5月21日，由中國(guó)電池聯(lián)盟、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池專委會(huì)和中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)氫能及燃料電池分會(huì)(籌)聯(lián)合舉辦的“2019新型制氫技術(shù)與加氫站建設(shè)高峰論壇”在蘇州隆重召開，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院研究員石坤作了題目為“氫能儲(chǔ)運(yùn)裝備檢測(cè)有關(guān)問題探討”的演講。以下為石坤演講速記全文：

很榮幸有這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家交流一下，關(guān)于氫能設(shè)備方面的問題。上午很多專家從不同角度對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做了詳細(xì)的闡釋。聽了很多很受啟發(fā)，但是更多是講氫能的效率，我不關(guān)心氫怎么來，也不關(guān)心你們?cè)趺从茫谊P(guān)心設(shè)備是否安全。因?yàn)樵跉洚a(chǎn)業(yè)當(dāng)中，大量使用了特種設(shè)備。比如說煤化工也好、甲醇化工也好，包括儲(chǔ)氫、用氫都是使用了大量的特種設(shè)備。

今天我的講述是分幾個(gè)方面，一個(gè)是設(shè)備的情況，第二個(gè)是損傷模式，以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求，目前我們開展的設(shè)備檢驗(yàn)情況，以及有關(guān)檢驗(yàn)技術(shù)的探討。

從人類的視角來看，人類使用的燃料也是不斷更新?lián)Q代，從遠(yuǎn)古以來，從使用木材，到后期的大量使用煤炭，包括現(xiàn)在還在使用煤炭資源。以及到近現(xiàn)代石油的開發(fā)、天然氣的開采，到一定時(shí)間以后，我估計(jì)可能是到50年到100年以后，基本上以固態(tài)燃料為基礎(chǔ)的煤炭，基本上會(huì)退出人類燃料歷史的舞臺(tái)，最終是到以燃?xì)鉃橹鳎瑲錃?、天然氣發(fā)展的模式。當(dāng)然當(dāng)中還有特種的發(fā)展，比如說核裂變的發(fā)展模式。這個(gè)從我個(gè)人的視角是這樣考慮的，無論是以碳、氫、氧為主要材料的，或者是以碳、氫為液態(tài)的石油，人類使用的模式，逐漸地是碳含量越來越少，氫和碳逐漸分離的這樣一個(gè)過程。而氫作為一種能源和燃料來說，它可以實(shí)現(xiàn)再生。從水電解來說，可以來自于水，推動(dòng)它的反應(yīng)又變成水。而且上午大家也介紹了，氫的能量密度是天然氣的3.4倍，汽油的3.3倍，煤炭的1.8倍。而且目前是有兩個(gè)情況，這跟大家的商業(yè)價(jià)值有不同的地方，中國(guó)有大量的過剩能源，一個(gè)是有1000億，棄光、棄水、棄風(fēng)，過剩的電能，當(dāng)然怎么應(yīng)用是一個(gè)過程，每年多場(chǎng)一千萬噸的化工氫，你在這里不值錢，到加氫站又變成了另外一種。利用氫組成電能，這也是國(guó)家為什么發(fā)展的方面。另外從儲(chǔ)氫方式，從固態(tài)儲(chǔ)氫、液體儲(chǔ)氫還有比如說高壓儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫等幾個(gè)方面。目前在中國(guó)的加氫站，基本上都是物理高壓固態(tài)儲(chǔ)氫的方式，盡管氫目前有很多的方式，在半商業(yè)運(yùn)營(yíng)的層面上，還沒有像液體儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫的應(yīng)用，聽說在新疆有的集團(tuán)開發(fā)應(yīng)用這方面的工作，這也是幾個(gè)儲(chǔ)氫方式的比較。

