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| 标准编号 | GB/T 31036-2014 (GB/T31036-2014) | | 中文名称 | 质子交换膜燃料电池备用电源系统 安全 | | 英文名称 | Proton exchange membrane fuel cell backup power system. Safety | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K82 | | 国际标准分类 | 27.070 | | 字数估计 | 23,276 | | 发布日期 | 2014/12/5 | | 实施日期 | 2015/7/1 | | 引用标准 | GB 150.1; GB 150.2; GB 150.3; GB 150.4; GB/T 2893.2-2008; GB/T 3512-2001; GB 3836.1; GB 3836.5; GB 3836.14; GB 4208; GB 4706.71; GB 4943.1-2011; GB/T 5169.13; GB/T 5169.12; GB/T 5169.9; GB/T 5169.2; GB/T 5169.20; GB/T 5169.18; GB/T 5169.19; GB/T 5169.17; | | 起草单位 | 上海攀业氢能源科技有限公司 | | 归口单位 | 全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会 | | 标准依据 | 国家标准批准发布公告2014年第27号 | | 提出机构 | 中国电器工业协会 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | 本标准规定了质子交换膜燃料电池备用电源系统相关的术语和定义、安全要求和保护性措施、型式试验、例行试验以及标识、标签和包装等方面的内容。本标准适用于质子交换膜燃料电池备用电源系统(以下简称PEMFC备用电源系统), 包括:提供交流电压或直流电的PEMFC备用电源系统;使用氢气和空气作为反应气体的PEMFC备用电源系统。对安装场地的安全要求不在本标准中规定。本标准适用于设备周围环境无危险(未划分类别)区域中商用、工业用和家用的PEMFC备用电源系统。本标准仅考虑可能对PEMFC备用电源系统之外的人身、物体或环境 | GB/T 31036-2014
质子交换膜燃料电池备用电源系统 安全
Proton exchange membrane fuel cell backup power system -- Safety
1 范围
本标准规定了质子交换膜燃料电池备用电源系统相关的术语和定义、安全要求和保护性措施、型式
试验、例行试验以及标识、标签和包装等方面的内容。
本标准适用于质子交换膜燃料电池备用电源系统(以下简称PEMFC备用电源系统),包括:
---提供交流电或直流电的PEMFC备用电源系统;
---使用氢气和空气作为反应气体的PEMFC备用电源系统。
对安装场地的安全要求不在本标准中规定。
图1为典型的PEMFC备用电源系统边界示意图。
图1 PEMFC备用电源系统边界示意图
适用于本标准的PEMFC备用电源系统应构成一个完整的系统。为实现设定的功能,该系统应由
下列部分或全部的部件组成:
---燃料储存及供应系统:用于储存PEMFC备用电源系统所用燃料及为PEMFC备用电源系统
提供燃料的系统;
---空气供应系统:用于计量、调节、处理并对PEMFC备用电源系统所需空气进行加压的系统;
---热管理系统:为保持PEMFC备用电源系统内部的热平衡而提供冷却、散热功能,和/或加热功
能的系统;
---水处理系统:对回收或添加的水进行处理和净化,以供PEMFC备用电源系统使用的系统;
---电输出调节系统:控制或转换所产生的电能,可在制造商设计范围内满足用电需求的系统;
---自动控制系统:由传感器、执行器、阀门、开关、逻辑元件和控制板等组成,用于将PEMFC备用
电源系统参数维持在制造商设定的范围内而无需人工进行干预的系统;
---通风系统:通过强制或者自然通风的方法实现PEMFC备用电源系统的机柜内外空气交换的
系统;
---燃料电池模块:由一个或多个燃料电池堆、输送电堆电能的电连接装置以及监控装置构成的能
将化学能转化为电能和热能的模块。
---辅助储能装置:系统内部所带的可充、放电的,用于帮助或补充燃料电池模块向内部或外部负
载供电的储能装置。(可选)
