CNS 15124-2007 Liquid hydrogen - Land vehicle fuelling system interface《液态氢-陆用车辆加氢系统接口》.pdf
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1、1 印月969月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 43.060.40 K6115415124經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 969月14日 月日 (共11頁)液態氫陸用車輛加氫系統介面 Liquid hydrogen Land vehicle fuelling system interface 1. 適用範圍:本標準規定各種陸用車輛之液態氫供給燃料與配送系統之特性,以降低液態氫加氫過程中失火與爆炸之風險,進而對生命財產損失提供合理水準的保障。 本標準適用於液態氫 (LH2)供給燃料與配送系統之設計與安裝,描述液態氫配送至車輛的系統,包括處理來自
2、於車輛燃料槽之冷凍氣態氫的系統,即是介於陸用車輛和儲槽之間的系統。 2. 用語釋義 本標準採用 ISO 10286Gas cylinder Terminology及下列規定之名詞與定義。 (1) 設計壓力 (design pressure) 於公式中計算管路系統中每一組件最小管壁厚度時所用之壓力值。 備考: 設計壓力應不低於營運過程中,預期的偶發內壓、外壓與溫度 (最低或最高 )最嚴重狀況下之壓力值。 (2) 燃料槽 (fuel tank) 裝設於車輛,配備附屬設備可與加氫站連接之液態氫 (LH2)儲槽。 (3) 檢查員 (inspector) 被認可的國家級或國際級獨立機構所雇用具資格的人員
3、。 (4) 液態氫 (liquid hydrogen, LH2) 係指經液化處理所得之氫,亦即處理至液體狀態。 備考:液化可以急冷與壓縮或其他方法進行,例如:磁熱效應。 (5) 最高容許操作壓力 (maximum permissible operating pressure, MPOP) 管路系統在其操作條件下可容許之最高有效錶壓。 (6) 不燃性物質 (noncombustible material) 依 ISO 1182Reaction to fire tests for building products Non-combustibility test標準施行燃燒或加熱試驗時,不會引燃、
4、燃燒、助燃或釋放易燃性蒸氣之物質。 (7) 操作壓力 (operating pressure) 管路系統中於操作條件下之錶壓。 備考:操作壓力須不得超過最高容許操作壓力。 (8) 營運溫度範圍 (service temperature range) 自液態氫溫度 (-253 )至假設周遭溫度值 54的溫度範圍。 (9) 儲槽 (storage tank) 裝置於加氫站內,用以供應陸用車輛液態氫燃料用之液態氫貯存槽。 2 CNS 15124, K 61154 3. 要求事項 3.1 適用性:本節各條款僅適用於處理液態氫與冷凍氣態氫的系統組件。 3.2 加氫系統 3.2.1 對氫與低溫之相容性 充
5、填系統內所用將與液態氫及低 溫氣態氫接觸之所有組件均應能相容且適合於液態氫營運與低溫氣態氫流 動之特性,此包括處理自車輛燃料槽迴流低溫氣態氫至加氫站之系統組件部分。 應考量當管路系統組件因觸及超 過營運溫度範圍內之溫度劇烈變動時所產生之熱膨脹與收縮作用;亦應考量可能產生之空氣凝結作用。 3.2.2 材料規格 製造液態氫營運用管路之材料應為沃斯田體 (Austenitic)不銹鋼或經確認具有同等性能之任何其他材料。 3.2.3 管路 (1) 設計 管路、閥接頭、墊圈與密封劑均應適合於氫營運所涉及之溫度與壓力。 管路中之永久性接合應銲接或硬銲,不應採用法蘭接合、螺紋或螺釘接合方式,壓縮配件僅可用於
6、連接儀器與壓力釋放裝置至氣體管路時使用。閥與接頭材料亦應適合於該液態氫營運之營運溫度範圍。又插梢型快速接頭應使用於液態氫輸送操作系統。 管路、閥、接頭與軟管之破裂強度均至少達儲槽設計壓力之 4 倍以上,且不能低於該系統泵或其他裝置作動時正常營運壓力之 4 倍,因當該幫浦或其它裝置作動時,部分管路之壓力可能高於儲槽之設計壓力。 每一操作閥的額定壓力與營運溫度之設計與構造應不低於儲槽或裝設於操作閥之管路系統兩者設計值中較高者,每一閥應能適用於液態氫處理或低溫氣態氫之營運。 本系統應採取降低作業人員觸及管路時之傷害,並防止不適當的富氧或極冷溫度之管路與結構體及表面與空氣凝結物接觸。於發生火災、遭受高
