DB32T-金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶的無(wú)損檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)方法編制說(shuō)明

江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶的無(wú)損檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)方法》（報(bào)批稿）編制說(shuō)明一、目的和意義根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》的相關(guān)數(shù)據(jù)，2019年全球一次能源消費(fèi)總量為583.90EJ（艾焦耳，即1018焦耳），同比增長(zhǎng)1.33%；其中煤炭/石油/天然氣占比分別為27%/33%/24%（總占比84%）；2019年中國(guó)一次能源消費(fèi)總量達(dá)141.70EJ，其中煤炭/石油/天然氣占比分別為57%/20%/8%（總占比85%）。無(wú)論是全球的能源系統(tǒng)還是中國(guó)的能源系統(tǒng)，化石能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比仍超過(guò)80%，其也是大多數(shù)溫室氣體排放的根源。此外隨著全球電動(dòng)車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，以及未來(lái)風(fēng)光發(fā)電占比提升后對(duì)鋰電儲(chǔ)能需求的增長(zhǎng)預(yù)期逐步提升，鋰資源約束正逐步成為未來(lái)能源發(fā)展的重要掣肘，日本、歐盟等地區(qū)均把氫能視為未來(lái)重要的發(fā)展方向。此外，“雙循環(huán)”體系下保障能源安全是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要抓手；在我國(guó)重要化石能源（石油、天然氣）對(duì)外依存度相對(duì)較高的背景下，氫能和光伏/風(fēng)電領(lǐng)域一道成為了我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和能源安全保障的重要一環(huán)。碳中和的最重要目的就是減少含碳溫室氣體的排放，采用合適的技術(shù)固碳，最終達(dá)到平衡；為達(dá)到碳中和，預(yù)計(jì)到2060年，清潔電力將成為能源系統(tǒng)的配置中樞。供給側(cè)以光伏+風(fēng)電為主，輔以核電、水電、生物質(zhì)發(fā)電和對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能配套設(shè)施（鋰電+氫能等）；需求側(cè)全面電動(dòng)化，并輔以氫能多方位利用。整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及的行業(yè)廣泛，從上游的制氫、到中游的儲(chǔ)運(yùn)、再到下游的氫能應(yīng)用，涵蓋能源化工、交通運(yùn)輸和機(jī)械設(shè)備等多個(gè)行業(yè)。目前我國(guó)主要的氫能產(chǎn)業(yè)鏈鏈條為煤制氫→高壓氣氫集束管車(chē)運(yùn)輸→工業(yè)應(yīng)用（合成氨、甲醇等）；未來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速發(fā)展，最具實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用路線將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑茪洹簹?管輸→工業(yè)+交通+建筑+儲(chǔ)能全方位應(yīng)用。從目前技術(shù)角度來(lái)看，碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，在交通和儲(chǔ)能方面均是該產(chǎn)業(yè)鏈核心設(shè)備之一。目前，我國(guó)自主生產(chǎn)的35MPaIII型瓶已經(jīng)應(yīng)用于氫燃料電池客車(chē)及物流車(chē)，國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)從事車(chē)載高壓儲(chǔ)氫瓶研發(fā)和生產(chǎn)，如北京科泰克、北京天海、沈陽(yáng)斯林達(dá)、中國(guó)中氫、富瑞特裝等。在2017年中國(guó)國(guó)際能源峰會(huì)及展覽會(huì)上，北京科泰克科技有限責(zé)任公司和北京天海工業(yè)有限公司都展示了70MPa鋁質(zhì)內(nèi)膽纖維纏繞復(fù)合儲(chǔ)氫瓶，表明我國(guó)已擁有自主研發(fā)生產(chǎn)該70MPaIII型瓶的能力。隨后，2018年7月1日我國(guó)發(fā)布了《車(chē)用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在看到國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域取得重大進(jìn)步的同時(shí)，更要看到碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶使用中存在的安全隱患。由于國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來(lái)若干年國(guó)內(nèi)碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶的使用量將會(huì)急劇增加。因此，如何對(duì)鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)，如何制定科學(xué)的管理規(guī)范，就成為近幾年必須要解決的重要問(wèn)題。雖然廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)等單位制訂相關(guān)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，也對(duì)纏繞層之間分層、內(nèi)膽內(nèi)表面有無(wú)裂紋等提出評(píng)價(jià)要求，但包括以前《汽車(chē)用壓縮天然氣金屬內(nèi)膽纖維環(huán)纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》中對(duì)纏繞層之間分層、斷裂和鋁內(nèi)膽內(nèi)表面微閉合裂紋并沒(méi)有給出切實(shí)可行的無(wú)損檢測(cè)方法及要求。所以如何對(duì)碳纖維纏繞復(fù)合氣瓶進(jìn)行定期無(wú)損檢測(cè)、對(duì)氣瓶進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)估就成為必須面對(duì)和亟需解決的重大課題。