燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程-編制說明

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣

標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程

編制說明

一、工作概況

1.1.前言

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，一次化石能源燃料消耗量日益增加，對環(huán)境造成的污染

亦越來越嚴(yán)重，因此迫切需要尋找一種作為替代品的清潔燃料。氫能作為一種高效、清潔、

低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的二次能源，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础６鴼淠茉谛履茉磩?dòng)力

汽車的必然方向，是替代石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理想解決方案之一。氫燃料電池用氫除在純度上

提出更高的要求外更重要的是氫氣中痕量雜質(zhì)的控制，否則將嚴(yán)重影響電池的運(yùn)行效率和壽

命。氫源主要來源于傳統(tǒng)的天然氣重整制氫、催化重整副產(chǎn)氫及煤制氫等工藝，化石燃料在

產(chǎn)氫的過程中不可避免帶有一氧化碳、二氧化碳、氨、烴類、硫化物、甲醛、甲酸、惰性氣

體等雜質(zhì)，這些微量雜質(zhì)是影響燃料電池耐久性的主要因素之一，不同氫源中中雜質(zhì)的賦存

狀態(tài)也不盡相同。

在國家政策支持下，加氫站的建設(shè)也如火如荼的開展，2022年北京冬奧會氫燃料電池

汽車將作為賽事期間人員出行服務(wù)保障用車投入使用，需要對氫燃料電池汽車的正常運(yùn)行提

供保障。這就對氫氣品質(zhì)分析及準(zhǔn)確可靠采樣提出了更高要求。加氫站的氫燃料除生產(chǎn)過程

中引入的雜質(zhì)，還可能在氫燃料運(yùn)輸、壓縮、存儲過程中引入新的雜質(zhì)，而加氫站的氫氣品

質(zhì)直接影響燃料電池汽車的使用壽命與安全，燃料品質(zhì)的檢測是建立在正確采集樣品的基礎(chǔ)

上，因此可為國內(nèi)氫源質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)一步完善提供支撐和服務(wù)，如何取得加氫站內(nèi)

高壓氫氣的代表性樣品同時(shí)保證采樣過程安全可控也是目前面臨的一大難題。因此，石科院

氫源分析團(tuán)隊(duì)利用自身分析技術(shù)特長，借鑒引用ASDMD7606方法，建立了燃料電池高壓氫

氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程。

1.2.標(biāo)準(zhǔn)的作用

本標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣采樣設(shè)備的設(shè)計(jì)與采樣步驟。主要針對

加氫站高壓氣源，建立集安全性可靠性于一體的采樣規(guī)程，為后續(xù)氫氣品質(zhì)檢測提供可靠樣

品。本標(biāo)準(zhǔn)也對采樣設(shè)備進(jìn)行了一系列規(guī)定以滿足燃料電池用氫氣中痕量雜質(zhì)的準(zhǔn)確檢測。

1.3.任務(wù)來源

為響應(yīng)八部委號召，推動(dòng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自我聲明公開和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“領(lǐng)跑者”制度落地，根據(jù)

中國節(jié)能協(xié)會氫能專業(yè)委員會的要求，由中國石化石油化工科學(xué)研究院負(fù)責(zé)牽頭制定《燃料

電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，以滿足燃料電池用氫氣質(zhì)量保證的需

要。

1.4.標(biāo)準(zhǔn)制定過程

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位為中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院、國家能源集

團(tuán)北京低碳清潔能源研究院、佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院、廣州能源檢測研究院、北京尤尼泰

科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司、愛德曼氫能源裝備有限公司。

主要工作包括考查詢國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)、組織專家論證、試驗(yàn)驗(yàn)證、編寫標(biāo)準(zhǔn)文本

及編制說明等。具體工作內(nèi)容、時(shí)間如下：

2020年底完成文獻(xiàn)調(diào)研工作，尤其對ASTM及ISO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究。

