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标准编号 | GB/T 31037.1-2014 (GB/T31037.1-2014) | 中文名称 | 工业起升车辆用燃料电池发电系统 第1部分:安全 | 英文名称 | Fuel cell power system used for industrial lift truck applications. Part 1: 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 | 23,279 | 发布日期 | 2014/12/5 | 实施日期 | 2015/7/1 | 引用标准 | GB 156-2007; GB/T 2894; GB/T 2900.10; GB/T 2900.5; GB/T 2900.90; GB/T 2900.89; GB/T 2900.1; GB/T 2900.12; GB/T 2900.15; GB/T 2900.16; GB/T 2900.18; GB/T 2900.19; GB/T 2900.20; GB/T 2900.22; GB/T 2900.23; GB/T 2900.25; GB/T 2900.26; GB/T 2900.27; GB/T 2900 | 起草单位 | 上海神力科技有限公司 | 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 | GB/T 31037的本部分规定了工业起升车辆用燃料电池发电系统的构造、标识和性能试验等方面涉及的安全要求及安全防护措施。为室内或室外使用的电动工业起升车辆提供动力的燃料电池动力系统包括燃料电池发电系统和能量存储模块。能量存储模块是指用来启动发电系统、帮助或补充燃料电池发电系统对内部或外部负载供电的电能储存装置, 由铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器或其他具有相应功能的能量存储模块组成。本部分仅涉及燃料电池发电系统部分安全方面的要求, 不包括能量存储模块。本部分涉及的工业起升车辆包括:平衡重式叉车、前 |
GB/T 31037.1-2014
Fuel cell power system used for industrial lift truck applications.Part 1: Safety
ICS 27.070
K82
中华人民共和国国家标准
工业起升车辆用燃料电池发电系统
第1部分:安全
Part1:Safety
2014-12-05发布
2015-07-01实施
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发布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 2
3 术语和定义 3
4 要求 4
5 试验方法 12
6 标识 16
7 产品说明书 17
附录A(规范性附录) 泄漏量计算 18
参考文献 19
前言
GB/T 31037《工业起升车辆用燃料电池发电系统》计划发布以下部分:
---第1部分:安全
---第2部分:技术条件
本部分为GB/T 31037的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分由中国电器工业协会提出。
本部分由全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC342)归口。
本部分起草单位:上海神力科技有限公司、UL美华认证有限公司、宁波拜特测控技术有限公司、同
济大学、机械工业北京电工技术经济研究所、武汉邮电科学研究院、南京大学昆山创新研究院、中国质量
认证中心。
本部分主要起草人:张若谷、周斌、季良俊、黄平、侯永平、孙婷、刘淑芬、齐志刚、胡里清、顾军、王刚、
陈晨。
工业起升车辆用燃料电池发电系统
第1部分:安全
1 范围
1.1 概述
GB/T 31037的本部分规定了工业起升车辆用燃料电池发电系统的构造、标识和性能试验等方面
涉及的安全要求及安全防护措施。
为室内或室外使用的电动工业起升车辆提供动力的燃料电池动力系统包括燃料电池发电系统(简
称发电系统)和能量存储模块。能量存储模块是指用来启动发电系统、帮助或补充燃料电池发电系统对