7、溫、冷凍或水分時,應加裝絕緣保護以維持系統之所有性能值均能如原設計所需之條件;絕緣保護外部應設計為氣密型以防止絕緣內層空氣之凝結與衍生之氧濃度增高現象;絕緣材料與外層被覆材亦應加以適當設計以防止於正常操作條件下之絕緣劣化作用。 (2) 厚度要求:管路直管部分所需之厚度應依公式 (1)決定之: tm t c (1) 式中, tm:標稱厚度;包括機械、腐蝕與沖蝕之許可差, mm; t:耐壓設計厚度;依公式 (2)求得之值, mm; c:機械許可差 (螺紋或螺線深度 )加上腐蝕與沖蝕許可差之總值,mm。 耐壓設計厚度 t 應依公式 (2)計算之: 3 CNS 15124, K 61154 t PD0
8、/2(SE PY) (2) 式中, P:設計內錶壓;如採真空絕緣時應再加上真空度, MPa; D0:該管路之外徑, mm; S :表 1 中所列材料之基本容許應力值, MPa; Y:一係數;對於沃斯田體 (Austenitic)鋼材之值為 0.4; E:品質係數;對於不銹鋼與無縫鋼管之值為 1.0。 表 1 沃斯田體不銹鋼管之基本容許拉伸應力值 單位: MPa 材料名稱 最低抗拉強度 最低降伏強度 最低溫度時之最高基本容許應力值 (2/3降伏強度條件時 )CNS 8497熱軋不銹鋼鋼板、鋼片及鋼帶 ,種類符號 304 520 205 138 CNS 8497,種類符號304L 480 175
9、115 CNS 8497,種類符號316 520 205 138 CNS 8497,種類符號316L 480 175 115 (3) 循環效應 (3.1) 循環載重試驗 管路與組件應能設計使承受熱循環所導致金屬疲勞之影響,如需變更管路、閥、接頭、組件與固定區域之壁厚時,應先經特別考量。 循環設計條件應包括實際操作循環時所用之壓力、溫度、施加之末端位移量與接頭本身之熱膨脹作用;但諸如啟動、關機與異常操作等過渡條件之循環過程應另行分別註明之。 (3.2) 因持續載重與位移應力時計算應力之限制 (3.2.1) 內壓應力:內壓衍生之應力如含任何強化構造之管路組件之壁厚能符合第 3.2.3(2)節之要求
10、者,即可逕自視為安全無虞。 (3.2.2) 縱向應力 SL:管線系統中所有構件因壓力、質量與其他持續負載之縱向應力 SL之總合應不超過公式 (4)中之 Sh之值。 用以計算應力值 SL之管線厚度值 t 應為自標稱厚度 tm扣除由公式 (1)求得之機械腐蝕與沖蝕許可差值 c 後所得之值。 (3.2.3) 計算位移應力範圍 SE由公式 (3)求得之管路系統之計算位移應力範圍 SE應低於由公式 (4)求得之容許位移應力 SA: SE )S4S(2t2b+(3) 4 CNS 15124, K 61154 式中, Sb:彎曲應力測試值, MPa; St:扭曲強度, MPa。 (3.2.4) 容許位移應力
11、範圍 SASA f(1.25 Sc 0.25 Sh) (4) 式中, SA:容許位移應力值, MPa; Sc:測試期間內位移循環階段中預期最低金屬溫度下之基本容許應力值, MPa; Sh:測試期間內位移循環階段中預期最高金屬溫度下之基本容許應力值, MPa。 當 Sh大於 SL時,其差值可加入公式 (4)中之 0.25 Sh一項中;此時,容許位移應力應以公式 (5)計算之: SA f1.25(Sc Sh) SL (5) 式中, SL:為管路系統中所有構件因壓力、質量與其他持續負載之縱向應力 SL之總合值, MPa; f:為由表 2 求得或經由公式 (6)計算所得之應力範圍降低係數值; f: 6
12、.0N 0.21 (6) 式中, N:管路系統於預期 操作期間之總位移循環之當量數值; Sb:彎曲應力測試值, MPa。 St:扭曲強度, MPa。 表 2 應力範圍降低係數值 f 循環數 N 係數 f 7000以下 1.0 超過 7000至 14000 0.9 超過 14000至 22000 0.8 超過 22000至 45000 0.7 超過 45000至 100000 0.6 超過 100000至 200000 0.5 超過 200000至 700000 0.4 超過 700000至 2000000 0.3 計算應力範圍如有變化時,不論究屬於熱膨脹或其他條件者,SE均應定義為最大計算位移
13、應力範圍;此時, N 值可由公式 (7)計算求取之: N NE (ri5Ni),式中 i 1, 2, n (7) 式中, N:最大計算位移應力範圍 SE之循環數; 5 CNS 15124, K 61154 ri : Si 與 SE 之比值,即為 (Si/SE); Si:計算位移應力範圍低於 SE之任一值; Ni:位移應力範圍 Si相關之循環數。 (4) 固定管路 外部管路系統應裝設於地面,應妥加支撐固定且能防止機械損壞;管路應符合現有已承認之作業規範以防止腐蝕,本加氫系統之管路應加適當基樁固定支撐,並對在設計壓力下操作之液態氫供應系統採用絕緣包覆保護。 與儲槽連接之歧管應儘可能考量操作時能降低
