ГОСТ Р 54114-2010

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Передвижные устройства и системы для хранения водорода на основе гидридов металлов

Transportable gas storage devices and systems for storing hydrogen based on metal hydrides

ОКС 27.075

Дата введения 2011-07-01

     
Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Некоммерческим партнерством "Национальная ассоциация водородной энергетики" (НП НАВЭ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 29 "Водородные технологии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 декабря 2010 г. N 808-ст

4 В настоящем стандарте учтены соответствующие положения международного стандарта ИСО 16111:2008* "Передвижные устройства и системы для хранения водорода на основе гидридов металлов" (ISO 16111:2008 "Transportable gas storage devices - Hydrogen absorbed in reversible metal hydride", NEQ)

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

По мере расширения использования газообразного водорода в различных отраслях промышленности возникает необходимость в новых и усовершенствованных технологиях хранения газа. В одной из таких технологий используется абсорбция водорода специальными сплавами с образованием металлогидридных соединений. Устройства, содержащие металлогидридные соединения, позволяют надежно хранить и транспортировать водород, а затем извлекать его при термодинамическом воздействии. Настоящий стандарт описывает условия эксплуатации, критерии проектирования, типы испытаний, включая контрольные испытания передвижных систем хранения водорода на основе гидридов металлов, именуемых как "металлогидридные контейнеры" (МГ-контейнеры). Типы МГ-контейнеров включают в себя: картриджи ТВЭЛ, емкости для хранения водорода с высокой степенью очистки и др.

В соответствии с принципами национальной стандартизации, установленными Федеральным законом "О техническом регулировании" от 27.12.2002 N 184-ФЗ, применение международного стандарта рассматривается как основа разработки национального стандарта, за исключением случаев, если такое применение признано невозможным вследствие несоответствия требований международных стандартов климатическим и географическим особенностям Российской Федерации, техническим и (или) технологическим особенностям или иным основаниям либо Российская Федерация в соответствии с установленными процедурами выступала против принятия международного стандарта или отдельных его положений.

Настоящий стандарт разработан на основе международного стандарта ИСО 16111:2008 "Передвижные устройства и системы для хранения водорода на основе гидридов металлов" (ISO 16111:2008 "Transportable gas storage devices - Hydrogen absorbed in reversible metal hydride") [25].

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к проектированию, конструкции, материалам и методам испытания систем для хранения газообразного водорода в металлогидридных соединениях (МГ-соединения) с внутренним объемом не более 150 л и рабочим давлением, не превышающим 25 МПа.

Стандарт распространяется на системы с использованием МГ-соединений, предназначенные для хранения и транспортирования водорода.

Стандарт не распространяется на бортовые системы транспортных средств, работающих на водороде.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 51753-2001 Баллоны высокого давления для сжатого природного газа, используемого в качестве моторного топлива на автомобильных транспортных средствах. Общие технические условия

ГОСТ 949-73 Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на 19,6 МПа (200 кгс/см). Технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяются в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 абсорбированный (absorbed): Поглощенный и удерживаемый за счет образования связующих взаимодействий в объеме материала компонент.

3.2 давление разрыва (burst pressure): Максимальное давление, создаваемое в МГ-контейнере при испытании на разрушение.

3.3 расчетный предел напряжений (design stress limit): Общая нагрузка, создаваемая напряжениями, которая допустима для стенок оболочки.

Примечание - В общей нагрузке учитываются как давление газа, создаваемого в МГ-контейнере, так и другие напряжения, например связанные с расширением сплава, поглощающего водород.

3.4 картридж для топливного элемента (fuel cell cartridge): Устройство, в котором хранится топливо, подаваемое в топливный элемент через кран, регулирующий подачу топлива.

3.5 МГ-картридж для топливного элемента (fuel cell MH cartridge): МГ-контейнер, в котором хранится водород для использования в качестве топлива в топливных элементах.

3.6 максимальное давление срабатывания предохранительного устройства (full flow capacity pressure): Максимальное давление газа, при котором предохранительное устройство полностью открыто.

3.7 абсорбирующий водород сплав (hydrogen absorbing alloy): Материал, способный соединяться с газообразным водородом с образованием обратимого металлического гидрида.

3.8 внутренний элемент (internal component): Структура, матрица, материал или конструкция содержащаяся внутри оболочки (за исключением водорода, абсорбирующего водород сплава и гидрида металла).

Примечание - Внутренние элементы могут использоваться для осуществления теплопередачи, ограничения перемещения гидрида металла/абсорбирующего водород сплава и/или предотвращать чрезмерное напряжение на стенки оболочки, вызванное расширением гидрида.

3.9 внутренний объем (internal volume): Внутренняя вместимость оболочки.

3.10 максимально разрешенное давление, МРД (maximum developed pressure, MDP): Наибольшее избыточное давление газа в МГ-контейнере при номинальном объеме водорода, соответствующее равновесному давлению при максимальной рабочей температуре.

Примечание - Термин "максимально разрешенное давление" специально предназначен для металлогидридных систем. Не следует путать его с термином "максимально допустимое рабочее давление (MAWP)", используемым в других стандартах.

