ICS 71.020;71.100.20 G 86
GP
中华人民共和国国家标准
GB/T29729—2013
氢系统安全的基本要求
Essential requirements for the safety of hydrogen systems
(ISO/TR15916:2004,Basicconsiderationsfor
the safety of hydrogen systems,NEQ)
2014-01-01实施
2013-09-18发布
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 GB/T29729—2013
目 次
前言范围
川
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规范性引用文件术语和定义氢系统的类别氢的基本特性 6 氢系统的危险因素 7风险控制附录A（资料性附录） 典型制氢系统附录B（资料性附录) 氢的性质附录C（资料性附录） 氢的燃烧特性附录D（资料性附录） 氢环境常用金属材料
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15 18 22 24 GB/T29729—2013
前 言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用重新起草法参考ISO/TR15916:2004《氢系统安全的基本考》编制，与ISO/TR15916:2004
的一致性程度为非等效。
本标准由全国氢能标准化技术委员会（SAC/TC309）提出并归口。 本标准起草单位：浙江大学、中国标准化研究院、世源科技工程公司、四川天一科技股份有限公司、
清华大学、同济大学。
本标准主要起草人：郑津洋、王廣、徐平、刘建虎、孟培勤、王诚、潘相敏、陈立新、欧可升。
目 GB/T 29729—2013
氢系统安全的基本要求
1范围
本标准规定了氢系统的类别、氢的基本特性、氢系统的危险因素及其风险控制的基本要求。 本标准适用于氢的制取、储存和输送系统的设计和使用。
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。
GB2894安全标志及其使用导则 GB4962-—2008氢气使用安全技术规程 GB 5099 钢质无缝气瓶 GB 12014 防静电服 GB12358 作业场所环境气体检测报警仪 通用技术要求 GB16808 可燃气体报警控制器 GB/T18442.1 固定式真空绝热深冷压力容器 第1部分：总则 GB/T18442.2 固定式真空绝热深冷压力容器 第2部分：材料 GB/T18442.3 固定式真空绝热深冷压力容器 第3部分：设计 GB/T18442.4 固定式真空绝热深冷压力容器 第4部分：制造 GB/T18442.5 固定式真空绝热深冷压力容器 第5部分：检验与试验 GB/T18442.6 固定式真空绝热深冷压力容器 第6部分：安全防护 GB/T19773 变压吸附提纯氢系统技术要求 GB/T19774 水电解制氢系统技术要求 GB21146个体防护装备职业鞋 GB/T24499 氢气、氢能与氢能系统术语 GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50177—2005氢气站设计规范 GB50217 电力工程电缆设计规范 GB50275 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范 GB505162010加氢站技术规范 JB/T4711压力容器涂敷与运输包装 JB4732—1995钢制压力容器分析设计标准 TSGR0004 固定式压力容器安全技术监察规程 TSGR0005 移动式压力容器安全技术监察规程 TSG R0009 车用气瓶安全技术监察规程 《气瓶安全监察规程》
