DB13-T5752-2023氫燃料電池動(dòng)力船舶儲(chǔ)供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

ICS27.070

CCSF19

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河北省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB13/T5752—2023

氫燃料電池動(dòng)力船舶儲(chǔ)供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

2023-06-19發(fā)布2023-07-01實(shí)施

河北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布

DB13/T5752—2023

氫燃料電池動(dòng)力船舶儲(chǔ)供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1范圍

本文件規(guī)定了燃料電池動(dòng)力船舶儲(chǔ)供氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)驗(yàn)證等。

本文件適用于燃料電池動(dòng)力船舶高壓氣態(tài)（儲(chǔ)氫壓力≤70MPa）儲(chǔ)供氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T17926車(chē)用壓縮天然氣瓶閥

GB/T26779-2021燃料電池電動(dòng)汽車(chē)加氫口

GB/T26990燃料電池電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載氫系統(tǒng)技術(shù)條件

GB/T34542.1-2017氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)第1部分：通用要求

GB/T34583-2017加氫站用儲(chǔ)氫裝置安全技術(shù)要求

GB50516加氫站技術(shù)規(guī)范

TSG23氣瓶安全技術(shù)規(guī)程

《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》中國(guó)船級(jí)社2022

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T26990、GB/T17926、《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適

用于本文件。

氫氣瓶hydrogenstoragebottle

公稱(chēng)壓力不大于70MPa，用于儲(chǔ)存壓縮氫氣的可重復(fù)裝載氣瓶。

緊急切斷裝置(ESD)emergencyshutdowndevice

當(dāng)出現(xiàn)了重大事故時(shí)需要立即執(zhí)行且無(wú)延遲的關(guān)閉燃料電池運(yùn)行、切斷氫燃料供應(yīng)和非防爆電

氣設(shè)備的電控安全操作設(shè)備。

儲(chǔ)供氫系統(tǒng)hydrogenstorageandsupplysystems

燃料電池動(dòng)力船舶上氫燃料從加注口至燃料電池進(jìn)口，與氫燃料加注、儲(chǔ)存、輸送、供給、惰

化、排空和控制等相關(guān)裝置組成的系統(tǒng)。

供氫管路hydrogensupplypipeline

氫氣瓶瓶閥到減壓閥之間以及減壓閥到燃料電池之間輸送氫燃料的本文件。

加注管路fillingpipeline

加氫口到瓶閥之間輸送氫燃料的管路。

排空管路drainpipeline

供氫管路中安全閥或瓶口、瓶尾閥連接大氣的管路。

安全泄放裝置pressurereliefdevice

緊急或異常狀況時(shí)，能自動(dòng)開(kāi)啟以防止因內(nèi)部介質(zhì)超壓而導(dǎo)致承壓設(shè)備失效的裝置。

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加注站fillingstation

燃料電池動(dòng)力船舶加注氫燃料，設(shè)有氫氣加注接頭、回氣接頭（如設(shè)有）、相關(guān)閥件和控制系

統(tǒng)等的專(zhuān)門(mén)位置或場(chǎng)所。

4設(shè)計(jì)依據(jù)

儲(chǔ)氫容量由船舶的需求功率和續(xù)航里程確定，氫氣瓶數(shù)量由儲(chǔ)氫容量和單瓶容積確定。

供氫系統(tǒng)壓力和流量由燃料電池最大使用功率時(shí)的氫氣需求確定。

儲(chǔ)供氫系統(tǒng)的冗余設(shè)置應(yīng)保證在任意管路故障情況下，不會(huì)導(dǎo)致全船失電。

5設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

所用的管路和閥件應(yīng)滿足船級(jí)社相關(guān)規(guī)范和產(chǎn)品檢驗(yàn)指南的有關(guān)要求。涉氫管路的連接應(yīng)盡可

能采用全焊透型式，如無(wú)法避免使用其他連接方式，應(yīng)按照《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》中

4.3.5.2要求或采用其他經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證的防止燃料泄漏擴(kuò)散的安全措施進(jìn)行防護(hù)。

供氫系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度減少高壓管路連接點(diǎn)的數(shù)量，從設(shè)計(jì)上保證管路連接點(diǎn)施工方便、密

