Глобални регулаторни оквир за сертификацију резервоара за водоник од 70 МПа

FMVSS No 308 (Сједињене Државе), UN GTR No 13 (UN-ECE) и ISO 15869: Хармонизовани основни захтеви за одобрење резервоара за водоник

Безбедност резервоара за водоник у великој мери зависи од међународних стандарда који регулишу све, од производње до перформанси. Три главна прописа се истичу: ФМВСС 308 од владе САД, УН ГТР 13 развијен од стране Уједињених нација и ИСО 15869 који покрива шире индустријске апликације. Ови правила постављају строге захтеве за резервоаре који чувају водоник на нивоима притиска од 70 МПа. Они инсистирају на испитивању пуцања где притисак мора да прелази 175 МПа пре него што се појави неуспех, плус опсежно испитивање за умор које имитира око 5.500 пута оно што се дешава током нормалних операција наплаћивања горивом. Стопа прониклости мора да остане испод 0,15 НмЛ на сат на литар када температура достигне 85 степени Целзијуса. Када је реч о цурењама, једноставно не може бити никаквих откривљивих емисија након што се резервоар држи под притиском 200 сати. Коришћени материјали морају да испуњавају строге спецификације, јер угљенско влакно треба да има трајно јачину најмање 3.500 МПа, а смола мора да издржи топлоту изнад 120 степени Целзијуса. Сви произвођачи морају да тестирају своје производе у независним лабораторијама које су правилно акредитоване. Ово осигурава да тенкови могу да се носе и са редовним хабањем и ружњама, као и са екстремним ситуацијама као што су несреће у којима снаге могу да ударе 30Г странично. Таква стандардизација помаже различитим земљама да заједно раде без проблем, док се ризик од катастрофалних неуспеха држи изузетно нижим - око једне шансе од милион на сат рада.

Кључне разлике: Прагови отпорности на ватру у УН Р134 и ФМВСС 308 и њихов утицај на дизајн резервоара за водоник

Различити стандарди отпорности на ватру присиљавају инжењере да доносе тешке одлуке када дизајнирају системе. Регулација 134 Европске уније захтева да компоненте преживљавају 20 минута у екстремно врућим угљенице у гори (око 1.100 степени Целзијуса) без неуспеха у њиховој топлотној заштити, док амерички стандард FMVSS 308 поставља нижу пругу на само 12,5 минута и 800 степени. Та велика разлика у захтевима за температуром подстакла је научника да развију нова решења. Компаније које продају у свету често мешају керамичке микросфере у своје смоле и постављају дебеле баријере од аерогела дубине око 15 милиметара. Ове промене чине цео систем тежим за око 3,8 килограма, али смањују ризик од распада угљенских влакана за скоро половину. Усклађивање строгијих правила ЕУ значи да се прелазе од обичних алуминијумских делова на скупе титанијумске вентили, што додаје око 18% производњи, али спречава катастрофалне отказе током притиска. Гледајући ове регулаторне разлике показује зашто се резервоари за складиштење водоника дизајнирају другачије у различитим регионима - оно што ради на једном тржишту можда не задовољава очекивања безбедности на другом.

Структурни интегритет и поузданост материјала резервоара за водоник од 70 МПа

Деградација угљен-епоксиног композита под цикличним притиском и топлотним стресом

ЦФРП композити чине лакше резервоаре за складиштење водоника, али имају проблема када се оперативно тестирају. Када се ови резервоари понављају промене притиска од око 5 до 70 МПа, у њиховом епоксидном делу почињу да се формирају мале пукотине. А онда постоје температурне количине од превише хладног на минус 40 степени Целзијуса до врућег на 85 степени Целзијуса што доводи до распадања слојева на интерфејсима. Комбинујте оба ова проблема и видимо пад чврстоће пуцања негде између 15% и 25% након око 15 хиљада циклуса. Тестирање које је спроведено брже од нормалних услова открива нешто занимљиво. Термички циклус заправо изазива двоструку количину пуцања у поређењу са само притиском. То нам говори да разлике у температури играју већу улогу у томе колико су ови резервоари поуздани током времена. Произвођачи који се боре против овог проблема деградације обично се окрећу специјалним епоксидним материјалима који се снажније користе када се ствари сломе. Такође мењају угао на који се влакна завијају, обично око плус или минус 55 степени, како би се тепење оковца боље распоређивало. Неке компаније чак додају и облоге модификоване са наноглиним честицама како би се спречио пролаз водоника.

