前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任
本文件由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC 309)提出并归口。
本文件起草单位:大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司、浙江大学、中国标准化研究院、国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、北京低碳清洁能源研究院、上海机动车检测认证技术研究中心有限公司、香港特别行政区政府机电工程署北京海德利森科技有限公司、上海舜华新能源系统有限公司、中国石油天然气管道工程有限公司、同济大学、浙江固微科技有限公司
本文件主要起草人:胡军、王启林、郑津洋、杨燕梅、彭世垚、陈凤、何广利、潘相敏、韩武林、赵晓晓李麟、王磊、吕洪、张展竞、赵乃民、张瀚文、朱华颖、张磊、周明军、周鲁立、刘坤鹏、欧阳云瀚、宋薛思、韩芳。
警示:本文件不涉及与氢系统泄漏检测有关的所有安全问题。在使用本文件前,使用者有责任制定相应的安全和保护措施。
1 范围
本文件描述了在密闭空间、开放空间及密封舱内对氢系统进行泄漏检测的方法。
本文件适用于氢系统在制造、安装和使用过程中的泄漏检测
本文件不适用于氢系统中作为氢气泄漏联动报警系统组成部分的在线氢气传感器的泄漏检测。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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/T 13979 质谱检漏仪
GB/T 30431 实验室气相色谱仪
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
氢系统 hydrogen system
氢的制取、储存、输送或应用系统。
注:如水电解制氢系统、车载储运系统、加氢站储供氢系统及输氢管道等。
[来源:GB/T 29729—2022,3.1;GB/T 20801.5—2025,3.2,有修改]
3.2
泄漏 leakage
介质通过系统、部件或连接处的非预期通道或不连续部位,在压力差或浓度差作用下,由内部向外部环境逸出的现象。
3.3
泄漏率 leakage rate
在规定条件下,单位时间内氢气通过泄漏部位的泄漏量。
3.4
比对试验 comparison test
在相同或等效的试验条件下,通过预制泄漏点,以已确认可检出的氦氮混合气作为参比气体,采用不同配比的氦氮混合气进行泄漏率检测,并通过检测结果比对确定检测用氦氮混合气中氦体积分数的试验。
4 检测设备
4.1 通则
检测设备根据主要用途分为氢系统泄漏检测仪器、输氢管道及站场泄漏检测(含监测)设备以及其他检测用仪器仪表。设备类型应根据受检氢系统类型、检测环境、检测范围及检测目的选用。上述分类仅用于区分设备的主要应用场景,符合检测要求的设备可用于其他适用场景
4.2 氢系统泄漏检测仪器
4.2.1 便携式氢气泄漏检测仪
便携式氢气泄漏检测仪选用规则如下:
a) 可采用泵吸式或扩散式;
b) 量程应覆盖预期检测浓度范围,量程上限不应低于1000 ppm,分辨率应不大于 1 mL/m3 ;
c) 响应时间应不大于3 s;
d) 符合b)和c)项要求的具备氢气检测功能的多组分便携式气体检测仪亦可用于检测。
4.2.2 氢气浓度传感器
氢气浓度传感器选用规则如下:
a) 可采用电化学式、热导式等,具体类型应根据检测浓度范围、环境条件及检测目的确定;
b) 量程应覆盖预期检测浓度范围,分辨率应不大于1 ppm;
c) 示值误差不应超过±5%(满量程);
d) 响应时间应不大于30 s,数据输出频率不应低于1 Hz。
4.2.3 氢色谱分析仪
氢色谱分析仪要求如下:
a) 应满足 GB/T 30431中的技术要求;
b) 检测范围应覆盖预期氢气浓度范围;
c) 检测限应满足受检氢系统泄漏检测要求。
4.2.4 氢质谱检漏仪
氢质谱检漏仪要求如下:
a) 应满足 GB/T 13979中的技术要求;
b) 检测范围应覆盖受检氢系统的预期泄漏率范围;
c) 最小可检漏率应不大于 5 ×10-8 Pa · m3/s
4.2.5 氦质谱检漏仪
氦质谱检漏仪要求如下:
a) 应满足 GB/T 13979中的技术要求;
b) 检测范围应覆盖受检氢系统的预期泄漏率范围;
c) 最小可检漏率应不大于 1 ×10-10 Pa cdotm3/s
4.3 输氢管道及站场泄漏检测设备
4.3.1 固定点式可燃气体探测器
固定点式可燃气体探测器选用规则如下:
a) 可采用催化燃烧式、电化学式及热导式等;
b) 分辨率应不大于1%LEL;
c) 示值误差应不超过±5%(满量程)。
对于掺氢天然气等含氢混合气体,采用催化燃烧原理测量时,测量值不宜作为氢气浓度的定量测量结果,可用于泄漏趋势判断。
4.3.2 火焰探测器
火焰探测器选用规则如下。
a) 可采用红外型、紫外型和红紫外复合型。
b) 检测角度应符合下列要求:
水平检测角度为 100°∼120°;
垂直检测角度为 100°∼120°
c) 检测限应符合下列要求:
红外型的检测限范围为 2.9 μ m~3.1 μ m;
紫外型的检测限范围为 185 nm~260 nm
注:用于检测氢气泄漏后形成的火焰。
4.3.3 线型光束可燃气体探测器
线型光束可燃气体探测器选用规则如下:
a) 可采用红外型或激光型;
b) 分辨率应不大于1 LEL∙m;
c) 示值误差应符合下列要求:积分浓度显示值与基准值之差的绝对值不大于基准值的20%或量程的10%中的较大值。
注:红外型或激光型的线型光束可燃气体探测器不能直接检测纯氢泄漏,仅能通过检测甲烷等具有光谱吸收特征的组分对掺氢天然气等含氢混合气体泄漏进行间接判断。
4.3.4 扫描式激光可燃气体探测器
扫描式可燃气体探测器要求如下:
a) 分辨率应不大于 0.05 LEL · m;
b) 示值误差应不超过±10%(满量程)。
注:现有技术条件下不能直接检测纯氢泄漏,仅能通过检测甲烷等具有光谱吸收特征的组分对掺氢天然气等含氢混合气体泄漏进行间接判断。
4.3.5 超声型气体检测器
超声型气体探测器的示值误差应不超过±3 dB。
注:该技术利用气体泄漏的声学特征判断有无介质泄漏,对泄漏介质无选择性,无法直接区分泄漏介质。
4.3.6 次声波泄漏传感器
次声波泄漏传感器的示值误差应不超过±3 dB。
注:该技术利用气体泄漏的声学特征判断有无介质泄漏,对泄漏介质无选择性,无法直接区分泄漏介质。
4.3.7 光纤监测系统
光纤监测系统选用规则如下:
a) 可采用光纤测温型或光纤声学型;
b) 空间分辨率应不大于2 m;
c) 泄漏定位误差应不超过 ±50 m;
d) 响应时间应不大于60 s;
e) 有效报警率应不低于90%;
f) 应具备多事件同时检测能力,能够检测全链路不同位置同时发生的多个异常事件;
g) 全链路的响应一致性应不低于90%,即同类事件在不同位置触发时,系统对事件类型的识别结果应保持一致。
4.4 其他检测用仪器仪表
4.4.1 标准漏孔
检测使用的标准漏孔应符合下列要求:
a) 毛细管型标准漏孔———使示踪气体透过局部拉细管子的毛细管型漏孔,具有 1 ×10-8 Pa · m3/s ∼1 ×10-4 Pa · m3/s 的泄漏率;
b) 渗透型标准漏孔———经过熔制并已校准的玻璃或石英的渗透型漏孔,具有 1 ×10-9 Pa · m3/s ∼1 ×10-7 Pa cdotm3/s 的泄漏率。
4.4.2 压力测量仪表
压力测量仪表要求如下:
a) 压力测量仪表的量程应为系统气密性检测压力的1.5倍~3倍;