1 GB/T29729—2013
5.1.2液氢在标准沸点下的密度为70.78kg/m，标准沸点下常态氢转化为仲氢的转化热为 527.14kJ/kg。液氢与其他液化气体的热物理性质比较参见附录B中的表B.3。 5.2燃烧特性 5.2.1氢气在常温常压空气中的可燃极限为4%～75%（体积分数）。氢的燃烧特性参见附录C中的表C.1，氢气与其他常见燃料的燃烧特性比较参见附录C中的表C.2。 5.2.2氢气在常温常压空气中的爆轰极限为18.3%～59%（体积分数），爆轰速度为1480m/s~2150m/s。
6氢系统的危险因素
6.1泄漏和渗漏 6.1.1氢气易通过多孔材料、装配面或密封面泄漏。氢气泄漏后将迅速扩散，导致可燃、可爆区域不断扩大，且扩散过程肉眼不可见。影响氢气泄漏扩散的主要因素包括泄漏位置、环境温度、环境风速、环境风向和障碍物。 6.1.2液氢和氢浆系统发生泄漏后，液氢和氢浆将迅速蒸发扩散，形成可见的可爆筹团，并可能导致系统形成负压而使周围空气进人系统冷凝而结冰，可能堵塞系统的管道、阀门等部件。 6.1.3氢易渗人某些非金属材料内而引起氢渗漏。若液氢或氢浆系统发生氢渗漏，可导致氢损耗或真空绝热层破坏。 6.2与燃烧有关的危险因素 6.2.1氢气、液氢或氢浆被点燃，将引起氢燃烧或爆炸。氢燃烧可造成氢系统材料性能劣化，并可能导致氢系统因内部温度和压力急剧升高而超压失效。 6.2.2氢气爆燃可导致燃烧区域的迅速扩大和密闭空间压力的迅速升高。氢气爆轰产生的高速爆轰波可对燃烧区域外的环境产生巨大冲击，并伴随有高温气体的迅速传播。 6.3与压力有关的危险因素 6.3.1氢气系统失效可导致高压氢气储存能量迅速释放，形成冲击波，破坏周围设施。 6.3.2液氢和氢浆系统漏热将引起热分层和氢蒸发，导致系统内的氢体积急剧增大，若泄压装置动作不及时，可导致系统超压失效。 6.3.3氢浆中的固体氢颗粒易积聚沉淀而堵塞氢浆系统的管道、阀门等部件。 6.4与温度有关的危险因素 6.4.1氢液化过程温度急剧下降，可导致材料收缩。氢系统材料收缩程度不同，可能导致系统结构变形不协调，从而造成结构中应力增大或密封面泄漏。 6.4.2液氢和氢浆系统的低温环境可导致材料韧性下降，增加材料的裂纹敏感性。液氢和氢浆系统的温度低于材料的韧脆转变温度时，材料将由韧性状态转变为脆性状态。 6.5与固态储氢有关的危险因素 6.5.1金属氢化物的解吸氢压随金属氢化物温度升高呈指数函数增大，可能导致金属氢化物容器超压失效。 6.5.2固态储氢容器在使用过程中，由于振动或氢气流推动，易造成粉体局部堆积而导致容器膨胀、破损。若含氢活性粉体随氢气流通过阀门向外逸出，可污染环境并可能引起燃烧。 6.5.3固态储氢容器在加热解吸放氢后的冷却过程中，容器内可能形成负压而吸人空气，导致活性粉
3 GB/T29729—2013
体逐渐失活。 6.5.4固态储氢物质均有很高的表面活性，其与原料氢中含有的CO、SO2、Cl2、O2、CO2等杂质接触会被污染或中毒失活。 6.6氢腐蚀和氢脆 6.6.1钢在高温高压氢环境中服役一定时间后，氢可与钢中的碳反应生成甲烷，造成钢脱碳和微裂纹的形成，导致钢性能不可逆地劣化。温度越高、氢分压越大，钢的氢腐蚀越严重。 6.6.2金属吸收内部氢或外部氢后，局部氢浓度达到饱和时，将引起塑性下降、诱发裂纹或延迟断裂。 温度越高、氢分压越大、应变速率越大，金属的氢脆越严重。 6.7生理危害 6.7.1人体皮肤直接接触低温氢气、液氢或氢浆易导致冻伤，直接接触高温且肉眼不可见的氢火焰易导致高温灼伤。 '6.7.2氢燃烧产生的大量紫外线辐射易损伤人体皮肤，氢火灾引起的次生火灾会产生浓烟或其他有害燃烧产物，危害人体健康。
