使用氢作为燃料来源并不是一个新概念。例如，在工业和加工厂的一些应用中，氢已经使用了很多年。最近，由于氢燃料的诸多优点，它作为一种可行的燃料解决方案在交通运输行业获得了越来越多的关注。然而，由于许多标准开发工作仍在进行中，在氢组件需要哪些认证以及原始设备制造商(oem)应如何设计其系统以确保安全、无泄漏和高效方面仍存在一些不确定性。
随着越来越多的运输原始设备制造商评估转向氢燃料，了解成功的关键以及需要避免的问题至关重要。本文主要关注帮助确保系统设计正确并保持无泄漏的关键注意事项。
氢燃料系统简介
不久之前，氢一度被视为未来的发展方向，预计将主导交通运输行业的许多领域。这是因为与其他替代品相比，氢有几个优点。首先，它是一种清洁、无碳的燃料，在燃料电池中使用时，唯一的副产物是水。此外，由于其在高压下的压缩能力，它是高效的，可以延长车辆的行驶里程。但使用氢气的挑战——包括无泄漏的储存、高昂的成本和基础设施的缺乏——之前限制了它的发展。
快进到今天，我们看到一些积极的趋势正在改变格局，并为氢燃料电池汽车提供了一条现实的前进道路。供应商已经逐步消除了许多技术限制，并正在努力降低与氢系统相关的成本。此外，政策制定者和监管机构正在努力鼓励可持续加油基础设施的建设，以支持氢燃料汽车的发展。随着这些趋势的发展，现在正是整车厂考虑如何将氢能融入现有产品和运营的好时机。
气态与液态氢
需要注意的是，氢可以以气体或液体的形式储存在汽车上。就本文而言，我们主要关注气态氢，因为市场上已经有更大的份额在使用气态氢，而且采用的障碍要小得多。虽然液氢可以为汽车提供更远的行驶里程，并可能被证明是未来首选的氢状态，但目前液氢更昂贵，更难处理。
存储也是一个重要的考虑因素。气态和液态氢都需要储存在专门的储罐中。气态氢需要高压储罐(车载储罐为350 bar至700 bar，加气站储罐甚至更高)。相比之下，以液体形式储存氢气需要控制低温。
虽然本文的其余部分将重点讨论气态氢，但以下大多数设计考虑因素都与这两种介质类型一致，而且重要的是，oem和最终用户必须与了解应用差异和要求的组件和供应商合作。
氢系统中无泄漏连接的重要性
氢分子本身的性质在指定成分时提出了重大挑战。氢气是小分子气体，可以通过最狭窄的缝隙和裂缝逃逸。再加上高存储压力，很容易理解为什么在连接组件时确保无泄漏密封对安全性、效率和总体拥有成本至关重要。
燃料泄漏从来都不是好事，但当氢是燃料来源时，尤其是在泄漏的可燃气体无法消散的封闭区域，燃料泄漏可能会造成特别大的代价和危险。虽然许多技术进步已经使氢的使用更安全，但在选择系统组件时仍有许多安全标准需要考虑。
因此，与了解氢的性质以及如何设计安全高效系统的供应商合作是很重要的。并不是所有的制造商都有使用氢的经验，所以在选择供应商之前一定要询问公司使用这种挥发性燃料的记录。
ORFS配件最初是为苛刻的农业和建筑市场开发的，现已成功应用于包括氢在内的替代燃料市场。
派克汉尼汾公司
材料兼容性问题限制了产品选择
在今天的市场上，氢系统组件的产品选择可能相当有限。许多用于更传统的液压和气动应用的材料(包括金属和弹性体)要么与氢气不兼容，要么缺乏承受所需存储压力的坚固性。
氢应用的第一个主要问题是氢脆，也被称为氢辅助开裂或氢诱导开裂。其特征是由于吸收氢而降低金属的延展性。由于氢原子很小，它们更有可能穿透固体金属。一旦被吸收，氢就会降低金属裂纹产生和扩展所需的应力，从而导致脆化。氢脆主要发生在钢中，也发生在铁、镍、钛、钴及其合金中。甚至某些等级的不锈钢也可能不适合与氢气一起使用。
在为氢气系统选择金属组件时，重要的是不仅要检查金属的等级，还要知道它是如何加工和处理的(包括表面光洁度等)，以及它将如何在整个系统中使用。例如，特定等级的不锈钢可以安全地用于系统低压区域，但在高压区域完全不兼容。
对于弹性体，渗透性、温度和兼容性问题也会限制其在氢环境下的使用，特别是在高压应用中。同样，与了解材料兼容性并能够推荐适合氢气系统的解决方案的供应商合作是很重要的。
使用氢气时组件设计中的特殊注意事项
虽然合适的选择似乎是一个简单的过程，但当使用更具有挑战性的介质时，比如氢气，还存在更多的影响，必须考虑更多的因素．如前所述，材料兼容性是首要也是最关键的考虑因素。然而，还有其他一些重要的因素需要检查，从组装、维护和特定的应用变量(如振动和包络空间)。例如，在大多数交通方式中普遍存在的振动，包括公路上和非公路上的车辆、火车和公共汽车，可能导致系统内部的结构问题并导致泄漏。
在满足了材料兼容性需求之后，考虑各种装配限制也是很重要的。许多运输车辆都有狭窄的空间和狭窄的弯曲，这使得它很难运行管道或使用需要更大间隙的装配过程。在评估选择时，可以先问以下问题:
- 管制造过程中的重复性有多重要?