b) 用于校准检测压力的压力表精度等级应不低于0.4级,用于检测过程中压力测量的压力表精度等级应不低于1.6级,压力变送器或可输出压力信号的数字式压力表精度等级应不低于0.5级。
4.4.3 真空测量仪表
真空测量仪表的设置及性能要求如下:
a) 真空机组出口端应设置真空测量仪表,检测舱距离真空机组远端应设置一只真空测量仪表,其安装位置应能真实反映检测舱内的真空压力;
b) 真空测量仪表的类型和测量范围应满足质谱检漏检测要求,其漏率应不大于 1 ×10-9 Pa · m3/s
4.4.4 温度测量仪表
温度测量仪表的选用和布置要求如下:
a) 温度测量仪表的量程应覆盖检测过程中可能出现的最高与最低温度,且宜为预期温度范围的2倍以内;
b) 温度测量仪表的准确度应不低于±1 ℃;
c) 温度测量点应布置在能真实反映氢系统温度变化的位置,且应防止靠近加热源、冷却源或管道接头等可能造成局部温度异常的位置;
d) 当采用多个温度测量点时,应使用具有记录功能的数据采集系统。
4.5 检定和校准要求
检测设备与仪器仪表应按相关规范与标准的要求,经检定或校准合格,并在有效期内使用。
5 通用检测方法
5.1 总则
氢系统泄漏的通用检测方法主要包括便携式氢气泄漏检测仪检测法、浸水法、涂液法、压降法和氢气检测胶带法。各方法的典型应用场景见附录 A,其中,采用便携式氢气泄漏检测仪检测法对车载高压氢系统进行泄漏检测时,其操作和程序见附录 B
5.2 便携式氢气泄漏检测仪检测法
5.2.1 本方法适用于氢系统部件、阀门、连接管路接头及其他可能发生泄漏部位的局部泄漏检测。
5.2.2 检测时应将探测头置于待检部位上方 7 mm~12 mm 的位置,如检测仪上安装了如图1所示的探测头护罩,则将探测头的护罩端部轻轻接触受检氢系统的待检部位。检测持续时间不少于10 s。采用扫描方式检测时,探测头应连续且均匀移动并覆盖全部待检区域,移动速度宜不大于20 mm/s。
单位为毫米
图 1 探测头护罩示意图
5.3 浸水法
5.3.1 应采用氮气或氢气将受检氢系统加压至规定检测压力。
5.3.2 检测水槽深度应能使受检氢系统完全浸没,槽内的水应保持清洁透明;当槽内亮度不足时,应在槽底部设置照明设施。
5.3.3 检测用水应为洁净水,水中不应含有油污或腐蚀性物质。受检氢系统采用不锈钢材料时,水中氯离子含量应小于 25 mg/L 。
5.3.4 检测环境温度应不低于5 ℃,且不高于受检氢系统的最高允许使用温度。
5.3.5 当受检氢系统加压后,如连接有外接管道,应排尽管道内空气,以防止影响检测结果。
5.3.6 将受检氢系统浸入水槽中,系统最高处距水面不应小于50 mm,浸水时间不应少于1 min或规定时间。保压过程中,应目视检查各连接处是否存在气泡。
5.4 涂液法
5.4.1 本方法适用于氢系统部件、阀门、连接管路接头及其他可能发生泄漏部位的局部泄漏检测。
5.4.2 检漏液应能在微小泄漏处迅速形成细腻且易辨识的气泡。检漏液在低温条件下不应结冰,高温条件下应保持稳定,且不应对受检氢系统产生有害影响。
5.4.3 应采用干燥、洁净的氮气或氢气,将受检氢系统加压至规定检测压力。
5.4.4 应在待检部位涂覆检漏液,保持时间不应少于1 min或规定时间。保压过程中,应目视检查涂液部位是否存在气泡。
5.5 压降法
5.5.1 本方法适用于氢系统整体气密性的检测。检测时应根据氢系统的容积、检测压力、环境温度及系统温度变化等实际条件,合理确定压力和温度稳定时间、保压时间及压力变化判定要求
注:本方法适用于现场或工程条件下的检测,不适用于高准确度泄漏率定量测量
5.5.2 应采用干燥、洁净的氮气或氢气将受检氢系统缓慢升压至规定的检测压力。
5.5.3 当系统达到规定的检测压力,且压力和温度稳定后,记录系统压力和温度初始值并开始保压。
5.5.4 保压结束后,应再次记录系统压力值和温度值。
5.5.5 根据保压过程的压力变化情况,结合预先确定的压力变化判定要求,判定系统是否存在泄漏。当温度变化可能对压力变化产生影响时,应根据实测压力和温度数据对检测结果进行修正。
5.6 氢气检测胶带法
5.6.1 本方法适用于氢系统连接部位、密封部位等可能发生泄漏区域的辅助检测与确认。
5.6.2 应将氢气检测胶带粘贴于氢系统可能发生泄漏的连接部位,通过观察胶带是否变色判断该部位是否存在泄漏。氢气检测胶带法的应用指南见附录 C。
6 密闭空间内氢泄漏检测方法
6.1 总则
本方法适用于将受检氢系统置于密闭空间内,在表1规定的工况条件下进行氢泄漏检测。检测时 宜采用氢气浓度传感器或氢色谱分析仪等检测仪器检测密闭空间内氢气浓度变化;对检测下限和准确性要求较高时,宜采用氢色谱分析仪。典型应用场景见附录 A,其中,6.3和6.5的具体操作程序见附录 D。
6.2 检测条件
6.2.1 密闭空间
密闭空间规则如下:
a) 密闭空间应满足受检氢系统、检测工装及必要检测设备的布置要求;在满足检测要求的前提下,宜尽量减小密闭空间有效容积,且有效容积应按其内部容积扣除受检氢系统、检测工装及其他占据空间后的容积确定;
b) 每小时的空气交换率不应大于0.03;
c) 机械通风装置的进出风口与各氢气浓度传感器的距离宜不小于1 m;不能满足时,应采取措施
防止气流扰动对检测结果造成影响;
d) 密闭空间内氢气浓度传感器的布置方法如下:当密闭空间体积不大于 50m3 时,应在顶面两侧各均匀布置至少 3 个传感器,并在顶部几何中心布置 1 个传感器,传感器总数不应少于7个,见图2;当密闭空间体积大于 50 m3 时,每增加10 m
3 宜至少增加1个传感器。新增传感器宜优先布置在顶面高点及可能积聚氢气的区域。
注:密闭空间有效容积过大时,相同泄漏量引起的氢气浓度变化较小,可能降低检测灵敏度,并增加泄漏率计算不确定度。
图 2 密闭空间内氢气浓度传感器位置示意图(俯视图)
6.2.2 检测温度和系统检测压力
各检测条件下的检测温度和系统检测压力应符合表1的规定,其中,常温检测温度无明确规定时宜为25 ℃±5 ℃。检测所需的静置时间、采样频率以及检测结束条件等参数应符合受检氢系统相关标准的要求。
| 检测条件 | 检测温度 | 系统检测压力 |
| 常温下检测 | 常温a | 公称工作压力~最高温升压力 |
| 系统工作温度下检测 | 最低环境温度b | 额定充氢压力 |
| 20°C±5°C | 额定充氢压力 | |
| 最高工作温度c | 最高温升压力 | |
| 极限环境下检测 | 低温环境或低温与低气压组合环境 | 公称工作压力~最高温升压力 |
| 高温环境或高温与低气压组合环境 | ||
| 湿热环境或湿热与低气压组合环境 | ||
| a具体温度范围按受检氢系统适用标准或检测依据的规定执行。b最低环境温度按受检氢系统适用标准或技术文件规定的最低使用环境温度确定。c最高工作温度指氢系统在设计工况下允许达到的最高运行温度,可通过外部加热或系统自身运行过程实现,适用于涉及温度变化或加热工况的氢系统。 | ||
6.3 常温下检测方法和步骤
6.3.1 概述
本方法适用于受检氢系统在常温及无机械通风的密闭空间内进行氢泄漏检测
6.3.2 检测步骤
检测应按下列步骤进行:
a) 将受检系统置于密闭空间内,并在规定的环境条件下静置;
b) 静置完成后,确认密闭空间内的氢气浓度低于检测仪器检出限或本底示值保持稳定;
c) 关闭密闭空间,按规定的采样频率记录各氢气浓度传感器或氢色谱分析仪的检测数据。
6.4 系统工作温度下检测方法和步骤
6.4.1 概述
本方法适用于受检氢系统在工作温度下的氢泄漏检测,以评价不同工作温度条件下的氢气泄漏。
6.4.2 检测步骤
检测应按下列步骤进行:
a) 将受检系统置于密闭空间内,并设置规定的检测温度和系统压力;
b) 待受检氢系统达到规定工作状态后,确认密闭空间内氢气浓度低于检测仪器检出限或本底示值保持稳定;
