高压储氢瓶设计制造与安全可靠性检测

采用70MPa的高压氢气，加氢站氢气压缩机出口压力及储氢瓶最高压力达90MPa，储氢瓶制造的可靠性及安全性能测试十分重要。70MPa、90MPa储氢瓶一般采用3层结构，表层采用玻璃纤维复合材料，中间层采用碳纤维复合材料，III型瓶内层采用铝合金内胆，IV型瓶内层采用塑料内胆。储氢瓶口与出口阀的结合部位通过特殊的结构设计确保阀门在使用压力下不会像炮弹出膛一样被冲出，瓶身部位玻璃纤维及碳纤维复合材料采用特殊的缠绕方法确保储氢瓶的强度达到长期使用要求。储氢瓶设计及制造技术的可靠性要通过水压爆破试验、枪击试验和火烧试验测试等检测，还要通过汽车碰撞试验测试储氢瓶的安全性。

70MPa储氢瓶水压爆破试验压力为200MPa，90MPa储氢瓶水压爆破试验压力为300MPa，高于ISO/TS15869、ISO11439等关于高压储氢瓶的破坏性试验压力为操作压力2.25倍合格值的规定。用7.62mm穿甲弹正面枪击储氢瓶，子弹卡在储氢瓶壳层内，不能击穿瓶体。当暴露在火灾中的储氢瓶内温度达到105℃后，储氢瓶熔断安全阀会迅速打开，朝预先设定的熔断阀出口方向快速泄放，70MPa容积为60L的储氢瓶大约需要1min排空氢气，瓶内气体喷射的氢气迅速燃烧不发生爆炸，火焰长度最长可达10m。丰田MiraiFCEV被80km/h车辆追尾碰撞造成车身损毁时储氢瓶完好无损。

高压氢系统设备材料安全性能评价测试

高压氢气系统使用的金属材料必须经过材料安全性能测试。加氢枪使用的软管在高压下要能反复经受低温（–40℃）到高温（85℃）的循环测试。截止阀、流量调节阀、紧急切断阀、安全阀、高压气瓶熔断阀等阀门和管件垫圈都要在高压氢环境下进行长期使用性能测试。加氢枪加氢时充注的氢气温度高于85℃时，必须立即停止加氢的温度传感器和光纤要进行稳定性和可靠性测试。加氢使用的流量计要经过高压氢环境下计量准确性测试。氢气泄漏或着火后自动检测报警的传感器要进行灵敏性准确可靠性测试。

为做好上述高压氢气系统的设备仪表材料安全性能的评价测试，，该中心有齐全且专业的测试实验室，其中包括抗爆试验仓、高压氢用阀门耐久性测试、加氢高压软管低温循环测试、O型圈疲劳测试、加氢站储氢瓶破坏性测试等测试实验室，他们既研究测试试验的方法，还接受设备及材料制造商和用户的委托开展安全性能测试，合格后方可投放市场。

加氢站安全技术措施

加氢站一般建在交通便利、方便用户的地段，或在人口稠密处或在交通要道上。在加油站内建设加氢站，即油氢混合站。还允许加氢站内建设集装箱式天然气或以丙烷为原料的制氢装置，即在线制氢加氢站。加氢站内既有大容量高压储氢瓶，也有高压压缩机、氢气接卸设施。加氢站与周边建筑物的安全距离只要求遵守《高压气体安全法》的规定，和居民住宅及各类公共设施的距离不小于8m，加氢站和民宅、公共设施设置厚10cm的隔离墙。

为确保加氢站的安全，采取的安全技术措施主要有：在氢气容易泄漏的部位都设有高灵敏度氢气泄漏检测器，氢气体积浓度高于1%时及时报警，设有多台火焰检测器，能及时发现站内氢气着火并进行报警。高压储氢间、氢压缩机间等建筑物要考虑氢气泄漏后不积聚，采用既防雨水又易排气的屋顶设计，室外加氢机顶棚设计要有利于氢气向高空扩散。

FCEV安全设计与安全性能测试

2个储氢瓶用底盘和车体内部空间实现隔离，SORA公共汽车的10个储氢瓶设置在车顶，靠顶板实现氢气和汽车内部空间的隔离，防止氢气泄漏到车厢内。车身安装碰撞传感器，检测到碰撞时会自动关闭储氢瓶出口阀门。Mirai在车身设置2台氢气探测器，SORA设置4台氢气探测器，检测到氢气泄漏时也会立刻关闭储氢瓶出口阀门，确保氢气泄漏后可检测、可及时终止泄漏。车身采用流线型设计，利于氢气扩散，确保氢气泄漏后不积聚。

为评价氢气泄漏对FCEV安全性能的影响，开展了氢气扩散模拟试验、氢气着火时的燃烧动态试验、管路等有微小泄漏点火试验、氢气泄漏后滞留在汽车某部位点火试验、假设氢气充满在车厢点火试验、通过安全阀放出的氢气着火试验、车辆着火试验等。氢气泄漏后滞留在汽车某部位点火试验以131L/min向汽车前后轴中间部位释放氢气，约100s后氢浓度达到23.8%，用电火花打火发生燃爆，前挡风玻璃附近和车体下部有高温部位，燃爆压没有导致车体变形，热辐射是地面太阳光热量的1/10以下，没有观测到冲击压强，声音压强远低于伤害耳膜的等级。

在氢气充满车厢点火试验中，氢浓度在12%以下，电火花打火，瞬间氢气着火，但不足以点燃车厢内餐巾纸（燃烧发热量小）；能使车玻璃破碎的爆炸冲击波需要氢浓度达到40%以上。在破坏FCEV储氢瓶和汽油车油箱漏油后的车辆着火试验中，FCEV的储氢瓶氢气泄放并向上燃烧，约1min后熄火。汽油油箱向下漏油，持续燃烧，导致轮胎和车体着火，车辆烧毁。电动汽车因电池温度失控、隔膜破裂导致火灾无法扑灭，着火时间约1h，车辆烧毁。试验结果表明：FCEV的安全性与燃油车、天然气车相当，优于电动汽车。