- 扭矩是装配的首选方法吗?
- 能够在系统使用寿命后期进行维护和更换系统部件(如阀门、过滤器和歧管)有多重要?
当涉及到配件时，决定通常归结为使用压缩配件或o形环面密封(ORFS)配件。压缩接头是一种较老的技术，已经成功地应用于许多使用氢气的应用，特别是在大型工业环境中，如加工厂。ORFS配件最初是为苛刻的农业和建筑市场开发的，在过去的几十年里，由于几个独特的设计特点，使它们在运输行业特别具有吸引力，已成功地应用于替代燃料市场(如压缩天然气、液化天然气或氢气)。
通过在接头设计中引入弹性密封，ORFS接头在较高压力下更加坚固、无泄漏，在高振动应用中具有更好的性能，并且由于可更换的o形环，可以轻松维护。从组装的角度来看，ORFS有很多优点。
首先，ORFS接头的几何形状允许零间隙配合，这使得管道和安装在狭窄空间的过程更加简单。其次，这些配件可以通过扭矩进行组装，从而实现不同技术人员之间的可重复性，以及无论是原始组件还是更换部件的工艺一致性。最后，由于接头的表面平整，因此几乎不可能出现扭矩过大(并可能损坏管线)的情况，因为接头可以承受高达200%的额定扭矩值。所有这些都降低了安装成本，简化了维护，最重要的是，减少了管道连接中潜在的泄漏路径。
今天，有各种各样的ORFS配件，每个都有自己的属性。然而，并不是所有的氢都是一样的，也不是所有的氢都适合使用。例如，Parker的Seal- lok o形密封圈端面密封配件具有独特的设计，可在高压、高振动和脉冲环境中提供无泄漏连接，也适用于氢气环境。它的氢额定弹性密封消除了金属对金属密封的需要，并且它的零间隙配合有利于管道。它还可以抵抗过度扭矩和过度拧紧造成的损坏，其平坦的表面允许无限的能力重新制作管组件。此外，其创新的圈闭o形环槽形成了鸽子尾唇，有助于在运输和组装期间保持密封的位置。
与配件一样重要的是，在使用氢气时，它们并不是唯一值得特别考虑的部件。在选择阀门、调节器和过滤器时，必须考虑材料兼容性和产品特性。考虑整个系统以及组件如何组合在一起是很重要的。同样重要的是，选择一家提供全套氢认证产品(监管前和监管后)的供应商，可以简化设计过程，为最终用户提供额外价值，并确保氢燃料的安全运输。
结论
任何部件都可能成为燃料系统中的薄弱环节并造成泄漏，特别是在使用氢等小分子介质时。所以，一定要仔细评估氢系统中的每个组件的兼容性，并确认它可以处理整个系统中组件将经历的压力。
使用系统方法，与了解氢系统挑战和需求的值得信赖的供应商合作，可以确保原始设备制造商指定氢批准的组件，并且这些组件的尺寸适合其燃料系统的区域。这样就为应用程序选择和放置了正确的组件在哪里他们需要设计一个无泄漏的氢气系统。
Cody Yarletts是Parker公司的业务发展经理，Nathan Green是Parker公司的应用工程师。