c) 关闭密闭空间,按规定的采样频率记录氢气浓度传感器或氢色谱分析仪的检测数据。
6.5 极限环境下检测方法和步骤
6.5.1 概述
本方法适用于采用环境舱模拟高温、低温、湿热、低气压(高原)等单一或组合环境条件,对受检氢系统进行氢泄漏检测。
6.5.2 环境舱要求
环境舱应具备与检测工况相适应的温度、湿度和气压调节能力,并配置氢气浓度监测、机械通风及必要的防爆安全设施。需要控制氢气温度时,应配置相应的氢气温度调节装置。
6.5.3 检测步骤
检测应按下列步骤进行:
a) 根据检测要求设置环境舱的温度、湿度和气压等极限环境参数;
b) 将受检氢系统置于环境舱内,并在规定环境条件下静置;
c) 静置完成后,确认环境舱内氢气浓度低于检测仪器检出限或本底示值保持稳定;
d) 关闭环境舱门,按规定的采样频率开始记录氢气浓度传感器或氢色谱分析仪的检测数据。
6.6 检测结果评价
检测结果应按第10章的要求进行评价
7 使用密封舱的氢泄漏检测方法
7.1 概述
本方法适用于在检测舱、真空舱等密封舱内,采用示踪气体对氢系统进行泄漏率检测。密封舱用于形成与外部环境隔离的密封检测空间,包括检测舱、真空舱等。密封舱具备满足6.2.2规定的系统工作温度或极限环境检测条件的温度调节或环境模拟能力时,可用于相应环境条件下的泄漏率检测。典型应用场景见附录 A,方法应用、校准要求及具体操作程序见附录 E。对检测下限和可靠性要求较高时,宜采用真空舱法。
7.2 检测条件
7.2.1 密封舱应具有良好的密封性能,其气密性或真空性能应满足检测要求。
7.2.2 受检氢系统表面应清洁,无油脂、油漆以及其他可能妨碍检测的污物。使用液体清洁或水压等检测结束后,应对受检系统充分干燥。
7.2.3 检测中使用的密封材料不应影响示踪气体浓度或检测结果。
724 受检氢系统可采用舱内充气或舱外充气方式。采用舱内充气时,受检氢系统与检测系统的连接应密封良好。采用舱外充气时,充气完成后应静置保压,使系统温度稳定。必要时,可采用5.2与5.4中的方法或第8章中的吸枪法排除较大泄漏点,再将受检系统接入检测系统。若采用涂液法,应在接入系统前将检漏液清理干净,以免影响测试结果。
7.2.5 示踪气体应采用干燥洁净的氦气、氢气、氦氮混合气或氢氮混合气。
7.2.6 当使用混合气充装受检系统时,若在系统内配气,充气完成后应静置使气体扩散均匀。应保证受检系统内示踪气体的体积分数数值准确且静置时间不少于3 min。
7.3 检测方法和步骤
7.3.1 通则
7.3.1.1 本方法采用氢质谱检漏仪或氦质谱检漏仪进行检测。当使用氢质谱检漏仪时,应以氢气为示踪气体,标准漏孔宜采用毛细管型标准漏孔;当使用氦质谱检漏仪时,应以氦气为示踪气体,标准漏孔可采用毛细管型标准漏孔或渗透型标准漏孔。
7.3.1.2 检测舱可采用圆筒形或方形结构;真空舱宜采用圆筒形结构,舱体宜采用不锈钢材质。
7.3.1.3 当采用氢气作为示踪气体时,密封舱应具备氮气保护、安全联锁及必要的防火防爆功能。
7.3.2 检测舱加压累积法
7.3.2.1 应按E.2中的校准方法进行校准,并记录标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数 (M01) )。在完成仪器和检测系统校准后,采用舱内加压方式的,应通过氮气置换或开启舱门吹扫等方式消除系统校准过程残留的示踪气体后,再将受检氢系统加压至规定检测压力;采用舱外加压方式的,应开启舱门取出校准专用氢系统,并通过吹扫等方式消除残留的示踪气体,然后将已加压至规定检测压力的受检氢系统与检测系统连接。
7.3.2.2 检测舱应抽真空至满足质谱检漏仪检测要求的真空度(5 kPa~10 kPa或更高)或用氮气置换舱内空气。将检漏仪的吸枪探头接入检测舱。达到累积时间 (ta) )后,记录仪器读数 (M03) )。
7.3.2.3 根据公式(1)计算泄漏率:
Q = (Patm Vc (M03 - M01))/(ta X) (1)
式中:
Q ——— 通过质谱法获得的泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Patm 大气压力(绝压),单位为帕(Pa);
Vc 实际检测空间体积,检测舱内体积与氢系统所占空间体积之差,单位为立方米 (m3) ;
M03 达到累积时间后的质谱检漏仪读数;
M01 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数;
ta 加压累积法气密性检测所需的累积时间,单位为秒(s);
X 混合气中示踪气体的体积分数,以%表示。
7.3.2.4 必要时,应根据仪器制造厂提供的质谱检漏仪气体吸入量对泄漏率进行修正。
7.3.3 真空舱法
7.3.3.1 应按 E.3中的校准方法进行校准,并记录标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数 (M1) 。在完成仪器和检测系统校准后,采用舱内加压方式的,将受检氢系统加压至规定检测压力;采用舱外加压的,打开舱门取出校准专用的氢系统,将已加压至规定检测压力的受检氢系统与检测系统连接,并对真空舱抽真空至满足要求的真空度。
7.3.3.2 系统应静置至状态稳定后再开始检测。达到 E.3.2.3中规定的检测时间 (td) )后,记录仪器输出读数 (M5) )。若输出信号不稳定,应延长检测时间至输出信号稳定。
7.3.3.3 按 E.3.4的规定测得检测系统最终灵敏度 (S2) ),并进行检测系统最终校准且校准合格后,由下述规定确定系统泄漏率(Q):
a) 当输出信号不改变,即 M5=M1 ,应记录为“低于系统的可探测范围”和检测合格;
b) 当输出信号(M 5 )超过系统可探测范围,应记录为“大于系统可探测范围”和检测不合格;
c) 当输出信号 (M5) 发生改变(但输出信号在可检范围),应按公式(2)确定 Q :
Q = (S2 (M5 - M1))/X (2)
式中:
Q 通过质谱法获得的泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pa · m3/s) ;
S2 检测系统最终灵敏度,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ,计算方法见 E.3.4;
M5 达到检测时间后的质谱检漏仪读数;
M1 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数;
——— 混合气中示踪气体的体积分数,以%表示。
7.4 检测结果评价
检测结果应按第10章的要求进行评价。
7.5 不同示踪气体的配比与结果转换
采用不同示踪气体进行检测时,示踪气体的配比及检测结果转换要求如下:
a) 氢气泄漏率转换应按附录 F的方法确定,其中纯氦气与氦氮混合气的泄漏率转换系数(α)、纯氢气与纯氦气的泄漏率转换系数 (β) ),应由氢系统制造商、检验机构或型式试验机构经试验得出;
b) 检测用氦氮混合气中氦的体积分数应通过比对试验确定,但不应小于3%;氦氮混合气中氦的体积分数若未通过比对试验确定,则采用加压累积检测法或吸枪法时氦氮混合气中氦的体积分数应不小于10%,采用真空舱法时氦氮混合气中氦的体积分数应不小于5%。氦氮混合气制备可采用压力配比法,见附录 G。采用氢氮混合气时氢的体积分数应不小于10%
8 开放空间氢泄漏检测方法
8.1 通则
本方法适用于在开放空间条件下,使用吸枪对氢系统进行泄漏率检测。检测设备宜采用氦质谱检漏仪,检测用示踪气体应为干燥、洁净的氦气或氦氮混合气,混合气的配比见7.5。方法应用、校准要求及具体操作程序见附录 H。典型场景见附录 A。
8.2 检测条件
