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關注氫能安全(quán)|氫(qīng)氣(qì)儲存方式多樣,安全可控(kòng)!

來源: 更新:2018-12-05 00:00:00 作者: 瀏覽:2462次
 氫能以其清(qīng)潔、高效的特點被公認為未來最有潛力的能源載(zǎi)體,安(ān)全、高(gāo)效的儲存技術是實現氫能利用的關鍵。在氫氣儲(chǔ)存方麵,我們目(mù)前是如何實現安全使用的呢?


 氫氣儲存方式


氫氣的儲存主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態儲氫、金屬氫化物儲氫和有機液體儲氫。在我國,高壓氣態儲氫應用最為廣(guǎng)泛。  

  

高(gāo)壓氣態儲氫

  

高壓氣態(tài)儲氫以氣罐為儲存容器,通過高壓壓縮的方式存儲氣態氫。其優(yōu)點是成(chéng)本低、能(néng)耗相對(duì)小,可以通過減壓閥調節氫氣的(de)釋放速度,充放氣速度快,動態響應好,能在瞬間開關氫(qīng)氣(qì)。

 

根據應用方式的(de)不同,高壓氣態儲氫分為車用高壓(yā)氣態儲氫(qīng)和固定式高壓氣態儲氫。


(1)車用高壓氣態儲氫


主(zhǔ)要應用於車載係(xì)統,大(dà)多使用(yòng)金屬內(nèi)膽(dǎn)碳纖維全纏繞氣瓶(III型)和塑料內膽(dǎn)碳(tàn)纖維全纏繞氣瓶(IV型)。  

  

當前,國內車載(zǎi)係統(tǒng)中主要以III型瓶為主,國內做車用氫瓶的生產企(qǐ)業(yè)有北京科泰克、北京天海、沈(shěn)陽斯林達(dá)、中材、富瑞特裝等多家企業。

  

(2)固定式高壓氣態儲氫

  

主要應用在固定場(chǎng)所,如製氫(qīng)廠、加氫站(zhàn)以及其他需要儲存(cún)高壓氫氣(qì)的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐。

  

大直徑儲氫長管,石家莊安瑞科氣體機械有限公司2002年在國內率先(xiān)研製成功20/25MPa大容積(jī)儲氫長管,並(bìng)應用於大規模氫氣運輸(shū)。繼而開發的(de)45MPa儲(chǔ)氫瓶組,已成功用於國內眾多(duō)加氫站。長管氣瓶材料為鉻鉬鋼(gāng)4130X,強度(dù)高,具有(yǒu)良好的(de)抗氫脆能(néng)力。

  

鋼帶錯(cuò)繞式儲氫罐,目前有45MPa和98MPa兩種型號,如浙大與巨化集團製造生產的兩台國內最高壓力等(děng)級98MPa立式高壓儲罐,安裝(zhuāng)在常熟的豐田加氫站中。

 

低溫液態儲氫

  

低溫液態儲氫是將氫氣壓縮後冷卻到-252 ℃以下,使之液化並存放在絕熱真空儲存器中。與(yǔ)高壓氣態儲氫相比,低溫液態儲氫的質量和體積儲氫密度都有(yǒu)大幅度提高,通常低溫液態儲(chǔ)氫的質量(liàng)儲氫密度可以達到5.7%。

  

僅從(cóng)質量和體積儲氫密度分(fèn)析,低溫液態儲氫是比(bǐ)較理想(xiǎng)的儲氫(qīng)技術,是(shì)未來重要的發(fā)展方向,它的運輸能力(lì)是高壓氣態氫氣運輸的十倍(bèi)以上,可配合大規模風電(diàn)、水電、光電(diàn)電(diàn)解水製氫儲運。  

  

在歐美日(rì)等國家,液氫應用相對比較成熟,在運輸、加氫站和車載中都有應用。我國液氫主要應用在(zài)航天領域,以及少數的電子(zǐ)行業。航天101所在液氫的製(zhì)備、儲運、應用上都有成熟的經(jīng)驗。我國相關(guān)部門(mén)正在(zài)研究製定液(yè)氫民用標準,車用液氫技(jì)術研究正在(zài)進行中,液氫將(jiāng)應用在一些長途、重型商用車,以及加氫站中。

  

金屬氫化物儲氫

  

金屬(shǔ)氫化物儲氫是利用(yòng)過渡金屬或(huò)稀土材料與氫反應,以金屬氫化物形式吸附(fù)氫,然後加熱氫(qīng)化物釋放氫。金屬氫化物(wù)質量儲氫(qīng)密度在2~4.5 %,由於儲氫(qīng)合金安全(quán)、無汙染、可重複利用等(děng)優點,目前主(zhǔ)要應用於潛(qián)艇、船舶(bó)等需(xū)要配重及港口等對(duì)重量不敏感(gǎn)的大型器(qì)械方麵。北京有色院、北京浩運金(jīn)能、廈門鎢業、寧波申江、湖南科力遠、安泰科技、江蘇申建等公司都在(zài)做固體儲氫材料的研究。圖為北京(jīng)有色院(yuàn)金屬氫化物儲氫容器。 

  

有機液體(tǐ)儲氫

  

有機液體儲氫(qīng)是(shì)利用不飽和芳香烴、烯炔烴等作為(wéi)儲氫載體,與氫氣發生可(kě)逆化學反應來實現儲放氫,質量儲氫密度達到7%左右,在到達用戶端時,載氫液體通過催化反應器釋放氫氣供氫燃料電池使用。經脫氫後儲氫載體再回流到儲罐中,並到加氫站置換新的載氫液體有機儲氫。

  