内部或外部负载供电的电能储存装置,由铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器或其他具有相应
功能的能量存储模块组成。本部分仅涉及燃料电池发电系统部分安全方面的要求,不包括能量存储
模块。
本部分涉及的工业起升车辆包括:平衡重式叉车、前移式叉车、插腿式叉车、托盘堆垛车、平台堆垛
车、操作台可升降的车辆、侧面式叉车、越野叉车、侧面堆垛式叉车(两侧)、三向堆垛式叉车、堆垛用高起
升跨车、托盘搬运车、平台搬运车、非堆垛低起升跨车、拣选车。
本部分适用于以气态氢为燃料、空气为氧化剂的质子交换膜燃料电池发电系统。
本部分适用于使用的储氢装置包括:
---固定的或可更换的;
---可再充装或一次性的;
---集成或安装于发电系统或工业起升车辆上。
本部分仅考虑可能对燃料电池发电系统之外的人身、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,不包括可能对燃料电池发电系统自身造成损害时应采取的安全措施。
1.2 系统边界
本部分中所指的发电系统边界示意图如图1所示。其中,粗实线框内为燃料电池发电系统的部件,
框边界的进出箭头为针对燃料电池发电系统的输入和输出。
图1 发电系统的系统边界示意图
本部分所适用的发电系统由图1中的发电系统边界内的全部或部分部件组成,但总体设计应满足
实现设定的功能,发电系统边界内的组成及功能包括:
---燃料电池模块:由以下几个主要部分组成:一个或多个燃料电池堆、输送燃料、氧化剂和废气的
管路系统、电池堆输电的电路连接、监测和/或控制手段;
---燃料(氢气)储存系统:安装在发电系统内部或在工业起升车辆上,固定或可更换的,用于存储
燃料氢气的部件及其相关配件;
---燃料(氢气)供应系统:包括但不限于管路、阀门、传感器、燃料加压/减压/稳压装置等,能对输
入发电系统的燃料进行加压或减压或稳压等处理,再将燃料从燃料储存系统输送至燃料电池
模块;
---氧化剂(空气)供应系统:包括但不限于过滤器、管路、空压机(鼓风机)、传感器件、阀门等,能对
输入发电系统的氧化剂(空气)进行调压以及过滤等处理,再将氧化剂(空气)输送至到燃料电
池模块;
---热管理系统:包括但不限于散热器和配套风扇、管路、循环流体泵、阀门、传感器件、冷却流体储
存与补充箱等,通过加热或冷却或排热保持发电系统在制造商规定的工作温度范围内运行;
---增湿系统:用以对燃料和氧化剂(空气)进行增湿,提高相对湿度的装置;
---水处理系统:包括但不限于管路、循环水泵、阀门、传感器件、水储存与补充箱等,发电系统生成
水回收用于增湿燃料或氧化剂或其他使用用途时,应去除水中对发电系统有害的颗粒与金属
离子;
---控制系统:由进行调节与监控所必需的传感器件、线路、执行器件、控制器件、软件程序等组成,
使发电系统在无需人工干预时,运行参数能保持在制造商给定的限值范围内,保障发电系统正
常运行;
---功率调节系统:包括但不限于DC/DC或DC/AC、线路等,燃料电池堆输出功率将根据发电系
统内部装置所需功率和对外输出功率的要求,通过其对电流、电压进行调节,提供符合使用要
求的功率输出;
---通风系统:通过强制或自然的方式实现发电系统内外空气交换的系统;
---燃料电池发电系统:指由发电系统的边界示意图中全部或部分部件组成,与能量存储模块组合
成燃料电池动力系统。根据其结构不同分为一体式和整合式两种:
● 一体式系统:发电系统的部件全部装入一个外壳内,集成一体,显示器和控制界面或功能
按钮可根据实际情况安装在操作人员方便操作的地方;
● 整合式系统:发电系统的各个部件根据工业起升车辆的结构空间及重心,分散的安装在工
业起升车辆上,但所有部件通过线路或管路连接在一起,构成一套完整的燃料电池发电
系统。
除非另有规定,本部分中的气体压力均指表压。
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 156-2007 标准电压
GB/T 2894 安全标志及使用导则
GB/T 2900(所有部分) 电工术语
GB/T 3512-2001 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化及耐热试验
GB 3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分:设备 通用要求