第三個(gè)是大量使用氫，氫運(yùn)回來怎樣儲(chǔ)存，這是非常值得大家考慮和面對(duì)的瓶頸問題。從目前來說，近幾十年來，全世界包括中國(guó)在儲(chǔ)氫方面應(yīng)用了各種各樣的設(shè)備，因?yàn)閮?chǔ)存的量越來越高，就增加了它的壓力，在獨(dú)特的能量情況下，增加儲(chǔ)存的能量就需要壓力，需要它的包裝度需要很強(qiáng)的強(qiáng)度，最開始使用的都是鍛造設(shè)備，這種設(shè)備造價(jià)非常高。后來不說氫的成本，這種設(shè)備的成本就遠(yuǎn)高得多。然后為的降低成本，無論是美國(guó)、日本、中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，就開發(fā)了纏繞式的儲(chǔ)氫方式。包括浙大開發(fā)的里面是U鋼，外面是碳纖維多層材料的方式，還有鋼板纏繞以及熱套的方式，都是不同的材料、不同的結(jié)構(gòu)，以不同的工藝組裝到一塊兒，來達(dá)到分層制造，降低它的成本。包括目前所有的使用的瓶式容器，但是瓶式容器有一個(gè)很大的問題。目前來說，三型這種纖維增強(qiáng)的容器，國(guó)家還沒有有效的標(biāo)準(zhǔn)，還有一種儲(chǔ)氫設(shè)備，是地下儲(chǔ)氫容器、儲(chǔ)氫井，這種占地面積小。無論是50156我標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，都給予了這種設(shè)備的認(rèn)可，它的安全比其他的設(shè)備阻斷小1/3，其他50米，它這個(gè)30米。它埋在地下沒有受輻射靜電的影響，而且它是100—300米，無論是溫度的變化它會(huì)有一個(gè)調(diào)制的過程，而且90%都是地下，受環(huán)境影響小。一旦失效它也是往上。從加氣站的發(fā)展軌跡來說，早期的加氣站，包括站內(nèi)使用，都是小鋼氣組。后期，中國(guó)開發(fā)了小型的儲(chǔ)罐，三立方和四立方，很多的企業(yè)還在大量使用。到2000年以后，隨著大容器瓶，從美國(guó)引入中國(guó)以后，大量的加氫站使用瓶制容器，我的看法是過幾年以后，基本上這幾類設(shè)備同時(shí)并存，儲(chǔ)氣井、地面瓶式容器，甚至是基礎(chǔ)于混凝土這種材料的容器。

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現(xiàn)在來看，基本上在建的30幾個(gè)站的儲(chǔ)氫容器來說，基本上都是全金屬的，它的特點(diǎn)來說主要是單層的這種設(shè)備，當(dāng)然現(xiàn)在孫總那里也有，就是屬于目前定義，氨氣瓶屬于三型的，但是目前沒有三型的，金屬類的全材料的這種容器，在目前的法規(guī)中還未給出明確的說法。目前大家談到了為什么加氫站這么少？其中有一個(gè)，在這里我跟大家說，也是我個(gè)人的觀點(diǎn)，也是事實(shí)，因?yàn)閮?chǔ)氫設(shè)備還未經(jīng)過國(guó)家的允許。某種程度上，所有運(yùn)行的加氫站都不是嚴(yán)格意義上的商業(yè)運(yùn)營(yíng)站，都僅僅是科研示范站。因?yàn)槟壳八械膬?chǔ)氫容器是45，是超出了國(guó)家的要求，所以不允許使用。為什么加氫站這么少，這是非常大的問題。

