深度丨中國氫能承壓設備風險分析和對策（cè）的幾點思考
來源：北極星氫能網 更新：2020-08-05 20:52:04 作者： 瀏覽：15828次
氫（qīng）能是構建以清潔能源為主的多元能源供應體係的（de）重要載體，正進入快速發展期。中國氫能承壓設備種類、數量快（kuài）速增長，呈現出極端化、輕量化的發展趨勢，其安全保障麵臨新的挑戰。在（zài）介紹中國氫能承壓設備發（fā）展現狀的基礎（chǔ）上，全麵（miàn）分析了麵臨的法規風險、技術風險和管理（lǐ）風險，並對風險防控提出了若（ruò）幹建議。
2020年全國氫能產業培訓（第一期）
8月22-23日·北京
張（zhāng）老師 13191816562
來源（yuán）：壓力容器
作者：鄭津（jīn）洋; 胡軍; 韓武林; 花爭立; 葉盛氫能具有來源多樣、利用高效、清潔（jié）環保等特點，其既是支撐石化能源高效清（qīng）潔利（lì）用的重要無碳原（yuán）料; 又是構建以清潔能源為主（zhǔ）的多元能源（yuán）供應體係的重要載（zǎi）體［1］。“十三五”國家科技創（chuàng）新規劃指出，氫能是新一（yī）代引領產業（yè）變革的顛（diān）覆性能源（yuán）技術。隨（suí）著製氫（qīng）、儲氫、輸（shū）氫、用氫（qīng）( 特別是氫燃料電池（chí）) 和氫安全技術的快速發展（zhǎn）和進步，以（yǐ）及政府行業主管部門和監督管理部門的高度重視， 能源與裝備製造大型骨幹企業合理布局的加快， 中國氫能利用的（de）步伐和發展明顯提速。截至2019 年（nián）底，中國已經建成各類加氫站66座，全球排名第三（sān），儲氫壓力容器( 含緩衝罐（guàn）等) 將近1000台; 氫燃料電池（chí）汽車累計銷售約6164輛，商用（yòng）車保（bǎo）有量全球第一，車載高壓氫氣瓶已經（jīng）超過（guò）2.5萬隻; 氫氣壓力管道約400km。據相關管（guǎn）理部門的規劃，到2030年，我國加氫站數量將超過1000 座，燃料電池（chí）汽車超過100萬輛，氫氣壓力管道將達到3000km以上。儲氫、輸氫是連接製氫和用氫的橋梁，在氫能 發展中（zhōng）發揮著不可（kě）替代的作（zuò）用（yòng）。迄今為（wéi）止，幾（jǐ）乎所有的儲氫設備和輸氫設備都承受氫氣壓力，屬（shǔ）於特種設（shè）備中的（de）承壓設（shè）備。儲（chǔ）氫承壓設備主要包 括（kuò）固定式壓力容（róng）器、氣瓶等; 輸氫承壓設（shè）備主要包括鐵路罐車、管束式集裝箱、長管拖（tuō）車、壓力（lì）管道等。氫能承壓設備包括儲氫承壓設備、輸氫（qīng）承壓設備，及其（qí）安全（quán）附件和儀表等( 包括安全閥、爆破片（piàn）、緊急切斷閥（fá）、壓力表、溫度計、壓（yā）力傳感器、溫度傳感器等) ，其共同（tóng）特點（diǎn）是，氫氣易漏易燃易爆， 存在較大的燃燒、爆炸風險; 在高壓、液氫或者深冷環境下工作，材料存在（zài）脆化風險。由於儲氫壓力容（róng）器和氫氣瓶工（gōng）作條件的複雜性( 如工作壓力波動較頻繁以及（jí）壓力（lì）波動範圍較大等) ，存在（zài）一定（dìng）的疲勞（láo）失效風險［2－3］。氫能承壓設備使用的（de）安全保障是一個全球性課（kè）題。據相（xiàng）關資料［4］統計，2011 ～ 2015 年，日本各（gè）類加氫站總計發生事故28 起，其中額定（dìng）加氫壓力70MPa加氫站和35MPa加氫站各14起（qǐ）。2019年5月23日，韓國江原道江陵市儲氫壓力容器爆（bào）炸，造成（chéng）2死 6傷; 2019年6月1日，美國加州某儲氫壓力容器發生氫氣（qì）泄漏而引起爆炸事故; 2019年6月10日（rì），挪威某加氫站發生氫氣泄漏而引起爆炸事故（gù）。近（jìn）年來，中國也發生了如（rú）某水電解製氫係統儲氫（qīng）罐發生爆炸、某儲氫壓力容器水壓試驗時發生（shēng）爆炸以及氫安全附件泄漏失效等多起（qǐ）重大安全事故。隨著中國（guó）氫能承壓設備種類和數量的快速（sù）增長，設計工況條件（jiàn）的極端（duān）化( 如設計壓力高達（dá）140MPa、設計溫度低至－253℃等) ，輕量化設計的應用普及（jí），社會公共安全（quán）要求的不斷提高，氫能承壓設備的（de）設計、製造、使用、管理等安全保障（zhàng）麵臨（lín）著新的挑（tiāo）戰。為保障人民生命和財產安全，促進氫能行業健康發展（zhǎn），急需（xū）加強氫能承（chéng）壓設備風（fēng）險防控的研究。
