T-CES 121-2022 特殊环境应急电源柴油重整制氢系统技术要求

ICS29.260.99团体标准T/CES121—2022特殊环境应急电源柴油重整制氢系统技术要求Technicalrequirementsforhydrogenproductionsystembydieselreformingforemergencypowersupplyunderspecialcircumstances2022-06-22发布2022-06-24实施中国电工技术学会发布IT/CES121—2022前言 Ⅱ 12规范性引用文件 13术语和定义 24特殊环境条件 25技术要求 35.1一般要求 35.2柴油重整制氢系统设备要求 35.3氢气纯度要求 45.4特殊环境性能要求 46防爆及消防安全 47试验 57.1柴油重整制氢系统设备要求的试验 57.2氢气纯度要求的试验 57.3特殊环境性能要求的试验 6附录A（资料性附录）一般环境条件 9附录B（规范性附录）柴油重整制氢系统平均无故障工作时间分析方法 B.1可靠性建模 B.2可靠性预计 T/CES121—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电工技术学会提出。本文件起草单位：清华大学、江西泰豪军工集团有限公司、华中科技大学、清华大学山西清洁能源研究院、华北电力大学、江西清华泰豪三波电机有限公司、北京佳安氢源科技股份有限公司、北京北大先锋科技股份有限公司、新兴重工集团有限公司、新兴际华科技发展有限公司。本文件主要起草人：史翊翔、李爽、蔡宁生、陆强、陈永清、吴敏、涂正凯、常华伟、徐明新、刘吉、李世刚、蒋化、江风、李想、王昱瑞、张舟、刘哲男、王翰仪、周波、王海良、许沁舒。T/CES121—20221特殊环境应急电源柴油重整制氢系统技术要求本文件规定了柴油重整制氢系统的术语和定义、使用环境条件、技术要求、防爆及消防安全与试验。本文件适用于在一般环境条件下或特殊环境条件下均可独立运行或联机运行为应急电源供氢的柴油重整制氢系统。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3836.15爆炸性环境第15部分：危险场所电气安装GB4066干粉灭火剂GB4351.1手提式灭火器第1部分：性能和结构要求GB4962氢气使用安全技术规程GB8978污水综合排放标准GB16297大气污染物排放综合标准GB16914燃气燃烧器具安全技术条件GB18599一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准GB19147车用柴油GB50050工业循环冷却水处理设计规范GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范GB50177氢气站设计规范GB50184工业金属管道工程施工质量验收规范GB50231机械设备安装工程施工及验收通用规范GB50235工业金属管道工程施工规范GB50275风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范GB50316工业金属管道设计规范GB50493石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范GB50650石油化工装置防雷设计规范GB/T150压力容器GB/T151热交换器GB/T1576工业锅炉水质GB/T3634.1氢气第1部分：工业氢GB/T3634.2氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢GB/T3723工业用化学产品采样安全通则GB/T4272设备及管道绝热技术通则GB/T4797.2环境条件分类自然环境条件气压GB/T4830工业自动化仪表气源压力范围和质量T/CES121—20222GB/T5080.1可靠性试验第1部分：试验条件和统计检验原理GB/T5080.7设