二、任務(wù)來(lái)源本項(xiàng)目來(lái)源于《省市場(chǎng)監(jiān)管局關(guān)于2023年度江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃的通知》（蘇市監(jiān)標(biāo)[2023]173號(hào)），立項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)為《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶的無(wú)損檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)方法》，由江蘇省特種設(shè)備安全檢驗(yàn)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。本地標(biāo)的驗(yàn)證及編制過(guò)程得到了如下基金的資助：江蘇省科技廳-在役鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶無(wú)損檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究（BE2021084）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-移動(dòng)式復(fù)合材料承壓設(shè)備損傷檢測(cè)與安全評(píng)價(jià)技術(shù)（2023YFC3010300）；市場(chǎng)監(jiān)管總局-儲(chǔ)氫氣瓶碳纖維復(fù)合層力學(xué)性能退化監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)（2022YJ11）；江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局-在用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶的無(wú)損檢測(cè)方法研究（KJ2022002）；三、編制過(guò)程2021年江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院獲得江蘇省科技廳產(chǎn)業(yè)前瞻項(xiàng)目“在役鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶無(wú)損檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究”（BE2021084）。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證后，2023年3月江蘇省特檢院通過(guò)江蘇省特種設(shè)備檢驗(yàn)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)提出編制地方標(biāo)準(zhǔn)《金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞儲(chǔ)氫氣瓶的無(wú)損檢測(cè)及在線監(jiān)測(cè)方法》并繼續(xù)進(jìn)行調(diào)研及科研工作。2023年8月4日該標(biāo)準(zhǔn)正式納入江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)計(jì)劃，2023年8月底成立標(biāo)準(zhǔn)起草組，主要編制過(guò)程如下：（1）前期項(xiàng)目調(diào)研階段2021年6月至9月，江蘇省特檢院調(diào)研了江蘇國(guó)富氫能技術(shù)裝備股份有限公司、北京天海工業(yè)有限公司等氣瓶制造單位，并收集了氣瓶檢測(cè)試樣。2021年09月-2023年07月，組織相關(guān)科研參與單位對(duì)儲(chǔ)氫氣瓶金屬內(nèi)膽及碳纖維纏繞層的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行研發(fā)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。（2）標(biāo)準(zhǔn)起草階段2023年8月至10月，江蘇省特檢院成立標(biāo)準(zhǔn)起草組，由鄭凱研究員組織相關(guān)技術(shù)人員多次召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)起草組研討會(huì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)稿進(jìn)行深入討論，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的實(shí)際情況，反復(fù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行修改完善，形成了標(biāo)準(zhǔn)討論稿。（3）專(zhuān)家研討、意見(jiàn)征求階段2023年11月至2024年2月，標(biāo)準(zhǔn)起草組完成了個(gè)方法的實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證工作，通過(guò)發(fā)函、集中會(huì)議等形式，充分征集氣瓶制造單位、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及相關(guān)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)討論稿的修改意見(jiàn)。標(biāo)準(zhǔn)起草組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)逐章逐條進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致地研討，就標(biāo)準(zhǔn)部分內(nèi)容提出具體的修改意見(jiàn)。四、主要內(nèi)容技術(shù)指標(biāo)確立本標(biāo)準(zhǔn)的編制遵循“先進(jìn)性、實(shí)用性、統(tǒng)一性、規(guī)范性”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，保證標(biāo)準(zhǔn)起草工作的科學(xué)性、真實(shí)性、規(guī)范性。按照GB/T1.1－2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)原則》的要求進(jìn)行編寫(xiě)。本標(biāo)準(zhǔn)中的主要內(nèi)容制定依據(jù)包括：1范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于符合GB/T35544-2017《車(chē)用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》的車(chē)用壓縮氫氣碳纖維全纏繞氣瓶的無(wú)損檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)的基本方法和技術(shù)要求。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)部分檢測(cè)方法給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。2標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)本標(biāo)準(zhǔn)包含正文及7個(gè)附錄（附錄A-附錄G），正文部分從人員、設(shè)備及工藝的角度對(duì)儲(chǔ)氫氣瓶的無(wú)損檢測(cè)提出了總體要求，并規(guī)定了各無(wú)損檢測(cè)方法和使用原則，給出了各無(wú)損檢測(cè)方法的能力范圍和局限性。