14、震動之條件下裝設;管線與配件應清除乾淨,不含切屑與污垢,全部之管末端應呈平滑且無銳角邊。 配管過程中應不可發生降低其額定壓力至低於原設計壓力值之情況。 接頭與連接器應裝置於容易進出之處所。 氫氣僅能排放至安全排放點,其排放管應連接至儲槽頂部高處以防止任何微量氫氣之殘留,且其排放開口部應附有適當之防雨水、冰雪、與固體物進入之設計;直立型排放管應具有排液裝備。 (5) 管路支撐 管路支撐架包括管路支撐絕緣系統,如具暴露接觸可能性時,應具耐火特性或冷凍液態氫外洩保護功能、或兼具兩項功能。 3.2.4 加氫軟管:設計充填軟管時應依 據並符合最佳技術與製造商之經驗,加氫軟管應由真空型或其他適用於保 持氫
15、呈液態之絕緣軟管,該軟管應能加裝可能產生任何型態氣態氫之通風排氣系統。 其絕緣材料於緊急事故發生而暴 露於火災、高熱、冷凍或水分時,仍能維持原設計之各種特性。 於使用軟管過程中,如偵測得系 統真空度消失或軟管外部表面出現水分凝結或結霜時,應立即停止使用,至真空度重新建立為止。 每一支軟管所用之連接器均應妥加設計,以確保安裝後不會發生洩漏現象。 墊圈所用之材質應適於液態氫氣 系統中操作,其尺度亦應適合於本系統之用;但絕不可使用容易沖蝕之鬆 質纖維墊圈材料,以防鬆質纖維粒子污染本系統; O 型環與 O 型環溝紋應加適當匹配,以供能於低溫與暴露於氫氣環境之設計操作環境下使用。 輸儲設備之最大許可操作
16、壓力應 設定為等於或大於儲槽設計壓力值與泵或其他裝置之排放壓力值等兩者中 之較大值,如使用雙軟管時,應附有氣體回收或排放配備之設計。 裝配可繞性軟管時應避免採取急 彎與纏繞方式,其容許之配管彎曲半徑應維持至少達所用軟管外徑之 5 倍以上。 加氫裝置中安裝軟管時應僅限於: (1) 車輛加氫用; (2) 壓縮設備之進氣口連接用; 6 CNS 15124, K 61154 (3) 為提高可繞性,以長度不超過 1 m 之軟管替代金屬管時;但每一段均應以能防止機械損壞且容易施行目視外觀檢查之原則裝配之;每一段管路均應標示製造商之識別標誌。 3.2.5 壓力釋放裝置 壓力釋放裝置之設計、所用材料與裝置處所
17、應適合於預期之使用目的。 於壓力釋放裝置之上游及 /或下游裝設配件與管路時,應確認所設計之流路不能使壓力釋放裝置之流量降低 至低於已裝設壓力釋放裝置儲槽之所需排放流量,流經全部管路與接頭之 開口部應具至少與所連接之壓力釋放裝置之入口部相同之流路面積,其排 放管之標稱尺度至少應與壓力釋放裝置出口部者相同。使用超過原定尺度 之壓力釋放裝置時,可能不需其管路上之全部開口即可具有相同之流路面積,確保系統所需之排放流量。 每個壓力釋放裝置均應施行空氣或氣體之耐壓試驗,以確認下列事項: (1) 該閥於設定開始排放之壓力值過程中,應確認該值確於閥上依其適用標準規定而標示之設定壓力值範圍內。 注意: 設定該閥
18、時應注意開始排放之壓值確與該閥之開相關而非肇因於其缺陷。 (2) 施行開始排放壓力值測試後,關閉壓力之操作值應不低於開始排放壓力值之 90%;如該閥具有可調整型排放特性時,則其關閉壓力值應不低於開始排放壓力值之 95%。 安裝壓力釋放裝置時應將可能對管路與附屬設備造成之 損傷機率降至最低,且將調整壓力釋放閥壓力設定值之裝置上鎖。 壓力釋放裝置之排放管路應加妥 適固定,以能承受最大排放速率時產生之作用力。 壓力釋放閥應經檢驗,且至少每 30 個月測試設定點一次,但其間隔期間不可超過 30 個月,以確保每一個閥均能於適當之設定值下釋壓。 每一輸送系統均應裝設一個壓力釋放閥,以防止超壓作用。 如為防
19、止因熱膨脹而引致管路之 超壓現象者,則每一段能以開關閥隔離之液體或冷蒸氣管路系統,均應加裝設一個壓力釋放閥。 自上述壓力釋放閥釋出之排放氣應導至對人員與設備危害最低之處所。 3.2.6 車輛加氫用接頭 車輛加氫用接頭應僅能將燃料槽 可靠且緊密地連接至液態氫供應源;輸儲連接器應採取上鎖、依尺度分類 或定位措施,使其不致錯接而降低非連接至共容性氣態流體或耐壓等級管之可能性。 操作過程中,如需拆卸連接器與接頭配件時,應 先準備固定尾板、管帽蓋、管塞頭或外蓋,以保護系統於非 作業期間內能免受污染或損壞。如管線系統中仍可能存有冷凍流體時,亦 應裝設壓力釋放閥。充填用接頭應於未妥適接合或意外脫落時,仍能防
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