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案GB/T5832.2气体分析微量水分的测定GB/T6285气体中微量氧的测定电化学法GB/T6680液体化工产品采样通则GB/T6681气体化工产品采样通则GB/T8984气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定气相色谱法GB/T13347石油气体管道阻火器GB/T15432环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法GB/T14669空气质量氨的测定离子选择电极法GB/T16129居住区大气中甲醛卫生检验标准方法分光光度法GB/T19773变压吸附提纯氢系统技术要求GB/T19839工业燃油燃气燃烧器通用技术条件GB/T20801压力管道规范工业管道GB/T27894.3天然气在一定不确定度下用气相色谱法测定组成第3部分：用两根填充柱测定氢、氦、氧、氮、二氧化碳和直至C8的烃类GB/T29729氢系统安全的基本要求GB/T37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气IEC60529外壳防护等级（IP代码）JB4732钢制压力容器SH3097石油化工静电接地设计规范TSG05工业管道安全技术监察规程TSG21固定式压力容器安全技术监察规程ASTMD7652用气相色谱法与硫磺化学发光检测法测定氢燃料中痕量硫化氢、羰基硫、甲硫醇、二硫化碳和总硫量的试验方法ASTMD7653用红外傅里叶变换（FTIR）光谱法测定氢燃料中的气态污染物痕量的标准试验方法MIL-HDBK-217FReliabilityPredictionofElectronicEquipment3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。柴油重整dieselreforming在一定温度、压力及催化剂作用下，柴油和除盐水发生反应生成含氢混合气的过程。柴油重整制氢系统hydrogenproductionsystembydieselreforming采用柴油重整及氢气净化分离联用提纯方法生产氢气设备组合的统称。特殊环境条件specialcircumstances不同于一般使用的环境条件，包括高海拔、高温、低温、高湿度和高盐雾。4特殊环境条件供特殊环境应急电源使用的柴油重整制氢系统应符合本文件的要求，在一般环境条件下供应急电源T/CES121—20223使用的柴油重整制氢系统可参考本文件的要求，一般环境条件可见附录A。特殊环境包括高海拔、高温、低温、高湿度和高盐雾中的一个或一个以上环境条件。高海拔：2000m～5000m；高温：+40℃~+60℃;低温：-45℃~-20℃;高湿度：相对湿度≥95%；高盐雾：含盐量≥0.15mg/m3。5技术要求5.1一般要求5.1.1原料柴油应符合GB19147中的规定。5.1.2除盐水应符合GB/T1576中采用锅外水处理的自然循环蒸汽锅炉和汽水两用锅炉水质中额定蒸汽压力不高于1.0MPa的除盐水的要求，氯离子（Cl-）含量不宜大于1×10-4%，电导率应小于10μS/cm。5.1.3循环冷却水水质应符合GB/T50050的规定。5.1.4仪表空气质量应符合GB/T4830的规定。5.1.5柴油重整制氢系统应设置置换气体接口，置换气体宜采用氮气。5.1.6柴油重整制氢系统中设备表面温度高于50℃的设备、管道及仪表管道应采取绝热措施，应符合GB/T4272的规定。5.1.7柴油重整制氢系统中运行环境温度低于0℃的设备、管道及仪表管道宜采取绝热措施，应符合GB/T4272的规定。5.1.8柴油重整制氢系统的废水应符合GB8978、废气应符合GB16297的规定、固体废弃物排放应符合GB18599及地方环保的规定。5.2柴油重整制氢系统设备要求5.2.1柴油重整制氢系统应包括的主要设备部件有：燃烧器、重整反应器、水气变换反应器、蒸发器、过热器、原料液预热器、冷却器、原料泵、气液分离器及氢气纯化设备。