燃料电池电动汽车应用、操作、维护及基础设施——氢气加注基础设施的安全设计

一、工艺设施安全设计

加氢机应满足GB/T 31138-2014《汽车用压缩氢气加气机》、GB 50516-2010《加氢站技术规范》、GB/T 34584-2017《加氢站安全技术规范》的相关规定。

加氢机应设置安全限压装置，安全阀应选用全启式安全阀；进气管道上应设置自动切断阀；加氢软管上应设置拉断阀，拉断阀要符合如下要求：

1）拉断阀分离拉力为220~1000N。

2）拉断阀在外力作用下分开后，两端应自行封闭。

3）拉断阀在外力作用下自动分成的两部分，可重新连接，保证加氢机可以继续正常使用。

加氢机应设置人体静电释放装置和伸缩式车辆接地夹；加氢机应设置紧急停车按钮，在出现紧急情况按下该按钮时，应能关闭阀门，停止加气，并可以向加氢站内控制系统发出停车信号。

加氢机内部氢气易积聚处应设置氢气检测报警装置，当发生氢气泄漏在空气中含量达0.4%时应向加氢站内控制系统发出报警信号，当发生氢气泄漏在空气中含量达1.6%时应向加氢站内控制系统发出停车信号，并自动关闭阀门停止加气。

工作压力为35MPa 及以上的加氢机应当在上游设置氢气冷却装置，将氢气冷却后需保证车载气瓶温度不得高于85℃。

冷却设施中换热器材料和制冷剂应结合当地历年最低平均气温进行选择；冷却设施应配置与加氢站设备相匹配的通讯接口，应具有远程启停功能；冷却设施的制冷剂管道应设置压力检测及安全泄放装置，并能在管道发生泄漏事故，高压氢气进入制冷剂管道时，立即自动停止加氢作业和系统运行；制冷剂管道需设置保护层。

二、电气设施安全设计

站内通信、控制系统应设置不间断供电电源，电池持续时间应达到120 分钟。

低压进线断路器应设置分离脱扣器，引至端子排上，用于紧急切断电源用。

爆炸危险区域内的电气设备、照明灯具防爆等级不应低于ExdⅡCT1，室外爆炸危险区域内的电气设备、照明灯具防护等级不应低IP65。站内的压缩机间、加氢岛、营业厅等场所均应设置A 型消防灯具事故应急照明装置，应急照明时间不应小于90 分钟。控制室、配电室内照明灯具应选用正常、应急两用灯具，市电停电时，灯具的备用电池投入运行，电池持续运行时间180min。

站内的防雷分类不应低于第二类防雷建筑，其防雷设施应具有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入。防直击雷的防雷接闪器应使被保护的站内建筑物、构筑物、通风风帽、放空排气装置等突出屋面的物体均处于其保护范围内。

站房、罩棚、压缩机间及遮阳、防雨设施的屋面应根据GB 50057-2016《建筑物防雷设计规范》设置相应的防雷接闪带。站内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、铁窗和突出屋面的放空管、风管等，应接到防雷接地装置上。

全站设置联合接地网，包括电气工作保护接地、仪表工作保护接地、电子信息系统接地等，总接地电阻不应大于1Ω。路灯灯杆应引至总接地系统。

现场摄像机前端箱、火灾报警模块箱、线缆接入系统机柜处应设置防浪涌保护器（Surge Protective Devices，SPD），雷电防护等级按D 级选择。低压进线总柜内应设置防浪涌保护器（SPD），应满足I级试验。

爆炸危险环境内可能产生静电危险的物体，应采取防静电措施。在氢气压缩机间、加氢机等的进出管道处，不同爆炸危险环境边界、可燃气体管道分岔处及长距离无分支管道每隔50 米，均应设置防静电接地，且其接地电阻不得大于10Ω。站内氢气、仪表气、氮气吹扫、冷却系统管道上的法兰、阀门等可能存在静电处应采用金属线跨接。站内氢气运输装置的卸气场所、每个加氢机处均应设置静电接地报警装置。装置区的进出口、每个加氢岛、卸气柱等处均应设置静电触摸球。

