Примечание - Биологические источники водорода могут содержать дополнительные компоненты (например, силоксаны или ртуть), которые могут повлиять на работоспособность топливных элементов, особенно топливных элементов с ПОМ. Однако они не включены в настоящий стандарт из-за недостаточного количества информации.
5 Требования к качеству водородного топлива для применения в топливных элементах с протонообменной мембраной (ПОМ) для дорожных транспортных средств
Для водорода сорта D (см. таблицу 1) качество водорода должно соответствовать требованиям, которые указаны в таблице 2. Характеристики топлива не зависят от процесса получения или исходного сырья. Также отсутствуют достоверные доказательства того, что возможные примеси, не включенные в приведенный перечень, являются безопасными.
Примечание - В ИСО 19880-8:2019 (приложение A) приведено обоснование выбора примесей, указанных в таблице 2.
Таблица 2
для дорожного транспорта на топливных элементах с ПОМ
Методы анализа компонентов, указанных в таблице 2, должны соответствовать требованиям ИСО 21087.
Руководство по методам отбора проб водородного топлива для заправочных станций, работающих на газообразном водороде, представлено в ИСО 19880-1.
Обоснования соответствия качества водородного топлива должны основываться на ИСО 19880-8.
6 Требования к качеству водородного топлива для применения в топливных элементах с ПОМ для стационарных энергоустановок
Качество водородного топлива, используемого в стационарных установках на топливных элементах с ПОМ, должно соответствовать требованиям, которые указаны в таблице 3; топливо должно быть отобрано в пограничной точке, которая должна располагаться между оборудованием для подачи водородного топлива и энергоустановкой на основе топливных элементов с ПОМ.
Примечания
1 Приложение A содержит руководство по выбору места расположения пограничной точки.
2 В приложении B приведено обоснование выбора примесей, указанных в таблице 3.
Таблица 3
для стационарных топливных элементов с ПОМ
Водород и водородное топливо тип I, сорт E для топливных элементов с ПОМ для применения в стационарных энергоустановках подразделяют на следующие подкатегории в зависимости от показателей качества:
- Тип I, сорт E, категория 1 (водородное топливо для областей применения с высоким КПД/низким энергопотреблением);
- Тип I, сорт E, категория 2 (водородное топливо для областей применения с высоким энергопотреблением);
- Тип I, сорт E, категория 3 (газообразный водород для областей применения с высоким КПД/высоким энергопотреблением).
6.2.1 Общие рекомендации
Определяют качество водородного топлива в пограничной точке с использованием методов отбора проб, указанных в 6.3.
Выбор примесей, которые необходимо анализировать (таблица 3), следует проводить, основываясь на методе производства водорода.
Все измерения, определяемые настоящим стандартом, необходимо проводить с использованием калибровочных стандартов, используемых при количественном анализе газов (или других калибровочных технологий), которые соответствуют Международной системе единиц (СИ) и национальным стандартам, если таковые имеются.
Примечание - ИСО 21087 содержит руководство по методам анализа.
6.2.2 Требования к квалификационным испытаниям
Периодичность испытаний и требования к квалификационным испытаниям определяют по согласованию между поставщиком и потребителем водородного топлива. При определении частоты испытаний и испытуемых компонентов необходимо учитывать постоянство подачи водорода.
Примечание - В приложении B приведены рекомендации по обеспечению качества производства водорода с помощью парового риформинга и короткоцикловой адсорбции.
6.2.3 Отчет о результатах
Пределы обнаружения и пределы определения для используемых методов анализа и аналитического оборудования должны быть указаны вместе с результатами каждого испытания и датой отбора пробы.
6.3.1 Объем проб, отбираемых для анализа
Емкость для отбора проб должна содержать достаточное количество водородного топлива для проведения анализов по определению качества водородного топлива. Если одна проба не содержит достаточного количества водородного топлива для проведения всех анализов, необходимых для оценки качества, следует отобрать дополнительные пробы, которые должны быть отобраны из той же партии и в аналогичных условиях. Если необходимо провести несколько испытаний, может потребоваться большая по объему проба или проба с более высоким давлением.
6.3.2 Выбор точки отбора проб
Необходимо установить пограничную точку таким образом, чтобы состав отбираемой пробы соответствовал составу водородного топлива, подаваемого к топливным элементам энергоустановки.