第二個(gè)從設(shè)備的損傷模式來說，常規(guī)的設(shè)備是有這么幾個(gè)方式，一個(gè)是腐蝕減薄，碳酸、硫酸包括土壤腐蝕。第二類是硫化物、碳酸鹽氨腐蝕等，第三個(gè)是機(jī)械疲勞，然后反復(fù)的疲勞，會(huì)造成開裂。包括高溫的腐蝕，還有是材質(zhì)劣化，在不銹鋼的腐蝕，反過來氫有哪些損傷？現(xiàn)在為什么氫很多設(shè)備沒放開，就跟常規(guī)下氫的損傷模式還沒有完全修復(fù)有關(guān)系。在高溫的狀態(tài)下，220度和230度的這種，比如說氫鼓泡，對(duì)于來自于材料內(nèi)部的氫和外部的氫，在材料的聚集形成的靜態(tài)壓造成的局部材料的隆起。同時(shí)，如果在高溫狀態(tài)下，氫可以和金屬碳結(jié)合，產(chǎn)生甲烷。它也會(huì)是在一個(gè)小的封閉空間也會(huì)造成一些內(nèi)部的損傷。同時(shí)，如果氫這種原子能小，聚集在不規(guī)則的規(guī)則中，就會(huì)造成氫清脆。還有氫質(zhì)開裂等，雖然他們具有嚴(yán)格開裂的特征，但是這是氫所能造成的損傷?，F(xiàn)在來看，我們常溫狀態(tài)下使用的氫是否會(huì)造成這樣的后果，現(xiàn)在來看，從氫腐蝕這個(gè)角度來說，應(yīng)該問題不是很大，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在使用的無論是運(yùn)氫設(shè)備還是儲(chǔ)氫設(shè)備，基本上都是85以下的，造成氫腐蝕的可能性不是很大，但是造成氫脆還是有可能，所有產(chǎn)生的機(jī)理，它現(xiàn)有的資料和一些情況，還沒有有效的定論。如果是對(duì)于不銹鋼，包括日本的儲(chǔ)氫設(shè)備，里面是不銹鋼，外面為了節(jié)省材料省錢慢慢用，目的就是說不銹鋼的這種耐氫的損傷情況比較好。

第三個(gè)方面就是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)方面，我們?cè)趦?chǔ)氫容器當(dāng)中有一個(gè)是叫固定式按容器規(guī)范，這里面規(guī)定，只有工程直徑大于500毫米的，才能屬于這個(gè)規(guī)范管理的，但是現(xiàn)在有的設(shè)備，往往是小于500毫米的。但是它不能屬于壓容器，按照氣瓶去設(shè)計(jì)。材料的話，基本上我們現(xiàn)在用的都是弱Mo性的，它從場(chǎng)管弱來的，但是結(jié)構(gòu)都是纖維增強(qiáng)金屬內(nèi)膽瓶式。目前我們的壓力是屬于45Mpa，不算固定容器，現(xiàn)在還有的瓶規(guī)沒出來，只有45Mpa，所以現(xiàn)在的氣瓶有的不合法，因?yàn)樗隽艘?guī)定，還沒有有效驗(yàn)證。所以瓶其的角度來說，只能以4732設(shè)定。目前儲(chǔ)氫的氣瓶還沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這也是制約加氫站發(fā)展的原因。

對(duì)于美國(guó)來說，有一個(gè)ASME的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于小于6000PSI的規(guī)定，如果大于這個(gè)儲(chǔ)氫壓力，就必須要做一些認(rèn)證性實(shí)驗(yàn)。因此閾值的實(shí)驗(yàn)以及疲勞開裂的困難率的測(cè)試。還有一個(gè)疲勞壽命的驗(yàn)證，臨界的深度不小于0.25，臨界長(zhǎng)度不能小于1.5倍，他們是有一個(gè)嚴(yán)格的評(píng)價(jià)體系?，F(xiàn)在過能有些已經(jīng)接受了這樣的準(zhǔn)則，要么你做實(shí)驗(yàn)，要么壓力降到45MPa以下，以后這個(gè)文件的出臺(tái)，要造這個(gè)文件必須小于45Mpa，如果一通過，從加氫站的環(huán)節(jié)，是沒有最后的障礙了。從國(guó)內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)來說，跟我們相近的大瓶制的，ISO的11120，從容器、壓力、溫度等幾個(gè)方面，他們的范圍要比國(guó)標(biāo)大得多。還有材料的含氫量、含硫量，我們的國(guó)標(biāo)要比國(guó)外的嚴(yán)格得多。從材料的性能來說，也是美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)寬松一些，以及其他的一些實(shí)驗(yàn)。一些批量實(shí)驗(yàn)，還有不知檢的實(shí)驗(yàn)等，大部分看出來美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)不要求的，而中國(guó)的要求非常嚴(yán)。我們要求很嚴(yán)，同時(shí)缺乏很多的實(shí)驗(yàn)支撐，這是很有意思的悖論。從國(guó)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來看，瓶式容器是兩類，一個(gè)是按固定壓容器設(shè)計(jì)的，一個(gè)是按大溶劑氣瓶設(shè)計(jì)的。按照氣瓶設(shè)計(jì)的比較松。制造方法全都是一樣的，它僅僅是采用不同的設(shè)計(jì)規(guī)范，完全是無縫管旋壓整體制造，分不清氣瓶和容器，但是設(shè)計(jì)規(guī)范不一樣。