儲氫、輸氫（qīng）承（chéng）壓設備發展（zhǎn）現狀
氫介質的儲（chǔ）存方式主要分為氣態儲氫( 氣氫) 、液態儲（chǔ）氫( 液氫) 、固態儲（chǔ）氫和複合儲氫等（děng），相應的儲氫承壓設備體係見圖 1。
主要用於儲存高壓氫氣， 包括固定式儲氫（qīng）壓力容器（qì）和高（gāo）壓氫氣瓶，其優點是充氫放氫速（sù）度（dù）快、設備結構相對簡單、技術相對成熟，是市場需求（qiú）的主流儲氫（qīng）方式; 缺點是（shì）體積儲氫密度較低，且需要高壓力儲存，以增（zēng）大儲氫密（mì）度。固定式（shì）儲氫壓（yā）力容器（qì）是（shì）加氫站、製氫站、氫儲能係統、高壓氫循環測試係統、發電站、加氫工藝裝置等的主要核心設備。目前，我國加氫站（zhàn）在用的（de）固定式儲（chǔ）氫壓力容器將近 1000 台，大多數為（wéi）境（jìng）內（nèi）製造，境外進口（kǒu）的僅占少數，主要結構（gòu）形式有單層儲氫壓力容器( 包（bāo）括大容（róng）積無（wú）縫（féng）瓶式儲氫容器、單層整體鍛造式儲氫壓力容器等) 和多層（céng）儲氫壓（yā）力（lì）容器( 包括全多層儲氫壓力容器、層板（bǎn）包紮儲氫壓力（lì）容器等) ，臨氫材料牌號主要有（yǒu）S31603，4130X，35CrNi3MoVR，20MnMoV，SA372J等，設計壓力為41,50，70，98，140MPa等，容積為 0.053，0.3，0.9，1.0，2.0，5.0，7.3，10.0m3等。複合材料儲氫壓力容（róng）器尚處於試製樣（yàng）機階段。已經實施的相關 國（guó）家標準和團體標準有GB/T 26466—2011《固定式高（gāo）壓儲氫用鋼帶錯繞式容器》、T/ZJASE 001—2019《固定式高壓儲氫用鋼帶 錯繞式容器定期（qī）檢驗與評（píng）定》和T/CATSI 05003—2020《加氫站儲氫壓力容器專項技術（shù）要求》。目前，有的加氫站儲氫設備采用了（le）按氣（qì）瓶規 範和標準（zhǔn）設計製造的儲氫氣瓶，其優點是製造（zào）比較容易、成本較低（dī），但這種應用未（wèi）得到相關法規（guī）、安全技術規範和標準的支持，也不符合團體標準T/CATSI 05003—2020《加氫站儲氫壓力容器專項技術要求》的規定。將來是否可（kě）以成為市場需（xū）求的一個發展（zhǎn）方向，還要看國際、國內技術發展成（chéng）熟 度，以及相應安全技術規範和標準（zhǔn）製修訂進展情況而定。高（gāo）壓氫氣瓶（píng）包括鋼製高壓氫氣（qì）瓶和（hé）複合材料高壓氫氣瓶。鋼（gāng）製高壓氫氣瓶主要用於氫燃料電（diàn）池叉車; 複合材料高壓氫氣瓶主要用（yòng）於氫燃料電池汽車、氫燃料（liào）軌道交通、氫燃料無人機等領域。中國在用的複合材料高壓（yā）氫氣瓶已超過2.5萬隻（zhī），絕大多（duō）數是境（jìng）內生產的（de）鋁內膽碳纖維全纏繞高壓氫氣瓶( Ⅲ型（xíng）氫（qīng）氣瓶) ，少量是（shì）境外進口的，公稱工作壓力為 35 MPa 和 70 MPa，使用環境溫度－40～85℃ ，容積28～320L; 塑料內膽碳（tàn）纖維（wéi）全纏繞高壓氫氣瓶(Ⅳ型氫氣瓶)目前境內尚處於（yú）立項研究試製階（jiē）段（duàn）。已經頒布實施的相（xiàng）應國家標準有GB/T 35544—2017《車用壓縮氫（qīng）氣鋁內膽（dǎn）碳纖維全纏繞氣瓶》。主要用（yòng）於儲存液氫，分為固定式液氫壓（yā）力容器(儲罐)和液氫瓶，其優點是體積儲氫密度高，液氫的密度為 70kg/m3 ; 缺點是氫氣液化能耗高(約為氫氣能量的（de）1/3) 、長時間存放液氫的靜態蒸發（fā）損失較大。一般液態儲氫承壓設備的設計壓力為0.1～1.3MPa 左右，設計（jì）溫度為－253 ℃ 。目前，我國液氫行業（yè）裝置（zhì）產（chǎn）能大約5噸（dūn）/天，主要用於航空航天領域，研製的300m3 固定式液氫壓力容（róng）器（qì）成功（gōng）應用於火箭（jiàn）發（fā）射場，相應的國家標準（zhǔn）《氫能汽（qì）車用燃料液氫》、《液氫生產係統技術規範》、《液（yè）氫儲存和運輸安全（quán）技術（shù）要（yào）求》即將頒布實施（shī）。