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中材科技李桦圣:高压储氢气瓶的安全性

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工氢燃料电池 发布时间:2019-10-13 浏览:
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中国储能网讯:10月10日,中材科技在投资者互动平台透露,公司现阶段主要布局燃料电池氢气瓶,可应用于商用车(35MPA)、乘用车用氢气瓶(70MPA)以及无人机领域,当前具备2万支氢气瓶产能,会紧密跟踪市场需求变化,适时释放产能。

此前,公司总监李桦圣在第四届国际氢能与燃料电池汽车大会上围绕《高压储氢气瓶的安全性》这一主题发表演讲,引起业内人士的强烈反响。

高压气瓶简介

李桦圣介绍,高压氢气瓶目前主要应用在地面的储运、存储、长管/瓶组的运输、氢燃烧电池车用、无人机用、备用电源用等领域,工作压力是30MPa-100MPa。

根据安全制造材质和工艺,车用气瓶一般分为四型。一型瓶是金属气瓶,二型瓶是金属内胆纤维环向缠绕气瓶,三型瓶是金属内胆纤维全缠绕气瓶,四型瓶是非金属类的纤维全缠绕气瓶。

其中,一型瓶子制造材质是纯金属的,市场应用最早进入中国燃气车市场,但因为重量的因素的影响,目前少量应用于CEG的客车和货车,一型长管大量应用于高压气体储运市场,国内的相关的车用制作标准是GB17258。

二型气瓶一边内胆材质是钢类的,采用的玻璃纤维或碳纤维环向缠绕工艺,目前国内广泛应用于CNG车用气瓶,二型长管少量用于储运市场,车用的制造标准目前是GB24160,和一些企业标准。

三型气瓶目前主要的材质有钢类的和铝类的,采用的是碳纤维或者是玻璃纤维全缠绕工艺,目前主要应用于轻量化的CNG车型和氢燃料电池车,氢燃料无人机等市场,国内车用氢气瓶的标准是GB/T3544。

四型气瓶就是通常说的塑料内胆的气瓶,内胆是符合材料内胆的,采用碳纤维、玻璃纤维全缠绕工艺,目前国际市场上应用比较多,在国内市场目前是暂时没有应用,也没有相关的一些标准。

气瓶设计、制造和检验

李桦圣表示,新的高压气瓶产品的开发先是需要理论强度的一个计算,使用有限元分析评估气瓶设计的可靠性,通过各项的试验进行相关的质量验证,最终达到设计要求。

达到设计以后,内部试验做完以后向国家认可的检测机构提出申请,对新产品进行型式实验论证,取得型式试验相关的报告以后,安全相关的质量体系的16949的要求和经过审批的制造标准,对气瓶进行生产和检验。在气瓶出厂前是需要气瓶制造商当地的地方的监检,根据相关的国家法规和制造标准对气瓶进行检验。

气瓶投入市场以后,需要接受当地的第三方的监检的检验,就是我们俗称的年检。

氢气瓶生产的几个关键工序主要包括:内胆拉深,主要是影响气瓶内胆内外壁的质量,以及相关的壁厚。旋压收口,主要是影响到气瓶的长度以及瓶口的成型。固溶时效,主要是影响内胆的力学性能实验的数据和金相组织。缠绕固化,这道工序最终影响的是气瓶的爆破的强度和使用寿命。

根据《气瓶安全技术监察规程》,目前车用的气瓶国内批次要求不超过202只,其中由当点的监检部门,第三方监检部门在202之中随机抽取两只,这两只产品用来做疲劳耐久性试验和爆破试验,两只产品合格以后,第三方的监检机构根据相关的标准规定,最后出具监督检验证书,整个过程中相当于就是202只随机抽取两只来代表剩下的200只。

反过来说生产的设备的自动化程度以及设备的精度,决定了产品的一致性,因为你最后是需要两只产品来代表这200只的,所以最后是决定气瓶的安全性,所以整个对气瓶制造过程中,生产设备要求是比较高的。

气瓶的标准和认证

车辆用的氢气瓶,运输用的氢气瓶和地面存储用的氢气瓶,相关的一些法规标准。2017年年底国内发布的GB/T35544,2018年7月1日开始实施,目前标准是比较适用于三型瓶,关于车用氢气瓶定检标准目前还没有发布的,国内运氢主要是以20MPa工作的压力的钢制长管拖车为主,目前也还没有发布复合材料、运氢长管的相关的标准。地面存储的氢气瓶目前可执行的GB/T5099,压力不超过20MPa的钢质气瓶,暂时也没有发布相关的高压力复合材料气瓶相关的标准。

车用高压气瓶在整个试验验证过程中,要做强度和使用寿命的试验,它主要是有水压试验、气密性试验、常温的压力循环试验,水压爆破试验和氢气循环试验。

氢气循环试验要求在常温下加氢2MPa到1.25倍的工作压力,循环500次,以后再加压到1.15P的工作压力,在55度的环境下要静置30个小时,然后分别在零下30度到零上50度各再循环250次,最后进行气密性的试验,不得泄露,来验证气瓶和阀门在正常的极限使用过程中的寿命情况和质量情况。

火烧实验是用氢气或者是空气将气瓶加压到公称工作压力,采用先局部火烧,远离PRD端。如果是单口的气瓶,从尾部开始往前烧,如果是双口气瓶,则从中部开始往两端烧,最后整体完成火烧,要求在整个过程中比较是安全装置泄放,气瓶不得出现爆破情况。

接下来其他的环境实验有极限温度压力循环试验、加速应力破裂试验、化学环境暴露试验、枪击试验、跌落试验和裂纹容限试验,这些相关的一些试验,都是由国家权威的第三方机构进行试验,并出具试验结果。

中材科技在储氢瓶领域的布局

中材科技目前主营业务有车载压缩天然气气瓶、燃料电池氢气瓶及系统大口径复合材料储运装备。公司2008年开始从事高压储氢气瓶设计,与清华大学共同承接了国家的863项目,2011年完成了验收。

在车用燃料电池氢气瓶这一块,公司产能大概是2万只,预计2020年达到4万只的产能,现在正在进行自动化的改造,与国内的一些整车企业目前都在配套,70MPa的也在给相关的乘用车企业在研发,产品从28升到380升都有,无人机用的目前年产能是2万只,市场占有率达60%,2升到20升,产品都是全覆盖的。

中材科技多年来一直围绕着“大容积、轻量化、高压力、高效率、低成本”复合材料压力容器研发方向创新产品。公司接下来将布局四个方面:

第一、车用70MPa氢燃料电池储运系统的开发以及推广,目前是三型瓶,也包括后续的四型瓶。

第二、30MPa及以上压力站用和运输储氢容器的开发和应用。

第三、高压储氢气瓶高效率缠绕技术的研究和优化。

第四、储氢气瓶关键材料及系统部件的国产化应用,降低储氢系统成本。

关键字:高压储氢气瓶

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