8.2.1 受检系统在检测时不应通风,如需通风,则应确保通风条件不会减低检测灵敏度。
8.2.2 受检氢系统及被检部位表面应清洁,无油脂、水分及其他影响检测的污染物。
8.3 检测方法和步骤
8.3.1 按附录 H 中校准方法进行校准,并记录标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数 (M1\prime) ),在完成仪器和检测系统校准后,应采用氦气或氦氮混合气将受检氢系统加压至规定检测压力;
8.3.2 打开标准漏孔,将吸枪探头在标准漏孔上进行扫查,扫查距离和扫查速率应符合 H.3中的规定,待质谱检漏仪读数稳定时记录读数 (M3\prime) );
8.3.3 将吸枪探头沿系统密封面进行扫查,扫查顺序应遵循由下至上、由近至远的原则,扫查距离和扫查速率应符合 H.3的规定,分别记录各密封面处的最大读数为 M41prime, M42prime cdotsM4nprime 。
8.3.4 检测完成并按 H.6中检测后最小可检漏率校准合格后,受检系统泄漏率按公式(3)计算:
Q = Q2 · ((M41prime + M42prime + ⋯ + M4nprime) - M1prime)/(M3prime - M1prime) · 1/X(3)
式中:
Q 通过质谱法获得的泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Q2 毛细管型标准漏孔漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
M1prime 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数;
M3prime 标准漏孔开启时质谱检漏仪的读数;
M41prime 第1个密封面质谱检漏仪最大读数;
M42prime 第2个密封面质谱检漏仪最大读数;
M4nprime 第 个密封面质谱检漏仪最大读数;
X 混合气中示踪气体的体积分数,以%表示。
8.4 检测结果评价
检测结果应按第10章的要求进行评价。
9 输氢管道泄漏检测方法
9.1 概述
输氢管道常用的氢泄漏检测方法包括固定点式可燃气体探测器检测法、火焰探测器检测法、声学检测法、线型光束检测法、激光扫描法和光纤检测法。本章规定了各类检测方法的技术要求、预警阈值、泄漏判定及结果输出要求。输氢管道的氢泄漏检测应用指南见附录I
9.2 固定点式可燃气体探测器检测法
9.2.1 安装和校准
9.2.1.1 固定点式可燃气体探测器安装高度宜在释放源上方 0.5 m~2.0 m 。在露天或通风良好的环境下安装时,探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于 10 m; 在封闭式厂房或局部通风不良的环境安装时,探测器距其所覆盖范围内的任一释放源的水平距离不宜大于5 m,并应在厂房内最高点气体聚集处设置探测器
9.2.1.2 固定点式可燃气体探测器校准项目应至少包括示值误差、响应时间、重复性和漂移。
9.2.2 报警设定值
固定点式可燃气体探测器的一级报警设定值不应大于 10%LEL,二级报警设定值不应大于25%LEL。
9.2.3 报警判定和结果输出
固定点式可燃气体探测器的气体浓度信号应发送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示与报警。当气体浓度达到二级报警设定值时,还应启动室内声光警报器和现场报警器。
9.3 火焰探测器检测法
9.3.1 安装和校准
9.3.1.1 火焰探测器检测法通常采用红外紫外复合原理的火焰探测器对氢火焰进行检测。探测器应朝向氢气易泄漏处,探测距离应根据所选火焰检测器的性能确定。
9.3.1.2 火焰探测器的技术要求应包括重复性、抗干扰性能和火灾灵敏度等,并应按消防产品的要求进行定期校准。
9.3.2 灵敏度
火焰探测器的灵敏度分为:1级(25 m);2级(17 m);3级(12 m)。
9.3.3 报警判定和结果输出
9.4 声学检测法
9.4.1 基本要求
火焰探测器在有效探测范围内检测到光辐射达到报警阈值时,应发出报警信号;报警信号应传送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示报警,并启动室内声光警报器和现场报警器声学检测法。
9.4.2 安装和校准
9.4.2.1 声学气体检测器的安装位置宜结合安装点的背景噪声条件确定,与噪声源的距离不宜小于5 m。
9.4.2.2 声学气体检测器的报警阈值应结合氢气泄漏声学频段进行设定,并宜大于探测器所在区域超声背景噪声6 dB。
9.4.2.3 声强测量偏差应不超过±3 dB,响应时间应不大于1 s。
9.4.2.4 在初次校准完成后,使用单位可以根据实际使用情况自主决定复校时间间隔,具备自校准功能的检测器可适当延长校准时间。
9.4.2.5 检测数据存在异常或更换探测器关键部件及维修后应重新进行校准
9.4.3 报警阈值
声学气体检测器的报警阈值和检测范围应满足表2中的要求
| 声源 | 高背景噪声区域 | 中等背景噪声区域 | 低背景噪声区域 |
| 可闻背景噪声/dB | 90~100 | 60~90 | 40~60 |
| 超声背景噪声/dB | <78 | <68 | <58 |
| 报警阈值/dB | 84 | 74 | 64 |
| 检测范围/m | 10 | 15 | 20 |
| 注:检测范围为超声探测器的有效覆盖半径。 | |||
9.4.4 报警判定和结果输出
声学气体检测器检测到声强大于背景噪声区域的报警阈值时,发出报警信号;报警信号应发送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示报警,并启动室内声光警报器和现场报警器。
9.5 线型光束检测法
9.5.1 安装和校准
9.5.1.1 线型光束探测器的光路长度不应大于100 m。
9.5.1.2 线型光束探测器校准应结合相关校准规范和/或运行单位需求确定。
9.5.2 报警设定值
线型光束探测器的量程上限应不大于5 LEL∙m,报警设定值应为10%~70%,且不小于05.LEL∙m,一级报警设定值宜为1 LEL∙m,二级报警设定值宜为2 LEL∙m。
注:掺氢天然气泄漏预警通过监测甲烷浓度值进行判定。
9.5.3 报警判定和结果输出
线型光束探测器的气体浓度信号应发送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示与报警。当气体浓度达到二级报警设定值时,还应启动室内声光警报器和现场报警器。
9.6 激光扫描法
9.6.1 安装和校准
9.6.1.1 采用激光扫描法的探测器应安装在被检测区域的高点,在初次校准完成后,使用单位可以根据实际使用情况自主决定复校时间间隔,一般不超过1年。
9.6.1.2 检测数据存在异常或更换探测器关键部件及维修后应重新进行校准。
9.6.1.3 探测器校准项目应至少包括示值误差、重复性与漂移。具体技术要求及方法可参照JJF(石化)078中规定。设备的校准应确保其在实际使用环境中具备高度准确性和稳定性,特别是在油气站场中可能受到温度、湿度和风速等因素的影响
9.6.2 报警设定值
扫描式激光甲烷探测器的报警设定值应根据油气站场的安全要求设置。一级报警设定值不应大于10 LEL·m,二级报警设定值不应大于20 LEL·m。
注:掺氢天然气泄漏预警通过监测甲烷浓度值进行判定。
9.6.3 报警判定和结果输出
扫描式激光甲烷探测器的气体浓度信号应发送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示与报警。当气体浓度达到二级报警设定值时,还应启动室内声光警报器和现场报警器