站内的动力控制电缆均应选择阻燃A 类电缆。路灯电缆应选择阻燃A 类铠装电缆，直埋敷设，横穿车行道处应穿管保护。从配电室去现场设备的电缆应走排管敷设，中间设置电缆管井。电气电缆不得与仪控电缆、弱电电缆共管敷设。电气电缆与仪控、弱电电缆走同一电缆管井时，相互间距应满足相关规范。电缆管井内应做防水处理，且应充砂填实。爆炸危险环境区域内敷设的电缆，应在电缆引向电气设备接头部件前、相邻的不同环境之间位置做隔离密封。

三、建、构筑物安全设计

燃料电池加氢站宜为单层敞开式建筑，耐火等级不应低于二级，罩棚应采用不燃材料制作，当罩棚的承重构件为钢结构时，其耐火极限不应低于0.25h。

加氢站应设置罩棚，且罩棚为由内而外斜坡向上，避免氢气累积；或者遮篷内部最高处设有通风设施，避免死角，不得积聚氢气，必要时可增加强排风机。罩棚内部净空高度不应小于3.5m，进出口有限高要求时，罩棚的净空高度不应小于限高高度。罩棚遮盖加油机、加氢机的平面投影距离不宜小于2m。罩棚耐火等级不应低于二级，宜采用钢结构形式。钢结构要满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》和GB 50017-2017《钢结构设计标准》的相关规定。

遮阳、防雨设施为敞开式，耐火等级不应低于二级，应采用不燃材料制作，当其承重构件为钢结构时，其耐火极限不应低于0.25h。遮阳、防雨设施内表面应平整，宜采用V 或U 字形顶棚形式，坡向外侧上部空间应保持通风良好，且避免死角，不得积聚氢气。遮阳、防雨设施内部净空高度不宜低于3.5m，遮盖设备的平面投影超出设备边缘不宜小于1.5m。

四、消防设施安全要求

加氢站内灭火器材及火灾报警系统的设置应符合GB 50016-2014《建筑设计防火规范》、GB50516-2010《加氢站技术规范》、GB 50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》的相关规定。加氢站内火灾报警系统的设置，应符合下列规定：

1）应设置火灾报警系统，并采用集中报警系统。

2）火灾报警系统机柜应设置在控制室内。

3）火灾报警系统应由不间断电源设备供电。

4）卸车区、储氢区、加压区、加氢区等具有爆炸危险场所应设置隔爆型火焰探测器，防爆等级Exd IICT6，不得有探测盲区。

5）站内应设置手动报警按钮、声光报警器、消防广播等，爆炸危险区域内应选用防爆产品。

五、氢气安全监控

加氢站应建立中央监控和数据采集系统，且应可连接各加氢站的信息并向客户开放有关数据，数据采集与数据上传至数据分析资料库，结合大数据收集，建立优化管理体系以及客户端软件运用，提升加氢站的效率。针对加氢站的系统监控，建议满足以下要求：

1）对在加氢站及各类加氢合建站进出口、氢气储存区、卸车区、增压区、储氢区、加氢区、预冷区等装置的压力、温度等运行重要参数进行数据采集、处理及联锁控制，并对加氢站数据进行相应的备份。

2）在加氢站及各类加氢站的进口、出口、加注区、储氢区、主控制室及总配电室应设不间断视频监控，并把监控视频上传数据采集系统并做数据备份。

3）压力监控分别检测管道与储氢瓶罐是否超压，以及判断储氢瓶罐的储氢量。

4）氢气流速监控。

5）管道与储氢瓶罐的温度监控。

6）加氢机的加注次数、加氢量与金额的监控与分析。

7）车辆上储氢瓶的加注次数、加氢量等信息可回馈至加氢站管理中心。

8）实时传递安全信息，及时反应，降低安全风险。

9）加氢站及各类合建站周围宜设置周界报警装置，报警信号应纳入监控系统。

10）加氢站及各类合建站所有的报警信号及处理结果应进行记录和保存，结果记入监控系统数据库中。

11）加氢站及各类合建站安全监控系统还包括可燃气体探测器和火焰探测器，并完成对可燃气体泄漏检测、火焰探测及环境温度检测、区域和声光报警；具备报警、联锁关断控制功能。

12）加氢站及各类合建站监控及数据采集系统所有的核心单元应设有不间断备用电源，该备用电源可以在断电后60min 内保持供电。

13）通过结合客户端软件应用，可实时提供客户加氢站加氢情况，减少加氢等待时间、自动计算距离加氢站的路程及时间，并适时提醒客户。