質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定-稱重法-編制說明

《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱重法》

編制說明

一、任務(wù)來源

為了加快構(gòu)建燃料電池用燃料氫質(zhì)量保證體系，支撐國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T37244的貫徹實(shí)施，為氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定良

好保障基礎(chǔ)，針對氫氣中顆粒物的測定目前暫無合適的國家或行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)，經(jīng)中國節(jié)能協(xié)會批復(fù)立項(xiàng)，編寫《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》。

二、標(biāo)準(zhǔn)制定背景、目的和意義

氫燃料氫中的顆粒物進(jìn)入到車內(nèi)燃料供給系統(tǒng)后，會造成濾器堵

塞、影響閥門密封性和燃料電池堆的運(yùn)行效率和壽命下降，對電堆系

統(tǒng)形成不可逆的損害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等標(biāo)準(zhǔn)中均對燃料電池車用氫氣中顆粒物濃度進(jìn)行了

限值規(guī)定，要求顆粒物濃度小于1mg/kg。通過對氫氣中雜質(zhì)在制備、

運(yùn)輸、加注過程遷移規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)顆粒物除了氣源引入外，也有可

能在運(yùn)輸、加注過程中二次引入。同時(shí)研究表明，顆粒物濃度測試結(jié)

果與取樣過程的壓力、流速等條件密切相關(guān)，需要對取樣過程進(jìn)行詳

細(xì)規(guī)定，才能獲取可靠的、可比較、有參考價(jià)值的測試結(jié)果，因此，

顆粒物檢測對加注氫氣的品質(zhì)保障至關(guān)重要。

ASTMD7650、ASTMD7651兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中分別規(guī)定了顆粒物的取

樣方法和測量方法。由于國內(nèi)加氫機(jī)、加氫站相關(guān)技術(shù)規(guī)范與國外不

同，以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不適用于國內(nèi)實(shí)際情況。因此，建立一套符合國

內(nèi)實(shí)際情況，適用性強(qiáng)的燃料電池汽車用氫氣中顆粒物取樣和測定標(biāo)

準(zhǔn)是十分必要的。

三、標(biāo)準(zhǔn)的編寫原則與思路

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中，主要遵循了科學(xué)性、實(shí)用性、規(guī)范性的原

則。

1、科學(xué)性。根據(jù)《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》相關(guān)法律法規(guī)，

主要參照了GB/T《24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術(shù)語》、GB/T37244

《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》、SAEJ2719《燃料電池

車用氫氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、ISO19880-8《氫氣加氫站燃料品質(zhì)控制》、

GB31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)標(biāo)準(zhǔn)》、GB50516-2010《加

氫站技術(shù)規(guī)范》、SAEJ2600-2015《壓縮氫氣車輛連接裝置標(biāo)準(zhǔn)》、

SAEJ2601《加注協(xié)議》、ASTMD7650-13《用于氣體燃料高壓氫

中懸浮微粒試樣的內(nèi)流過濾器的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》、ASTMD7651-17

《稱重法測定氫燃料中顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定標(biāo)

準(zhǔn)條款。

2、實(shí)用性。結(jié)合國內(nèi)氫能發(fā)展需求、氫能技術(shù)進(jìn)步、氫氣質(zhì)量

檢測各環(huán)節(jié)單位需求等，對本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求作出全面規(guī)定，實(shí)用性

強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容經(jīng)過起草組反復(fù)討論，語言表達(dá)力求準(zhǔn)確、精煉，條理

清晰，具備可操作性。

3、規(guī)范性。標(biāo)準(zhǔn)格式按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1

部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定編寫。

四、主要編制過程

1、準(zhǔn)備和啟動階段

本標(biāo)準(zhǔn)《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱

重法》由國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新基地（氫能）、全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會、

中國節(jié)能協(xié)會氫能專委會提出，于2021年7月獲中國節(jié)能協(xié)會批復(fù)

立項(xiàng)。

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng)后，北京低碳清潔能源研究院、中國節(jié)能協(xié)會

氫能專委會委托佛山綠色發(fā)展創(chuàng)新研究院、中國石油化工股份有限公

司石油化工科學(xué)研究院、全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會為該標(biāo)準(zhǔn)主要起草單