GB 3836.4-2010 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i”保护的设备
GB 3836.14-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分:危险分类
GB 4208-2008 外壳防护等级(IP代码)
GB/T 5563 橡胶、塑料软管及软管组合件 水压试验方法
GB/T 6104-2005 工业起升车辆名词术语
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/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 17799.1-1999 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 17799.2-2003 电磁兼容 通用标准工业环境中的抗扰度试验
GB 17799.3-2012 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的发射
GB 17799.4-2012 电磁兼容 通用标准 工业环境中的发射
GB/Z 18333.1-2001 电动道路车辆用锂离子蓄电池
GB/T 18384.3-2001 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护
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 24499-2009 氢气、氢能与氢能系统术语
GB/T 24549-2009 燃料电池电动汽车 安全要求
GB/T 28816-2012 燃料电池 术语
HB5067 镀覆工艺氢脆试验
ISO 15916 氢系统安全性的基础问题
ISO 17268.2-2006 压缩氢加氢连接器
3 术语和定义
GB/T 2900(所 有 部 分)、GB/T 6104-2005、GB/T 20042.1-2005、GB/T 28816-2012、
GB/T 24499-2009中所界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
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
非正常运行 abnormaloperation
指发电系统因发生故障或损坏或其他因素,导致其不在制造商设计的参数范围内运行。
3.3
正常运行 normaloperation
指发电系统在制造商设计的参数范围内的运行状态。
3.4
危险区域 hazardousarea
出现或预期可能出现的易燃气体数量达到应该对电气设备的结构、安装和使用采取专门预防措施
的区域。
根据易燃气体出现的频率和持续时间,危险区域可分为:
0区:易燃气体连续出现或长时间存在的区域,发电系统中储氢装置为0区。
1区:正常运行时,可能出现易燃气体的区域,发电系统中电堆、燃料供应系统、废气(氢气)排放口
为1区。
2区:正常运行时,不可能出现易燃气体,如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的区域。
注:发电系统中除上述提到的区域外,其他为非危险区域。
3.5
非危险区域 non-hazardousarea
爆炸性环境预期不会出现,不要求对电气设备的结构、安装和使用采用专门的措施的区域。
[GB/T 2900.35-2008,定义426-03-02]
3.6
燃料稀释空间 fueldilutionboundary
发电系统或工业起升车辆上因燃料泄漏或尾气排放时形成的燃料浓度在其可燃性体积比范围内的
空间区域。
注:氢气的可燃性体积比范围:4%~75%。
3.7
发电系统在正常运行条件和单一故障条件下,采取设计与保护性措施保证电路中产生的电流不会
造成危害的电路。
[GB/T 18384.3-2001,定义3.11]
3.8
Ⅰ类设备 classⅠequipment
依靠基本绝缘对带电部件进行防触电保护、仅把这个设备中外露可导电部件与保护导体相连的
设备。
[GB/T 18384.3-2001,定义3.12]
3.9
Ⅱ类设备 classⅡequipment