隨著軍用（yòng）技（jì）術的逐步解密和民品（pǐn）化，以（yǐ）及氫（qīng）氣液化、液氫（qīng）儲存技術的進步，民用液氫壓力容器、液氫瓶和車載液氫係統的研發正在提速，目前已（yǐ）經研製（zhì）出樣機，而且大型液氫球罐也處於研製開發階（jiē）段。固態儲氫是通過（guò）氫與材料發生化學反應或者物（wù）理吸附將氫儲存於固體材料中，優（yōu）點是儲氫壓力較低、體積（jī）儲氫密（mì）度高、可純化氫氣; 缺點（diǎn）是質量儲氫密度低、充放氫需要熱交換。常用固態儲氫方式有金屬氫化物固態儲氫、配位氫化物固態儲（chǔ）氫（qīng）、碳質材料固（gù）態儲氫、金屬有機（jī）骨架化（huà）合物儲氫等。固態儲氫容器的設計壓力一般為0.5～4.0MPa，設計溫度－40～60℃ 。固態儲氫容（róng）器的容積範圍比較寬，隻有容積大於（yú）等（děng）於30L的（de）容器才屬於安全（quán）監察範疇內的壓力容器。我國固（gù）態儲氫（qīng）容器已在通訊基站、加氫站等（děng）場所獲得應用，已經實施的相應國家標準有GB/T 33292—2016《燃料電池備用電源用金屬氫（qīng）化物儲氫係統》、GB/T 34544—2017《小型燃料電池車用低壓儲（chǔ）氫裝置安全試驗方法》。為提高儲氫密度（dù），近些年出現（xiàn）了高壓固態複合儲氫氣瓶( 容器) 和高壓深冷複合儲氫氣瓶(容器)。我國高壓固態複合儲氫壓力容器的充氫壓力一般為35,45,90 MPa，使用溫度不超過80℃ ，最大容積已經（jīng）達到（dào）1.0m3 ，並且在某加氫站投入示範（fàn）試運行。高壓深冷儲氫氣瓶的公稱工（gōng）作壓（yā）力一般（bān）為30～50MPa，工作溫度－40 ～－240 ℃ 。輸氫承壓設備主要用於將氣態氫或者液態氫從產地輸（shū）送或者運輸到終端用戶，輸（shū）氫承壓設備體係見圖（tú）2，主要分為氣態輸氫（qīng）設備（bèi）和液態（tài）輸氫設備。
主要用於輸送、分配氫氣（qì），包括運氫設備和氫氣管道。運氫設備主要有氫氣長管拖車和（hé）氫氣管束式 集裝箱。其適用於運輸距（jù）離較短、輸送量較少、氫氣日用量為噸級以內的用戶。目（mù）前，我國氫氣長管拖車和氫氣管束式集裝箱采用的是鋼製大容積 無縫高壓氣（qì）瓶和鋼質（zhì）內膽碳（tàn）纖維環向纏（chán）繞氣瓶， 一般氣瓶公稱工作壓力為 20，25，30 MPa等，科（kē）技部正在（zài）立項研（yán）製公稱（chēng）工作壓力為50MPa、容積不小於300L的氫氣瓶。也有（yǒu）境內物流和氣體公司正在（zài）嚐試采用其他運輸模式，如采用公稱工作壓（yā）力為30～ 52MPa的氫（qīng）氣瓶集裝（zhuāng）格（gé）結構（gòu）形式的運輸方式等。另外，還有氣瓶公稱工作壓力為（wéi）35MPa( 70 MPa) 的移動式撬裝加氫係統、氣瓶公稱工作壓力為35MPa( 70 MPa) 的集裝箱式氫氣增壓裝置等。這些係統或（huò）裝置中的儲氫氣瓶組和 氫氣緩衝（chōng）罐的合規性，以及（jí）采用非充裝站內的（de）直 接（jiē）加注或者卸（xiè）載方式的安（ān）全性，都需要給予關注。氫氣輸送管道主要（yào）有輸氫管道和配氫管（guǎn）道。輸氫管道分為兩類，一類是用於場（chǎng）( 廠) 區（qū）內（nèi）裝置間或者係統內（nèi）輸送氫氣，如企業場( 廠) 區內輸氫管道、工業氫能園（yuán）區內輸氫管道、加氫站（zhàn）內輸氫管道、車（chē）載供氫係統管道等，其特點是管道（dào）壓（yā）力高、直徑小，一般采（cǎi）用壓力（lì）管路用管或者儀表管，壓力等級為44.8MPa(6500psi) ，46.2MPa(6700psi) ，103.5MPa(15000 psi) ，137.9MPa(20000 psi)等，管道直徑為6.35 mm(1/4″) ，9.5mm(3 /8″) ，12.7mm( 1/2″) ，14.28mm(9/16″) ，25.4mm(1″) 等;另（lìng）一類用於（yú）大規模、長距離（lí）輸送氫氣(摻氫天（tiān）然（rán）氣) 的長輸管道，管道設計壓力2.0 ～20.0MPa，直徑300 ～ 1000 mm。目前（qián），我國長距離輸送氫氣壓力管道大（dà）約 400 km，最高輸氫（qīng）壓力4.0MPa，最大管徑508mm。配氫管（guǎn）道一般用於小規模、短距離輸送氫氣，輸氫對象為小規模（mó）用戶( 如民用氫能園區（qū）內連接供氫站和用戶間的管道) ，其特點是（shì）管道壓力較低、直徑較小。