9.7 光纤检测法
9.7.1 安装和校准
9.7.1.1 光纤检测法用于管道泄漏检测可分为分布式光纤测温法和分布式光纤声波法
9.7.1.2 光纤检测法的感知光纤应紧贴管道外壁敷设,并与管道敷设方式相适应。监测主机宜设置在站场。
9.7.1.3 分布式光纤系统宜根据产品性能和系统组成进行定期校准。
9.7.2 报警设定值
采用光纤检测法时,报警设定值应根据不同检测区段内的周边环境情况确定,在单个检测区段内的报警设定值宜小于10%。
9.7.3 报警判定和结果输出
分布式光纤系统单个检测区段内信号变化达到或超过10%报警设定值时,发出报警信号;报警信号应传送至有人值守的控制室、操作室或值班室进行显示报警。
10 检测结果评价、记录与保存
10.1 检测结束后,应按受检氢系统适用标准、技术文件或检测方案规定的合格指标和判定方法,对检测结果进行评价。
10.2 因装配不当或检测系统故障等非受检氢系统自身原因引起的泄漏应排除相应原因后重新检测。
10.3 从事检测活动的单位应建立检测台账,对检测过程及结果进行记录,记录内容应真实、完整,并具有可追溯性。检测记录应至少包括以下内容:
a) 检测单位;
b) 检测日期;
c) 检测地点;
d) 检测人员;
e) 受检氢系统的名称、编号、规格等基本信息;
f) 检测方法或技术;
g) 检测仪器的名称及编号;
h) 检测工况;
i) 检测数据和结果;
j) 泄漏的处置情况。
10.4 检测记录应经审核或确认后按相关规章、标准和(或)合同要求进行归档保存,保存期限不应少于6年。
附录 A (资料性)
氢系统泄漏检测方法应用指南
表 A.1给出了氢系统泄漏检测方法的典型应用场景、适用条件及与本文件条款的对应关系。使用时,应根据受检氢系统的类型、工况及检测目的选择相应的检测方法。输氢管道泄漏检测的应用见附录I
| 应用场景 | 适用条件 | 对应的条款 | 备注 |
| 车载高压储氢系统用于乘用车、商用车等道路机动车辆,叉车等场内机动车辆,以及其他车用高压储氢系统 | 高压氢系统组装后的氢泄漏检测 | 5.2、第8章、附录B | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、氦质谱检漏仪吸枪法 |
| 常温条件下对整车或高压氢系统的整体氢泄漏检测 | 6.3、第7章、附录D | 密闭空间或密封舱内 | |
| 极限环境下对整车或高压氢系统的整体氢泄漏检测 | 6.5、第7章、附录D | 密闭环境舱或带环境模拟的密封舱内 | |
| 对单只气瓶/瓶组/瓶阀组成的氢系统或模块化氢系统的泄漏率检测 | 5.3、5.4、第7章、第8章、附录E、附录H | 浸水法、涂液法、检测舱加压累积法、真空舱法、氦质谱检漏仪吸枪法 | |
| 日常使用、维保、定期检验过程中的泄漏检测 | 5.2、5.4、附录B | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法、高压氢系统泄漏检测方法 | |
| 移动式金属氢化物可逆储放氢系统车用和其他场合用于氢气储运的金属氢化物可逆储放氢系统 | 在氢系统工作温度下的氢泄漏检测 | 6.4、第7章 | 密闭空间或带环境模拟的密封舱内 |
| 极限环境下的整体泄漏检测 | 6.5、第7章 | 密闭环境箱或带环境模拟的密封舱内 | |
| 储放氢模块氢泄漏检测 | 5.2、5.4、第7章 | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法、检测舱加压累积法或真空舱法 | |
| 日常使用、维保、定期检验过程中的泄漏检测 | 5.2、5.4 | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法 | |
| 用于运输的瓶式集装箱、管束集装箱、长管拖车储氢系统及撬装氢系统等 | 瓶式集装箱、管束集装箱、长管拖车储氢系统及撬装氢系统安装过程的泄漏检测 | 5.2、5.4、第8章、附录H | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法、氦质谱检漏仪吸枪法 |
| 日常使用、维保、定期检验过程中氢系统的泄漏检测 | 5.2、5.4 | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法 | |
| 加氢站氢系统、水电解制氢系统 | 水电解制氢系统制造、出厂过程的泄漏检测,加氢站氢系统安装过程的泄漏检测 | 5.5、第8章 | 压降法、氦质谱检漏仪吸枪法 |
| 日常使用、维保、定期检验过程中氢系统的泄漏检测 | 5.2、5.4、9.2、9.3、9.4 | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、涂液法、固定点式可燃气体探测器检测法、火焰探测器检测法、声学检测法 |
| 应用场景 | 适用条件 | 对应的条款 | 备注 |
| 车载液氢系统 | 制造、出厂过程的泄漏检测 | 第8章 | 氦质谱检漏仪吸枪法 |
| 日常使用、维保、定期检验过程中的泄漏检测 | 5.2、5.4 | 便携式氢气泄漏检测仪检测法、首次使用低温下外部管路连接部位采用涂液法 |
附录 B (资料性)
氢系统组装后泄漏检测方法———车载高压氢系统
B.1 气体置换
车载氢系统(见图 B.1)组装完成后进行气体置换,置换后应进行气体取样分析,氧气体积浓度不应超过0.5%。
标引序号说明:
1 ———车载氢系统; 9 ——— 温度传感器;
2 ———氢系统控制器(HMS); 10———手动截止阀;
3 ———加氢口(带单向阀); 11———温度驱动安全泄压装置(TPRD);
4 ———单向阀; 12———TPRD排放口;
5 ———过流保护阀; 13———手动排空阀;
6 ———主关断阀; 14———手动排空阀排放口;
7 ——— 储氢气瓶(组); 15———减压阀;
8 ———压力传感器; 16———燃料电池。
图 B.1 车载氢系统示意图
B.2 检测步骤
车载氢系统的加压及泄漏检测按下列步骤进行。
a) 通过加氢口加注试验气体至设定压力并保压。35 MPa车载氢系统和70 MPa车载氢系统分别按表 B.1和表 B.2给出的步骤加压。
b) 每达到一个压力点,使用5.2中的便携式氢气泄漏检测仪检测法对受检系统的所有连接处进行氢泄漏检测。
c) 35 MPa氢系统加压至43.8 MPa,70 MPa氢系统加压至87.5 MPa,保压5 min,观察各部件有无损坏。
| 设定压力/MPa | 保压时间/s |
| 2 | 300 |
| 5 | 180 |
| 10 | 180 |
| 15 | 180 |
| 20 | 180 |
| 25 | 180 |
| 30 | 180 |
| 35 | 180 |
| 43.8 | 300 |
| 设定压力/MPa | 保压时间/s |
| 2 | 300 |
| 5 | 180 |
| 10 | 180 |
| 20 | 180 |
| 30 | 180 |
| 40 | 180 |
| 50 | 180 |
| 60 | 180 |
| 70 | 180 |
| 87.5 | 300 |
附录 C (资料性)
氢气检测胶带法应用指南
C.1 原理
氢气检测胶带是一种用于氢气泄漏检测的变色指示工具。当胶带接触到一定浓度的氢气时,会产生可识别的颜色变化,从而对泄漏部位进行直观指示。氢气检测胶带适用于连接部位、阀件、管路接口及其他可能泄漏部位的检测和持续观察。
C.2 检测胶带性能
C.2.1 宜根据检测温度、可能接触的氢气浓度、环境条件及检测目的选择适用的氢气检测胶带