5.2.2柴油重整制氢系统内与含有氢气接触的材料，应符合GB/T29729的规定。5.2.3柴油重整制氢系统内属于压力容器的设备设计、制造、检验和使用应符合TSG21的规定。5.2.4柴油重整制氢系统内属于常规压力容器设备设计、制造、检验和验收应符合GB/T150的规定。5.2.5柴油重整制氢系统内属于疲劳压力容器设备设计、制造、检验和验收应符合JB4732的规定。5.2.6柴油重整制氢系统内属于热交换器的设备设计、制造、检验和验收应符合GB/T151的规定。5.2.7柴油重整制氢系统内的燃烧器应符合GB/T19839的规定。5.2.8柴油重整制氢系统内的重整反应器应符合下列规定：a）重整反应器的进口应设置安全阀；b）重整反应器的出口应设置排空出口；c）重整反应器应设置温度检测仪表和压力检测仪表。5.2.9柴油重整制氢系统内的水气变换反应器应符合下列规定：a）水气变换反应器的进口应设置安全阀；b）水气变换反应器的出口应设置排空出口；c）水气变换反应器应设置温度检测仪表和压力检测仪表。5.2.10柴油重整制氢系统内的蒸发器、过热器应符合下列规定：a）蒸发器、过热器的规格尺寸、内部组件的设计应满足在使用条件下换热面积、温度及压力的基T/CES121—20224b）为防止冷物流进料管线出现气液阻塞现象，蒸发器、过热器应设置气体平衡口；c）蒸发器、过热器的进出口应设置温度及压力检测仪表，并对运行情况进行监控；d）蒸发器、过热器的设备本体或出口管道应设置安全阀。5.2.11柴油重整制氢系统内的原料液预热器进出口应有温度检测仪表，并对原料液预热器的运行情况进行监控。5.2.12柴油重整制氢系统内的冷却器进出口应有温度检测仪表，并对冷却器的运行情况进行监控。冷却器输出的含氢气体温度宜低于60℃。5.2.13柴油重整制氢系统内的原料泵的安装高度应考虑泵的汽蚀余量。当输送柴油、除盐水及回收液时，应考虑液体中溶解CO2等气体对泵汽蚀余量的影响，以及含CO2等酸性气体对泵腐蚀性的影响。5.2.14柴油重整制氢系统内的气液分离器的规格尺寸、内部组件的设计应满足工艺设计要求，气液分离器应设置液位控制及安全保护措施。5.2.15柴油重整制氢系统内的蒸发器、原料液预热器、重整反应器、冷却器低压侧设计压力小于高压侧设计压力的2/3时，应在低压侧设置安全保护措施。5.2.16柴油重整制氢系统应设置废液收集系统，应将气液分离器中排出的液体回收至废液收集系统，不得直接向外排放。5.2.17柴油重整制氢系统内的管道应符合GB/T20801和特种设备安全技术规范TSG05的规定，氢气及含氢气体管道材质选择还应符合GB50177的规定，对于有热应力的管道还应符合GB50316的规定。5.2.18柴油重整制氢系统内的自动控制系统应具备报警连锁功能，进行监测报警，自动或手动停车。5.3氢气纯度要求柴油重整制氢系统产品氢气如用于质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCells,PEMFC）应急电源燃料，杂质含量及氢气纯度指标应符合GB/T37244的规定；如用于其他场合，应满足用户相关要求。5.4特殊环境性能要求5.4.1在海拔高度2000m～3000m工作时，柴油重整制氢系统氢气产量降低不超过5%；在海拔高度3000m～4000m工作时，柴油重整制氢系统氢气产量降低不超过10%；在海拔高度4000m～5000m工作时，柴油重整制氢系统氢气产量降低不超过15%。5.4.2在高温条件下（+40℃~+80℃)工作时，柴油重整制氢系统氢气产量降低不超过5%。5.4.3在低温条件下（-60℃~-20℃)工作时，柴油重整制氢系统启动时间增加不超过10%。5.4.4在高湿度和高盐雾条件下（相对湿度≥95%且含盐量≥0.15mg/m3）工作时，柴油重整制氢系统平均无故障工作时间缩短不超过20%，IP防护等级不应低于IEC60529规定的IP57要求。6防爆及消防安全6.1柴油重整制氢系统应符合GB/T29729的规定。