位，并建立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，收集大量材料，制定工作計(jì)劃。

2021年7月，國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新基地（氫能）、全國氫能標(biāo)準(zhǔn)

化委員會、中國節(jié)能協(xié)會氫能專委會召開本標(biāo)準(zhǔn)啟動會，起草組及相

關(guān)單位參與，重點(diǎn)討論了本標(biāo)準(zhǔn)的基本框架、擬修訂內(nèi)容和修訂工作

進(jìn)程。

2、起草階段

2021年8月-10月，標(biāo)準(zhǔn)起草工作開展后，起草工作組詳細(xì)研讀

了氣體中顆粒物檢測的相關(guān)的國內(nèi)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)及其引用標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)

規(guī)范，同時(shí)收集、查閱了大量有關(guān)燃料電池車用氫氣中顆粒物表征的

技術(shù)文獻(xiàn)，最后經(jīng)多次探討、協(xié)商、修改，形成了本標(biāo)準(zhǔn)的草案。

2021年11月，標(biāo)準(zhǔn)起草組針對《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》召開內(nèi)部研討會，會上對標(biāo)準(zhǔn)討論稿

作了逐字逐句的討論、修改和完善，最終形成了本標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

五、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容說明

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中，嚴(yán)格遵照國家及團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序進(jìn)行，

本標(biāo)準(zhǔn)中主要條款編制說明如下：

1、范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了燃料電池車用氫氣中顆粒物測方法，包括過濾取樣

方法和稱重測量法。

本標(biāo)準(zhǔn)描述了取樣裝置、取樣操作流程、測量步驟、計(jì)算的要求。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于最高壓力低于35MPa的加氫站（符合GB31138-2014

汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)標(biāo)準(zhǔn)）正常加注模式下或者手動測試模式下進(jìn)

行顆粒物取樣；顆粒物測試方法適用于不用類型取樣后，顆粒物稱重

測量。

2、規(guī)范性引用文件

列出了該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性引用文件，主要引用標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)10項(xiàng)，其

中引用國內(nèi)文件4項(xiàng)，國際文件6項(xiàng)。

3、術(shù)語和定義

除GB/T37244、GB/T24499界定以及下列術(shù)語和定義適用于本

文件，本標(biāo)準(zhǔn)共涉及15條術(shù)語和定義。

4、方法原理

燃料電池汽車用氫氣中所含顆粒物的測量方法，包括顆粒物取樣

和稱重兩部分。通過在線過濾取樣裝置，在一定壓差條件下，燃料氫

氣中的懸浮顆粒物被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的

重量差和采樣體積，計(jì)算總懸浮顆粒物濃度。

根據(jù)顆粒物取樣裝置的具體場景要求不同，本標(biāo)準(zhǔn)中提供了三種

顆粒物收集工裝、氫氣收集系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)的組合方式，如圖

1-1、1-2和1-3所示。根據(jù)加氫站現(xiàn)場具體的安全要求及加氫機(jī)控制

程序，可以采用不同類型的氫氣收集方式。第一種為外接集氣系統(tǒng)，

如圖1-1所示，氫氣收集系統(tǒng)是用于通過顆粒物過濾收集裝置的氫氣

進(jìn)行收集的部分，由符合SAEJ2600標(biāo)準(zhǔn)的受氣口和儲氫瓶兩部分

組成。此處的受氣口與顆粒物收集裝置的受氣口相同，目的顆粒物收

集裝裝置末端的出氣口噴嘴相連接。系統(tǒng)設(shè)計(jì)承壓為42MPa或者

87.5MPa，并內(nèi)置適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。第二種為直接與燃料電池汽車連

接，如圖1-2所示，經(jīng)過過濾的氫氣直接作為氣源加入到燃料電池汽

車中。第三種為直接與尾氣排放系統(tǒng)連接，如圖1-3所示，經(jīng)過過濾

的氫氣直接與尾氣排放其中連接，將尾氣進(jìn)行安全處理。

氫氣樣品收集阻火器

加氫槍出顆粒物取樣裝顆粒物取樣裝

容器受氣口

氣口噴嘴置受氣口置出氣口噴嘴

1234

35MPa加

氫機(jī)顆粒物收集工裝儲氫瓶氫氣排放

顆粒物取樣系統(tǒng)氫氣收集系統(tǒng)尾氣處理系統(tǒng)