主要用於輸送液氫，包（bāo）括液氫鐵路加注運輸車、液氫汽車罐車（chē）、液氫罐式集裝箱和液（yè）氫管道等。液氫（qīng）承壓設備設計壓力為0.3～0.6MPa，設計溫度－253℃ 。目前（qián），中國已經（jīng）成功研製出0，85m3 自帶（dài）汽化器液氫（qīng）鐵路加注運輸車(高真空多層絕熱結構罐體，設（shè）計壓力0.6MPa，設計溫（wēn）度－253℃ ) ，並在引進膨脹珍珠（zhū）岩結（jié）構、100 m3 低溫真空絕熱罐體的基礎上，完成了液氫鐵路加注運（yùn）輸車（chē）的設計製造。上述液氫鐵路加注（zhù）運（yùn）輸車主要應用於液氫火箭燃料的鐵（tiě）路運輸、發（fā）射（shè）場（chǎng）火箭燃料加注、航天研究院（yuàn）等科研單位的試驗研究。科技部正在立（lì）項研製40m3 民用（yòng）液氫汽車罐車。以下從法規（guī）、技術、管理三個方麵分析氫能承（chéng）壓設備麵臨的風險。法規或者標（biāo）準覆蓋麵缺失方麵的風險，主要 是指相應的特種設備安全技術規範或者（zhě）標準缺少 針對 35 MPa 以上氫能承壓（yā）設備的基本安全要求。TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》中對於非焊接儲氫瓶式容器（qì）材料的化學成分和力學性能作了規定（dìng），TSG R0006—2014《氣瓶安全技術監察規程》規範中對充裝（zhuāng）氫氣長管拖車、管式（shì）集裝箱的氣瓶提出了（le）材料力學性能方麵的要求，行業（yè）標（biāo）準 NB/T 10354—2020《長管拖車》和NB / T 10355—2020《管束式集（jí）裝箱》中對充裝氫氣（qì）的氣瓶以及管路等材（cái）料、設計（jì）、製造規定了基本安全要求。除 GB / T 35544—2017《車用壓縮氫氣鋁內膽（dǎn）碳纖維全纏繞氣瓶》外，這些規範（fàn）和標準的基本安全要求主要針對的是公稱工作壓力( 設計壓力) 在 35 MPa 以下的氫氣瓶（píng）或儲氫（qīng）壓力容器。對於壓力更高的氫能（néng）承壓設備，其（qí）服役性（xìng）能 不僅僅取（qǔ）決於材料( 化學成分、力學（xué）性能、微觀組織等) ，而且與應力( 應力（lì）比、加載（zǎi）頻率等) 、環境( 氫氣壓力、溫（wēn）度、純度等) 和製造（zào）( 焊接、旋壓、衝壓（yā）、熱（rè）處理、無損檢測等) 等密切相關，急需在現（xiàn）有（yǒu）安全技術規範和相應標準的基（jī）礎上，增加和補 充專項基本安全要（yào）求。此外，氫能承壓設（shè）備安全 附件和儀表的相關（guān）法規、標準也有待進一步（bù）的補 充（chōng）和完善。近期，針對加氫站儲氫壓力容器，團體標準T / CATSI 05003—2020《加氫站儲（chǔ）氫壓力容器專項技術要求》已經正式發（fā）布實施。該（gāi）標準對加氫站儲氫壓（yā）力容器（qì）有關（guān）材料、設計、製造等（děng）環節的基本安全要（yào）求作出了專項規（guī）定。基（jī）礎數據缺失風險主要反映在兩個方麵，即基礎數（shù）據匱乏和材料氫脆測試方法不（bú）當帶來的風險。 在中國，已（yǐ）發明了140 MPa快開式金（jīn）屬材（cái）料高壓氫脆原位（wèi）檢測裝置［5］，對牌號為S31603，S30408 的材料在5 ～140 MPa 高壓氫（qīng）氣環境中的性能進（jìn）行了（le）係統深入研究，獲得了一批寶（bǎo）貴的試驗數據，但仍不能滿足氫能承壓設備（bèi）快速發展的（de）需（xū）要，亟待開展氫環境下材料（liào）、零部件和產品( 係（xì）統（tǒng）) 三個方麵的試驗研究。在材料方麵，需要（yào）獲得液氫(深冷) 環境、35 MPa以（yǐ）上高壓氫氣環境中的材料性能，如材料本構方（fāng）程、疲勞設（shè）計曲線、疲勞裂紋擴展速率等; 在零部件方麵， 需要研究氫閥門、氫接頭、氫軟管等在氫（qīng）環境下的失效模式及其預測方（fāng）法; 在產品方麵，需要（yào）模擬使用工況條件，研究高壓（yā）氫氣瓶等（děng）產品的性能。中國在零部件和係統層麵（miàn）的試驗數據極少，這是影響（xiǎng）中國氫能承壓設備產品性能一致性的重要因素。目前，金屬材料氫脆試驗（yàn）大致（zhì）可以分為預充氫試驗和原位氫試驗。