6.2氢气的生产、储存及使用应符合GB4962的规定。6.3柴油重整制氢系统场所有爆炸危险区域范围及等级的划分，应符合GB50177的规定。6.4柴油重整制氢系统所在区域内应设置可燃气体、CO有毒气体报警装置，配置应符合GB50493的规定。6.5柴油重整制氢系统中的燃烧器应符合GB16914的规定。6.6柴油重整制氢系统设备出口应设置气体管道阻火器，阻火器应符合GB/T13347的规定。T/CES121—202256.7氢气生产环境的电气设施应符合GB50058的规定，防爆电器设备级别不低于IICT4。6.8在有爆炸危险环境中电气设备及其配线的选用和配置应符合GB50058和GB3836.15的规定。6.9建筑物、构筑物的防雷分类及防雷措施，应符合GB50058的规定。6.10露天布置的装置区的防雷设计，应符合GB50650的规定。6.11防静电接地设计，应符合SH3097的规定，含可燃解质管道的法兰、阀门连接处应设置防静电金属连接线（铜质）跨接。6.12柴油重整制氢系统所在区域应配置手提式干粉灭火器，灭火器应符合GB4351.1的规定，干粉灭火剂应符合GB4066的规定。7试验7.1柴油重整制氢系统设备要求的试验7.1.1试验前应核查所有制造单位提供的出厂资料，主要包括：设计图纸文件、设备质量证明文件和需监督检验的压力容器的特种设备制造监督检验证书；文件资料齐全，并逐一进行核对无误后，才能进行试验。7.1.2试验前应检查外观和各种相关尺寸，检查各类液体气体管道和仪电线路的连接的准确性。7.1.3检测前应做如下准备：a）对柴油重整制氢系统进行吹扫置换，吹扫置换后系统内氮气中含氧量应小于0.5%，且无其他氧化性介质。b）柴油重整催化剂需按照催化剂生产厂家技术说明进行催化剂还原；催化剂还原管道及设备内氮气中氧含量应满足催化剂的还原要求。c）柴油重整制氢系统的原料、公用工程及自动控制系统等均应符合设计要求，应达到开车具备的条件。d）柴油重整制氢系统区域环境符合设计要求，各种生产辅助设备均应达到开车具备的条件。e）柴油重整制氢系统试车运行，逐渐增加负荷，原料进料量、转化温度、含氢气体的组成、产品氢气纯度、工作压力、工作温度、氢气产量直到满足规定工况，并对此过程进行检测、记录。f）性能参数检测的内容有：产品氢气产量、氢气纯度、原料耗量、公用工程耗量。进行上述检测的同时，应测试并记录柴油重整制氢系统工作压力、工作温度和环境温度。7.1.4机械设备、动力设备试车时应符合GB50231和GB50275的规定，并按相关设备的标准、规范和制造单位的技术说明书中的要求进行试验和验收。7.1.5强度试验、泄漏试验，应符合GB50231、GB50235、GB50275和GB50316的规定。7.1.6氢气产量检测方法采用气体流量法或容积法，检测用气体流量计应在有效检定周期内使用，采用容积法测量氢气产量应根据GB/T19773的规定进行。7.1.7如氢气纯化设备使用变压吸附法并采用真空解吸时，真空度测试应符合GB/T19773的规定，进出口与程控阀之间的所有管道属于压力频繁交变的疲劳管道，应进行100%的无损检测，其他管道应符7.2氢气纯度要求的试验7.2.1采样、判定和复检7.2.1.1氢气产品的采样、判定和复验按GB/T3634.1的规定执行。7.2.1.2采样中的安全事项应符合GB/T3723的规定。7.2.1.3气体样品的采样原则及一般规定应符合GB/T6681的规定。T/CES121—202267.2.1.4压缩气体应使用针形阀减压后经采样管送入检测设备。7.2.1.5液氢采样应符合GB/T6680的规定。将样品汽化后，经钝化的金属连接管直接送入检测设备。7.2.1.6管道输送气体在采样点采取采样，经采样器或采样管将试样送入检测设备。7.2.1.7常压或负压样品采样使用抽吸器，将样品直接抽入检测设备。7.2.1.8严格保证采样气路的气密性，宜使用金属管道，严防环境气体对样品的污染。7.2.2杂质组分的测定7.2.2.1水含量的测定按GB/T5832.2—2016中第6章规定进行。