圖1-1氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-外接集氣系統(tǒng)

加氫槍出顆粒物取樣裝

氣口噴嘴置受氣口

12

3

35MPa加

氫機(jī)顆粒物收集工裝

顆粒物取樣系統(tǒng)

圖1-2氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-直接加注到汽車

阻火器

加氫槍出顆粒物取樣裝

氣口噴嘴置受氣口

12

35MPa加

氫機(jī)顆粒物收集工裝氫氣排放

顆粒物取樣系統(tǒng)尾氣處理系統(tǒng)

圖1-3氫氣中顆粒物取樣方法示意圖-直接排空

5、試劑和材料

在本章中規(guī)定了顆粒物測量過程中所需的試劑和材料。其中

濾膜用于顆粒物收集，要求對于直徑為0.2μm的標(biāo)準(zhǔn)粒子，捕集

效率不低于99%。氮?dú)庥糜谌酉到y(tǒng)和手套箱的吹掃、保壓。去離子

水用于工裝設(shè)備清洗。

6、儀器和設(shè)備

本項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中對顆粒物收集和顆粒物稱量的相關(guān)設(shè)備提出了相

應(yīng)的要求。顆粒物的工裝是關(guān)鍵設(shè)備之一，如圖2所示，頂部通

過快插或者卡套連接的形式直接受氣口連接，然后連接一個(gè)針閥，

針閥用于開始試壓脈沖階段，保護(hù)過濾膜不被大氣流損壞。針閥

后連接過濾器殼裝，過濾器殼裝內(nèi)部包含一個(gè)直徑為47mm的過濾

膜(≥0.2μm孔徑），由150微米孔徑的多孔金屬熔塊支撐，接

下來連接一個(gè)單向閥，用于保護(hù)過濾膜不會被反混氣體污染或者

損壞，單向閥之后，為一個(gè)高壓排氣閥，隨后是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加氫

軟管和噴嘴，加氫軟管和噴嘴符合SAEJ2600標(biāo)準(zhǔn)要求。顆粒物

稱量設(shè)備根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇，在加氫站現(xiàn)場稱量測試，需要

選擇防爆天平，在實(shí)驗(yàn)室檢測的條件下，使用電子天平。

7、顆粒物取樣步驟

在本章中規(guī)定了適用于三種不同場景的采樣的方法、采樣前、

采樣中、采用后及尾氣處理方法的相關(guān)要求。由于顆粒物含量低、

且介質(zhì)為高壓氫氣，因此顆粒取樣操作精度和安全要求非常高。

采樣完成后為了避免樣品污染，顆粒連同顆粒收集裝置、氫氣收

集裝置以及其他配件分別采用專用的包裝箱進(jìn)行包裝，要求通過

專業(yè)化學(xué)品運(yùn)輸公司進(jìn)行運(yùn)輸。此外，高壓顆粒物現(xiàn)場取樣屬于

非常規(guī)操作，必須有專業(yè)受訓(xùn)人員完成，要求有充裝資格證等資

質(zhì)。

8、顆粒物樣品分析

在本章中規(guī)定了顆粒物樣品稱重全過程的操作步驟及要求。

為了避免環(huán)境對測量精度的影響，稱重前需要將帶有顆粒物樣品

的濾膜在溫濕度環(huán)境下進(jìn)行靜置，達(dá)到平衡后才能進(jìn)行稱量。

9、結(jié)果計(jì)算

在本章中規(guī)定了顆粒物質(zhì)量濃度計(jì)算方法和體積濃度計(jì)算方

法。

10、質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

在本章中規(guī)定了測試過程的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的一般要求。

儀器設(shè)備的檢定、維護(hù)、校準(zhǔn)、運(yùn)行和維護(hù)應(yīng)符合SAE2600中相

關(guān)的檢定、校準(zhǔn)、運(yùn)行、維護(hù)要求。在采樣前、采樣后稱重時(shí)，

必須進(jìn)行天平校準(zhǔn)。采樣前、采樣后平衡及稱重時(shí)，應(yīng)保證環(huán)境

溫度和環(huán)境濕度條件一直，應(yīng)避免靜電對稱量的影響。保證同一

稱量部件在采樣前后稱量為同一天平，避免造成系統(tǒng)誤差。采樣

前后、放置、安裝、取出、標(biāo)記、轉(zhuǎn)移采樣部件時(shí)，必須穿戴合

適的防護(hù)裝備，如無粉末、抗靜電的一次性手套。

六、與現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行法律、法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫氣中顆粒物的測定——稱重法》

