"ГОСТ Р ИСО 14687-1-2012. Национальный стандарт Российской Федерации. Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 1. Все случаи применения, кроме использования в топливных элементах с протонообменной мембраной, применяемых в дорожных транспортных средствах"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 27.11.2012 N 1250-ст)

1 ПОДГОТОВЛЕН Некоммерческим партнерством "Национальная ассоциация водородной энергетики" (НП НАВЭ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

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 27 ноября 2012 г. N 1250-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14687-1:1999 (ISO 14687-1:1999 "Hydrogen fuel - Product specification - Part 1: All applications except proton exchange membrane (PEM) fuel cell for road vehicles" (Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 1. Все случаи применения, кроме случая применения топливного элемента с протонообменной мембраной (PEM) в дорожных транспортных средствах)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14687-1:1999 "Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 1. Все случаи применения, кроме случая применения топливного элемента с протонообменной мембраной (PEM) в дорожных транспортных средствах" [ISO 14687-1:1999 Hydrogen fuel - Product specification - Part 1: All applications except proton exchange membrane (PEM) fuel cell for road vehicles].

Международная организация по стандартизации - ИСО (The International Organization for Standardization - ISO) является всемирной федерацией национальных организаций по стандартизации (членов ИСО). Разработка международных стандартов ИСО осуществляется техническими комитетами ТК (TC). Каждый член ИСО имеет право быть представленным в технических комитетах. Международные правительственные и неправительственные организации, взаимодействующие с ИСО, также могут принимать участие в их работе. По всем вопросам стандартизации в области электротехники ИСО взаимодействует с Международной электротехнической комиссией - МЭК (International Electrotechnical Commission - IEC). Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, приведенными в Директивах ИСО/МЭК, часть 3. Основной задачей технических комитетов является подготовка международных стандартов. Проекты международных стандартов рассылаются национальным комитетам-членам для голосования. Их опубликование в качестве международных стандартов требует одобрения по меньшей мере 75% комитетов-членов, принимающих участие в голосовании.

Международный стандарт ИСО 14687:1999 разработан в 1999 г. Он был предназначен для всех видов транспортных средств и всех областей применения водородного топлива (земля, вода, воздух, космическое пространство). В 2008 г. в международный стандарт ИСО 14687:1999 была введена техническая поправка ИСО 14687:1999/Изм 2:2008 "Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 1. Все случаи применения, кроме случая применения топливного элемента с протонной обменной мембраной (PEM) для дорожных транспортных средств. Техническая поправка 2" [ISO 14687:1999/Cor.2:2008(E)], которая ограничивала его применение в части, касающейся использования водородного топлива для транспортных средств, оснащенных энергоустановками на топливных элементах с протонообменной мембраной.

В 2009 г. был подготовлен и введен в действие отдельный международный стандарт ИСО 14687-2:2009 "Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 2. Применение для топливных элементов с протонообменной мембраной (PEM) дорожных транспортных средств", представляющий собой нормативный документ ИСО категории "Технические требования ИСО" (Technical Specification - TS) [ISO/TS 14687-2:2009 Hydrogen fuel - Product specification - Part 2: Proton exchange membrane (PEM) fuel cells for road vehicles], который предназначается специально для транспортных средств с электрохимическими генераторами на основе протонообменных мембран, устанавливающий требования к двум новым сортам водородного топлива, имеющим специфические особенности.

Все документы, связанные с международным стандартом ИСО 14687, были подготовлены Техническим комитетом ISO/TC 197 "Водородные технологии".

С учетом внесенных изменений Технический комитет по стандартизации ТК 29 "Водородные технологии", входящий в национальную систему стандартизации Российской Федерации, разработал два стандарта:

- ГОСТ Р ИСО 14687-1-2012 "Топливо водородное. Технические условия на продукцию. Часть 1. Все случаи применения, кроме использования в топливных элементах с протонообменной мембраной, применяемых в дорожных транспортных средствах";

- ГОСТ Р ИСО 14687-2-2012 "Топливо водородное. Технические условия на продукт. Часть 2. Использование для топливных элементов дорожных транспортных средств с протонообменной мембраной".

В настоящем стандарте установлены параметры водородного топлива, определяющие его характеристики и особенности применения, связанные с производством, хранением, транспортированием и заправкой транспортных средств, эксплуатацией бытовых электроприборов и других устройств и систем, предназначенных для работы на этом виде топлива.