2021年5月，組織專家論證，確定標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)路線、制定原則。

2021年6月，申請立項(xiàng)，完成草案。向?qū)W術(shù)專家組征求意見，根據(jù)反饋意見進(jìn)行修改

完成標(biāo)準(zhǔn)文本和編制說明。

2021年11月，完成征求意見稿及編制說明編寫。

1.5.標(biāo)準(zhǔn)制定過程

本標(biāo)準(zhǔn)已形成征求意見稿，即將開展標(biāo)準(zhǔn)意見征集工作。

二、標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)與指導(dǎo)思想

為保障FCV用氫氣的質(zhì)量，國家在2018年制定了GB/T37244《質(zhì)子交換膜燃料電池

汽車用燃料氫氣》對FCV用氫氣中雜質(zhì)種類及限值提出了明確技術(shù)指標(biāo)要求，其中多項(xiàng)雜質(zhì)

的限值極低，采用常規(guī)采樣步驟及常規(guī)采樣設(shè)備及完全無法滿足質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用

燃料氫氣的采樣需求。另外，加氫站氫氣工作壓力處于超高壓力（70MPa或35MPa），與一

般工業(yè)氣體采樣所面臨的采樣風(fēng)險(xiǎn)大不相同，為取得加氫站內(nèi)高壓氫氣的代表性樣品同時(shí)保

證采樣過程安全可控，制定本標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第一部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的要

求和規(guī)定進(jìn)行編寫。

本標(biāo)準(zhǔn)編制的指導(dǎo)思想為科學(xué)性、完整性、準(zhǔn)確性和可操作性。既要滿足燃料電池用氫

氣中痕量雜質(zhì)的準(zhǔn)確檢測，又要保證在加氫站或其他高壓氣源采樣過程的安全性與可操作性。

三、主要技術(shù)內(nèi)容介紹及分析

3.1采樣方式

目前加氫站氫氣采樣主要有以下幾種方式，并行采樣（圖1所示）、串行采樣（圖2所

示）以及無放空直接采樣（圖3所示）。

并行采樣的優(yōu)點(diǎn)是氫氣量消耗量較少，基本無放空氫氣所以安全隱患相對較小，缺點(diǎn)是

這采樣需與加氫操作同時(shí)進(jìn)行缺乏靈活性，采樣鋼瓶需預(yù)先進(jìn)行抽空，且采樣過程中樣品氣

沖洗量少，采樣器難以徹底清掃導(dǎo)致雜質(zhì)殘留。

無放空直接采樣的優(yōu)點(diǎn)是氫氣量消耗量較少，基本無放空氫氣所以安全隱患相對較小，

缺點(diǎn)是采樣鋼瓶需預(yù)先進(jìn)行抽空，且采樣過程中樣品氣沖洗量少，采樣器難以徹底清掃導(dǎo)致

雜質(zhì)殘留。

串行采樣的優(yōu)點(diǎn)是采樣器易于清潔，采樣瓶可采用雙出口型，不需預(yù)先抽真空，大量氫

氣吹掃可以保證采樣的代表性及可靠性。缺點(diǎn)會產(chǎn)生一定量的放空氫氣，因放空氫氣一般在

距地面2.5米高度直接排放，需要加強(qiáng)安全管理。

三種采樣方式相比，串行采樣能得到更為有代表性及可靠性的樣品氣，因此選擇本標(biāo)準(zhǔn)

選取串行采樣方式。

圖1并行采樣示意圖

圖2串行采樣示意圖

圖3無放空直接采樣示意圖

3.2采樣容器處理工藝

燃料電池用氫氣指標(biāo)對部分雜質(zhì)含量要求極低，同時(shí)這些雜質(zhì)又具有較強(qiáng)的吸附性，容

易被采樣容器、采樣管線吸附，造成采樣失真、分析結(jié)果出現(xiàn)偏差，對氫氣品質(zhì)管控造成不

良影響。

試驗(yàn)選取不同材質(zhì)及處理工藝的采樣容器，通入相同濃度含硫化氫標(biāo)氣后進(jìn)行硫化氫含

量分析，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯蓸悠坎馁|(zhì)對硫化氫含量影響很大，除采用硫鈍化處