編制說明

一、任務(wù)來源

為了加快構(gòu)建燃料電池用燃料氫質(zhì)量保證體系，支撐國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T37244的貫徹實(shí)施，為氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定良

好保障基礎(chǔ)，針對氫氣中顆粒物的測定目前暫無合適的國家或行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)，經(jīng)中國節(jié)能協(xié)會批復(fù)立項(xiàng)，編寫《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用氫

氣中顆粒物的測定——稱重法》。

二、標(biāo)準(zhǔn)制定背景、目的和意義

氫燃料氫中的顆粒物進(jìn)入到車內(nèi)燃料供給系統(tǒng)后，會造成濾器堵

塞、影響閥門密封性和燃料電池堆的運(yùn)行效率和壽命下降，對電堆系

統(tǒng)形成不可逆的損害。GB/T37244-2018、ISO14687:2019、SAE

J2719-202003等標(biāo)準(zhǔn)中均對燃料電池車用氫氣中顆粒物濃度進(jìn)行了

限值規(guī)定，要求顆粒物濃度小于1mg/kg。通過對氫氣中雜質(zhì)在制備、

運(yùn)輸、加注過程遷移規(guī)律研究，發(fā)現(xiàn)顆粒物除了氣源引入外，也有可

能在運(yùn)輸、加注過程中二次引入。同時(shí)研究表明，顆粒物濃度測試結(jié)

果與取樣過程的壓力、流速等條件密切相關(guān)，需要對取樣過程進(jìn)行詳

細(xì)規(guī)定，才能獲取可靠的、可比較、有參考價(jià)值的測試結(jié)果，因此，

顆粒物檢測對加注氫氣的品質(zhì)保障至關(guān)重要。

ASTMD7650、ASTMD7651兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中分別規(guī)定了顆粒物的取

樣方法和測量方法。由于國內(nèi)加氫機(jī)、加氫站相關(guān)技術(shù)規(guī)范與國外不

同，以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不適用于國內(nèi)實(shí)際情況。因此，建立一套符合國

內(nèi)實(shí)際情況，適用性強(qiáng)的燃料電池汽車用氫氣中顆粒物取樣和測定標(biāo)

準(zhǔn)是十分必要的。

三、標(biāo)準(zhǔn)的編寫原則與思路

本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中，主要遵循了科學(xué)性、實(shí)用性、規(guī)范性的原

則。

1、科學(xué)性。根據(jù)《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》相關(guān)法律法規(guī)，

主要參照了GB/T《24499氫氣、氫能與氫能系統(tǒng)術(shù)語》、GB/T37244

《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》、SAEJ2719《燃料電池

車用氫氣品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、ISO19880-8《氫氣加氫站燃料品質(zhì)控制》、

GB31138-2014《汽車用壓縮氫氣加氣機(jī)標(biāo)準(zhǔn)》、GB50516-2010《加

氫站技術(shù)規(guī)范》、SAEJ2600-2015《壓縮氫氣車輛連接裝置標(biāo)準(zhǔn)》、

SAEJ2601《加注協(xié)議》、ASTMD7650-13《用于氣體燃料高壓氫

中懸浮微粒試樣的內(nèi)流過濾器的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》、ASTMD7651-17

《稱重法測定氫燃料中顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定標(biāo)

準(zhǔn)條款。

2、實(shí)用性。結(jié)合國內(nèi)氫能發(fā)展需求、氫能技術(shù)進(jìn)步、氫氣質(zhì)量

檢測各環(huán)節(jié)單位需求等，對本標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求作出全面規(guī)定，實(shí)用性

強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容經(jīng)過起