Настоящий стандарт может применяться для всех видов транспорта, за исключением транспортных средств с электрохимическими генераторами на основе топливных элементов с протонообменной мембраной (PEM).

В настоящем стандарте использованы следующие термины и определения:

2.1 газообразный водород (gaseous hydrogen, GH₂): Водород, находящийся в нормальных условиях в газообразном состоянии в виде равновесной смеси ортоводорода и параводорода, очищенной до минимальной объемной концентрации 98%.

Примечание - Газообразный водород обычно получают с использованием нефтехимических, термохимических технологий, солнечной энергии, электрохимических или биологических процессов.

2.2 жидкий водород (liquid hydrogen, LH₂): Водород сжиженный, то есть приведенный в жидкое состояние (параводород).

Примечание - Сжижение осуществляется путем охлаждения, компрессии или с использованием других способов, таких как магнитокалорический эффект.

2.3 шугообразный водород (slush hydrogen, SLH₂): Водород, представляющий собой смесь твердого и жидкого водорода при эвтектической температуре (температуре тройной точки).

Водородное топливо в соответствии с настоящим стандартом классифицируется по типам и сортам:

a) тип I (сорта A, B и C): газообразный водород;

b) тип II (сорт C): жидкий водород;

c) тип III: шугообразный водород.

Ниже приводится классификация водородного топлива, связанная с областями его применения, позволяющая потребителям по установленным критериям (тип, сорт) использовать это топливо с учетом его физико-химических свойств и стоимостных показателей.

Тип I, сорт A - топливо для двигателей внутреннего сгорания, использующихся в транспортных средствах и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Тип I, сорт B - топливо для промышленного применения при производстве электроэнергии или в качестве источника тепла.

Тип I, сорт C - топливо, используемое в наземных вспомогательных комплексах для воздушного и космического транспорта.

Тип II, сорт C - топливо для бортовых двигательных установок воздушного и космического транспорта, нужд электроэнергетики и наземного транспорта.

Тип III - топливо для бортовых двигательных установок воздушного и космического транспорта.

Примечания

1 Требования к топливу типа I, сорта D и типа II, сорта D, использующемуся в топливных элементах транспортных средств с протонообменной мембраной, представлены в ГОСТ Р ИСО 14687-2-2012 и ISO/TS 14687-2:2009.

2 Для жидкого водорода типа II топлива с параметрами, эквивалентными сортам A и B, в классификации отсутствуют.

Значения предельных характеристик, приведенные в таблице 1, определяют требования, применяемые к каждому типу и сорту водородного топлива. Пробел указывает на отсутствие максимальной предельной характеристики. Отсутствие максимальной предельной характеристики не означает наличия или отсутствия данного компонента в топливе, а указывает на то, что в этом случае не требуется проведения испытаний для оценки соответствия настоящему стандарту.

Поставщик обязан обеспечить проверку уровня качества водорода, используя общепринятую методику. Может использоваться методика отбора образцов и контроля, описанная в 4.3.1, 4.3.2 и в разделах 5 и 6. Прочие процедуры контроля, не указанные в настоящем стандарте, допускаются по договоренности между поставщиком и покупателем.

Проверка водородного топлива на соответствие техническим условиям представляет собой единый анализ или серию анализов, осуществляемых для оценки соответствия технологических процессов производства водорода установленным требованиям качества. Такое испытание осуществляется путем проверки характеристик топлива, предоставленного поставщиком, или, если это необходимо, посредством анализа проб по методике, согласованной поставщиком и покупателем.

Проверка водородного топлива на соответствие техническим условиям может осуществляться поставщиком или третьим лицом в лаборатории по согласованию между поставщиком и покупателем.

Требования к продукции на соответствие техническим условиям устанавливают необходимость определения всех предельных характеристик водородного топлива.

Приемочные испытания партии представляют собой серию анализов по определению состава водородного топлива или пробного образца из партии топлива, находящегося в системе хранения (контейнере).

Партию определяют по одной из следующих характеристик:

a) неопределенное количество топлива или любое количество по договоренности между поставщиком и покупателем;

b) весь доставленный водород или контейнеры, заполненные водородом, в течение контрактного периода;

c) весь доставленный водород или контейнеры, заполненные водородом, в течение календарного месяца;

d) весь доставленный водород или контейнеры, заполненные водородом, в течение семи дней подряд;

e) весь доставленный водород или контейнеры, заполненные водородом, в течение 24-х часов подряд;

f) весь доставленный водород или контейнеры, заполненные водородом, в течение одной рабочей смены;

g) весь доставленный водород за одну отгрузку;

h) весь доставленный водород в одном грузовом контейнере;

i) весь водород в контейнерах (контейнере), одновременно заполненных из одного трубопровода.