本标准适用于设备周围环境无危险(未划分类别)区域中商用、工业用和家用的PEMFC备用电源
系统。
本标准仅考虑可能对PEMFC备用电源系统之外的人身、物体或环境造成伤害的危险情况,提出针
对此类危险情况的安全规定要求,不包括可能对PEMFC备用电源系统自身造成损害时应采取的安全
措施。本部分中的必备条件并非旨在限制创新。当采用与本部分不同的材料、设计或制造时,它们应与本部分规定的安全和性能等同或水平相当。
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。
GB 150(所有部分) 压力容器
GB/T 2893.2-2008 图形符号 安全色和安全标志 第2部分:产品安全标签的设计原则
GB/T 3512-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验
GB 3836.1 爆炸性环境 第1部分:设备通用要求
GB 3836.5 爆炸性气体环境用电气设备 第5部分:正压外壳型“p”
GB 3836.14 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分:危险场所分类
GB 4208 外壳防护等级(IP代码)
GB 4706.71 家用和类似用途电器的安全 加热和供水装置固定循环泵的特殊要求
GB 4943.1-2011 信息技术设备 安全 第1部分:通用要求
GB/T 5169(所有部分) 电工电子产品着火危险试验
GB/T 5563-2006 橡胶和塑料软管及软管组合件 静液压试验方法
GB 7260.1 不间断电源设备 第1-1部分:操作人员触及区使用的UPS的一般规定和安全要求
GB/T 7826 系统可靠性分析技术 失效模式和影响分析(FMEA)程序
GB 10892 固定的空气压缩机 安全规则和操作规程
GB 14536.1 家用和类似用途电自动控制器 第1部分:通用要求
GB 14536.19 家用和类似用途电自动控制器 电动燃气阀的特殊要求,包括机械要求
GB/T 15329.1 橡胶软管及软管组合件 织物增强液压型 第1部分:油基流体用
GB/T 17799.1 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的抗扰度试验
GB/T 17799.2 电磁兼容 通用标准 工业环境中的抗扰度试验
GB 17799.3 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的发射
GB 17799.4 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射
GB/T 20042.1-2005 质子交换膜燃料电池 术语
GB/T 20801(所有部分) 压力管道规范 工业管道
GB/T 20972.1-2007 石油天然气工业 油气开采中用于含硫化氢环境的材料 第1部分:选择
抗裂纹材料的一般原则
GB/T 28816-2012 燃料电池 术语
IEC 61779-6 可燃性气体的检测和测量用电气设备 第6部分:可燃性气体检测和测量设备的选
择、安装、使用和维护导则
3 术语和定义
GB/T 20042.1-2005及GB/T 28816-2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为便于
使用,以下重复列出了某些术语和定义。
3.1
低可燃极限
燃料-空气混合物中的燃料能被火源点燃的最低浓度。
注:若火源可引发燃烧则该燃料-空气混合物易燃。主要是燃料-空气混合物比例或构成。混合物浓度低于低可燃极限(LFL)或高于高可燃极限(UFL)的临界比例不会引发燃烧。
3.2
热稳定状态
稳定的温度条件,准稳态。间隔15min读取两次温度,温度变化不超过3℃或不超过绝对运行温
度的1%的任意状态,温度以读数较高的那次为准。
3.3
可接近区域
在正常操作条件下,符合下列因素之一的区域:
a) 不使用工具的情况下可以接近;
b) 专门为操作人员提供接近方式后,可以接近;
c) 无论是否需要使用工具,操作人员均可通过引导接近。
注1:除非另有界定,术语“接近”和“可接近性”仅涉及操作人员接近上述定义中的区域。
注2:仅维修人员可以进入不可接近区域,在进入不可接近区域时维修人员可能需要按照维修手册做好恰当的个人防护。
3.4
可燃物
能够燃烧的材料。
注:能够燃烧的材料在经过耐火处理、阻燃剂处理或涂以灰泥处理后也应视为可燃物。
3.5
设计压力
在所有操作模式下,包括稳态与瞬态下可能出现的最高压力值。