C.2.2 胶带宜具有良好的粘附性能,剥离强度宜不低于5 N/25 mm。
C.2.3 胶带接触氢气后宜产生清晰、可识别的颜色变化,变色区域与未变色区域宜具有明显差异
C.2.4 胶带的响应时间宜满足检测目的和观察要求。
C.2.5 胶带颜色变化的可逆性或不可逆性宜在产品技术文件中明确;对于颜色变化不可逆的氢气检测胶带,已变色区域不宜重复用于后续检测。
C.2.6 氢气以外的还原性气体或其他干扰因素可能引起胶带变色时,宜确认其对检测结果的影响。
C.3 检测条件与使用
C.3.1 受检部位表面宜清洁、干燥,不宜存在影响胶带粘贴或检测结果的灰尘、油污、锈蚀和水分等
C.3.2 胶带粘贴后宜与受检表面充分贴合,不宜出现翘边、脱落或明显鼓包。
C.3.3 胶带使用过程中宜避免手指直接接触检测区域;如发生接触,宜将接触部位裁剪去除或重新粘贴。
C.3.4 检测过程中宜避免长期日光照射、高温或其他可能影响胶带粘附性能或颜色状态的环境因素。
C.3.5 氢气检测胶带仅用于泄漏指示,不能阻止氢气泄漏。
C.4 检测步骤
C.4.1 清理待测件表面的灰尘、油、锈迹和水分,确保胶带能够可靠粘贴,且不影响检测结果。
C.4.2 根据待测部位尺寸裁剪适当长度的胶带,使其覆盖待测表面。粘贴时宜保持胶带平整,不宜重叠、拉断或留下明显空隙;多余胶带宜剪除。当胶带宽度不能完全覆盖待测表面时,可分次粘贴覆盖,见图 C.1。
C.4.3 胶带端部宜与待测表面充分贴合,不宜留有空隙。粘贴过程中如出现鼓包或气泡,宜重新粘贴或将气泡排出后再进行检测,见图 C.2。
C.4.4 胶带粘贴完成后,使其暴露于待监测环境中,并观察颜色变化情况,见图 C.3。当发生氢气泄漏时,胶带相应部位宜出现明显颜色变化,见图 C.4。
附录 D (资料性)
密闭空间内氢泄漏检测方法———车载氢系统
D.1 检测准备与参数
检测准备、密闭空间要求及检测仪器布置按6.2的规定进行。检测中设备的参数、单位、准确度和分辨率见表 D.1。
| 测量参数 | 单位 | 准确度 | 分辨率 |
| 时间 | s | ±0.1 | 0.1 |
| 温度 | °C | ±1 | 1 |
| 氢气体积浓度 | mL/m3 | ±5%FS | 1 |
D.2 具体操作程序
D.2.1 静止状态氢泄漏检测
常温和极限环境下的氢泄漏检测分别按6.3和6.5进行,并符合下列要求:
a) 检测前,受检车载氢系统在规定环境条件下静置不少于12 h;
b) 采样频率应不低于1 Hz;
c) 检测持续时间应不少于8 h。
D.2.2 车辆怠速状态氢泄漏检测
常温和极限环境下车辆怠速状态氢泄漏检测分别按6.3和6.5进行,并作下列调整:
a) 检测前,车辆应在密闭空间外完成一次完整的启动、运行和停机过程,随后进入密闭空间并保持停机状态;
b) 关闭密闭空间后,按制造商的规定启动燃料电池发动机,使其保持怠速状态或最低功率运行;
c) 自燃料电池发动机启动至完全停机的时间应不少于10 min,并应按制造商的规定关闭燃料电池发动机;
d) 氢气浓度检测数据应从燃料电池发动机启动时开始记录,并持续至完全停机后不少于10 min,采样频率应不低于1 Hz。
D.2.3 检测结果评价
检测结束后按第10章的要求进行评价。
附录 E (资料性)
使用密封舱的氢泄漏检测方法———小型氢系统
E.1 通则
1对单只气瓶、瓶组、瓶阀组成的小型氢系统及小型模块化氢系统进行泄漏率检测时,宜采用氢质谱检漏仪或氦质谱检漏仪。检测时,受检氢系统内应充入干燥洁净的氦气、氢气、氦氮混合气或氢氮混合气。受检氢系统的充气方式可采用检测舱内充气或舱外充气。受检氢系统的尺寸应与检测系统的抽真空能力相匹配。
E.2 检测舱加压累积法
E.2.1 仪器校准
E.2.1.1 预热
使用标准漏孔校准前,仪器应通电预热,预热的最短时间应按仪器制造厂的规定。
E.2.1.2 标准漏孔校准
质谱检漏仪使用前,应按仪器制造厂的操作和维修手册使用渗透型标准漏孔校准。若仪器示值偏差超过10%,则可参照 GB/T 12137采用大气校准法或标准浓度法重新校准。
E.2.1.3 检测系统校准
E.2.1.3.1 校准步骤
检测前,应按下列步骤对检测系统进行校准:
a) 将具有100%示踪气体的经校准的毛细管型标准漏孔与检测系统相连;
b) 采用舱内加压方式时,将受检氢系统按规定的要求接入检测系统,采用舱外加压方式时,将校准专用的氢系统按规定的要求接入检测系统;
c) 检测舱应抽真空至满足质谱检漏仪检测要求的真空度或用氮气置换舱内空气。将检漏仪的吸枪探头接入检测舱,打开标准漏孔,至少连续测量3次,每次测量间隔时间相同,若所测得的浓度值之间相对偏差不应超过 ±10% ,则确认系统达到稳定状态,此时仪器读数记为 M02
d) 将标准漏孔关闭,待质谱检漏仪读数稳定时记录背景读数为 M01
E.2.1.3.2 累积时间确定
按公式(E.1)计算系统泄漏检测所需的累积时间:
ta = (patm Vc (M02 - M01))/(Qc X)(1)
式中:
ta 加压累积法气密性检测所需的累积时间,单位为秒 (s)
patm 大气压力(绝压),单位为帕 (Pa) ;
Vc 实际检测空间体积,检测舱内体积与氢系统所占空间体积之差,单位为立方米 (m3) ;
M02 标准漏孔开启至输出信号稳定时质谱检漏仪的读数;
M01 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数;
Qc 规定泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s)
——— 混合气中示踪气体的体积分数,以%表示。
泄漏检测所需的累积时间 (ta) 也可以由制造厂或检验机构通过实验方法确定,但不应小于3 min。
E.2.2 检测步骤
泄漏率检测应按7.3.2规定的步骤进行
E.3 真空舱法
E.3.1 预泄漏检测
使用真空舱法进行泄漏检测之前可先进行预泄漏检测,先用检测介质气体将氢系统充装至公称工作压力,采用第8章中的吸枪法检出泄漏点并排除大泄漏点。检测时不应封堵系统上可能存在的泄漏。
E.3.2 仪器校准
E.3.2.1 预热
使用标准漏孔校准前,仪器应通电预热,预热的最短时间应按仪器制造厂的规定。
E.3.2.2 标准漏孔校准
质谱检漏仪使用前,应按仪器制造厂的操作和维修手册使用渗透型标准漏孔校准。质谱检漏仪的灵敏度至少为 1 ×10-10 Pa cdotm3/s 。
E.3.2.3 检测系统初始校准
检测前,应按下列步骤对检测系统进行初始校准。
a) 采用舱内加压方式时,将受检氢系统按规定的要求接入检测系统;采用舱外加压方式时,将校准专用的氢系统按规定的要求接入检测系统
b) 将具有100%示踪气体的经校准的渗透型标准漏孔与真空舱检测系统相连,并尽可能远离质谱检漏仪与真空舱的连接处。
c) 对真空舱抽真空至足以允许质谱检漏仪测量所要求的真空度,将质谱检漏仪的吸枪探头接入真空舱,打开标准漏孔直至质谱检漏仪信号稳定,将标准漏孔开启至输出信号稳定的时间记录为检测时间 td 将稳定的仪器读数记为 M2
d) 将标准漏孔关闭,待质谱检漏仪读数稳定时记录背景读数为 M1
e) 初始的系统灵敏度 S
1
应按公式(E.2)计算:
S1 = (Q1)/(M2 - M1)(2)
式中:
S1 检测系统初始灵敏度,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Q1 渗透型标准漏孔漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s)
M2 标准漏孔开启至输出信号稳定时质谱检漏仪读数;
M1 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数。