Количество образцов из партии должно соответствовать одному из следующих требований:

a) один образец из партии;

b) любое количество образцов из партии по договоренности между поставщиком и покупателем.

Необходимо, чтобы количество водорода в одной емкости для отбора пробы было достаточным для анализа водородного топлива на соответствие значениям предельных характеристик.

В случае если одна проба не может содержать достаточное количество водорода для проведения анализа, необходимого для оценки качества топлива, следует отобрать дополнительные образцы проб, которые должны быть взяты из этой же партии при аналогичных условиях.

В случае поставки водорода в газообразном состоянии образцы проб должны быть репрезентативными и отбираться с использованием одной из следующих процедур:

a) отбирать пробы в емкости для хранения образцов одновременно с наполнением грузовых контейнеров водорода из одного трубопровода с использованием сопоставимых методов;

b) перекачать пробу водородного топлива из грузового контейнера в емкость для хранения образцов проб, используя соответствующие соединения:

- для соединения грузового контейнера с емкостью для хранения образцов проб не использовать регуляторы давления (может использоваться соединение с продувочным клапаном);

- для обеспечения безопасности расчетное рабочее давление емкости для хранения образцов проб из грузовых контейнеров или водородных систем должно соответствовать давлению в грузовом контейнере;

c) при соединении емкости для хранения образцов проб непосредственно с оборудованием для их анализа использовать соединение, препятствующее образованию избыточного давления на данное оборудование;

d) выбирать наиболее репрезентативный контейнер для отбора проб из всей системы хранения водорода.

Пробы испаренного жидкого водорода должны быть репрезентативны. Образцы проб могут быть получены с использованием одной из следующих процедур:

a) посредством отбора паровой фазы из системы хранения водородного топлива путем выпаривания сжиженного водорода в емкость для отбора проб;

b) путем отбора пробы жидкого водорода из системы хранения с использованием соответствующего криогенного оборудования и последующим испарением с целью получения репрезентативного результата анализа.

Ниже приводятся характеристики, используемые для анализа, и единицы измерения:

a) объемная (мольная) концентрация, выражается в процентах (%);

b) содержание воды, измеряется в кубических сантиметрах на кубический метр (см³/м³).

Примечание - Соотношение по перечислениям a) и b) составляет 10^-6;

c) малые объемные концентрации, выражаются в отношении количества микромолей на моль (мкмоль/моль, ).

Для целей настоящего стандарта общее содержание углеводородов определяется в пересчете на метан.

Для калибровки оборудования, используемого для определения предельных характеристик водородного топлива, могут использоваться тарировочные газы стандартной концентрации.

По требованию потребителя топлива точность измерительного оборудования, используемого для подготовки тарировочных образцов, должна соответствовать требованиям национальных стандартов.

Испытательное оборудование должно применяться в соответствии с инструкциями изготовителя.

Методы испытания, не указанные в настоящем стандарте, устанавливаются по договоренности между поставщиком и покупателем.

Для измерения концентрации водорода используются следующие методики и оборудование:

a) для измерения содержания примесей, теплопроводность которых отличается от водорода, применяются тепловые (термокондуктометрические) анализаторы. Анализатор калибруют через определенные интервалы, используя тарировочные газы. Шкала диапазона измерений анализатора не должна превышать более чем в 10 раз разницы между заданной минимальной концентрацией водорода в процентном исчислении и 100%. Таким образом, для минимальной концентрации водорода 99,5% диапазон измерений анализатора должен составлять 5% для примесей или от 95% до 100% для водорода;

b) определение состояния газа осуществляется с применением приборов волюметрического или манометрического анализа;

c) определение совокупного количества примесей производится также посредством описанных выше методов. В этом случае концентрация водорода представляет собой величину, полученную при вычитании данного совокупного количества примесей, выраженного в виде процентной концентрации, из 100%;

d) предусматривается использование любой хроматографической системы, эффективно измеряющей количество специфичных примесей [см. 6.7, перечисление a)].

Определение концентрации параводорода осуществляется посредством анализаторов теплопроводности, имеющихся в производственной системе поставщика.