附錄A-G分別規(guī)定了目視檢測(cè)、陣列渦流檢測(cè)、模態(tài)聲發(fā)射檢測(cè)、多物理場(chǎng)紅外熱成像檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)（基于編碼激勵(lì)技術(shù)）、X射線數(shù)字成像及儲(chǔ)氫氣瓶在線光纖光柵監(jiān)測(cè)方法。由于儲(chǔ)氫氣瓶的特殊結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)方法幾乎無(wú)法有效的進(jìn)行應(yīng)用。故除目視檢測(cè)外，附錄B-附錄F的應(yīng)用均須相應(yīng)的工裝或特殊的工藝。附錄G規(guī)定了基于光纖光柵應(yīng)變傳感器的儲(chǔ)氫氣瓶鋁內(nèi)膽應(yīng)變?cè)诰€健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)的提出是基于定期檢驗(yàn)檢測(cè)方法較少，技術(shù)難度較大，且車(chē)載儲(chǔ)氫氣瓶在使用過(guò)程中易遭遇各種異常情況而提出的監(jiān)測(cè)方案。由于各氣瓶生產(chǎn)廠家制造工藝不同，因此光柵的存活率依賴(lài)各生產(chǎn)廠家根據(jù)所選光柵的性能對(duì)制造工藝進(jìn)行調(diào)整。五、差異對(duì)比無(wú)六、與相關(guān)法律法規(guī)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)參照的相關(guān)現(xiàn)行有效國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和引用的文件都能查閱。本標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)ISO標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)內(nèi)團(tuán)標(biāo)的有力補(bǔ)充，填補(bǔ)了相關(guān)技術(shù)空白。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11623:2015中，僅針對(duì)氣瓶的定期檢驗(yàn)提出了相應(yīng)的要求，沒(méi)有給出在線監(jiān)測(cè)的相關(guān)要求。即使對(duì)于定期檢驗(yàn)，其檢測(cè)方法以目視檢測(cè)為主。其標(biāo)準(zhǔn)自己也認(rèn)為，對(duì)于某些缺陷如沖擊損傷或分層，目視檢測(cè)的檢出能力有限（7.3.1Careshallbetakentoestablishthetotalextentofdamagefromimpactanddelaminationassurfaceappearancemightnotindicatethefullextentofthedamage）。受限于標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有給出無(wú)損檢測(cè)方法（尤其是對(duì)于碳纖維層的檢測(cè)方法）。同時(shí)，儲(chǔ)氫氣瓶材料及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前常規(guī)無(wú)損檢測(cè)無(wú)法有效實(shí)施。2020年7月28日，由廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的T/GDASE0017—2020《車(chē)用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)內(nèi)首部氫能儲(chǔ)運(yùn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在檢驗(yàn)項(xiàng)目上同樣以宏觀檢查和壓力試驗(yàn)為主，并沒(méi)有提出相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法，也未涉及有關(guān)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。2021年8月17日，國(guó)標(biāo)《車(chē)用壓縮氫氣纖維全纏繞氣瓶定期檢驗(yàn)與評(píng)定》開(kāi)始公示，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車(chē)用壓縮氫氣碳纖維全纏繞氣瓶的定期檢驗(yàn)與評(píng)定的基本方法和技術(shù)要求。同樣沒(méi)有提出相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法，也未涉及有關(guān)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。七、重大分歧意見(jiàn)的處理無(wú)。八、實(shí)施推廣建議本標(biāo)準(zhǔn)由江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院提出并組織實(shí)施，由江蘇省特種設(shè)備安全檢驗(yàn)與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局作為行業(yè)主管部門(mén)，儲(chǔ)氫氣瓶生產(chǎn)及使用單位作為實(shí)際執(zhí)行單位，應(yīng)共同推動(dòng)該標(biāo)準(zhǔn)在全省范圍內(nèi)的推廣和實(shí)施。九、起草單位和起草人員信息及分工序號(hào)起草單位參編人員職稱(chēng)研究任務(wù)備注1江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院任毅高級(jí)工程師標(biāo)準(zhǔn)主持2江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鄭凱研究員級(jí)高級(jí)工程師協(xié)調(diào)正文及附錄編寫(xiě)3江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院王晉正高級(jí)工程師正文編寫(xiě)4江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院馬向東正高級(jí)工程師正文編寫(xiě)5江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院范高廷工程師附錄A編寫(xiě)6江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院俞燕萍工程師附錄A編寫(xiě)7南京工業(yè)大學(xué)鄭楊艷副教授附錄A編寫(xiě)8南京航空航天大學(xué)王海濤教授附錄B編寫(xiě)9南京工業(yè)大學(xué)張卿副教授附錄C編寫(xiě)10南京林業(yè)大學(xué)羅志濤講師附錄D編寫(xiě)11東南大學(xué)張輝教授附錄E編寫(xiě)12南京華建檢測(cè)技術(shù)有限公司郭海兵高級(jí)工程師附錄F編寫(xiě)13阿塔米智能裝備（北京）有限公司劉瑩工程師附錄F編寫(xiě)