7风险控制
7.1基本原则
氢系统应遵循以下基本原则： a）在满足需求的前提下，控制储存和操作中氢的使用量； b) 制定相应操作程序； c) 减少处于危险环境中的人员数量，并缩短所处时间； d) 避免氢/空气（氧气）混合物在密闭空间积聚； e) 确定氢系统的爆炸危险区域，爆炸危险区域的等级定义应符合GB50058的规定； f) 确保氢系统的爆炸危险区域内无其他杂物，通道畅通。
7.2设计风险控制 7.2.1基本要求
氢系统设计应满足以下基本要求： a) 失效-安全设计：
1）设置安全泄放装置、阻火器等安全附件； 2）设置单容错或双容错。 自动安全控制：
b)
1）远程实时监测系统的安全状态； 2） 自动控制压力、流速等运行参数； 3）检测到氢泄漏时，设备应能自动采取相应的安全措施，包括关闭截止阀、开启通风装置、关
停设备等。
c）氢系统出现异常、故障或失灵时，报警装置应能及时报警。 7.2.2合理选材 7.2.2.1 氢系统选材应考虑以下因素：
4 GB/T29729—2013
一与氢的相容性；一一与相邻材料的相容性；与使用环境的相容性； —毒性；一失效模式； —可加工性；
一经济性。
7.2.2.2氢系统用金属材料应满足强度要求，并具有良好的塑性、韧性和可制造性。用于低温工况时还应有良好的低温韧性，且其韧脆转变温度应低于系统的工作温度。 7.2.2.3氢系统用非金属材料应有良好的抗氢渗透性能。 7.2.2.4温度或压力变化引起材料的形状或尺寸变化时，相邻材料间的变形应互相协调，以确保系统的密封性能和各部件的正常工作。 7.2.2.5氢系统中与氢直接接触的金属材料，应与氢具有良好的相容性。必要时，应在与使用条件相当的温度和压力范围内，对材料进行氢相容性试验 7.2.2.6氢系统宜选用含碳量低或加人强碳化物形成元素的钢。 7.2.2.7 氢环境常用金属材料参见附录D。为降低金属材料的氢脆敏感性，应采取以下措施：
a) 将材料硬度和强度控制在适当的水平； b) 降低残余应力； c) 避免或减少材料冷塑性变形； d) 避免承受交变载荷的部件发生疲劳破坏； e) 使用奥氏体不锈钢、铝合金等氢脆敏感性低的材料。
7.2.3设备 7.2.3.1氢气储存容器 7.2.3.1.1 设计氢气储存容器时，应充分考虑在正常工作状态下大气环境温度条件对容器壳体金属温度的影响，其最低设计金属温度不应高于历年来月平均最低气温的最低值。 7.2.3.1.2氢气储存容器的支承和基础应为非燃烧体并确保牢固，容器的接地要求应符合 GB50177—2005中9.0.7的规定。 7.2.3.1.3固定式氢气储罐、氢气长管拖车及其零部件的涂敷与运输包装应符合JB/T4711的规定和图样的技术要求。 7.2.3.1.4固定式氢气储罐的设计应符合TSGR0004、JB4732等相关规范标准的规定。 7.2.3.1.5固定式氢气储罐应设有压力表、安全泄放装置、氢气泄漏报警装置、吹扫置换接口等安全附件。 7.2.3.1.6 固定式氢气储罐顶部最高点宜设有氢气放空管，底部最低点宜设有排污口。 7.2.3.1.7 氢气长管拖车的设计应符合TSGR0005、《气瓶安全监察规程》等相关规范标准的规定。 7.2.3.1.8氢气长管拖车应按GB2894的规定设置安全标志。 7.2.3.1.9氢气长管拖车的汇流总管应设有压力表和温度表。每只钢瓶均应装配安全泄放装置。拖车上应配备灭火器材。 7.2.3.1.10氢气瓶的设计应符合TSGR0009、GB5099、《气瓶安全监察规程》等相关规范标准的规定。 7.2.3.1.11 氢气储气瓶组的气瓶、管路、阀门和其他附件应可靠固定，且管路、阀门和其他附件应设有防止碰撞损坏的防护设施。
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