理外，其他材質(zhì)均對硫化氫有較強(qiáng)吸附，一些鋼瓶內(nèi)部處理工藝（陽極氧化）甚至?xí)訌?qiáng)對

硫化氫的吸附。因此采樣容器必須經(jīng)過硫鈍化處理，且氣體在采樣容器存儲5天時(shí)硫化物含

量至少為當(dāng)天含量的80%，以保證采樣的可靠性。

表1不同材質(zhì)采樣設(shè)備對硫化氫吸附考察

采樣容器峰面積回收率

96.7

硫鈍化瓶-163010.75

94.4

硫鈍化瓶-261515.29

71.8

內(nèi)壁研磨鋼瓶46747.83

67.0

普通鋼瓶43664.17

53.5

內(nèi)壁研磨鋼瓶+陽極氧化處理34870.33

45.6

普通鋼瓶+陽極氧化處理29686.29

3.3采樣步驟

圖4氫氣品質(zhì)采樣器示意圖

根據(jù)串行采樣的方式設(shè)計(jì)了氫氣品質(zhì)采樣器（如圖4所示），采樣步驟主要參照ASTM

D7606，包括安全確認(rèn)、清潔、采樣等步驟。

3.4預(yù)期達(dá)到的效果

本標(biāo)準(zhǔn)制定完成后，可填補(bǔ)國內(nèi)燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣采樣方面的空白，方法

的建立對于FCV用氫氣的生產(chǎn)和銷售企業(yè)及加氫站都會起到不可低估的保障作用，有著重大

的經(jīng)濟(jì)效益。

四、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平

的對比情況；

國內(nèi)氣體采樣規(guī)程主要有GB/T6681《氣體化工產(chǎn)品采樣通則》，GB/T3723《工業(yè)

用化學(xué)產(chǎn)品采樣通則》，以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為氣體采樣通則，對于采樣過程可能引入的痕量無特

別處理且兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有針對高壓氣源采樣的規(guī)程，因此應(yīng)用于加氫站氫氣的采集有諸多問

題。

ASTMD7606《StandardPracticeforSamplingofHighPressureHydrogenandRelated

FuelCellFeedGases》為針對加氫站采樣的標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)地描述了采樣設(shè)備及步驟，對我國

建立燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程有較大的指導(dǎo)作用。

五、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)、政策和現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)無矛盾或沖突。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

七、國家標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)或推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的建議

本標(biāo)準(zhǔn)建議作為推薦性團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施。

八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過渡辦

法等內(nèi)容）

建議在本標(biāo)準(zhǔn)通過審定、批準(zhǔn)發(fā)布之后，由相關(guān)部門組織進(jìn)行宣貫，在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。

九、廢止現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十、重要內(nèi)容的解釋和其它應(yīng)予說明的事項(xiàng)

無。

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣

標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程

（征求意見稿）

編制說明

標(biāo)準(zhǔn)起草組

二〇二一年9月

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣

標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程

編制說明

一、工作概況

1.1.前言

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，一次化石能源燃料消耗量日益增加，對環(huán)境造成的污染

亦越來越嚴(yán)重，因此迫切需要尋找一種作為替代品的清潔燃料。氫能作為一種高效、清潔、

低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的二次能源，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础６鴼淠茉谛履茉磩?dòng)力

汽車的必然方向，是替代石油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的理想解決方案之一。氫燃料電池用氫除在純度上