預充氫試驗首先采用電化學充氫、高壓氣相熱充 氫等方法對試（shì）樣預充（chōng）氫，然後在空氣中對（duì）試樣進（jìn） 行力學性能試驗（yàn）; 原位氫試（shì）驗是指在高壓氫氣環境中直接對試樣進行（háng）力學性能試（shì）驗。預充氫方（fāng）法是先充氫、後（hòu）加載，不（bú）同於氫（qīng）能承（chéng）壓設備（bèi）氫侵入和加載（zǎi）同步（bù）的情況，且無法模擬裂尖高應力梯度區氫的動態侵入和偏聚［6－ 8］。國外常用的儲（chǔ）氫壓力容器產品標準( 如美國 ASME BPVC Ⅷ－3 KD－10《 Special Requirements for Vessels in Hydrogen Service 》、日本 JPEC－TD 0003《加氫站用低合金鋼製儲氫容器專項技術要求》等) 和臨氫材料試驗標（biāo）準( 如加（jiā）拿大 ANSI / CSA CHMC 1 《 Test Methods for evalsuating Material Compatibility in Compressed Hydrogen Applications － Metals 》等) 均采用原位氫（qīng）試驗法。GB / T 34542.2—2018《氫氣儲存（cún）輸送係統 第 2 部（bù）分（fèn）: 金屬材料與氫環境相容（róng）性試驗方法》規定了（le）金屬材料在高壓（yā）氫氣環境中（zhōng）慢應變速率拉伸性能、疲勞（láo）性能（néng）以及斷裂力學性能的測試方法; GB / T 34542． 3—2018《氫氣儲存輸送係統（tǒng） 第 3 部分: 金屬材料氫脆敏感（gǎn）度試驗（yàn）方法》規定了金屬材（cái）料的氫脆敏感度測（cè）試方法。設計製造風險主要反映在以下幾個方麵: 按JB/T 4732—1995《鋼製壓力容器———分析設計標準》( 2005 年確認) ，進行疲勞分（fèn）析和對比（bǐ）經驗設計風險、氫氣瓶設計製造質量及（jí）其穩定性風險、氫安全附件可靠性差（chà）引起（qǐ）的風險、氫氣瓶或者撬裝係統安裝（zhuāng）不（bú）當風險。(1)疲勞分析和對比經驗設計風險。按JB/T 4732—1995 進行氫能承壓設備疲（pí）勞分析設計，設計中存在兩個方麵的（de）問題，一是 JB/T 4732—1995 中的疲勞設計曲線沒有考慮高壓氫氣（qì）、高壓（yā）深冷氫氣和液氫對疲勞壽命的影（yǐng）響; 二是有些氫能承壓設備主要受壓（yā）元件材料，如 4130X 等材（cái）料，尚未納入JB/T 4732—1995 標準中。我國目前在線運營（yíng）的加氫站基本上為示範站或者投用不久的商用站，加氫量不大，儲（chǔ）氫壓力容器的（de）氫氣充放次數或者頻率較少，最多也就（jiù）幾千次，尚不足以作為（wéi）儲氫壓力（lì）容（róng）器對比經驗設計的依據（jù）; 也不應（yīng）當據此證明該類壓力（lì）容器（qì）不會發生疲勞失效。(2) 氫氣瓶設（shè）計製造質（zhì）量（liàng）及（jí）其穩定性風險。有的氫氣瓶製造單位對產品研（yán）發投入不（bú）足，試驗 數據過少（shǎo），無法對產品質量提供有效（xiào）支撐; 追求產（chǎn）品生產進度，質量穩定性難以保證（zhèng）; 車企和氣瓶製造企業（yè）對氫氣瓶安全性關注有待加強、過度追求 輕量（liàng）化導致氫氣瓶安全裕度降低，特別在公（gōng）稱工作壓力為 70 MPa 高壓氫氣瓶（píng）領域，Ⅲ型氫氣瓶的疲勞壽命（mìng）有待（dài）進一步提高，Ⅳ型氫氣瓶的研發與國外相比仍有（yǒu）較大差距，需（xū）要深（shēn）入研究並解決設（shè） 計、製造等方麵所麵臨的問題。跟風冒進就會出 問題，給使用安全（quán）帶來極大的風險。( 3) 氫安全附件可靠性差引起的風險。由於標準缺失，對氫材料、氫泄漏、氫衝擊等缺乏（fá）係統 和深（shēn）入地研（yán）究，造成國產50 MPa(98 MPa) 級氫壓力表、氫傳（chuán）感（gǎn）器（qì）、閥門的可靠（kào）性較差、使用壽命較 短（duǎn）、容易泄漏等問題，給使用安全帶來極大的風險 和存在較大安全隱患。例如，由於氫壓力（lì）表彈簧 管采用常規材料與焊接工藝（yì），泄漏（lòu）破損時有發生， 這有可能釀成火（huǒ）災爆炸事故。(4) 氫氣瓶或者撬裝係統安裝不當風（fēng）險。氫氣瓶或（huò）者（zhě）撬裝係統安裝是車載供氫係（xì）統的重要環節。但（dàn）現有相關標準（zhǔn）並沒有對供氫係統管路、接（jiē）頭、密封形式等提出基（jī）本安全要求。