f) 当泄漏检测系统的布置发生改变或经校准的泄漏率有变动,应重新校准
E.3.3 检测步骤
泄漏率检测应按7.3.3规定的步骤进行。
E.3.4 检测系统最终校准
E.3.4.1 采用检测舱内加压方式时,当检测完成后,应将受检氢系统压力泄至零,再进行真空舱检测系统的最终校准;采用检测舱外加压方式时,当检测完成后,应将受检氢系统取出并泄压至零后,再按原检测状态接入检测系统,进行真空舱检测系统的最终校准
E.3.4.2 在标准漏孔关闭状态下,测定仪器读数 (M3) ,再次开启标准漏孔,仪器输出读数增大至 M4
E.3.4.3 检测系统最终灵敏度按公式(E.3)计算:
S2 = (Q1)/(M4 - M3)(3)
式中:
S2 检测系统最终灵敏度,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
M3 标准漏孔关闭时质谱检漏仪读数;
M4 标准漏孔开启至输出信号稳定时质谱检漏仪读数
最终灵敏度 (S2) )达到初始灵敏度 S1 的35%及以上,检测结果有效。若最终灵敏度 (S2) )减小到初始灵敏度 (S1) )的35%以 下 ,应用氮气置换检测舱或修理仪器,重新校准后再次进行检测。
E.4 检测结果评价
检测结果按第10章的要求进行评价。
附录 F (规范性)
氢氦泄漏率转换方法
F.1 总则
本附录描述了氢气与氦气泄漏率之间的转换计算方法及相关系数的确定方法。由于氦气具有较好的检漏性能,在实际检测中常采用氦气作为示踪气体进行泄漏率测量,并通过换算得到氢气泄漏率。本附录中相关计算方法以储氢气瓶为典型对象进行了说明,其他类型氢系统可参照执行
F.2 氢、氦泄漏率的转换计算
氢、氦泄漏率转换按公式(F.1)进行计算:
Qc = (Q_H2)/(α · β) (1)
式中:
c ——— 规定氦泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
Q_H2 规定氢泄漏率,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
α 纯氦气与氦氮混合气的泄漏率转换系数;
β 纯氢气与纯氦气的泄漏率转换系数。
F.3 泄漏率转换系数
F.3.1 一般要求
F.3.1.1 氢、氦泄漏率的转换应确定氢、氦与氮不同介质之间的转换系数
F.3.1.2 泄漏率转换系数的测定应采用差压法或微压法,泄漏率转换系数应在55 ℃下测定。
F.3.2 差压法
F.3.2.1 通过微压差传感器检测基准气瓶和受检气瓶的压差,得到受检气瓶在充装氢气(或氦气、氮气及氮氦混合气)时的泄漏率。差压法系统见图 F.1。
标引序号说明:
1———阀门1;
3— 微压差传感器;
5———基准气瓶;
2———阀门2;
4———阀门3;
6———受试气瓶。
图 F.1 差压法系统示意图
F.3.2.2 检测按下列步骤进行:
a) 将受试气瓶和基准气瓶抽真空或置换为相应气体;
b) 检测压力气体经阀门2、阀门3充入压差传感器两端的受试气瓶和基准气瓶内,此时传感器两端气压相等,记为检测压力 (pt)
c) 检测时应同时关闭阀门2、阀门3,形成2个独立封闭的容腔,保证基准气瓶无泄漏,当受试气瓶有泄漏时,通过压差传感器示数显示两侧压差;
d) 通过差压传感器测得差压变化量 (Δp) ,记录阀门关闭至产生差压变化量 ( Δ p ) )对应的时间 (tp) ,气体泄漏率按公式(F.2)计算:
Qprime = (Deltap)/(patm tp) [ VT + (DeltaV)/(Deltap) (1 + (VT)/(VR)) pt ](2)
式中:
Q' 通过差压法获得的气体泄漏率,单位为立方米每秒 (m3/s) ;
Δp 差压变化量,单位为帕(Pa);
patm 大气压力(绝压),单位为帕 (Pa)
tp 阀门关闭至产生压差对应的时间,单位为秒(s);
DeltaV Δp 差压传感器系数,取值为 1.36 ×10-16 单位为立方米每帕 (m3/Pa) ;
VT 受检气瓶容积,单位为立方米 (m3)
VR 基准气瓶容积,单位为立方米 (m3)
p 检测压力,单位为帕 (Pa)
F.3.2.3 改变充入受检气瓶和基准气瓶的气体种类,重复 F.3.2.2规定的步骤,测定不同种类气体的体积泄漏率。
F.3.3 微压法
通过微压检漏仪直接测定充入氢气(或氦气、氮气及氮氦混合气)的泄漏率。微压法系统见图 F.2。
标引序号说明:
1———阀门1;
2———阀门2;
3———O 型圈;
4———微压检漏仪;
5———瓶阀/气瓶密封处模拟工装系统;
6— —— O 型圈;
7———恒温箱;
8———温度稳定系统。
图 F.2 微压法系统示意图
F.3.4 转换系数计算
纯氦气与氦氮混合气泄漏率转换系数按公式(F.3)计算;纯氢气与纯氦气泄漏率的转换系数按公式(F.4)计算:
α = (QHeprime)/(QX-Heprime - (1 - X) Q_N2prime)(3)
β = (Q_H2prime)/(QHeprime) (4)
式中:
α 纯氦气与氦氮混合气的泄漏率转换系数;
QHprime 纯氦气泄漏率,差压法单位为立方米每秒 (m3/s) ),微压法单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
QX-Heprime 氦氮混合气的泄漏率,差压法单位为立方米每秒 (m3/s) ),微压法单位为帕立方米每秒
(Pa cdotm3/s) ;
X 氦氮混合气中氦气的体积分数,以%表示;
Q_N2prime 纯氮气泄漏率,差压法单位为立方米每秒 (m3/s) ),微压法单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
β 纯氢气与纯氦气泄漏率的转换系数;
Q_H2prime 纯氢气泄漏率,差压法单位为立方米每秒 (m3/s) ),微压法单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s)
F.3.5 氢气泄漏率计算
受试瓶单位体积的氢气泄漏率按公式(F.5)和(F.6)计算。
a) 采用加压累积法:
Q_H2 = (Patm Vc (M03 - M01) α β)/(ta VT)(5)
式中:
Vc 实际检测空间体积,检测舱内体积与气瓶所占空间体积之差,单位为立方米 (m3) ;
M01 标准漏孔关闭时的背景读数;
M03 达到累积时间后的氦质谱检漏仪读数;
ta 加压累积法气密性检测所需的累积时间,单位为秒(s)。
b) 采用真空舱法:
Q_H2 = (S2 (M5 - M1) α β)/(VT)(6)
式中:
S2 检测系统最终灵敏度,单位为帕立方米每秒 (Pacdotm3/s) ;
M1 标准漏孔关闭时氦质谱检漏仪的背景读数;
M5 达到检测时间后氦质谱检漏仪的读数。
附录 G (资料性)
氦氮混合气制备的压力配比法
G.1 按公式(G.1)计算氦氮混合气的充氦压力 (pHe) 对应氦气的物质的量浓度 (c0) :
c0 = (xcHe cN2)/(cHe - xcHe + xcN2)(1)
式中:
x 氦氮混合气中氦气的摩尔分数, %,x 的值等于氦氮混合气中氦气的体积分数x;
c0 充氦压力和温度下对应氦气的物质的量浓度,单位为摩尔每立方米 (mol/m³) ;
CHe 混合气压力和温度下对应氦气的物质的量浓度,单位为摩尔每立方米 (mol/m³) ;
C_N2 混合气压力和温度下对应氮气的物质的量浓度,单位为摩尔每立方米 (mol/m³)
G.2 表 G.1给出了常用压力、温度和氦气体积分数的混合气制备时的充氦压力。
| 氦氮混合气压力/MPa | 氦气的体积分数(x) | 温度/°C | cHe / (mol/m3) | cN2 / (mol/m3) | 充氦压力(pHe)/MPa |