使用双重绝缘或加强绝缘进行防触电保护的设备。
3.10
联锁 interlock
监测规定条件满足与否并保证相关控制设备执行安全动作的控制装置。
注:改写GB/T 27748.1-2011,定义3.25。
3.11
配重 balanceweight
为保障工业起升车辆平衡、稳定运行,在发电系统内或外添加的辅助质量。
4 要求
4.1 通用安全要求
发电系统的尺寸重量设计应充分考虑工业起升车辆的使用环境,确保工业起升车辆静止及运行时
的平衡及稳定性。在设计、安装整合式发电系统时,还需考虑安装在工业起升车辆上后,车辆的整体重
心。制造商应根据发电系统在工业起升车辆上的安装位置或各个部件分布情况,设计发电系统的操作
界面、散热界面、充氢接口及废气排放口(氢气、空气、水蒸气等),确保运行发电系统时的安全性及便
利性。
在符合发电系统使用要求的前提下,发电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,制造商应采取有效的方式在相关位置进行警示。
发电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。
针对发电系统内部或外部可能存在的高温和带电部分应有防护装置或警示,靠近或本身具有高温
或带电的操作部件和设备外壳,制造商应采取措施消除或指导消除因此可能造成危害的风险。
应根据风险评估设计发电系统。风险评估可依据GB/T 7826。发电系统的所有部件应:
---适合于预期使用时的温度、压力、流速、电压及电流范围;
---在预期使用中,能耐受燃料电池堆所处环境的各种作用、各种运行过程和其他条件的不良
影响。
发电系统在按制造商说明书中规定的所有正常运行条件运行时,不应产生任何损坏;在可预知的非
正常运行条件下运行时,不应产生危险,如燃烧、爆炸、电击等。
4.2 材料的选择
发电系统中使用的所有材料应符合以下要求:
---当已知发电系统所使用的材料在某些条件下会发生危险时,制造商应采取防范措施,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;
---在选择发电系统内部或外部部件的材料时,应考虑在其预期使用寿命内这些材料的抗腐蚀性
能、耐磨性能、导电性能、冲击强度、抗老化性能、温度变化的影响、材料放置在一起时产生的其
他影响(例如电蚀)、紫外线照射的影响、以及氢气对材料机械性能的侵蚀和材料之间相互作用
的影响等;此外,应尽量选择具有阻燃性的材料;
---非金属管道和相关配件应符合GB/T 5563、GB/T 15329.1、GB/T 20801中的规定;
---硫化橡胶和热塑性橡胶部件应符合GB/T 3512-2001的规定;
---金属管路和金属连接件应符合GB/T 20972.1-2007中的规定;
---材料和元器件以及结构设计应根据其在发电系统或工业起升车辆中所处位置的危险区域等
级,应符合GB 3836.1-2010的相关要求。
4.3 管路系统及燃料储存系统
4.3.1 概述
管路系统、燃料储存装置及其相关配件的材料应符合4.2的规定,此外:
---与氢气相关的金属部件,其抗氢脆性应符合HB5067中的规定;
---与氢气相关的橡胶部件应符合ISO 15916中的规定;
---易被腐蚀的部件应采取有效措施进行防腐蚀保护,如涂耐腐蚀保护层;
---管路系统应能承受制造商规定的最大允许工作压力1.5倍的压力作用,通过5.2规定的气密性
试验。
4.3.2 管路系统及其配件
4.3.2.1 概述
管路系统及其连接件等配件应满足以下规定:
---发电系统设计的最大工作压力和最高运行温度的安全要求,并应具有足够的强度防止在正常
工作及运输和安装过程中发生气体或液体的泄漏;
---流体泄漏不致产生危险的部位可采用螺纹连接,如空气供应回路、冷却回路。其他接缝都应焊
接,或按制造商要求与指定的密封部件装配连接。为防止流体的泄露,流体管路中使用的接头
应是磨口接头、法兰接头或压力接头;
---应彻底清理管路的内表面以除去颗粒物,应仔细清除管路端口的障碍物和毛刺;
---除氢气外,当管路中其他气体压力可能超过103.4kPa,或液体液压可能超过1103kPa,或温
度可能超过120℃时,管路及其接头等配件应符合GB/T 20801(所有部分)的规定。
4.3.2.2 金属管路及其配件
金属管路系统应能承受最高运行温度和最高运行压力的共同作用,并能与使用、维修和保养时所可