3.11 металлический гидрид, МГ (metal hydride): Материал, получающийся при реакции водорода с абсорбирующим металлическим сплавом.

3.12 металлогидридный контейнер, МГ-контейнер (metal hydride assembly, MH assembly): Полностью укомплектованная система хранения и транспортирования водорода, включающая в себя емкость с внутренними элементами, МГ, регулятором давления, ПУ, другую арматуру.

Примечания

1 МГ-контейнер содержит первичный запорный вентиль.

2 Картридж для топливного элемента является разновидностью МГ-контейнера.

3.13 нормальные условия эксплуатации (normal operating conditions): Условия, при которых МГ-контейнер может нормально функционировать в течение всего периода эксплуатации и заправки.

3.14 нормальные рабочие условия (normal service conditions): Диапазон значений таких параметров как давление, температура, расход водорода, его состав и т.д., в которых устройство может нормально функционировать в условиях нормальной эксплуатации, транспортирования и хранения.

3.15 предохранительное устройство, ПУ (pressure relief device, PRD): Защитное устройство, служащее для сброса избыточного давления в МГ-контейнере для предотвращения его повреждения.

Примечание - Предохранительное устройство может "срабатывать от давления", то есть настроено на значение давления, или может "срабатывать от температуры", то есть настроено на температурный режим. Предохранительное устройство может быть как "срабатывающим от давления", так и "срабатывающим от температуры".

3.16 предохранительный клапан, ПК (pressure relief valve, PRV): Элемент ПУ, который включает в себя клапан, открывающийся при заданном значении давления и закрывающийся, как только значение давления становится меньше заданного.

3.17 номинальный объем (rated capacity): Максимальное количество водорода, выделяемое из системы хранения при указанных условиях.

3.18 номинальное давление заправки, НДЗ (rated charging pressure, RCP): Максимальное давление, которое может быть создано для заправки МГ-контейнера водородом.

Примечание - НДЗ не обязательно должно соответствовать плато равновесного давления поглощения водорода металлогидридом.

3.19 обратимый гидрид металла (reversible metal hydride): Металлический гидрид, для которого существует равновесное состояние между абсорбирующим сплавом, газообразным водородом и металлическим гидридом.

Примечание - Изменения давления и температуры смещают равновесие, обеспечивающее образование или разложение металлического гидрида на сплав, абсорбирующий водород, и газообразный водород.

3.20 разрыв (rupture): Разрушение оболочки, способствующее быстрому и интенсивному высвобождению накопленной энергии.

3.21 оболочка (shell): Емкость любой формы (цилиндрическая, призматическая, кубическая и др.), содержащая в себе газообразный водород, металлический гидрид и другие внутренние элементы МГ-контейнера

Примечание - Оболочкой может быть емкость, сосуд высокого давления или резервуар другого типа.

3.22 уровень напряжений при воздействии МРД (stress level at MDP): Суммарное воздействие на стенку оболочки металлогидридного материала при номинальной емкости газообразного водорода и других механических нагрузок.

3.23 давление испытания (test pressure): Давление, необходимое для проведения испытаний МГ-контейнера по всем квалификационным критериям.

     4 Рабочие условия

     4.1 Давление

4.1.1 Максимально разрешенное давление (МРД)

Значение максимально разрешенного давления должно устанавливаться изготовителем с учетом значений температуры и давления в МГ-контейнере при максимальной рабочей температуре. Значение МРД не должно быть выше 0,8 значения давления испытания и не должно превышать 25 МПа (250 бар).

4.1.2 Номинальное давление заправки (НДЗ)

Номинальное значение давления заправки должно указываться изготовителем для исключения возможности заправки при давлении, которое может привести к напряжениям в стенке оболочки, превышающим проектный предел.

4.1.3 Уровень напряжений при максимально разрешенном давлении

Уровень значений напряжений при максимально разрешенном давлении должен указываться изготовителем на основании свойств абсорбирующего водород сплава, свойств расширения гидрида, максимального развиваемого давления и др.

     4.2 Номинальная вместимость

Значение номинальной вместимости МГ-контейнера должно указываться изготовителем в единицах массы водорода.

     4.3 Диапазоны температур

4.3.1 Диапазон температур при эксплуатации

Значения минимальной и максимальной температуры, при которых МГ-контейнер может нормально эксплуатироваться, указывает изготовитель.

4.3.2 Рабочий диапазон температур

Значения минимальной и максимальной температуры при нормальных рабочих условиях, на которые рассчитан МГ-контейнер, должны указываться изготовителем. Рабочий диапазон температур должен составлять от минус 40 °С до плюс 65 °С и включать в себя весь диапазон температур, имеющий место в процессе эксплуатации.

     4.4 Условия окружающей среды

Предполагается, что МГ-контейнеры будут подвергаться воздействию окружающей среды (влажности, коррозии, ударных нагрузок, вибрации и др.) на протяжении всего срока службы. Изготовитель должен указывать значения окружающих условий, в которых может эксплуатироваться МГ-контейнер.

     4.5 Срок службы