Примечание - Промышленное использование водорода, как правило, не требует анализа на парасодержание. Испытание можно осуществить по договоренности между поставщиком и покупателем.

Для измерения содержания воды используются следующие методики и оборудование:

a) баллон с водородом в перевернутом положении (клапан внизу) выдерживается в течение 5 мин. Затем приоткрывают баллонный вентиль в указанном выше перевернутом положении и водород выпускают минимально возможной струей в открытый сухой контейнер в течение 1 мин. Температура баллона и его содержимого должна быть выше 0 °C. Данная процедура используется только для водородного топлива типа I, сортов A и B. При этом определяют содержание конденсированных углеводородов (масла) и воды.

Примечание - Сильная струя может вызвать распыление воды;

b) использование электролитических гигрометров с индикатором, градуированным в кубических сантиметрах на кубический метр, со шкалой в диапазоне, не превышающем более чем в 10 раз заданного максимального содержания воды.

Примечание - Другие соединения, содержащие кислород и водород в топливе, могут привести к ошибочным показаниям измерений; необходимо точно следовать положениям инструкции производителя для получения достоверных результатов измерения;

c) применение анализа температуры точки росы, в котором температура видимой поверхности измеряется в начальной точке образования влаги;

d) использование пьезоэлектрического абсорбционного гигрометра (например, вибрирующий кварц) с аналитической точностью +/- 0,1 см³/м³ или 5% наибольшего показания;

e) применение анализаторов, оборудованных оксидно-металлическим конденсатором с диапазоном измерения, не превышающим более чем в десять раз максимального заданного содержания воды.

Для измерения общего содержания углеводорода (в пересчете на метан) используется следующее оборудование:

a) анализаторы пламенно-ионизационного типа, откалиброванные через определенные интервалы на основе тарировочных газов, используемый диапазон измерений которых не должен превышать максимального заданного содержания углеводорода по метану более чем в 10 раз;

b) ИК-газоанализаторы, оборудованные элементами измерения, откалиброванными в рабочем диапазоне на основе тарировочных газов при длине волны приблизительно 3,5 мкм (наиболее характерная длина волны). Чувствительность анализатора к метану должна быть не менее 0,1 мкмоль/моль или 10% максимального заданного общего содержания углеводорода. За основу берется большее значение.

Для измерения содержания кислорода используется следующее оборудование:

a) кислородные анализаторы электрохимического типа, содержащие твердый или водный электролит, откалиброванные через определенные интервалы с использованием тарировочных газов и измерения электромагнитной индукции. Применяемый диапазон измерений не должен превышать максимального заданного содержания кислорода более чем в 10 раз;

b) анализаторы теплоты реакции, откалиброванные через определенные интервалы с использованием тарировочных газов и измерения электромагнитной индукции. Используемый диапазон измерений не должен превышать максимального заданного содержания кислорода более чем в 10 раз;

c) анализаторы, в которых кислород, вступая в реакцию, образует соединения для последующего измерения. Анализатор должен быть откалиброван через определенные интервалы с использованием тарировочных газов. Используемый диапазон измерений не должен превышать максимального содержания кислорода более чем в 10 раз;

d) газовые хроматографы подобные тем, которые описаны в 6.7, перечисление a);

e) масс-спектрометры, чувствительность которых должна быть не менее 0,5 мкмоль/моль или 10% максимального заданного общего содержания кислорода. За основу берется большее значение.

Для измерения содержания аргона, азота, неона и гелия используется следующее оборудование:

a) газовые хроматографы, способные обнаружить необходимые компоненты с чувствительностью 0,5 мкмоль/моль или 20% максимального заданного общего содержания компонента. За основу берется большее значение. Для достижения необходимого уровня чувствительности могут использоваться соответствующие стандартные процедуры. Анализаторы должны быть откалиброваны через определенные интервалы с использованием тарировочных газов.

Примечание - Данный метод может использоваться не только для определения аргона, азота, неона и гелия, но и для определения предельных характеристик других газообразных компонентов;

b) масс-спектрометры с чувствительностью 0,5 мкмоль/моль или 20% максимального заданного общего содержания компонента. За основу берется большее значение.

