设置检查口和维修口,检查口应设有视窗或盖板。f)箱体内应设置固定式氢气检测报警仪,其技术性能应符合GB12358和GB16808的规定。氢气检测报警仪监测空气中的氢气浓度,当达到0.4%体积分数时,应报警并开启事故风机。5.2.4.4 箱体应设有将水电解生成的氧气/氢气排放到室外指定区域的管路及其附件。对小型设备也可选择将
20、气体排放到室内,但此时应在室内装设富氧监测系统或氢气报警系统。5.2.5 氢气罐5.2.5.1 制氢系统应根据氢气使用特点和用户对氢气的要求设置相应的氢气罐。5.2.5.2 氢气罐的储存容量应根据氢气产量、用氢特点、氢气压力等参数确定。5.2.6 氧气罐5.2.6.1 制氢系统应根据用户对氧气的要求进行处置,可回收利用或直接排入大气,当回收利用时,应符合GB50177的有关规定,应对回收利用的氧气按要求设置相应的氧气罐。5.2.6.2 氧气罐的储存容量应根据用氧特点、氧气产量、氧气压力等参数确定。5.2.6.3 氧气罐及其连接管道和附件均应按HG20202严格进行脱脂处理。5.2.7 氢气纯化
21、单元5.2.7.1 氢气纯化器主要用于去除氢气中的氧气和水分等杂质.可采用催化法去除氧气杂质、采用吸附法去除氢气中的水分。5.2.7.2 氢气纯化器中各类压力容器的设计、制造检验和验收均应符合TSG21、GB/T150、GB/T151 中的规定。5.2.7.3 宜采用自动控制装置对氢气纯化过程和温度等进行控制。5.2.7.4 氧气纯化后的氧、水分的微量杂质浓度的检测应符合GB/T5831、GB/T5832.1、GB/T5832.2、GB/T 6285的有关要求。根据用户要求,宜设置连续监测仪器。5.2.8 阻火器5.2.8.1 水电解制氢系统的氢气排空口前,应装设阻火器。5.2.8.2 阻火器
22、的结构可采用砾石型、铜丝网型和波纹型。5.2.8.3 氢气阻火器应安装在靠近氢气排空口处。阻火器后的氢气管道应采用不锈钢管材,并设置防两帽。5.2.9 超压保萨装置5.2.9.1 水电解制氢系统应设置两路独立的超压联锁保护装置,以保障系统安全运行。5.2.9.2 在制氢系统箱体内排放的气体应该引到室外指定区域排放。5.2.9.3 压力泄放装置中安全阔的整定压力为l.05倍-l.1倍工作压力,安全阅应符合GB/T12241 的有关要求。5.3 曹路及附件5.3.1 通用要求5.3.1.1 水电解制氢系统的氢气管路、附件的材质选择应符合GB50177的有关要求,氧气管路、附件应符合GB50030的
23、要求。GB/T 37562-2019 5.3.1.2 管道支架的设置应符合GB50177的规定,支架与单体设备之间不应采用焊接。5.3.2 管路附件的布置5.3.2.1 管路附件的布置应符合水电解制氢系统带控制点的工艺流程图的要求,且应方便水电解制氢系统的运行操作、安装和维修。5.3.2.2 对于有热胀冷缩的管段,布置时应结合柔性计算和热补偿要求,进行妥善安排。5.3.2.3 管道及附件的布置应整齐有序,减少不必要的交叉,适当注意美观。5.3.3 气体管路5.3.3.1 气体管路宜采用无缝钢管制作。5.3.3.2 氢气管路及附件的设置应符合GB50177的有关规定。5.3.3.3 氧气管路及附
24、件的设置应符合GB50030的有关规定。5.3.3.4 置换口与置换用气体管路间,不宜设置固定连接,避免相互污染。5.3.3.5 气体管路应设置在线气体分析仪表。5.3.4 擅体及气渡管蹄5.3.4.1 冷却水管路需要保温时,应采用不燃材料。5.3.4.2 直流电源用冷却水应设断水保护及联锁停机装置。5.3.4.3 制氢系统中.各种设备及其管道内的冷凝水,均应经各自的排水水封排至室外,水封上的气体放空管应分别接至室外安全处。5.3.4.4 各种液体管路最高处和最低处应设置气体和液体泄放口。5.3.4.5 气液管路应进行防冲蚀设计。5.4 电气设备及配钱5.4.1 直流电源的配置5.4.1.1
25、水电解制氢系统的水电解槽与直流电源应按一对一方式独立配置,直流电源宜采用高频开关电摞、晶闸管整流器或硅整流器。5.4.1.2 直流电源应设有自动调压和自动稳流功能,并具备直流过流、交流缺相等联锁保护功能。5.4.1.3 制氢系统使用的整流器选择,应符合下列要求:a)额定直流电压应大于水电解槽的最大工作电压,调压范围宜为0.6倍-1.05倍水电解槽的最大工作电压zb)额定直流电流不应小于水电解槽的最大工作电流,并宜为水电解槽最大工作电流的1.1倍.5.4.1.4 氢气生产环境的电气设施的应按GB50177的规定分为1区和2区。爆炸危险区域内的电气设备防爆等级应为H类C级T1组,并符合GB3836
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