如果設（shè）計單位（wèi）的選型不（bú）滿足使用要求，也會造成管路連（lián）接接頭、密封性能等失效，甚至因密封失效造成氫氣泄漏而釀成事故（gù）。氫（qīng）能承壓設備檢驗檢測的風險主要反映在以下幾個方麵: 檢驗方法（fǎ）的適用性（xìng）風險、有效檢測評價方法的缺失和檢驗檢測能力（lì）的不足等風險。(1) 檢測方法的適用性風險。GB/T 24162— 2009《汽車用壓縮51吃瓜网金屬內膽纖維環纏繞氣（qì）瓶定期檢驗與評定》、TSG 21—2016《固定式壓力容器安全（quán）技（jì）術監察規程》等現行規範（fàn）標（biāo）準（zhǔn）規定（dìng）， 車用氣瓶定（dìng）期檢驗時需要進行氣瓶拆卸後（hòu）的瓶體內外（wài）部檢測和水（shuǐ）壓（yā）試驗，儲氫固定式壓力容器定期檢驗有時也需要進行（háng）水壓試驗。由於儲氫（qīng）壓力容器和（hé）高壓氫氣瓶介質的特殊性，盛裝（zhuāng）的氫氣必須滿（mǎn）足氫（qīng）燃料電池對（duì）氫氣品質的（de）要求，純度和密封（fēng）要求較高，拆裝高壓氫氣瓶有（yǒu）可（kě）能破壞其密封 性能，有安全隱患。有的氫燃料（liào）電池轎車，高壓氫氣瓶裝在汽車底盤上，裝拆非常困難。為（wéi）滿足氫（qīng）氣純度要求，儲氫壓力容器和氫氣瓶（píng）內表麵（miàn）出（chū）廠 時已（yǐ）經經過潔淨化的特殊處理，定期檢驗時的水 壓試驗會造成其內表麵汙染（rǎn）或者（zhě）鏽蝕（shí），而需要重新進行內（nèi）表麵潔淨化處理，因此，需要在修訂相應 安全技（jì）術規範和標準時，研（yán）究和解決其規定（dìng）的定 期（qī）檢驗項目和要求帶來的（de）新問題（tí），以避免上述安全隱患和不必要的後續處理等情況。(2) 有效檢測評價方法缺失風險（xiǎn）。對於一些特殊結構氫能承壓設備的失效模式和機製，目前還沒有完全掌握，缺少有效的檢測方法和安全評價規則。例如，對複合材料高壓氫氣瓶檢測局限（xiàn）於外（wài）觀檢查和泄漏檢測，沒有有效的（de）方法檢測瓶體內部存在的缺陷; 氣瓶瓶閥座與內膽連接接頭是Ⅳ型高壓氫（qīng）氣（qì）瓶的最薄弱環節，但缺少有效（xiào）的無損（sǔn）檢（jiǎn）測方法和評價規則，所以應當加強（qiáng）相關（guān）技術的（de）研究。(3) 檢（jiǎn）驗檢測能力不足的風險。氫能承（chéng）壓設備檢測裝置研（yán）製難度大、成本高。目（mù）前，我國這方 麵的檢驗檢測能力無法滿足氫（qīng）能行業快速發展的 需要。例如（rú），材料與氫（qīng）相容（róng）性試（shì）驗裝置數量不足， 缺少氣瓶滲（shèn）透試驗裝置，沒有民用液氫工況的試 驗檢（jiǎn）測平台和使用條件，更沒有深冷高壓氫的專用試驗條（tiáo）件等，所以應當加大有關檢驗檢測設備 的研發投入，以滿足行業快速發展的需要，降低和 避免由於檢驗檢測缺失而帶來（lái）的氫能承壓設（shè）備（bèi）安 全風險。另外，相關（guān）的適用於氫介（jiè）質的安全附件（jiàn）、儀表和裝卸附件( 如安全閥、緊急切斷閥（fá）、爆破片裝置、壓力表、溫度計、壓（yā）力傳（chuán）感器、溫度傳感器、裝卸閥門、管路閥門等) 的檢測裝置也應（yīng）加（jiā）大研發投入和力度。氫能承壓設備技術含量高，研發難度大、周期長，技（jì）術引進（jìn）也存在風險（xiǎn）。以高壓氫氣瓶為例，近年來國內有不少單位開始（shǐ）研製或者投（tóu）資Ⅳ型氫氣瓶，有的高薪聘請國外專家，有的花巨資購買國外企業。目前，國外Ⅳ型（xíng）氫氣瓶設計製造技術比較成熟的隻有日本 Toyota、美 國/ 挪威 Hexagon Composite、韓國 ILJIN Composite 等少數公司。Ⅳ 型氫氣瓶產品研製需要具有複合材料、機械、力學、無損檢測、控製（zhì）等（děng）多學科知識（shí）的（de）團隊支撐。為使進口或國內（nèi）研發的Ⅳ型氫氣瓶產品達到國際規範或（huò）者標準的要（yào）求，中國正在加快製定Ⅳ型氫氣瓶產品及其配套的標準。(1) 氣（qì）瓶直接用（yòng）於加氫站儲（chǔ）氫（qīng）風險。將按照氣瓶標準設計製造（zào）的鋼質（zhì）氣瓶直接用作加氫站儲 氫壓力容（róng）器，存在疲勞失效的風（fēng）險。