Для измерения содержания двуокиси углерода используется следующее оборудование:

a) ИК-газоанализаторы, оборудованные элементами измерения, откалиброванными в рабочем диапазоне на основе тарировочных газов при длине волны приблизительно 4,3 мкм. Чувствительность анализатора к двуокиси углерода должна быть не менее 0,1 мкмоль/моль или 10% максимального заданного общего содержания двуокиси углерода. За основу берется большее значение;

b) газовые хроматографы, описанные в 6.7, перечисление a), при этом используемый метод должен позволять осуществлять выделение и производить анализ двуокиси углерода;

c) газовые хроматографы, описанные в 6.7, перечисление a), оснащенные элементами каталитической метанизации;

d) анализаторы, в которых двуокись углерода при вступлении в реакцию образует соединение, предназначенное для последующего измерения. Анализаторы должны быть откалиброваны через определенные интервалы с использованием тарировочных газов. Используемый диапазон измерений не должен превышать максимального заданного содержания двуокиси углерода более чем в 10 раз.

Для измерения содержания окиси углерода используется следующее оборудование:

a) приборы, оснащенные детекторной трубкой, заполненной веществом-индикатором, изменяющим свой цвет при вступлении в химическую реакцию. Степень точности зависит от правильности измерений и расчетной погрешности трубки;

b) ИК-газоанализаторы, оборудованные элементами измерения, откалиброванными в рабочем диапазоне на основе тарировочных газов при длине волны приблизительно 4.6 мкм. Чувствительность анализатора к окиси углерода должна быть не менее 0,1 мкмоль/моль или 10% максимального заданного общего содержания двуокиси углерода. За основу берется большее значение;

c) анализаторы, в которых окись углерода при вступлении в реакцию образует соединение для последующего измерения. Анализаторы должны быть откалиброваны через определенные интервалы с использованием тарировочных газов. Используемый диапазон измерений не должен превышать максимального заданного содержания окиси углерода более чем в 10 раз;

d) газовые хроматографы, подобные тем, что описаны в 6.7, перечисление a), при этом используемый метод должен позволять выделение и анализ окиси углерода;

e) газовые хроматографы, описанные в 6.7, перечисление a), оснащенные элементами каталитической метанизации.

Для измерения содержания паров ртути используется следующее оборудование:

a) ультрафиолетовые газоанализаторы абсорбционного типа с элементами измерения, откалиброванными через определенные интервалы. Используемый диапазон измерений не должен превышать максимального заданного содержания паров ртути более чем в 10 раз;

b) оборудование для титриметрического метода анализа, при котором ртуть, вступая в реакцию, образует соединения, предназначенные для последующего измерения;

c) анализаторы на базе датчика с тонким позолоченным покрытием в комбинации с коллектором с позолоченной обмоткой.

Для измерения содержания органических и неорганических соединений серы используется следующее оборудование:

a) приборы, применяющие метод сжигания в кислородно-водородном пламени. Кислородно-водородное пламя используется для сжигания образца при высокой температуре. Продукты сгорания соединяются с перекисью водорода (водой) для превращения серы в серную кислоту, после чего определяется и вычисляется содержание серы в виде двуокиси серы;

b) детекторы с пламенным фотометром для газового хроматографа [см. 6.7, перечисление a)].

Настоящий стандарт не устанавливает специальных требований по содержанию твердых частиц в газообразном водороде. Уровень фильтрации водорода от твердых частиц в процессе транспортирования и хранения водорода определяется по договоренности между поставщиком и покупателем.

Для сокращения количества частиц в жидком водороде жидкость необходимо фильтровать во время перекачки топлива.

Оборудование, обычно применяющееся для этой цели, устанавливается в систему транспортирования топлива и обеспечивает уровень фильтрации 10 - 40 мкм.

Водород является огнеопасным газом, а также может оказывать удушающее действие.

Процедуры отбора образцов и анализа водорода представляют повышенную опасность. Потребители водородного топлива должны быть знакомы с особыми физическими и химическими свойствами газообразного водорода (GH₂), жидкого водорода (LH₂) и шугообразного водорода (SLH₂).

В качестве средств обнаружения утечек газообразного водорода и наличия его пламени может быть предложено использование красителей или одоранта. В тех случаях, когда возникают сложности с применением данных средств, рекомендуется внедрение соответствующих систем обнаружения и контроля. Введение примесей в водород в качестве средств обнаружения может быть несовместимым с такими процедурами, как хранение водорода в гидридных элементах или использование его в топливных элементах. До настоящего времени еще не обнаружен одорант, который бы растворялся в жидком водороде и мог использоваться в технологической цепи поставок водородного топлива.