能接触的其他材料、化学品相容。金属管路系统应保持完好,并应具有足够的机械强度,满足4.10规定
的耐振动性要求。金属成型弯管在弯曲时不应产生影响使用的缺陷。
4.3.2.3 非金属管路及其配件
使用塑料和橡胶等的非金属管路及配件满足以下要求:
---非金属管路及配件应能承受最高运行温度和最高运行压力的共同作用,不允许释放出对人身、
环境有害的物质,并能与发电系统使用、维修和保养时可能接触的其他材料、化学品相容,应具
有足够的机械强度,满足4.10规定的耐振动性要求;
---应防止非金属管路受到机械损伤,必要时,应加防护套管或外罩;
---输送易燃气体的塑料或橡胶管件应预防可能的过热,所用材料的最低热变形温度应高于发电
系统允许的最高温度或设定温度;
---用于危险区域内的塑料或橡胶材料应具有防止静电电荷累积的有效措施,如具有导电性。非
金属管路每1m的电阻最大不能超过1MΩ。
4.3.2.4 氢气管路及其配件
使用的氢气管路及其配件应满足以下要求:
---发电系统外壳内的氢气管路应被有效固定或采用其他有效措施避免磨损,氢气管路及其配件
的设计和结构应符合GB/T 20801(所有部分)的规定;
---氢气管路的排放口与带电部件之间应保持一定的间隙,一般情况下不小于50mm;当氢气管
路与带电部件被很好的固定从而不会因发生移位导致间隙小于12.7mm 时,间隙可小于
50mm;或者,带电部件位于限流电路上,不会产生导致危险发生的电能,间隙可小于50mm。
4.3.3 燃料储存系统
4.3.3.1 充氢接口
充氢接口应符合ISO 17268.2-2006的规定,应具有能够防止尘土、液体和污染物等进入的防尘
盖,或具备类似功能的其他装置。
充氢接口的安装应满足以下要求:
---安装在可能存在可燃性气体的燃料稀释空间之外,且与带电部件保持至少50mm的距离;
---在安装位置边注明最大加注压力;
---能承受来自任意方向的670N的载荷,且不影响到燃料储存系统的气密性。
4.3.3.2 储氢容器
储氢容器应符合国家相关标准的规定,在无国家标准之前,可参照相关的国际标准。
储氢容器若非安置于发电系统外壳内,独立安装的储氢容器应具有防意外操作和碰撞的安全保护
外壳。
燃料储存容器若为可更换式,燃料储存容器与发电系统的联接应与发电系统的控制系统有安全连
锁,确保发电系统运行燃料储存容器不发生松动或脱落。
4.3.3.3 过压(高/低)保护
燃料储存系统应设置过压保护装置,并满足以下要求:
---发电系统处于运行状态,当压力超过储氢容器能的正常工作压力时,应能通过显示屏或声音或
光等方式告知操作者,或提示紧急关机,当压力达到储氢容器能的最大工作压力时应能自动关
机并切断氢气供应;
---发电系统处于静止状态,当压力达到储氢容器能承受的最大压力时,应通过泄压阀或类似功能
的装置自动向外界放气防止压力过高引起危险,放气口位置应符合4.3.2.4的规定;
---当压力低于要求的压力时,应能通过显示屏或声音或光等方式告知操作者,根据危险程度能自
动关机,或提示紧急关机,或自动关机并切断氢气供应。
4.3.3.4 关闭功能
燃料存储系统应具有手动和自动两种方式关闭燃料供应的方式,当发生氢气泄漏、过压(高/低)时,
应能及时关闭以切断燃料供应,并符合4.8的规定。
4.4 废气和废水的排放
制造商应根据4.1的规定设计、制造发电系统的废气、废水排放部件。发电系统废气、废水排放应
考虑以下事项:
---废气、废水的排放应不会引起危险;
---在排放燃料废气时,不应导致发电系统周围的氢气浓度超过25% LFL,测试方法见
GB/T 24549-2009中4.2.4.1的规定;
---可能排出或泄漏出燃料废气的出口应远离可能产生火花或高热的部件,应在可能存在可燃性
气体的燃料稀释空间之外,且与带电部件之间的距离应符合4.3.2.4的规定;
---燃料废气排放口禁止堵塞,当排放口因堵塞导致压力过高达到制造商设定的值时,发电系统应
能自动关机并切断氢气供应源。
4.5 外壳
4.5.1 发电系统的外壳应具有足够的强度、刚性、耐用性、耐腐蚀性,起到支撑保护作用,并应满足存
储、运输、安装及最终工作环境条件的要求。
4.5.2 当发电系统标定为可以在户外使用,并且没有防护装置的时候,......
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