Примечание - Приложение A содержит руководство, помогающее определить факторы, влияющие на качество водородного топлива в пограничной точке, а также выбор пограничной точки.
6.3.3 Отбор проб
Отобранные пробы должны быть репрезентативными. Отбор происходит в пограничной точке в емкость соответствующего размера с использованием специального соединения. Между пограничной точкой и емкостью для отбора проб не допустимо загрязнение водородного топлива (можно использовать подходящий продувочный клапан).
Необходимо удалить остаточные газы из емкости для отбора проб для предотвращения загрязнения пробы водородного топлива. Для этой цели необходимо использовать вакуумирование емкости. Если вакуумирование невозможно, то емкость для проб следует очистить, используя многократные циклы продувки.
Отбираемые газы являются легкогорючими. Необходимо принять меры для предотвращения опасных ситуаций в соответствии с ИСО/ТО 15916.
6.3.4 Частицы в газообразном водороде
Пробы для определения частиц в водородном топливе следует отбирать в пограничной точке с использованием фильтра, если это целесообразно, при тех же условиях (давление и скорость потока), которые используются в реальных условиях подачи топлива. Необходимо принять меры для предотвращения загрязнения пробы частицами, поступающими из соединительного устройства и/или из окружающей среды.
7 Требования к качеству водородного топлива для других областей применения за исключением топливных элементов с ПОМ для транспортных средств и стационарных энергоустановок
Качество водородного топлива для других областей применения, за исключением топливных элементов с ПОМ для транспортных средств и стационарных энергоустановок, должно соответствовать требованиям, которые указаны в таблице 4. Пробел в таблице указывает на отсутствие максимального значения показателя. Отсутствие максимального значения показателя не означает, что компонент присутствует или отсутствует в водородном топливе, а указывает на то, что в отношении этого компонента нет ограничений в рамках данного документа.
Примечание - Другие существующие требования могут быть в равной степени подходящими для этих применений.
Таблица 4
областей применения за исключением топливных элементов
с ПОМ для транспортных средств и стационарных
энергоустановок
7.2.1 Общие рекомендации
Поставщик должен обеспечить анализ качества водородного топлива в соответствии с существующей практикой. Процедуры отбора проб описаны в 7.3.
Примечание - ИСО 21087 можно использовать в качестве руководства для выбора методов анализа примесей, указанных в таблице 4.
7.2.2 Требования к квалификационным испытаниям
Испытания на соответствие техническим требованиям представляют собой разовый анализ или серию анализов, которым подвергается продукт для подтверждения того, что производственный объект поставляет водород надлежащего качества. Данное испытание может быть достигнуто путем проверки отчетов анализа, полученных от поставщика или, при необходимости, путем проведения анализов образцов продукта с объекта через соответствующие промежутки времени, согласованные между поставщиком и потребителем. Анализ на соответствие может проводить поставщик или же лаборатория, участие которой одобрено поставщиком и потребителем.
7.3.1 Объем проб, отбираемых для анализа
Отобранная проба должна содержать достаточное количество водородного топлива для проведения анализов по определению качества водородного топлива. Если одна проба не содержит достаточного количества водородного топлива для проведения всех анализов, необходимых для оценки качества, следует отобрать дополнительные пробы, которые должны быть отобраны из той же партии и в аналогичных условиях.
7.3.2 Газообразные пробы
Отобранные газообразные пробы должны быть репрезентативными по отношению к поставляемому топливу. Пробы для анализа должны быть получены с учетом следующих требований:
- отбор пробы необходимо проводить одновременно с наполнением грузовых контейнеров водорода из одного трубопровода с использованием сопоставимых методов;
- для отбора пробы из грузового контейнера в емкость для отбора проб необходимо использовать соответствующие соединения.
С целью обеспечения безопасности расчетное рабочее давление емкости отбора проб из грузовых контейнеров должно соответствовать давлению в грузовом контейнере;
- соединение емкости для отбора проб с оборудованием для их анализа: необходимо использовать такое соединение, которое будет препятствовать образованию избыточного давления в аналитическом оборудовании;
- необходимо выбирать наиболее репрезентативный контейнер для отбора проб из системы хранения водорода.