氣瓶設計（jì）循環次數一般不（bú）超過 15 000 次( 試（shì）驗介質為液體) ， 在 2017 年頒（bān）布的ISO 11114 － 4《氣瓶（píng）瓶體和閥門（mén）材料與盛裝（zhuāng）氣體（tǐ）的（de）相容（róng）性 第 4 部分: 抗（kàng）氫脆鋼選用的試驗方法（fǎ）》中取消了（le）氣瓶公（gōng）稱工作壓力上限 30 MPa 的限製，規定經淬火 + 回火處理的（de） Cr － Mo 鋼，隻（zhī）要熱處理後實測抗拉（lā）強（qiáng）度不超過 950 MPa， 就可用於製造移動式氣瓶，而不（bú）需要進行氫脆試驗。但若據此（cǐ）認為，滿（mǎn）足該要求的（de） Cr － Mo 鋼可以（yǐ）直接用於製造加氫站儲氫壓力容器，則會（huì）引起 較大的潛在（zài）風險。加（jiā）氫站儲氫壓力（lì）容器的壓力波 動次數取決於加氫站規模、加注工藝、設計使用年 限等因素。對於商用加氫站（zhàn），設計壽命長，氫氣加注（zhù）頻（pín）繁，儲（chǔ）氫壓（yā）力容器壓力波動次數有可能超過 10 萬次（cì），而大量試驗研究表明，對於上述 Cr － Mo 鋼，高壓氫氣會顯著加速疲勞裂紋擴展速（sù）率，明顯降低氫致（zhì）開（kāi）裂應力強度因子門檻值（zhí）［9－10］，一般氣瓶設計時沒有考慮這（zhè）種疲勞工況的影 響。ISO 19880 － 1 《 Gaseous Hydrogen Fuelling Station， General Requirements》中明確規定: 氣瓶、長管拖車用於加氫站儲氫時，應充分考慮氣瓶和容器的差異（yì），特別是壓（yā）力波動的影響。(2) 氫能承壓設備進口風險。有的用戶從國外購買儲氫壓力容器和氫氣瓶，由於我國缺少氫能承壓設備（bèi）安全技術規範，加上有些（xiē）用戶（hù）不知道或者提不出合理的訂貨（huò）要求（qiú），致（zhì）使不滿足安全（quán）使用要求的產品進入市（shì）場。例如，有的（de）從美國進口的鋼製儲氫壓力容器產品，建造時依據的（de）標準是（shì）ASME BPVC Ⅷ － 1《Rules for Construction of Pressure Vessels》，沒有考慮疲勞壽命，在用作加（jiā）氫站儲氫壓力容（róng）器時（shí），具有疲勞失效的風險。還需要指出的是，國外儲氫壓力容器用鋼的抗拉強（qiáng）度上限是950 MPa，不滿足 TSG 21—2016《固定式（shì）壓力容器安全技術監察規程》對材料的規定。(3) 氫能承壓設備“三新”評審風險。在新材料、新技術、新工藝評審時，申請單位提供的評審（shěn）資料往往未經第三方審查，對其合理性（xìng）也缺（quē）少充足的數據支撐，加上（shàng）氫能承壓設備發展快，要評審專家在短時（shí）間內給出（chū）評審結果，不但難度大，而且存在風險。3.1加（jiā）強氫能承壓設備戰略（luè）研究建議成立由國家（jiā）市場監督管理總局特種設備安全監察局主管領導和壓力容器、壓力管道（dào）、氣瓶、安全附件等行業內相關專家組成的氫能承壓設備專項工作組，科學研判氫能承壓設備發展趨勢，結合氫能發展規劃（huá），製訂中國氫能承壓設備高質量、可持續（xù）發展的技術路（lù）線，明（míng）確（què）重點任務，支撐氫燃料電池汽車、氫儲能、氫能軌道交通、氫能船舶等相關領域的發展，實現產（chǎn）業（yè）高起點開局、高質量（liàng）實施和可持續（xù）發展。3.2 完善氫能（néng）承壓設備（bèi）法規、安全技（jì）術（shù）規範和標準體係（xì）推動將有關氫（qīng）能承壓設（shè）備基本（běn）安全要求納入相關法規、安全技術規範或者盡快製定專項的《氫能承壓設備安全技術監察規程》; 探索推動氫燃料電池汽車 4S 店及使用氫燃料電池汽車的（de）公交站場、物流公司、重卡（kǎ）車隊等，實施氫瓶日常維護保養檢查，通（tōng）過提高設計製造要求豁免（miǎn）特定車載氫（qīng）氣瓶定（dìng）期檢驗，大力推廣和鼓（gǔ）勵物聯網智能監（jiān）控終端係統的應用，實現車載氫氣（qì）瓶實時安全狀態監控及數據傳輸和安全報警提示，加強日常氫安全管理; 加快健全中國氫能承壓設備標（biāo）準體係(見圖（tú） 3，圖中虛線框內的標準已經頒布、點劃線框內的標準正在起草) ，進（jìn）一步完善（shàn）氫能承壓設（shè）備材料、產品、定期檢驗等相關標準; 