| 35 | 3% | 20 | 1.2336 ×10-4 | 1.2039 ×10-4 | 0.88 |
| 5% | 1.46 | ||||
| 8% | 2.37 | ||||
| 10% | 2.99 | ||||
| 15% | 4.51 | ||||
| 43.75 | 3% | 20 | 1.4916 ×10-4 | 1.3886 ×10-4 | 1.03 |
| 5% | 1.72 | ||||
| 8% | 2.76 | ||||
| 10% | 3.47 | ||||
| 15% | 5.24 | ||||
| 70 | 3% | 20 | 2.179 ×10-4 | 1.7783 ×10-4 | 1.32 |
| 5% | 2.21 | ||||
| 8% | 3.57 | ||||
| 10% | 4.51 | ||||
| 15% | 6.89 | ||||
| 87.5 | 3% | 20 | 2.5787 ×10-4 | 1.9588 ×10-4 | 1.45 |
| 5% | 2.43 | ||||
| 8% | 3.97 | ||||
| 10% | 5.01 | ||||
| 15% | 7.71 |
G.3 公式(G.1)和表 G.1为推荐采用,应通过工艺验证确保配比准确,且满足试验精度要求。
G.4 氢氮混合气制备若采用压力配比法,可参考本附录进行试验验证。
附录 H (规范性)
H.1 概述
使用吸枪对开放空间的瓶式集装箱氢系统进行泄漏率检测,方法操作灵活,检测灵敏度较高。
H.2 仪器校准
仪器校准应符合下列要求:
a) 使用标准漏孔校准前,仪器应通电预热,预热的最短时间应符合仪器制造商的规定;
b) 质谱检漏仪使用前,应按仪器制造商的操作和维修手册使用渗透型标准漏孔进行校准,质谱检漏仪的灵敏度应至少为 1 ×10-10 Pa cdotm3/s
H.3 系统校准
检测前,应按下列步骤对检测系统进行校准:
a) 将具有100%示踪气体的毛细管型标准漏孔、吸枪与检测系统连接;
b) 打开标准漏孔和吸枪,将吸枪探头在标准漏孔上进行扫查,吸枪探头与标准漏孔的距离应保持在1 mm~3 mm;扫查速率应不超过能够检出标准漏孔漏率(Q 2 )时的速率,且不超过 10 mm/s ;响应时间为观察出现一个指示信号以及使仪器输出达到稳定所需要的时间
H.4 检测前最小可检漏率校准
检测前,应按下列步骤进行最小可检漏率校准:
a) 将具有100%示踪气体的毛细管型标准漏孔与检测系统连接;
b) 打开吸枪,质谱检漏仪示值稳定后,记录质谱检漏仪的背景读数 (M1prime) ,即空气中本底,测量并记录3min内的质谱检漏仪示值最大值与最小值之差,即仪器噪声 (DeltaMnprime) );
c) 打开标准漏孔,标准漏孔配气压力应按其使用说明书,用吸枪对准标准漏孔,将稳定的仪器读数记为 M2\prime ;
d) 最小可检漏率按公式(H.1)计算:
Qxmin = (DeltaMnprime)/(M2prime - M1prime) cdotQ2(1)
式中:
Qxmin 最小可检漏率,单位为帕立方米每秒 (Pa cdotm3/s) ;
M1prime 标准漏孔关闭时质谱检漏仪的背景读数;
M2prime 标准漏孔开启至输出信号稳定时质谱检漏仪读数;
DeltaMnprime 氦质谱检漏仪本底噪声;
Q2 毛细管型标准漏孔漏率。
e) 最小可检漏率 (Qxmin) )应小于系统漏率要求。
H.5 检测步骤
检测步骤按第8章规定的步骤进行。
H.6 检测后最小可检漏率校准
检测完成后,最小可检漏率校准步骤如下:
a) 按 H.4的规定进行检测后最小可检漏率校准;
b) 检测后最小可检漏率超过检测前最小可检漏率50%以上时,应调试检测系统后,重新进行检测。
H.7 检测结果评价
检测结果按第10章的要求进行评价。
附录 I (资料性)
输氢管道泄漏检测方法应用指南
I.1 安装完成后泄漏检测
I.1.1 管道输氢系统安装完成后的泄漏试验按I.1.2~I.1.4进行。
I.1.2 氢用工业管道压力试验后的气密性试验方法如下,并宜符合设计文件的要求。
a) 工业管道气密性试验采用压降法与涂液法相结合的方法,试验介质采用干燥洁净的空气或氮气。
b) 试验时压力逐步缓升直至达到试验压力,升压过程中,对露空管道采用涂液法进行多轮次泄漏检测。试验达到设计压力后,按设计文件规定的时长保持不泄压状态,并采用涂液法进行泄漏检测、记录管道内的压力,至试验结束时以管道内的压力无下降为合格
c) 试验合格后及时缓慢泄压。
I.1.3 氢用公用管道强度试验后的严密性试验方法如下,并宜符合设计文件的要求。
a) 设计压力低于2.5 MPa的公用管道,试验压力宜为设计压力的1.15倍;设计压力等于或大于2.5 MPa的公用管道,试验压力宜为设计压力。
b) 公用管道严密性试验采用压降法与涂液法相结合的方法,试验介质采用干燥洁净的空气或氮气。
c) 试验压力逐步缓升直至达到试验压力,升压过程中,对露空管道采用涂液法进行多轮次泄漏检测。
d) 达到试验压力后宜保持管道24 h不泄压,每小时采用涂液法对露空管道进行泄漏检测、记录管道内的压力。从达到试验压力值开始至试验结束时,管道内介质的压力降以小于133 Pa为合格。
e) 试验合格后宜及时缓慢泄压。
I.1.4 氢用长输管道强度试验后的严密性试验方法和要求如下,并宜符合设计文件的要求。
a) 长输管道严密性试验采用压降法,试验介质采用水或干燥洁净的空气、氮气。
b) 试验压力逐步缓升直至达到设计压力。
c) 达到试验压力后,保持管道24 h不泄压。从达到试验压力值开始至试验时间结束,管道内介质的压力降不大于1%的试验压力值且不大于0.1 MPa为合格。
d) 试验合格后及时缓慢泄压。
I.1.5 置换升压和试运行期间,对管道、设备和仪表进行巡查和检漏。针对埋地管道的泄漏检测采用便携式氢气泄漏检测仪检测法。针对露空管道的泄漏检测选用便携式氢气泄漏检测仪检测法或涂液法。
I.1.6 采用涂液法检查泄漏时,重点检查阀门填料函、法兰或螺纹连接处、放空阀、排气阀和排水阀等部位。
I.2 运行阶段的泄漏检测
I.2.1 站场泄漏检测
I.2.1.1 运行阶段的站场泄漏在采用在线检测方式时:
a) 站场内易积聚可燃气体的场所采用固定点式可燃气体探测器检测法,氢站场同时采用火焰探测器检测法;
b) 当气体压力大于1 MPa且气体泄漏时产生的噪声能显著改变释放源周围环境声压等级时,选用声学检测法;
c) 当掺氢天然气气体中甲烷的体积分数超过氢气的1.25倍且需要进行站场边界防护时,选用线型光束法(甲烷);
d) 当掺氢天然气气体中甲烷的体积分数超过氢气的1.25倍且需要检测站场大面积范围内的泄漏时,选用激光扫描法(甲烷)。
I.2.1.2 站场泄漏判定条件见第9章。
I.2.2 线路检测系统
I.2.2.1 系统配置
I.2.2.1.1 长距离输氢管道宜设置分布式光纤管道泄漏监测系统。系统宜由传感光缆、监测主机、工作站(含服务器)及监测软件等组成。
I.2.2.1.2 传感光缆中的光纤作为分布式传感器,实时采集管道沿线的信号变化并传输至监测主机监测主机接收并处理管道沿线的光信号,完成信号解调后将数据上传至工作站监测系统。工作站用于显示管道泄漏报警信息,并对监测主机进行远程管理。
I.2.2.2 泄漏判定准则
在管道运行过程中,当分布式光纤系统监测到单个空间分辨范围内的温度或声学信号每分钟变化超过10%时,可判定管道存在泄漏风险,并发出报警信号,提示操作人员进行现场排查确认。报警阈值可根据管道运行情况进行调整。
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