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氢能高压储运设备是指用于氢能储运的高压设备。高压储氢设备包括固定式储氢高压容器和高压氢气瓶，高压输氢设备包括道路输氢设备和氢气管道。高压氢气储量大，充放电频繁，易引起氢脆，因此高压氢能储运设备存在潜在泄漏和爆炸的风险。
近期，国内外发生多起事故。2019年6月，加利福尼亚州圣克拉拉的一辆长管拖车发生氢气泄漏爆炸，同月，挪威桑维卡加氢站的储氢容器发生爆炸，2021年8月，沉阳一氢气罐车软管破裂并爆炸。这为氢能的安全储存和运输敲响了警钟。随着氢能快速发展，我国氢能高压储运设备种类和数量迅速增加，使用条件极端，风险加大，安全保障面临新挑战。
一、基本特点
与压缩天然气储运设备、加氢反应器等高压设备相比，氢能高压储运设备具有以下三个基本特点。
氢气易泄漏、易燃易爆、储量大，一旦失效会造成严重危害。
与汽油、天然气相比，氢气密度较低，扩散系数较高，点火能较低，燃烧爆炸范围较广，燃烧火焰速度较快，易泄漏，易燃易爆。氢能高压储运设备储氢能力大。例如，根据GB50516-2010《加氢站技术规范2021年版》规定，一级、二级、加氢站单个储氢高压容器最大氢气容量分别为2000公斤、1500公斤和800公斤。一旦泄漏、爆炸，风险十分严重。如果氢气泄漏后立即点燃，会发生氢气喷射火，如果泄漏到密闭空间，会形成易燃的氢气云，一旦点燃，可能发生爆燃爆炸，对安全行车造成严重危害。对设备安全和人民生命财产安全造成严重损害。
压缩氢气压力较高，存在氢脆风险。
从图中可以看出，氢能高压储运设备储氢压力较高。这些设备长期在高压氢气环境下运行，临氢材料容易出现性能下降。由于氢脆而劣化。
图氢能高压储运设备及由此产生的储氢压力
金属材料的氢脆主要表现为韧性降低、疲劳裂纹扩展速率加快、氢致裂纹应力强度系数阈值降低。
非金属材料的氢脆主要是由于氢的溶解和快速减压使材料的弹性模量、拉伸强度、摩擦系数发生变化，导致材料内部出现氢鼓泡、裂纹等缺陷的现象。
影响服务性能的因素多样、机制复杂，控制难度大。
氢能高压储运设备的使用性能受材料抗拉强度、化学成分、微观结构等、环境氢气压力、环境温度、氢气纯度等、应力载荷、结构、加载方式等影响。以及制造成型工艺、热处理、表面质量等多种因素的综合影响。
一般来说，材料强度越高，疲劳裂纹扩展速率越快，氢致开裂应力强度因子阈值越低。氢气压力越高，氢脆的敏感性越高。加载频率越低，材料的氢脆越严重，当应力强度因子范围K较小时，氢对材料疲劳裂纹扩展速率的影响较小，但当K超过一定值时，效果增大，表面粗糙度增大。使用的接触氢气的材料越多，高压氢气对设备的疲劳性能损害就越严重。
因素之间也可能存在综合影响。例如，有研究发现，当氢压低于40MPa时，Cr-Mo钢的氢脆敏感性随着加载频率的降低而降低。由于影响因素众多、机理复杂，氢能高压储运设备的使用性能预测和调控难度很大。
2、发展现状
1、储氢高压设备
固定式储氢高压容器
固定式储氢高压容器主要应用于加氢站、氢能源储存、应急发电厂等，目前以加氢站应用最为广泛。根据结构特点，韩国固定式储氢高压容器主要包括单层钢制储氢高压容器和多层钢制储氢高压容器。
单层钢制储氢高压容器主要包括自旋式储氢高压容器和单层整体锻造高压储氢容器。旋转式高压储氢容器采用旋转式无缝钢管制成，设计压力一般不超过50MPa，目前主要用于35MPa加氢站。这种容器结构简单，制造成本低廉，可以大批量生产，但体积有限。目前，单个容器的水容量通常不超过1000L，因此一组容器形式的容器数量最多为21个。火灾和冲击等极端条件下的冲击研究。另外，此类容器多采用Cr-Mo钢，主要是4130X，对氢脆非常敏感。