封良好、易于檢查和維修。

氫氣瓶、管路和閥件應(yīng)耐高溫、耐高壓和抗腐蝕，材質(zhì)上與氫有良好的相容性。

對(duì)電磁閥和減壓閥等部件進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，增加可靠性，防止由于部件失效導(dǎo)致氫氣的泄漏。

要有一定的防撞能力。氫氣瓶支架和管路固定要有足夠的強(qiáng)度，防止船舶?？炕蚺鲎矔r(shí)出現(xiàn)過(guò)

大的結(jié)構(gòu)位移，或者管路變形、斷裂，造成氫氣泄漏。

要有過(guò)流保護(hù)和自動(dòng)泄壓能力。當(dāng)氣瓶?jī)?nèi)部的溫度和壓力異常上升時(shí)，可以自動(dòng)將氫氣通過(guò)排

空管路排空；當(dāng)管路、閥件或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，管路流量或壓力異常增大時(shí)，自動(dòng)切斷氫源并打

開(kāi)安全閥泄壓。

6設(shè)計(jì)內(nèi)容

系統(tǒng)組成

氫燃料電池動(dòng)力船舶的儲(chǔ)供氫系統(tǒng)按照功能一般由加注系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)、

排空系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)等組成，示意圖見(jiàn)圖1。各系統(tǒng)在功能上有區(qū)分，在實(shí)物組成上有重疊。

圖1典型儲(chǔ)供氫系統(tǒng)功能組成示意圖

各系統(tǒng)組成和功能如下：

a)加注系統(tǒng)由加氫口到瓶閥之間的管閥件組成，用于氫氣加注；

b)儲(chǔ)氫系統(tǒng)由氫氣瓶、瓶組固定支架、瓶閥、瓶上的安全泄放裝置組成，用于儲(chǔ)存船舶氫燃料；

c)供氫系統(tǒng)由瓶閥到燃料電池接口之間的管閥件組成，用于給燃料電池供給氫燃料；

d)吹掃系統(tǒng)由從氮?dú)馄浚ɑ蛑频獧C(jī)等惰化裝置）出口到排空管路之間的所有管閥件組成，用于

惰化處理涉氫管路；

e)排空系統(tǒng)由儲(chǔ)供氫系統(tǒng)中安全閥、瓶口或瓶尾泄放裝置接出的連接大氣的管閥件組成，用于

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向大氣排出儲(chǔ)供氫系統(tǒng)中無(wú)用且涉及安全的氫氣；

f)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)由氫氣濃度傳感器、壓力傳感器、主控制器、監(jiān)控屏、報(bào)警器和緊急切斷

裝置（ESD）等組成，并與船舶上的滅火系統(tǒng)相連，可監(jiān)測(cè)整個(gè)儲(chǔ)供氫系統(tǒng)壓力、氫氣濃度

等安全參數(shù)，并進(jìn)行報(bào)警及處理動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)氫氣泄漏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故預(yù)防及減小事故危害

的功能。

加注系統(tǒng)

6.2.1在加注操作時(shí)，應(yīng)能從安全位置對(duì)其進(jìn)行控制。在此位置，應(yīng)能對(duì)氫氣瓶的壓力、溫度進(jìn)行

監(jiān)測(cè)，且能進(jìn)行高溫及高壓報(bào)警、自動(dòng)及手動(dòng)切斷。

6.2.2燃料加注總管應(yīng)設(shè)計(jì)成能承受加注作業(yè)期間的外部載荷。

6.2.3燃料加注接頭應(yīng)適合燃料加注作業(yè)，且能承受設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力。設(shè)計(jì)溫度主要依據(jù)最大

流量加氫時(shí)引起的溫升確定，設(shè)計(jì)壓力選取主要與加氫站的加注壓力和加注策略相關(guān)。

6.2.4加注站的接頭應(yīng)配備附加的拉斷閥或自封式快速釋放裝置。接頭應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)型。若拉斷閥或自

封式快速釋放裝置由加注方配備，應(yīng)在加注總管附近顯見(jiàn)位置張貼指示牌予以提醒。

6.2.5加注作業(yè)時(shí)氫氣瓶的瓶?jī)?nèi)溫度應(yīng)不超過(guò)85℃。

6.2.6每一加注管路靠近接頭處應(yīng)串聯(lián)安裝一個(gè)手動(dòng)操作截止閥和一個(gè)遙控關(guān)閉閥，或安裝一個(gè)手