Испитивање притиска на избијање, трајања за умор и интегритета пропуста према SAE J2579 и ISO 15869 прилогу D

Када се ради о сертификацији безбедности ових система, у основи се проверују три главне ствари: колико притиска резервоар може да поднесе пре него што се пукне, колико дуго траје под понављаним притиском и да ли уопште цује. За испитивање пуцања, захтев је прилично једноставан - резервоари морају да издрже најмање 157,5 МПа, што је око 2,25 пута већи од нормалног радног притиска, без било каквих структурних проблема. Тестирање за умор подразумева да се резервоари подвргну хиљадама циклуса притиска. Тачни бројеви варирају у зависности од стандарда који се примењује: око 11.000 циклуса према SAE J2579, или 15.000 ако се следи ISO 15869 прилог Д. Ови тестови симулишу оно што се дешава након око 15 година редовног пуњања горива у стварним условима. Проверка за цурења обично укључује нешто што се зове хелијумска масова спектрометрија. При притиску од 87,5 МПа, максимална дозвољена стопа цурења је 0,15 НмЛ/ч/л према стандардима SAE или 0,25 НмЛ/ч/л према смерницама ИСО. Постоји мала разлика између стандарда и када је у питању сигурносна маржина. SAE J2579 жели 2,25 пута већи фактор безбедности од нормалног нивоа притиска, док ИСО 15869 Прилог Д тражи 2,35 пута већи притисак од пројекта. Поред свих ових тестова, произвођачи такође спроводе симулације ватре и пуцњаве како би доказали колико су ови тенкови заиста чврсти. И не заборавите на те топлотне уређаје за смањење притиска који се аутоматски активирају када притисак водоника достигне 110% од нормалног.

Тргења за топлотну управљање током пуњења горива од 70 МПа

Подизања температуре изазвана Џоуловим-Томсоновим ефектом: физика, мерење и последице за безбедност резервоара за водоник

Када се водоник брзо компресира током ових 70 МПа пуњења горива, он изазива тачке у којима температуре прелазе 85 степени Целзијуса због нечега што се зове Џоул-Томсон ефект. У суштини, када се гас стисне тако брзо, он се загрева брже него што га систем може охладити. Ове гореће области постају стварни проблеми за тенкове типа IV. Стандарди које су поставили организације као што је SAE J2601 захтевају константан надзор кроз инфрацрвене камере и уграђене сензоре током целог процеса. Ако се ствари прегреју, морају престати да се попуњавају док се све не охлади испод опасне границе од 85 степени. Оставити да ове температуре расту чини да водоник излази брже. Око 15% више за сваких 10 степени Целзијуса. Што је још горе, то чини да се слојеви композита могу разбити. Зато модерни системи сада укључују паметне контроле које прилагођавају количину горива која се користи на основу предвиђања, заједно са уређајима за смањење притиска који се покрећу много пре него што ствари достигну несигурне нивое. Иако ове мере безбедности смањују ефикасност за око 2% током брзе пуњење, апсолутно су неопходне за одржавање безбедности на путу.

Подела за често постављене питања

Који су главни безбедносни стандарди за резервоаре за водоник од 70 МПа?

Главни безбедносни стандарди за резервоаре за водоник од 70 МПа укључују FMVSS 308, UN GTR 13 и ISO 15869, који постављају захтеве за притисак разбијања, испитивање за умор и стопе прониклости.

Како се отпорност на ватру разликује између америчких и ЕУ прописа?

Амерички ФМВСС 308 захтева да компоненте издрже 12,5 минута на 800 степени Целзијуса, док регулација ЕУ 134 захтева 20 минута на 1,100 степени Целзијуса, што утиче на избор материјала и дизајн.

С којим се изазовима суочавају композитни материјали од КФРП?

ЦФРП композити се суочавају са проблемима са пукотама које се формирају у епоксиду због циклусног притиска и температурног стреса, што доводи до ранијег деградације него што се очекивало.

Које тестове притиска подлежу резервоари за водоник?

Водородни резервоари се подвргну испитивањима притиска на пуцање да би издржали најмање 157,5 МПа и испитивањима трајања за умор који укључују хиљаде циклуса притиска по стандардима као што су SAE J2579 и ISO 15869 Прилог Д.

Како Џоул-Томсон ефект утиче на пуњење горива?

Џоулово-Томсонов ефекат може изазвати температурне скокове изнад 85 степени Целзијуса током брзе компресије на 70 МПа, што захтева мере надзора и хлађења како би се осигурала сигурност.