DB13 T 5752-2023 氢燃料电池动力船舶储供氢系统设计要求.pdf

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1、 ICS 27.070 CCS F 19 13 河北省地方标准 DB 13/T 57522023 氢燃料电池动力船舶储供氢系统设计要求 2023-06-19 发布2023-07-01 实施河北省市场监督管理局发 布 DB 13/T 57522023 I 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由河北省工业和信息化厅提出。本文件由河北省燃料电池标准化技术委员会（HeB/TC 29）归口。本文件起草单位：中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司、北京派瑞华氢能源科

2、技有限公司、中船动力研究院有限公司、特嗨氢能检测（保定）有限公司。本文件主要起草人：张明俊、任圣哲、杨琨、张小玉、郑铭路、王艳萍、袁生浩、张爱国、郝珍、王大威、张英、胡乃武。DB 13/T 57522023 1 氢燃料电池动力船舶储供氢系统设计要求 1 范围 本文件规定了燃料电池动力船舶储供氢系统的设计依据、设计准则、设计内容和设计验证等。本文件适用于燃料电池动力船舶高压气态（储氢压力70MPa）储供氢系统的设计。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的

3、修改单）适用于本文件。GB/T 17926 车用压缩天然气瓶阀 GB/T 26779-2021 燃料电池电动汽车加氢口 GB/T 26990 燃料电池电动汽车 车载氢系统技术条件 GB/T 34542.1-2017 氢气储存输送系统 第1部分：通用要求 GB/T 34583-2017 加氢站用储氢装置安全技术要求 GB 50516 加氢站技术规范 TSG 23 气瓶安全技术规程 船舶应用燃料电池发电装置指南 中国船级社2022 3 术语和定义 GB/T 26990、GB/T 17926、船舶应用燃料电池发电装置指南界定的以及下列术语和定义适用于本文件。氢气瓶 hydrogen storage

4、bottle 公称压力不大于70MPa，用于储存压缩氢气的可重复装载气瓶。紧急切断装置(ESD)emergency shutdown device 当出现了重大事故时需要立即执行且无延迟的关闭燃料电池运行、切断氢燃料供应和非防爆电气设备的电控安全操作设备。储供氢系统 hydrogen storage and supply systems 燃料电池动力船舶上氢燃料从加注口至燃料电池进口，与氢燃料加注、储存、输送、供给、惰化、排空和控制等相关装置组成的系统。供氢管路 hydrogen supply pipeline 氢气瓶瓶阀到减压阀之间以及减压阀到燃料电池之间输送氢燃料的本文件。加注管路 fil

5、ling pipeline 加氢口到瓶阀之间输送氢燃料的管路。排空管路 drain pipeline 供氢管路中安全阀或瓶口、瓶尾阀连接大气的管路。安全泄放装置 pressure relief device 紧急或异常状况时，能自动开启以防止因内部介质超压而导致承压设备失效的装置。DB 13/T 57522023 2 加注站 filling station 燃料电池动力船舶加注氢燃料，设有氢气加注接头、回气接头（如设有）、相关阀件和控制系统等的专门位置或场所。4 设计依据 储氢容量由船舶的需求功率和续航里程确定，氢气瓶数量由储氢容量和单瓶容积确定。供氢系统压力和流量由燃料电池最大使用功率时的氢

6、气需求确定。储供氢系统的冗余设置应保证在任意管路故障情况下，不会导致全船失电。5 设计准则 所用的管路和阀件应满足船级社相关规范和产品检验指南的有关要求。涉氢管路的连接应尽可能采用全焊透型式，如无法避免使用其他连接方式，应按照船舶应用燃料电池发电装置指南中4.3.5.2 要求或采用其他经试验验证的防止燃料泄漏扩散的安全措施进行防护。供氢系统设计应最大限度减少高压管路连接点的数量，从设计上保证管路连接点施工方便、密封良好、易于检查和维修。氢气瓶、管路和阀件应耐高温、耐高压和抗腐蚀，材质上与氢有良好的相容性。对电磁阀和减压阀等部件进行冗余设计，增加可靠性，防止由于部件失效导致氢气的泄漏。要有一定的

7、防撞能力。氢气瓶支架和管路固定要有足够的强度，防止船舶停靠或碰撞时出现过大的结构位移，或者管路变形、断裂，造成氢气泄漏。要有过流保护和自动泄压能力。当气瓶内部的温度和压力异常上升时，可以自动将氢气通过排空管路排空；当管路、阀件或控制系统出现故障，管路流量或压力异常增大时，自动切断氢源并打开安全阀泄压。6 设计内容 系统组成 氢燃料电池动力船舶的储供氢系统按照功能一般由加注系统、储氢系统、供氢系统、吹扫系统、排空系统、监测与控制系统等组成，示意图见图 1。各系统在功能上有区分，在实物组成上有重叠。图 1 典型储供氢系统功能组成示意图 各系统组成和功能如下：a)加注系统由加氢口到瓶阀之间的管阀件组