提出更高的要求外更重要的是氫氣中痕量雜質(zhì)的控制，否則將嚴(yán)重影響電池的運(yùn)行效率和壽

命。氫源主要來源于傳統(tǒng)的天然氣重整制氫、催化重整副產(chǎn)氫及煤制氫等工藝，化石燃料在

產(chǎn)氫的過程中不可避免帶有一氧化碳、二氧化碳、氨、烴類、硫化物、甲醛、甲酸、惰性氣

體等雜質(zhì)，這些微量雜質(zhì)是影響燃料電池耐久性的主要因素之一，不同氫源中中雜質(zhì)的賦存

狀態(tài)也不盡相同。

在國家政策支持下，加氫站的建設(shè)也如火如荼的開展，2022年北京冬奧會氫燃料電池

汽車將作為賽事期間人員出行服務(wù)保障用車投入使用，需要對氫燃料電池汽車的正常運(yùn)行提

供保障。這就對氫氣品質(zhì)分析及準(zhǔn)確可靠采樣提出了更高要求。加氫站的氫燃料除生產(chǎn)過程

中引入的雜質(zhì)，還可能在氫燃料運(yùn)輸、壓縮、存儲過程中引入新的雜質(zhì)，而加氫站的氫氣品

質(zhì)直接影響燃料電池汽車的使用壽命與安全，燃料品質(zhì)的檢測是建立在正確采集樣品的基礎(chǔ)

上，因此可為國內(nèi)氫源質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)一步完善提供支撐和服務(wù)，如何取得加氫站內(nèi)

高壓氫氣的代表性樣品同時(shí)保證采樣過程安全可控也是目前面臨的一大難題。因此，石科院

氫源分析團(tuán)隊(duì)利用自身分析技術(shù)特長，借鑒引用ASDMD7606方法，建立了燃料電池高壓氫

氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程。

1.2.標(biāo)準(zhǔn)的作用

本標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范燃料電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣采樣設(shè)備的設(shè)計(jì)與采樣步驟。主要針對

加氫站高壓氣源，建立集安全性可靠性于一體的采樣規(guī)程，為后續(xù)氫氣品質(zhì)檢測提供可靠樣

品。本標(biāo)準(zhǔn)也對采樣設(shè)備進(jìn)行了一系列規(guī)定以滿足燃料電池用氫氣中痕量雜質(zhì)的準(zhǔn)確檢測。

1.3.任務(wù)來源

為響應(yīng)八部委號召，推動(dòng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)自我聲明公開和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“領(lǐng)跑者”制度落地，根據(jù)

中國節(jié)能協(xié)會氫能專業(yè)委員會的要求，由中國石化石油化工科學(xué)研究院負(fù)責(zé)牽頭制定《燃料

電池高壓氫氣及相關(guān)原料氣標(biāo)準(zhǔn)采樣規(guī)程》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，以滿足燃料電池用氫氣質(zhì)量保證的需

要。

1.4.標(biāo)準(zhǔn)制定過程

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位為中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院、國家能源集

團(tuán)北京低碳清潔能源研究院、佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院、廣州能源檢測研究院、北京尤尼泰

科實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司、愛德曼氫能源裝備有限公司。

主要工作包括考查詢國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)、組織專家論證、試驗(yàn)驗(yàn)證、編寫標(biāo)準(zhǔn)文本

及編制說明等。具體工作內(nèi)容、時(shí)間如下：

2020年底完成文獻(xiàn)調(diào)研工作，尤其對ASTM及ISO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究。

2021年5月，組織專家論證，確定標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)路線、制定原則。

2021年6月，申請立項(xiàng)，完成草案。向?qū)W術(shù)專家組征求意見，根據(jù)反饋意見進(jìn)行修改

完成標(biāo)準(zhǔn)文本和編制說明。

2021年11月，完成征求意見稿及編制說明編寫。

1.5.標(biāo)準(zhǔn)制定過程

本標(biāo)準(zhǔn)已形成征求意見稿，即將開展標(biāo)準(zhǔn)意見征集工作。

二、標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)與指導(dǎo)思想

為保障FCV用氫氣的質(zhì)量，國家在2018年制定了GB/T37244《質(zhì)子交換膜燃料電池

汽車用燃料氫氣》對FCV用氫氣中雜質(zhì)種類及限值提出了明確技術(shù)指標(biāo)要求，其中多項(xiàng)雜質(zhì)

的限值極低，采用常規(guī)采樣步驟及常規(guī)采樣設(shè)備及完全無法滿足質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用

燃料氫氣的采樣需求。另外，加氫站氫氣工作壓力處于超高壓力（70MPa或35MPa），與一

般工業(yè)氣體采樣所面臨