加快建立第（dì）三（sān）方檢（jiǎn）測機構; 建（jiàn）立健全新技術、新方法、新材料準（zhǔn）入機製，使（shǐ）風險可防可控; 推動氫（qīng）能承（chéng）壓設備（bèi）質量安全追溯體係建設、企業質量（liàng）安全評價體係、責任延伸製度; 探索建（jiàn）立基於大數據的氫能（néng）承壓設備安全監管平台（tái），實現氫（qīng）能承壓設備安全動態全過程監（jiān）管; 加強氫能承壓設備科普宣傳，構建良好的產業發展氛圍，吸引（yǐn）更多社會資源，構築有效的安全防（fáng）線（xiàn）。依托行業骨幹企業、科研院所、高等院校、檢驗機構，共同開展高性能（néng）輕量化設計（jì）、複合材料氫氣瓶（píng）( 儲氫容器) 、服役性能快速檢測評價、定期檢驗新技術等（děng）氫（qīng）能承壓設備關鍵技術攻關，建立知識產權共享機製; 深度開展國際合作與交流，參加國際循（xún）環測試和（hé）國際規範標準製定，形成國際化的協作（zuò）機製。［1］ 王賡（gēng），鄭津洋，蔣利（lì）軍，等． 中（zhōng）國氫能發展的思考（kǎo）［J］． 科技導報，2017，35( 22) : 105 － 110． ［2］ 鄭津洋，張（zhāng）俊峰，陳霖新，等． 氫安全研究現狀［J］．安全與環境學報，2016，16( 6) : 144 － 152． ［3］ 鄭津洋，馬凱，周偉明（míng），等． 加氫站用高壓（yā）儲氫容器［J］． 壓力容器，2018，35( 9) : 35 － 42． ［4］ 高圧ガス保安協（xié）會． 圧縮水素スタンド: セーフティテクニカルガィド［M］． 東京: 新日（rì）本印刷株式會［5］ 鄭津洋，周池樓，顧超華，等． 高壓氫氣環境材料耐久性（xìng）試 驗 裝 置 的 研 究［J］． 太 陽 能 學 報，2015， 36( 5) : 1073 － 1080． ［6］ Chen Xingyang，Zhou Chengshuang，Cai Xiao，et al． Effects of external hydrogen on hydrogen transportation and distribution around the fatigue crack tip in type 304 stainless steel［J］． Journal of Materials Engineering and Performance，2017，26( 10) : 4990 － 4996． ［7］ Saintier N，Awane T，Olive J M，et al． Analyses of hy- drogen distribution around fatigue crack on type 304 stainless steel using secondary ion mass spectrometry ［J］． International Journal of Hydrogen Energy，2011， 36( 14) : 8630 － 8640． ［8］ Someday B P，Campbell J A，Lee K L，et al． Enhancing safety of hydrogen containment components through materials testing under in-service conditions ［J］． International Journal of Hydrogen Energy，2017，42( 11) : 7314 － 7321． ［9］ Hua Z，Zhang X，Zheng J，et al． Hydrogen enhanced fatigue life analysis of Cr － Mo steel high pressure vessels［J］． International Journal of Hydrogen Energy， 2017，42( 16) : 12005 － 12014． ［10］ Matsunaga H，Yoshikawa M，Kondo R，et al． Slow strain rate tensile and fatigue properties of Cr － Mo and carbon steels in a 115 MPa hydrogen gas atmos-phere［J］． International Journal of Hydrogen Energy， 2015，40( 16) : 5739 － 5748．
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