3.6
废气
从备用电源设备中排放出的反应产物及过剩的空气和氢气。
3.7
电磁骚扰
任何可能降低装置、设备或系统性能或者对生物或非生物产生不良影响的电磁现象。
3.8
电磁兼容性
设备或系统在其所处电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的
能力。
4 安全要求和保护性措施
4.1 通用安全要求
4.1.1 PEMFC备用电源系统的设计和制造应充分考虑在正常或非正常使用过程中可能遇到的各种故
障和/或事故的安全风险,采取相应的处理措施加以避免。并参照GB/T 7826进行相应的风险评估,以
及可靠性分析。
对无法避免的安全风险,应提供安全提示标识和处理说明,以及声、光等警示以及自动和/或手动处
理措施。
4.1.2 PEMFC备用电源系统的可接触部件不得具有可能造成人身伤害的尖利的边、角和粗糙表面;若
无法避免,则制造商应设置相关的警示标识。
4.1.3 PEMFC备用电源系统的各个部件及其连接件在正常使用过程中,应能避免可能导致危害其安
全性能的失稳、变形、断裂或磨损。
4.1.4 制造商应采取措施避免因接触或靠近PEMFC备用电源系统温度较高的部件而带来的危害。
制造商应根据表1对上述部件外表面的温度进行限制或安装防护罩或保护装置以防止可能导致事
故的接触风险。(最高表面温升是未配备个人防护装置的操作人员在操作过程中可接触的上述部件外
表面温度高于环境温度的最大值)。
4.1.5 当管道内含有爆炸性、可燃性或有毒流体时,在设计过程中应采取适当的预防措施并对取样点
与出口处进行标识。
4.2 物理环境与运行条件
4.2.1 概述
设计和制造PEMFC备用电源系统及其保护性装置时应使其能够在制造商规定的物理环境和运行
条件下达到设定的功能。
4.2.2 电能输入
PEMFC备用电源系统应设计成能在制造商规定的电能输入条件下正常运行。
4.2.3 环境条件
制造商应规定PEMFC备用电源系统运行的环境条件,应包括以下因素:
---PEMFC备用电源系统能够正常运行的空气温度、湿度及海拔高度等范围;
---PEMFC备用电源系统是否可被安置在地震区及震区的烈度等级。
4.2.4 燃料输入
在用户手册中,制造商应规定用于PEMFC备用电源系统的燃料种类、纯度、压力范围和输入方式。
4.2.5 振动与撞击
PEMFC备用电源系统应具备一定的抗撞击和振动的能力,保证正常使用、运输或储存过程中所产
生的冲击和振动不会对PEMFC备用电源系统各个部件产生损害。可通过安装防振动设施来避免振动
和撞击产生的不良影响(包括由机器本身及辅助设备所产生的、以及由物理环境产生的振动和撞击)。
上述不良影响不包括地震冲击造成的影响;若制造商认为其产品适于在地震区使用,应单独说明。
4.2.6 运输和贮存温度要求
PEMFC备用电源系统的设计应能够承受或采取适当的预防措施后能承受-25℃~55℃的运输
和贮存温度。制造商也可规定替代的温度范围。
4.3 材料的选择
PEMFC备用电源系统在设计和制造阶段进行材料选择时,应满足以下要求:
---当已知所使用的材料在某些条件下会发生危险时,制造商应采取各种防范措施,并向用户提供
必要的信息,以最大程度地减小危及人身安全与健康的风险;
---充分考虑这些材料可能出现的腐蚀、磨损、侵蚀等情况,并且应尽量选择具有阻燃性(见
GB/T 5169所有部分)、抗氢脆及环境友好的材料;
---金属管路和金属连接件应符合GB/T 20972.1-2007中的规定;
---非金属管道和相关配件应符合GB/T 5563-2006、GB/T 15329.1、GB/T 20801(所有部分)中
的规定;
---硫化橡胶和热塑性橡胶部件应按GB/T 3512-2001的规定进行热空气加速老化试验和耐热
试验(老化时间不低于96h),确保试验后的性能(弹性、拉伸强度等)仍能满足发电系统在预
期寿命内安全使用。
4.4 压力设备与管道
4.4.1 压力设备
压力容器应按照4.3中的规定,采用适当的材料制造并应满足4.1中的相关要求。上述容器及其相
关接头与配件在设计和制造时应具有足够的强度以保证正常工作并防止意外泄漏。压力容器的设计与
制造应符合GB 150(所有部分)的规定。
4.4.2 管道系统
管道及其相关接头与配件在设计和制造时应具有足够的强度以保证正常工作并防止意外泄漏。
4.4.3 废气排放系统
PEMFC备用电源系统应配备能将尾气从系统内部传送到外界的排放装置。制造商应设计和制造
符合下列要求的排气管道或在产品技术说明书中提供设计和制造排气管道的说明:
a) 材料应满足4.3中规定的要求,排放系统应采用抗冷凝物腐蚀的材料制作。非金属材料应鉴
定其耐温、强度和抗冷凝物反应的性能;
b) 排气管道应具有适当的支撑并配备防雨盖或其他不限制或不阻碍气体垂直向上排放的部件;
c) 应配备排水装置或措施,以防水、冰、雪和其他杂物在排气管内积聚或阻塞排气管道;
d) 排气管道末端应置于室外安全地区,远离点火源和室内进风口;
e) 除出口外PEMFC备用电源系统的排气系统应密封,不得有泄漏;
f) 制造排气系统所用材料的耐受温度应高于输送废气的最高温度;
g) 废气排放系统出口的氢气浓度应小于75%LFL。
4.5 防火防爆措施(燃料柜与燃料电池机柜)
4.5.1 燃料柜的防火防爆措施
燃料柜应采取以下措施进行防火防爆:
a) 燃料柜的设计要求如下:
---燃料柜要与外界有空气交换,以避免氢气在燃料柜内聚集;
---燃料柜内因安全需要使用的泄压装置的排出口应在室外安全区,远离点火源和室内进风
口。泄压装置排出口的设计应考虑到在正常运行情况下不会被尘埃、雪花或植物堵塞。
b) 燃料柜内部属于危险区域等级为2级区域,在此区域内制造商应通过以下措施确保消除点
火源:
---区域内所安装的电气设备应符合GB 3836系列标准中1、5与14的规定;
---通过搭接、接地及选择适当的材料等方式消除静电。
c) 可通过选用具有足够导电性的管道材料消除静电电荷的放电和积聚,或将气流速度限制在静
电电荷难以积聚的数值以下。
d) 当非金属管道壁内的金属导线或壁外的辫线和与其相连的导体断开时,可能会增加静电电荷
放电的几率。此类导体应采用主动式的机械固定方式。
4.5.2 燃料电池机柜氢气浓度控制措施
燃料电池机柜为安装燃料电池模块及其辅助器件的机柜。通过下列方式保证燃料电池机柜内氢气
浓度低于50%LFL:
a) 在燃料电池机柜的适当位置(氢气浓度最高点)安装氢气浓度传感器,实时监测燃料电池机柜
内氢气浓度值;
b) 当氢气浓度高于25%LFL时,设备要有声、光报警,同时启动通风设备将燃料电池机柜内的气
体进行稀释保证氢气浓度值低于25%LFL;
c) 氢气浓度高于50%LFL时,自动切断氢气供应。
4.6 电气安全
电气系统的设计与结构应与电气及电子设备(包括电动马达及配件)的应用一样,需要满足相关电
气产品的应用标准。如:
---GB 4943.1;
---GB 7260.1。
技术规范中应提供适用于PEMFC备用电源系统的应用场合。
制造商还应考虑燃料电池堆上的残余电荷。
4.7 电磁兼容性
PEMFC备用电源系统不得在其周围产生超过规定水平的电磁干扰。除此以外,PEMFC备用电源
系统电气设备应对电磁干扰具有足够的抵抗能力以便在其工作环境中正常运行。PEMFC备用电源系
统的电磁兼容性应符合GB/T 17799.1、GB/T 17799.2、GB 17799.3、GB 17799.4标准。
4.8 控制系统与保护部件
4.8.1 一般要求
PEMFC备用电源系统在设计时应确保系统部件的单一故障不会升级为危险情况。
4.8.2 控制系统
设计和制造PEMFC备用电源系统的自动化电气和电子控制装置时,应满足4.1.1中规定的安全与
可靠性分析的要求。民用、商用和轻工业用PEMFC备用电源系统应符合GB 14536.1中的要求。
手动装置应有明确标识,且其设计样式可防止意外调节、启动与关闭。
4.8.2.1 启动
仅当所有防护装置均已到位且起作用时,PEMFC备用电源系统才能启动。
为保证下次进行正常启动,可采用适当的联锁装置。
4.8.2.2 关机系统
4.8.2.2.1 概述
根据4.1.1中规定的可靠性分析和PEMFC备用电源系统的功能性要求,PEMFC备用电源系统应
提供以下关机功能:
---紧急关机:当PEMFC备用电源系统内部或外部情况恶化,继续运行PEMFC备用电源系统会
带来危害时,应能够通过手动启动应急按钮而终止PEMFC备用电源系统的运行并同时自动
切断氢气的供给;
---正常关机:PEMFC备用电源系统处于正常运行状态,通过启动控制设备而终止PEMFC备用
电源系统的运行,关机后系统返回至待机状态;
---非正常关机:PEMFC备用电源系统处于非正常运行状态时,通过启动控制设备而终止
PEMFC备用电源系统的运行。
4.8.2.2.2 紧急关机
紧急关机应是PEMFC备用电源系统控制系统的一部分,为了避免实际的或迫近的危险(该危险无
法被控制装置更正),它应具备下列功能:
---在不产生新的危险情况下阻止危险发生;
---在必要......
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