6.3 氢气储存系统及设备

6.3.1 目前，国内氢能汽车车载储气瓶的充氢压力已从起初的25MPa发展到现今大多采用35MPa；在北京试运行的氢能源公交汽车示范工程的3辆燃料电池氢能汽车上的储氢罐充装压力为35MPa。为增加氢能汽车的储氢能力，以提高氢能汽车行驶公里数，国际上已经有汽车制造商将充氢压力提高至45MPa～70MPa；充氢压力的提高使储氢罐单位密度储氢量在45MPa时达到3.6％(wt)、70MPa时达到4.5％(wt)，液态氢气的单位质量储氢密度大于5.1％(wt)，从而使高压气态氢应用于燃料电池汽车具有竞争力。
    加氢站氢气储存系统的工作压力越高或该工作压力与氢能汽车充氢压力的压力差越大，将使氢能汽车充氢时间缩短或容易进行充氢过程的控制、调节；氢气储存系统工作压力的提高也会使氢气压缩机开启频繁度降低或所需压缩机排气能力降低；储氢罐压力提高后，在同等尺度下的罐壁厚度将会增加，但因结构容积的减小，将可弥补因壁厚增加而增加的金属耗量，因此本条规定“当充氢压力为35MPa～70MPa时，加氢站氢气储存系统的工作压力为35MPa～100MPa”。
6. 3.2 据了解，国内外已建的数十个氢能汽车加氢站中，采用气态高压氢气系统的加氢站基本上采用氢气储气瓶组或固定式储氢罐两种方式，氢气储气瓶组有集装式长管储气瓶，其储氢量较大可达数千至数万立方米，也有采用小容积氢气钢瓶储气，但氢气储气量较小，且占地面积较大；我国已建的三个氢能汽车加氢站也是这两种形式，其中北京一个加氢站采用工作压力为42MPa的固定式高压储氢用钢带错绕式容器，并将再建造一座工作压力为75MPa同样构造的储氢罐，此种高压固定式储氢罐采用我国自主开发研究的钢带错绕式结构，具有“只漏不破”的特点，并可装设氢气泄漏检测装置，有利于安全、稳定地运营。为此，作出本条规定。
6.3.3 加氢站内的储氢罐或氢气储气瓶组的设置，主要与储气方式、加氢方式、充氢压力等有关，根据对国内外加氢站和国内压缩天然气加气站的调查表明，汽车的加氢或加气方式有直接加注、单级储气加注和多级储气加注。直接加注是气体不通过储存容器储气，直接从压缩机增压后对车载储气罐充装，这种方式的充装时间长或需大容量气体压缩机；单极储气加注，通过一组(个)储气容器向车载储气罐充装气体至一定压力，然后不足压力和容量由压缩机补充加注，一般只用于加气间隙时间较长的加注，当储气容器压力降低后由压缩机补气至规定压力；多级储气加注，通过2组～3组并联的加分级储气容器(压力分成高、低两组或高、中、低三组)，并将压缩机、储气容器、加气机按设定程序进行自动控制，按分级压力平衡顺序对车载储气罐进行加注直至70MPa、35MPa、25MPa等。采用多级储气加注既可以加快加注速度，还可提高储气容器的利用率，所以本条推荐采用2级～3级压力等级的分级储气容器。由于具体氢气加氢站的储气压力、充氢压力和车载储氢罐均不相同，各级储氢罐的容量应按各氢气加氢站的设计条件，经过详细平衡计算后确定，本条只对其计算应计及的因素进行规定。
6.3.4 采用固定式储氢罐或长管氢气储气瓶组具有关断、控制阀少，接头附件少，安全性高等优点；长管氢气储气瓶一般采用直径为406.559mm，长度为5m～12m的长管钢制气瓶，其单个储气瓶容积为1.0m³～2.5m³，国内外均有商品化产品出售。为了减少安全事故的风险度，参照现行国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》GB 50156的规定，本条规定“当选用小容积氢气储气瓶时，每组氢气储气瓶的总容积(水容积)不宜大于4m³，且瓶数不宜多于60个”；这里所称的“小容积氢气储气瓶”主要是指容积小于长管氢气储气瓶的储气瓶，如常用的40L、60L等气瓶。
6.3.5 本条是强制性条文。储氢罐是加氢站内的主要设施，为确保加氢站安全、可靠、稳定运营，储氢罐的安全设施尤为重要。
    本条第1款规定储氢罐应设有安全泄压装置，这是当罐内压力超压时的保护措施，根据相关标准规范的规定可采用安全阀、爆破片等，但考虑到安全阀起跳时对储氢罐具有一定的安全隐患，所以推荐采用爆破片。第2款规定在储氢罐的顶部应设氢气放空管，这里强调“顶部”，是要求氢气放空管必须设置在储氢罐的最高的“顶部”，有利于在进行储氢罐的吹扫置换时，将密度仅为空气1／14的氢气全部置换，避免在“顶部”形成爆炸混合气。这是有惨痛的教训，如某单位的一座湿式氢气罐，为检修动火，打开氢气罐放空管排放氢气达7d，因未用氮气进行彻底的吹扫置换，仍发生氢气罐爆炸事故，造成设备损坏，3人死亡。为此作出本款规定。第4款是对缠绕式固定式储氢罐所作的规定，由于这类储气罐具有“只漏不破“的特点，一旦储氢罐内胆发生裂纹泄漏氢气时，若不能被即时发现，可能从小量氢气泄漏发展为大量泄漏，诱发事故的发生，为此本款规定应设有氢气泄漏报警装置，这对这类罐体结构易于实现，也是其优越性的所在。
6.3.6 本条是对氢气储气瓶组装和安装作出的规定。
    1 氢气储气瓶应按组进行组装，每组氢气储气瓶的储气容量一般是一个压力等级所需容量；本条规定的瓶间距或组间距均为方便组装、安装和运营、维修等工作的需要确定。
    2 氢气储气瓶组宜采用卧式存放，有利于连接管道、阀门和附件的安装，也方便于操作、维护等运营工作的进行。
6.3.7 氢气储气瓶组与固定式储氢罐同样应设置本规范6.3.5条除第4款外规定的安全设施。据调查，由于长管储气瓶均为大批量生产，此类气瓶是不允许在出厂后进行开孔，因此，上述安全设施只能设置在氢气储气瓶组的连接管道上。
6.3.8 本条为强制性条文。为防止进入加氢站内的加氢汽车不慎或控制失误碰撞氢气储气设施，作出本条的规定。
6.3.9 加氢站内的氢气储气能力或总储气量的确定，与确定各级单罐储氢容量相比，其影响因素较多，且与每个加氢站工程的具体条件关联性密切，至今国内外基本上还没有商业运营的氢能汽车加氢站，已建的加氢站基本上是示范或试运行的状态，所以本条只能作出原则性的要求，在进行具体的加氢站工程设计时，应按其具体条件进行技术经济比较后确定加氢站内的氢气储气能力。