7.3.3 Пробы жидкого водорода
Пробы жидкого водорода должны быть репрезентативными по отношению к поставляемому жидкому водороду. Образцы должны быть получены одним из следующих способов:
- испарением жидкого водородного топлива из системы хранения в емкость для отбора проб;
- отбором пробы жидкого водорода из системы хранения с последующим испарением с целью проведения анализа.
(справочное)
ПО ВЫБОРУ ПОГРАНИЧНОЙ ТОЧКИ В СТАЦИОНАРНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ
С ТОПЛИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ С ПОМ
A.1 Цель
Настоящее руководство помогает в определении пограничной точки и лица, ответственного за качество водорода в пограничной точке.
A.2 Производство водорода
Водород и водородное топливо можно производить несколькими способами, включая переработку ископаемых видов топлива или других углеводородов, электролиз чистой воды или щелочной воды и многочисленные биологические методы. Водород и водородное топливо можно производить на месте потребления, как правило, в относительно небольших количествах или в более крупном масштабе за пределами мест потребления, а затем транспортировать под давлением или в виде жидкости к месту использования.
A.3 Определение стороны, ответственной за качество водорода в точке отбора проб
В обеспечении водородным топливом стационарных энергоустановок могут участвовать многочисленные стороны.
Следующий текст и рисунок содержат примеры, которые могут быть использованы в информационных целях и являются исчерпывающими. Системы подачи водорода включают различное оборудование, поэтому следует использовать эти примеры в качестве основы для определения стороны, определяющей качество водородного топлива в пограничной точке и, при необходимости, в дополнительных точках отбора проб.
Ниже приведены примеры сторон, участвующих в поставках водорода:
- поставщик газообразного водородного топлива (например, в баллонах или автоцистернах);
- поставщик жидкого водородного топлива;
- поставщик водородного топлива по трубопроводу;
- производитель водородного топлива паровым риформингом;
- производитель водородного топлива электролизом воды.
В зависимости от формы подачи водорода может возникнуть необходимость привлечения системного интегратора между источником водорода и входом в энергоустановку на топливных элементах. Системный интегратор может обладать в зависимости от обстоятельств следующим оборудованием (рисунок A.1):
- регуляторы давления;
- хранилище жидкого водорода, криогенные насосы и испарители;
- буферная емкость для хранения газообразного водорода;
- дополнительные коллекторы на участке от источника водорода до энергоустановки на основе топливных элементов.
![]() i - доставка трубопроводным транспортом; ii - доставка
в баллонах или цистернах; iii - обеспечение сырьем
(природный газ, электричество, вода и т.д.);
iv - производство водородного топлива; v - электролиз;
vi - доставка грузовым транспортом (жидкий водород);
vii - блок регулирования давления; viii - буферная емкость
для газообразного водородного топлива; ix - хранение жидкого
водорода, криогенные насосы, испарители; x - пограничная
точка (для отбора проб); xi - энергоустановка
на топливных элементах с ПОМ
в энергоустановку на топливных элементах и положение
пограничной точки
Системный интегратор несет ответственность за качество водорода в пограничной точке непосредственно перед входом в энергоустановку на топливных элементах. Если системный интегратор является также оператором энергоустановки, то подходящие альтернативные точки отбора проб для обеспечения соответствия качественных характеристик водородного топлива определяют соглашением между поставщиком и потребителем водородного топлива.
В некоторых случаях системный интегратор может быть и поставщиком водорода, и в этом случае ответственность за качество водородного топлива в пограничной точке несет поставщик водорода, если иное не установлено договором между поставщиком и потребителем.
Если системный интегратор и поставщик водорода являются разными сторонами, то ответственность за качество водородного топлива в пограничной точке лежит на системном интеграторе. В таких случаях протокол анализа для подаваемого водородного топлива (периодичность измерений, концентрация примесей и интерфейс точки отбора проб) следует определять соглашением между поставщиком, системным интегратором и потребителем водородного топлива.
Если поставщик водорода самостоятельно выполняет функции системного интегратора на объекте, но не взаимодействует напрямую с оператором энергоустановки на основе топливных элементов, то поставщик водорода несет ответственность за качество водородного топлива в пограничной точке на границе взаимодействия поставщика с дополнительным оборудованием, которое подключается к энергоустановке на основе топливных элементов, в то время как интегратор, взаимодействующий с энергоустановкой на топливных элементах, отвечает за требования к качеству водорода в пограничной точке. Требования (периодичность измерений, концентрация примесей) в любых дополнительных точках отбора проб должны быть указаны в соглашении между системным интегратором и поставщиком водородного топлива.