7.2.2.2碳氢化合物（总烃，以CH4计）含量的测定按GB/T8984—2008中第7章规定进行。7.2.2.3氧含量的测定按GB/T6285—2016中第6章规定进行。7.2.2.4氦含量的测定按GB/T27894.3—2011中第6章规定进行。7.2.2.5总氮和氩含量的测定按GB/T3634.2—2011中第5章规定进行。7.2.2.6二氧化碳含量的测定按GB/T8984—2008中第7章规定进行。7.2.2.7一氧化碳含量的测定按GB/T8984—2008中第7章规定进行。7.2.2.8甲醛含量的测定按GB/T16129—1995中第6章规定进行。7.2.2.9氨含量的测定按GB/T14669—1993中第6章规定进行。7.2.2.10颗粒物含量的测定按GB/T15432—1995中第5章规定进行。7.2.2.11总硫含量的测定按ASTMD7652规定进行。7.2.2.12甲酸含量的测定按ASTMD7653规定进行。7.3特殊环境性能要求的试验7.3.1应急电源高海拔工作时额定氢气产量要求的验证在试验箱（室）中调整气压模拟高海拔气压条件进行试验。试验按照如下步骤进行：a）在柴油重整制氢系统氢气出口加装热式质量流量计；b）柴油重整制氢系统在标准大气条件下运行，时间不少于1h，但不超过2h，读取热式质量流量计所示读数，以10s内读数最高值与最低值的平均值作为后续计算依据，记为q0；c）将试验箱（室）内气压降低到GB/T4797.2规定的海拔高度为3000m、4000m或5000m时对应的气压值；d）柴油重整制氢系统在额定工况下运行1h，检查确定柴油重整制氢系统是否能满足气密性功能e）气压保持时间不低于1h，读取热式质量流量计所示读数，以10s内读数最高值与最低值的平均值作为后续计算依据，记为q1；f）按公式（1）进行计算标准大气条件与低气压条件时额定氢气产量的变化：--q1………………（1）q0当气压为海拔3000m时对应的气压值时θ<5%，当气压为海拔4000m时对应的气压值时θ<10%，且当气压为海拔5000m时对应的气压值时θ<15%，即认为被试验柴油重整制氢系统符合5.4.1的要求。7.3.2应急电源高温工作时额定氢气产量要求的验证在试验箱（室）中调整气温模拟高气温条件进行试验。试验按照如下步骤进行：T/CES121—20227a）在柴油重整制氢系统氢气出口加装热式质量流量计；b）将柴油重整制氢系统放入温度为常温（25℃)的试验箱（室）中，运行柴油重整制氢系统，读取热式质量流量计上所示读数，以10s内读数最高值与最低值的平均值作为后续计算依据，记为q0；c）将试验箱（室）温度调节到某严酷等级温度，柴油重整制氢系统在升温调节期持续运行，再次读取热式质量流量计上所示读数，以10s内读数最高值与最低值的平均值作为后续计算依据，记为q1；d）当柴油重整制氢系统的氢气产量达到稳定值后持续运行2h，然后第三次读取热式质量流量计上所示读数，以10s内读数最高值与最低值的平均值作为后续计算依据，记为q2；e）按公式（2）进行计算常温条件与高温条件时额定氢气产量的变化：………………（2）当θ1＜5%且θ2＜5%时，即认为被试验柴油重整制氢系统符合5.4.2的要求。7.3.3应急电源低温工作时启动时间要求的验证在试验箱（室）中调整气温模拟低温条件进行试验。试验按照如下步骤进行：a）在柴油重整制氢系统氢气出口加装热式质量流量计；b）将柴油重整制氢系统放入温度为常温（25℃)的试验箱（室）中，向柴油重整制氢系统发送启动命令，记录柴油重整制氢系统氢气产量达到稳定值的时间，记为t0，然后持续运行10min；c）向柴油重整制氢系统发送关机命令，进行正常关机操作；d）将试验箱（室）的温度设置到某严酷等级温度，试验箱（室）温度达到规定温度后开始计时，e）向柴油重整制氢系统发送启动命令，记录柴油重整制氢系统氢气产量达到稳定值的时间，记为f）向柴油重整制氢系统发送关机命令，进行正常关机操作；g）关机结束后，柴油重整制氢系统在某严酷等级温度的环境中继续静置12h；h）向柴油重整制氢系统发送启动命令，记录柴油重整制氢系统氢气产量达到稳定值的时间，记