動(dòng)操作和遙控組合閥。應(yīng)能在加注操作控制位置或其他安全位置操作遙控閥。

6.2.7加注總管和氫氣瓶之間的加注管路布置應(yīng)符合《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》第4章的

要求。

6.2.8加注管路的布置應(yīng)利于對(duì)其進(jìn)行惰化和除氣。

6.2.9加注系統(tǒng)需設(shè)置一套船岸通訊線路或等效設(shè)施，用于與燃料加注方進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)緊急切斷

（ESD）通信。

6.2.10加氫口應(yīng)滿足GB/T26779-2021中5.1.3、5.1.5的要求。

6.2.11加氫口應(yīng)有接地連接裝置。

6.2.12加注管道上應(yīng)設(shè)置自動(dòng)切斷閥。

6.2.13應(yīng)有在加注完成后排空加注管內(nèi)氫氣的設(shè)計(jì)。

儲(chǔ)氫系統(tǒng)

6.3.1要充分考慮使用環(huán)境對(duì)氫氣瓶可能造成的傷害，應(yīng)對(duì)氫氣瓶組加裝防護(hù)裝置。直接暴露在陽(yáng)

光下的氫氣瓶應(yīng)有覆蓋物或遮陽(yáng)棚。

6.3.2氫氣瓶瓶體及瓶閥的結(jié)構(gòu)和材料應(yīng)滿足TSG23有關(guān)規(guī)定。

6.3.3每一氫氣瓶組的燃料供應(yīng)出口應(yīng)設(shè)置一個(gè)手動(dòng)截止閥和一個(gè)氫氣瓶組主閥，兩閥串聯(lián)連接，

或設(shè)置一個(gè)手動(dòng)和自動(dòng)控制組合閥，且應(yīng)盡可能靠近氫氣瓶組。

6.3.4氫氣瓶連接至船舶用氫設(shè)備的連接管應(yīng)具有足夠的柔性補(bǔ)償。

6.3.5應(yīng)提供在氫氣瓶連接意外斷開(kāi)或破裂時(shí)可限制燃料泄漏量的裝置。

6.3.6氫氣瓶和燃料供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保燃料泄漏后所采取的安全動(dòng)作不會(huì)導(dǎo)致不可接受的動(dòng)

力損失。

6.3.7若使用氫氣瓶組單元，除壓力釋放系統(tǒng)外，氫氣瓶組單元中每個(gè)氣瓶均應(yīng)能在任何情況下通

過(guò)閥件斷開(kāi)管路，任一氣瓶的管路斷開(kāi)都應(yīng)不影響其他氣瓶的可用性。

6.3.8主關(guān)斷閥、氫氣瓶單向閥和安全泄放裝置應(yīng)集成在一起。主關(guān)斷閥的操作應(yīng)采用電動(dòng)方式，

并應(yīng)安裝在操作員易于操作的部位，當(dāng)斷電時(shí)應(yīng)處于自動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)。

6.3.9每個(gè)氫氣瓶的進(jìn)口管路上應(yīng)裝有手動(dòng)關(guān)斷閥或其他裝置，在加氫、排氫或維修時(shí)，可用來(lái)單

獨(dú)地隔斷各個(gè)氫氣瓶。

6.3.10氫氣瓶瓶口應(yīng)裝有溫度驅(qū)動(dòng)安全泄壓裝置，如易熔合金塞。安全泄壓裝置應(yīng)符合TSG23的

規(guī)定。

6.3.11應(yīng)對(duì)氣瓶安全泄放裝置的泄放量及泄放面積進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其額定排量和實(shí)際排量均應(yīng)不

小于氣瓶的安全泄放量。

6.3.12氫氣瓶的金屬內(nèi)膽應(yīng)采用無(wú)縫結(jié)構(gòu)。

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供氫系統(tǒng)

6.4.1涉氫管路的材料應(yīng)滿足《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》中3.1.1和3.1.2的要求。

6.4.2氫氣管路厚度和強(qiáng)度應(yīng)按照《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝置指南》中4.2.2要求計(jì)算。

6.4.3通往燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的燃料供應(yīng)總管上應(yīng)串聯(lián)安裝一個(gè)手動(dòng)截止閥和一個(gè)燃料供應(yīng)管路

總閥，或設(shè)置一個(gè)手動(dòng)和自動(dòng)控制組合閥。燃料供應(yīng)管路總閥應(yīng)能按照《船舶應(yīng)用燃料電池發(fā)電裝