從設(shè)計(jì)的角度來說，我們可以看到，按瓶容器設(shè)計(jì)，它要求相對(duì)松一些，按瓶來做的話還要有一些的實(shí)驗(yàn)。水壓壓力也比容器的要高，而且還要做產(chǎn)業(yè)容器的測(cè)試，打壓前和打壓后有沒有變形？小氣瓶可以，大氣瓶難度大。目前市場(chǎng)超過了國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)的管理的步伐，然后造成了一些缺失，同時(shí)國(guó)家鼓勵(lì)氫氣的發(fā)展，但是管理上沒跟上，而且有人分析說，對(duì)有些標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)，同時(shí)同一樣的東西和不同樣的要求，這對(duì)加氫站造成了一些風(fēng)險(xiǎn)。

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第四個(gè)方面是檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方面，我們?cè)菏侨珖?guó)唯一一家長(zhǎng)管拖車大溶劑氣瓶檢驗(yàn)，我們檢驗(yàn)了10萬多支拖車。在談質(zhì)量和發(fā)展的情況下，安全也是非常重要的。同時(shí)我們也是具有全瓶式檢驗(yàn)容器的單位。為了有效開展，因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)室盡管是實(shí)驗(yàn)站，但是也存在幾年以后到期的情況，去年發(fā)了一個(gè)函，我們提供了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是溶劑增大到42升，壓力提到45Mpa，提到45Mpa，我們可以檢驗(yàn)氣瓶，否則的話沒人敢檢。這是現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)站的照片，最后以12米長(zhǎng)的液氮汽車進(jìn)行氣瓶實(shí)驗(yàn)，也是非常龐大的系統(tǒng)工程。

第五個(gè)是對(duì)檢驗(yàn)情況進(jìn)行探討。剛才提到高溫下面的氫損傷已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外研究透徹，但是對(duì)于常溫下的氫損傷沒有定論，成果不是很多。第二個(gè)是Cr—Mo鋼與H2新材料結(jié)構(gòu)的問題，目前我們不知道美國(guó)6000PSI，只能說參考它的標(biāo)準(zhǔn)，如果參考它的標(biāo)準(zhǔn)要做各類韌性、強(qiáng)度因子等一些實(shí)驗(yàn)，而且給出最大的壓力值。從目前的分析來說，常溫下的氫損傷最主要的兩點(diǎn)，一個(gè)是無論由于材料內(nèi)部氫的存量，第二個(gè)由于外部?jī)?chǔ)存氫往材料擴(kuò)展，如果氫進(jìn)到材料內(nèi)部才會(huì)對(duì)它產(chǎn)生損傷或者是嚴(yán)重的后果。第二個(gè)就是缺口效應(yīng)，通過做實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，使用的鋼瓶和容器，如果內(nèi)表面加工精度不是很高，我們知道有一點(diǎn)，高氣瓶表面非常順滑的，還有為了規(guī)避所有的規(guī)范，你45要降到41。這就是瓶式氣瓶的矛盾點(diǎn)。

基于這些問題，因?yàn)槲覀兗託湔窘衲陝倓傞_始，材料相容性、結(jié)果合理性、技術(shù)有效性，評(píng)價(jià)是否準(zhǔn)確等都沒有定輪，只能給出FFS（合理使用評(píng)價(jià)），只能這樣做，但是合理使用評(píng)價(jià)資質(zhì)，目前我們?cè)褐挥袃杉矣羞@樣的資質(zhì)。中國(guó)特種設(shè)備科檢院有最大的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，5萬平方米，2個(gè)部級(jí)工程中心和2個(gè)部級(jí)實(shí)驗(yàn)室，以及兩個(gè)“十三五”的課題。

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