多层钢制储氢高压容器主要包括钢带交错式全多层储氢高压容器和层压式储氢高压容器。与单层钢制储氢高压容器相比，该类型容器储氢压力更高，体积更大。例如，50MPa和98MPa交错钢带全多层储氢高压容器的容积分别达到73和1m3。另外，此类容器的氢面材料常采用抗氢脆性能良好的奥氏体不锈钢，有助于防止因氢脆而导致的失效，但此类容器的结构较为复杂，制造工艺复杂。周期更长，焊接接头的质量必须更高。
在国家973课题“高压氢系统大型轴承零部件设计与制造基础研究”和国家重点研发课题“氢能性能测试与质量评价技术研究”的持续支持下，韩国研发出“存储经过20多年的努力，固定式储氢高压容器的独立控制成为可能。据统计，截至2021年底，我国已建成加氢站191座，运营固定式储氢高压容器1500余座。
图片佛吉亚70MPaIV高压车载储氢瓶，图片来源嘎斯古汽车
高压氢气瓶
高压氢气瓶主要用于氢能源运输，如氢燃料电池客车、物流车、公交车、叉车、大卡车、船舶、无人机等。氢燃料电池叉车主要采用钢制高压氢气瓶，其余采用铝衬碳纤维全缠绕氢气瓶（简称型瓶）和衬塑碳纤维全缠绕氢气瓶（简称型瓶）。III型瓶）。输入静脉注射瓶。高压氢气瓶除具备氢能高压储运设备的基本特点外，还具有以下特点
体积和重量受到。由于车内空间，气瓶容积通常不超过450L。更轻的气缸可提高车辆性能并降低成本。
充电要求比较特殊。气瓶充装速度高，需要与加氢机实时通讯。乘用车的充电时间通常为3至5分钟。快速充氢会导致温度升高。气缸性能；
使用寿命长，设计使用寿命一般为10-15年或更长。
使用环境复杂多变，使用环境与车辆所在区域、路况有关，产生机械损伤、环境侵蚀等风险。
在国家市场监管总局特种设备安全监管司的指导下，我国高压氢通信总体发展思路如下。结构从型到型，压力在稳步演变。从低到高。
目前，我们自主设计、制造并批量生产的型瓶，公称工作压力为35MPa、70MPa，散装储氢密度为38~45，达到先进水平，广泛应用于氢燃料细胞电场。目前已有超过4万辆汽车及其他氢燃料电池运输车辆在运营。IV型瓶在国外开发应用较早，美国Hexagon、日本丰田、韩国ILJIN等均已开发出容量为70MPa的IV型瓶产品，散装储氢密度为57。2019年科技部立项“70MPa车载高压储氢瓶技术”研究支撑项目。2019年和2020年，我国发布了团体标准T/CATSI02005-2019《液化石油气》。《高密度聚乙烯内胆玻璃纤维全缠绕气瓶》和T/CATSI02007-2020《汽车压缩氢塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》有力地促进了我国IV型瓶的发展。我国LPGIV型瓶，年产能突破100万套，IV型氢罐产品也随之发布。
2、氢传输高压设备
道路氢传输设备
目前氢能高压储运设备满足安全等基本要求，但降低成本仍面临挑战。由于材料成本在氢能高压储运设备建设成本中占比最高，因此通过开发高性能、低成本的耐氢材料可以有效降低设备成本。此外，还可以通过优化结构、改进设计方法和制造工艺、实现规模化生产来降低设备成本。
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