液(yè)體有機(jī)儲氫材料最大的特點(diǎn)就是常溫下為液態,能夠十分方便地運輸和儲存。整個使用過(guò)程中完全通過熱交換降低能耗,且沒有溫(wēn)室氣體排放,安全(quán)保障。其中,武(wǔ)漢氫陽研發了一種稠雜環有機(jī)分子作為有機液體(tǐ)儲氫材(cái)料,儲氫高達58g/L,不存(cún)在副產物,可逆性好,並可在(zài)常(cháng)溫常壓下利用管(guǎn)道、槽罐(guàn)車(chē)等運輸。該有機液(yè)體儲(chǔ)氫(qīng)材料已經投入應用。圖為武漢氫陽有機(jī)液體儲氫。 

  

氫氣儲存安全

  

我國應用最為(wéi)廣泛的氫氣儲存方式是高壓氣態儲氫。目前,我國(guó)已經實施能(néng)夠適(shì)用於35MPa和70MPa的高壓儲氫瓶的相應標準GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內膽碳纖維全纏繞氣瓶(píng)》。標準規定(dìng)了車用壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數、技術要(yào)求、試驗方(fāng)法(fǎ)、檢驗規則、標注、包裝(zhuāng)運輸和存儲等要(yào)求,保障了高壓儲(chǔ)氫氣瓶的安全性。

  

車載高(gāo)壓氣態儲氫(qīng)安全防護措(cuò)施:

  

過溫報警(jǐng):儲氫瓶上安(ān)裝的溫度傳感(gǎn)器(qì)用來檢測瓶內氣體(tǐ)溫度,傳感器將溫度信號發送(sòng)到(dào)駕駛室儀表盤上,從而判斷瓶內氫氣是否超溫。

  

起火防護:當儲氫瓶處於起火環境中時,溫度傳感器和壓力傳(chuán)感器會檢測到瓶內氣體溫度和壓力的異常並切斷氫氣供應。同時,瓶閥上安裝有壓力泄放裝置。

  

過壓保護(hù):當儲(chǔ)氫(qīng)瓶中氫氣壓力過(guò)高時,能通過壓力泄放裝(zhuāng)置自動泄(xiè)壓,保證儲氫瓶在安全(quán)的工作(zuò)壓力範圍之內。

 

過流保護:當供氫管道斷(duàn)裂,溢流閥(fá)開啟(qǐ),進行過流保護,截斷氣體泄漏。

  

氫氣泄漏監控:儲氫瓶電磁閥與氫氣泄漏(lòu)報警係統聯動,當泄漏氫氣濃(nóng)度達到保護值時將自動(dòng)關閉(bì),從而切(qiē)斷氫氣供應。

  

綜合以上,現有的防護措施能有效的解決高壓車載儲(chǔ)氫瓶(píng)的氫(qīng)氣(qì)泄漏、爆(bào)炸等問題。

  

固定式高壓氣態儲氫安全防護(hù)措施:

  

① 大直徑儲氫長管

  

氣瓶質量:氣瓶內外(wài)表麵均經過噴丸處理(lǐ),並用內窺攝(shè)像係統逐隻進行內部(bù)全麵檢查,確保內部質量。氣瓶成形及水壓試驗後逐隻進行磁粉檢測,確保不得有任何裂紋狀缺陷存在,且(qiě)氣瓶的兩端螺紋均經磁粉檢(jiǎn)測,確保連(lián)接螺紋質量可靠。

  

爆破片(piàn)裝置:爆破片裝在氣瓶的兩端,較安全閥體積小、重量輕,但密(mì)封可靠,同時其泄放麵(miàn)積較同體積的安全閥泄放麵積(jī)要大得多。

  

壓力表:氣瓶充卸氣管路上設置有壓力表,量(liàng)程取1.5-3倍的工(gōng)作(zuò)壓力,精度1.5級(jí)。壓力表采用防震型,其前端設置壓力表閥,便於更換拆卸。

  

溫度計:考慮到工作(zuò)環(huán)境溫度及充氣時氣體溫度升(shēng)高、卸氣時氣體溫度降低等因素,溫度計測量範圍應覆蓋最低和最高工作溫度,測量範圍應取-40-80。溫度計多采用雙(shuāng)金屬型,讀數(shù)方便,堅固耐用,且采(cǎi)用防護套管與介質隔開,易於更換拆卸。

  

安全聯鎖裝置:裝卸氣過程中(zhōng),即操(cāo)作倉(cāng)門(mén)打開狀態(tài),嚴禁拖車啟動運行,否則會造成(chéng)裝卸軟(ruǎn)管等連接部位拉斷、氣體泄漏等嚴重事故。

  

②鋼帶錯繞式儲氫罐

  

鋼帶錯繞式儲氣罐,安全性高,氣罐使用溫度-40~60℃,儲存壓力45-95MPa。采用抗氫脆、抗(kàng)氫腐蝕的奧氏(shì)體不鏽鋼,同時擁有抑爆抗(kàng)爆、缺陷分散、運行狀態在線(xiàn)診斷等優點,儲氣罐安裝安(ān)全閥、壓力傳感器、溫度傳感器、氫氣(qì)泄漏探(tàn)頭,通過對(duì)氣罐的遠程在線監控(kòng),可時時監測(cè)儲罐安全狀(zhuàng)態。

  

目前,35MPa氣態儲氫主要應用於(yú)城市(shì)內車輛,如城市公交車、物流車、團體班車(chē);70MPa已(yǐ)經研發成功,主要應用於乘用車;液態儲氫技(jì)術成熟,在我國主要應用於軍事領域,民用推(tuī)廣實現後,可解決(jué)長途、重載(zǎi)、大功率商用車的用(yòng)氫需求;有機液體儲氫技術(shù)突(tū)破後,可(kě)應用於大部分用(yòng)氫領域;固體儲氫適用於對重量不敏感的領域。

 

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