置指南》中表10.4.1所規(guī)定的情形自動(dòng)切斷燃料的供應(yīng)。

6.4.4燃料供應(yīng)管路總閥應(yīng)安裝在燃料電池處所外部的管路上，且應(yīng)在燃料電池處所的所有脫險(xiǎn)通

道、含燃料電池處所外部、燃料準(zhǔn)備間外部和駕駛室等處設(shè)置手動(dòng)緊急切斷裝置。手動(dòng)緊急切斷裝

置應(yīng)設(shè)為物理按鈕，并設(shè)有標(biāo)記和保護(hù)，以防止意外操作，并可在應(yīng)急照明下進(jìn)行操作。

6.4.5氫氣瓶與燃料電池之間的管路應(yīng)根據(jù)燃料電池裝置的特點(diǎn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮安裝必要閥件和

設(shè)備，如限流閥、高壓減壓閥、阻火閥和穩(wěn)壓減壓閥等。且該燃料供應(yīng)管路應(yīng)按照《船舶應(yīng)用燃料

電池發(fā)電裝置指南》中10.2.2～10.2.5的要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

6.4.6應(yīng)設(shè)計(jì)有過(guò)流保護(hù)裝置或采取其他措施，當(dāng)檢測(cè)到氫氣瓶或管道內(nèi)壓力異常降低或流量異常

增大時(shí)，能自動(dòng)關(guān)斷來(lái)自氫氣瓶?jī)?nèi)的氫氣供應(yīng)；如果采用過(guò)流保護(hù)閥，應(yīng)安裝在主關(guān)斷閥上緊靠主

關(guān)斷閥處。

6.4.7氫氣管路應(yīng)能吸收氫氣因極端溫度引起的熱膨脹或收縮，而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)力。

6.4.8應(yīng)采取措施保護(hù)管路及其部件，使其免受由于熱變形、氫氣瓶和船體構(gòu)件的位移而引起的過(guò)

大應(yīng)力的影響。

6.4.9剛性管路應(yīng)布置合理、排列整齊，不應(yīng)與相鄰部件碰撞和摩擦。管路彎曲時(shí)，應(yīng)根據(jù)管路彎

曲變形等選用適當(dāng)?shù)闹行木€曲率半徑，并滿足安全使用要求。

6.4.10對(duì)可能受排氣管、消聲器等熱源影響的管路應(yīng)有適當(dāng)?shù)臒峤^緣保護(hù)。

6.4.11氫氣管路所有部件應(yīng)由適用且具有耐腐蝕性能的材料制造，所有管路均應(yīng)使用無(wú)縫鋼管。

6.4.12當(dāng)船舶發(fā)生碰撞、火災(zāi)或其他危險(xiǎn)時(shí)，僅能通過(guò)手動(dòng)關(guān)閉的氫氣供應(yīng)閥應(yīng)能確保閥件便于

操作且安裝位置易達(dá)，否則應(yīng)具備遙控或自動(dòng)關(guān)閉功能，以便及時(shí)切斷管路的氫氣供應(yīng)。

吹掃系統(tǒng)

6.5.1應(yīng)設(shè)有對(duì)燃料電池加注和供應(yīng)管路進(jìn)行惰性氣體吹掃的裝置或措施。

6.5.2吹掃系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能將氮?dú)獯祾咧琳麄€(gè)涉氫管路，且能順暢排空。

6.5.3氮?dú)獯祾呖谇皯?yīng)配置切斷閥、止回閥。

6.5.4吹掃氮?dú)庵械暮趿繎?yīng)不大于0.5%。

排空系統(tǒng)

6.6.1排空系統(tǒng)構(gòu)造應(yīng)能使氣體排放不受阻礙且垂直向上排出。

6.6.2排空系統(tǒng)布置成能使水或雪進(jìn)入透氣系統(tǒng)的可能性減少至最低限度。

6.6.3排空管路的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)考慮溫度變化、氣流產(chǎn)生的力和船體運(yùn)動(dòng)等因素。

6.6.4氫氣排空系統(tǒng)應(yīng)與起居處所、服務(wù)處所、控制站或其他非危險(xiǎn)區(qū)域的透氣系統(tǒng)相獨(dú)立。

6.6.5排空系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)符合GB/T34583-2017中4.3.4.3～4.3