8、成，用于氢气加注；b)储氢系统由氢气瓶、瓶组固定支架、瓶阀、瓶上的安全泄放装置组成，用于储存船舶氢燃料；c)供氢系统由瓶阀到燃料电池接口之间的管阀件组成，用于给燃料电池供给氢燃料；d)吹扫系统由从氮气瓶（或制氮机等惰化装置）出口到排空管路之间的所有管阀件组成，用于惰化处理涉氢管路；e)排空系统由储供氢系统中安全阀、瓶口或瓶尾泄放装置接出的连接大气的管阀件组成，用于DB 13/T 57522023 3 向大气排出储供氢系统中无用且涉及安全的氢气；f)监测与控制系统由氢气浓度传感器、压力传感器、主控制器、监控屏、报警器和紧急切断装置（ESD）等组成，并与船舶上的灭火系统相连，可监测整个储供氢系统压

9、力、氢气浓度等安全参数，并进行报警及处理动作，实现氢气泄漏实时监测、事故预防及减小事故危害的功能。加注系统 6.2.1 在加注操作时，应能从安全位置对其进行控制。在此位置，应能对氢气瓶的压力、温度进行监测，且能进行高温及高压报警、自动及手动切断。6.2.2 燃料加注总管应设计成能承受加注作业期间的外部载荷。6.2.3 燃料加注接头应适合燃料加注作业，且能承受设计温度和设计压力。设计温度主要依据最大流量加氢时引起的温升确定，设计压力选取主要与加氢站的加注压力和加注策略相关。6.2.4 加注站的接头应配备附加的拉断阀或自封式快速释放装置。接头应为标准型。若拉断阀或自封式快速释放装置由加注方配备，应

10、在加注总管附近显见位置张贴指示牌予以提醒。6.2.5 加注作业时氢气瓶的瓶内温度应不超过 85。6.2.6 每一加注管路靠近接头处应串联安装一个手动操作截止阀和一个遥控关闭阀，或安装一个手动操作和遥控组合阀。应能在加注操作控制位置或其他安全位置操作遥控阀。6.2.7 加注总管和氢气瓶之间的加注管路布置应符合船舶应用燃料电池发电装置指南第 4 章的要求。6.2.8 加注管路的布置应利于对其进行惰化和除气。6.2.9 加注系统需设置一套船岸通讯线路或等效设施，用于与燃料加注方进行自动和手动紧急切断（ESD）通信。6.2.10 加氢口应满足 GB/T 26779-2021 中 5.1.3、5.1.5

11、 的要求。6.2.11 加氢口应有接地连接装置。6.2.12 加注管道上应设置自动切断阀。6.2.13 应有在加注完成后排空加注管内氢气的设计。储氢系统 6.3.1 要充分考虑使用环境对氢气瓶可能造成的伤害，应对氢气瓶组加装防护装置。直接暴露在阳光下的氢气瓶应有覆盖物或遮阳棚。6.3.2 氢气瓶瓶体及瓶阀的结构和材料应满足 TSG 23 有关规定。6.3.3 每一氢气瓶组的燃料供应出口应设置一个手动截止阀和一个氢气瓶组主阀，两阀串联连接，或设置一个手动和自动控制组合阀，且应尽可能靠近氢气瓶组。6.3.4 氢气瓶连接至船舶用氢设备的连接管应具有足够的柔性补偿。6.3.5 应提供在氢气瓶连接意外断

12、开或破裂时可限制燃料泄漏量的装置。6.3.6 氢气瓶和燃料供应系统的设计应确保燃料泄漏后所采取的安全动作不会导致不可接受的动力损失。6.3.7 若使用氢气瓶组单元，除压力释放系统外，氢气瓶组单元中每个气瓶均应能在任何情况下通过阀件断开管路，任一气瓶的管路断开都应不影响其他气瓶的可用性。6.3.8 主关断阀、氢气瓶单向阀和安全泄放装置应集成在一起。主关断阀的操作应采用电动方式，并应安装在操作员易于操作的部位，当断电时应处于自动关闭状态。6.3.9 每个氢气瓶的进口管路上应装有手动关断阀或其他装置，在加氢、排氢或维修时，可用来单独地隔断各个氢气瓶。6.3.10 氢气瓶瓶口应装有温度驱动安全泄压装置