Если техническое обслуживание системы должна выполнять дополнительная сторона, требования к обеспечению качества водорода после завершения такого технического обслуживания должны определяться соглашением между системным интегратором, стороной, ответственной за техническое обслуживание, и оператором энергоустановки на топливных элементах.
A.4 Выбор точки для отбора проб
В случае единичной энергоустановки, как показано на рисунке A.2 a), пограничная точка должна располагаться как можно ближе к месту ввода водородного топлива в энергоустановку на основе топливных элементов.
i - оборудование для подачи водородного топлива;
ii - энергоустановка(и) на основе топливных элементов с ПОМ;
iii - пограничная точка(и)
Рисунок A.2 - Расположение точек отбора проб
В случае нескольких параллельно соединенных энергоустановок на основе топливных элементов, как показано на рисунке A.2 b), местоположение пограничной точки следует определять соглашением между системным интегратором и оператором топливных элементов.
Примеры расположения точки отбора проб:
- пограничная точка A - подвод для энергоустановок на топливных элементах с 1 по n;
- единственная пограничная точка между B1 и Bn - наихудший случай точки для отбора проб;
- все пограничные точки от B1 до Bn.
(справочное)
ТОПЛИВЕ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОМ ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ
ЭНЕРГОУСТАНОВОК
B.1 Содержание воды
Вода (H2O) обычно не влияет на работу топливного элемента; однако она обеспечивает перенос водорастворимых примесей, например содержащих ионы натрия и калия в виде аэрозоля. Рекомендуется, чтобы концентрация ионов натрия и калия не превышала 0,05 мкмоль/моль для категории 3. Кроме того, вода может представлять опасность при отрицательных температурах окружающей среды и оказывать воздействие на клапаны. Вода должна оставаться в газообразном состоянии при любых температурных условиях окружающей среды.
B.2 Содержание углеводородов
Различные углеводороды по-разному влияют на работу топливных элементов. Как правило, ароматические углеводороды сильнее адсорбируются на поверхности катализатора, чем алканы, тем самым препятствуя доступу водорода. Метан (CH4) считается инертным газом, поскольку его влияние на работу топливных элементов заключается только в снижении содержания водорода в топливе.
B.3 Содержание кислорода
Кислород (O2) в низких концентрациях не оказывает отрицательного влияния на работу топливных элементов, но высокая концентрация кислорода вызывает износ топливного элемента.
B.4 Содержание гелия, азота и аргона
Инертные компоненты, такие как гелий (He), азот (N2) и аргон (Ar), не оказывают неблагоприятного воздействия на работу компонентов топливных элементов или энергоустановки на основе топливных элементов. Однако они снижают содержание водорода в топливе.
B.5 Содержание диоксида углерода
Диоксид углерода (CO2) обычно не влияет на работу топливных элементов. Он уменьшает содержание водорода в топливе, тем самым влияет на эффективность работы энергоустановки на топливных элементах в целом. Кроме того, диоксид углерода при концентрации более 25% об. может быть каталитически преобразован посредством обратной реакции конверсии водяного газа в монооксид углерода, который, в свою очередь, отравляет катализатор. При нормальных рабочих условиях такое высокое содержание CO2 в анодном пространстве маловероятно.
B.6 Содержание монооксида углерода
Монооксид углерода (CO) является сильным каталитическим ядом, который отрицательно влияет на работу топливных элементов, и поэтому его содержание в водородном топливе необходимо поддерживать на очень низком уровне. Несмотря на то, что влияние на производительность может быть устранено путем изменения рабочих условий и/или состава газа, эти меры могут оказаться неэффективными. В установках с использованием риформинга (категории 1 и 2) влияние изначально более высоких уровней CO уменьшается за счет выбора материалов и/или конструкции и условий эксплуатации системы, тем не менее длительное воздействие CO является неблагоприятным фактором, особенно для топливных элементов с низким содержанием катализатора.