13、，如易熔合金塞。安全泄压装置应符合 TSG 23 的规定。6.3.11 应对气瓶安全泄放装置的泄放量及泄放面积进行设计计算，其额定排量和实际排量均应不小于气瓶的安全泄放量。6.3.12 氢气瓶的金属内胆应采用无缝结构。DB 13/T 57522023 4 供氢系统 6.4.1 涉氢管路的材料应满足船舶应用燃料电池发电装置指南中 3.1.1 和 3.1.2 的要求。6.4.2 氢气管路厚度和强度应按照船舶应用燃料电池发电装置指南中 4.2.2 要求计算。6.4.3 通往燃料电池发电系统的燃料供应总管上应串联安装一个手动截止阀和一个燃料供应管路总阀，或设置一个手动和自动控制组合阀。燃料供应管路总阀

14、应能按照船舶应用燃料电池发电装置指南中表 10.4.1 所规定的情形自动切断燃料的供应。6.4.4 燃料供应管路总阀应安装在燃料电池处所外部的管路上，且应在燃料电池处所的所有脱险通道、含燃料电池处所外部、燃料准备间外部和驾驶室等处设置手动紧急切断装置。手动紧急切断装置应设为物理按钮，并设有标记和保护，以防止意外操作，并可在应急照明下进行操作。6.4.5 氢气瓶与燃料电池之间的管路应根据燃料电池装置的特点和系统设计考虑安装必要阀件和设备，如限流阀、高压减压阀、阻火阀和稳压减压阀等。且该燃料供应管路应按照船舶应用燃料电池发电装置指南中 10.2.210.2.5 的要求进行监测和控制。6.4.6 应

15、设计有过流保护装置或采取其他措施，当检测到氢气瓶或管道内压力异常降低或流量异常增大时，能自动关断来自氢气瓶内的氢气供应；如果采用过流保护阀，应安装在主关断阀上紧靠主关断阀处。6.4.7 氢气管路应能吸收氢气因极端温度引起的热膨胀或收缩，而不会产生过大应力。6.4.8 应采取措施保护管路及其部件，使其免受由于热变形、氢气瓶和船体构件的位移而引起的过大应力的影响。6.4.9 刚性管路应布置合理、排列整齐，不应与相邻部件碰撞和摩擦。管路弯曲时，应根据管路弯曲变形等选用适当的中心线曲率半径，并满足安全使用要求。6.4.10 对可能受排气管、消声器等热源影响的管路应有适当的热绝缘保护。6.4.11 氢气

16、管路所有部件应由适用且具有耐腐蚀性能的材料制造，所有管路均应使用无缝钢管。6.4.12 当船舶发生碰撞、火灾或其他危险时，仅能通过手动关闭的氢气供应阀应能确保阀件便于操作且安装位置易达，否则应具备遥控或自动关闭功能，以便及时切断管路的氢气供应。吹扫系统 6.5.1 应设有对燃料电池加注和供应管路进行惰性气体吹扫的装置或措施。6.5.2 吹扫系统设计应能将氮气吹扫至整个涉氢管路，且能顺畅排空。6.5.3 氮气吹扫口前应配置切断阀、止回阀。6.5.4 吹扫氮气中的含氧量应不大于 0.5%。排空系统 6.6.1 排空系统构造应能使气体排放不受阻碍且垂直向上排出。6.6.2 排空系统布置成能使水或雪进

17、入透气系统的可能性减少至最低限度。6.6.3 排空管路的设计和布置应考虑温度变化、气流产生的力和船体运动等因素。6.6.4 氢气排空系统应与起居处所、服务处所、控制站或其他非危险区域的透气系统相独立。6.6.5 排空系统设置应符合 GB/T 34583-2017 中 4.3.4.34.3.4.7 和 GB 50516 的要求。6.6.6 在排空管路处应设阻火器，防止氢气着火后出现回火，放空管路应安装在船舶顶部，阻火器设置应满足 GB/T 34542.1-2017 中 4.3.5 的要求。监测与控制系统 6.7.1 监测与控制系统应满足船舶应用燃料电池发电装置指南中 10.2.1、10.2.2、10.4.1 的规定。6.7.2 涉氢系统中的氢气易泄漏点（可通过仿真确认位置）需布置氢气浓度传感器，其信号直接传输到监测与控制系统，为保证系统安全，监测与控制系统应配有不间断电源。6.7.3 监测与控制系统应设计针对储供氢系统的安全报警功能，分类处理各类安全故障。DB 13/T 57522023 5 7 设计验证 储供氢系统设计方案应进行风险评估分析，通过设计评审会的方式评估设计方案的可行性、合理性及潜在风险。针对潜在风险指定相应措施或改进设计方案，应关注船舶自身的应用场景及动力布置情况。