B.7 Содержание серосодержащих соединений
Серосодержащие соединения представляют собой каталитические яды, которые даже при очень малых концентрациях могут оказывать необратимое воздействие на топливные элементы. Необходимо минимизировать содержание таких соединений серы, как сероводород (H2S), карбонилсульфид (COS), сероуглерод (CS2), меркаптаны (например, метилмеркаптан), которые могут присутствовать в водороде, полученном риформингом природного газа. Следует контролировать общее содержание серы. Электроды с низким содержанием катализатора особенно чувствительны к каталитическому отравлению серосодержащими соединениями.
B.8 Содержание формальдегида и муравьиной кислоты
Формальдегид (HCHO) и муравьиная кислота (HCOOH) оказывают такое же влияние на топливные элементы, как и CO. Влияние HCHO и HCOOH на работу топливных элементов может быть более значительным, чем у CO, из-за более медленной кинетики восстановления, а также из-за более низких предельных значений, чем у CO. Электроды с низким содержанием катализатора особо чувствительны к наличию данных соединений.
B.9 Содержание аммиака
Аммиак (NH3) оказывает необратимое воздействие на работу топливного элемента, загрязняя протонообменную мембрану и вступая в реакцию с протонами в мембране с образованием NH4+ ионов. Испытания на устойчивость к аммиаку должны включать определение ионообменной способности мембраны и/или электродов. Электроды с низким содержанием катализатора особенно чувствительны к каталитическому отравлению аммиаком.
B.10 Содержание галогенсодержащих соединений
Галогенсодержащие соединения вызывают необратимое снижение производительности топливных элементов. Потенциальные источники включают процессы производства хлора и щелочи, а также хладагенты.
B.11 Частицы
Максимальная концентрация и размер частиц, указанные в настоящем стандарте, определены с учетом того, чтобы используемые фильтры не засорялись и/или твердые частицы не попадали в топливно-энергетическую систему с ПОМ и не влияли на работу клапанов или других элементов. Ионы калия и натрия, присутствующие в аэрозолях, приводят к необратимому снижению производительности, загрязняя протонообменную мембрану. Железосодержащие частицы даже в очень низких концентрациях вызывают сильный износ мембраны.
(справочное)
КОРОТКОЦИКЛОВАЯ АДСОРБЦИЯ И ПРИМЕНИМОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ
МОНООКСИДА УГЛЕРОДА В КАЧЕСТВЕ ИНДИКАТОРА ПРИСУТСТВИЯ
ДРУГИХ ПРИМЕСЕЙ
C.1 Основные примеси в водородном топливе при производстве и очистке
При производстве водорода паровым риформингом с последующим выделением в процессе короткоцикловой адсорбции (КЦА) CO может служить индикатором наличия других примесей, перечисленных в таблице 3, поскольку он имеет наибольшую вероятность присутствия в топливе, полученном таким образом. Определение того, что содержание CO меньше установленного предела, указывает на то, что другие примеси, кроме инертных газов, присутствуют в меньшем количестве, чем их допустимая концентрация.
Максимальное содержание инертных газов в продукте можно оценить, используя максимальное содержание инертных примесей в сырье, а также по увеличению потока в установке парового риформинга и уменьшению расхода на выходе из установки КЦА. Увеличение потока в установке парового риформинга и уменьшение потока на выходе из установки КЦА могут быть рассчитаны по составу сырья, соотношению пара к углероду и коэффициенту конверсии водорода.
C.2 Оперативный мониторинг индикатора
Анализ содержания CO непосредственно в процессе получения рекомендуется для того, чтобы показать, что его содержание в водородном топливе меньше допустимого значения. Это будет также свидетельствовать о том, что содержание других загрязняющих веществ меньше допустимого значения. Для этой цели можно использовать коммерчески доступные инфракрасные анализаторы CO. В случае производства водорода паровым риформингом с последующей очисткой в процессе короткоцикловой адсорбции (КЦА) анализатор должен быть на выходе из блока КЦА во избежание загрязнения оборудования ниже по потоку.
C.3 Анализ партии
Рекомендуется проводить отбор проб водорода и их лабораторный анализ на определение наличия всех видов примесей, перечисленных в таблице 3, с целью контроля содержания CO. Пробу партии следует отбирать в пограничной точке. Частоту отбора проб и анализ определяет поставщик водорода. Следует применять аналитические методы, описанные в 6.2 и 6.3.
(справочное)
НАЦИОНАЛЬНЫМ СТАНДАРТАМ
Таблица ДА.1
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/18/gost_97725.html
На правах рекламы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||