氢听剧场 | 庄玮恩：《氢气能源领域阀件与接头类产业能量分享》

我代表沅亨流体科技有限公司今天来跟大家分享氢能源领域阀件跟接头产业在我们氢能领域的能量的分享。

我们今天会就这6个面向跟大家分享。首先是整个氢能架构，然后再材料跟高压工况对这些管阀件带来什么样的挑战？安全连接的形式到底我们要注重哪些关键的细节？产品好了之后，我们要用系统化的测试方式来验证这个产品功能是有效的。最后JPE产品的解决方案跟我们的成功案例跟大家分享。

首先我们可以看到整个氢能源领域，我想在座的各位大家都非常的清楚跟熟悉了，从制氢、到氢压缩、再到储运、再到氢加注，再到终端使用者，从氢压缩储运加注这个当中会面临高压跟泄露的问题，所以这些领域都会用到这些管阀件，所以我们特别要针对在这些地方跟大家着重的一个描述。

首先在材料方面的挑战，大家都知道氢气它的分子非常的小，所以极易泄漏，当然大量的泄漏是不在我们讨论范围了，我们讨论的就是在微量和超微量的泄露。整个阀件失效，大量的泄漏会有散燃跟爆炸的风险，我相信大家都知道，除了内部的压力非常的高以外，外部也有很多很严苛的环境的挑战，像风吹日晒雨淋，包含车子上的震动，这都是我们必须所要考虑进去的。最后材料氢脆问题是这几年来大家非常关注的一个问题，氢脆问题它不会立即发生，它是延迟性的破坏，所以现在没问题，不代表未来没有问题。抗氢脆的材料选择就变成在我们这个领域里头第一个要克服的事情。

我们首先看到比较不好的材料，不是不锈钢它就可以用在氢能源领域，看到这个是体心立方体，体心立方我们看到原子间有非常多的缝隙，所以我们氢分子就会进到原子间的缝隙里面进行扩散，一扩散再加上震动，它就非常容易从那个地方裂开。比较好的选择，目前看到的就是沃斯田铁型不锈钢SS316跟铝合金，它是属于面心立方，我们可以从这个图可以看得到，它里头晶体结构的缝隙相对于体心立方来的小得多，所以在氢气进入到金属原子里头，它扩散的现象面心立方会比体心立方来得少很多，所以这个比较好的选择是沃斯田铁型不锈钢跟铝合金。

连接形式的方面，我们不管连接是什么，接头也是连接，阀件也是连接。我们可以跟大家说一个好的连接，我们注重的三个很重要的性能跟特性，第一个它必须得耐高压，至少35兆帕，比较高压70兆帕，甚至到90、100的都有。第二个是没有泄漏的气体密封，大家都追求没有泄露，因为氢分子它很小，所以我们只能追求到很微量的泄漏，这是我们的目标。最后就优秀的抗震能力，因为它需要储运，它需要装在终端使用者上，路上颠簸不可少的，所以这几个面向是在连接结构里头非常重要的。

在密封的里头经常看到的就是O型圈密封，O型圈密封可靠吗？O型圈在应用上有非常多的局限性，耐温是一个问题，刚才也提到如果温度非常低，对这种高分子材料来说都是非常不利的。第二个老化是问题，老化的问题比较严重，因为他们比较难用科学化的数据去衡量老化的问题。第三个压力骤降，扛不住，什么叫压力骤降扛不住，我们可以看到旁边这个图。蓝色大圈就是我们O型圈的剖面图，红色小圈是我们的氢分子，当外头压力很高的时候，它的分子又很小，它会钻到O型圈的里头，钻进去慢慢的溶进去，你的气瓶系统压力再逐渐使用后，一定会慢慢的降低，外头的压力降低之后，氢气就会想要从里头跑出来，氢气怎么跑出来，它跑不出来？或者是大量短时间之内跑出来，就会在你的O型圈上出现图上的这种气泡，龟裂，所以在我们的建议里面，如果你要达到良好的密封，我们第一个推荐你的绝对是金属密封。第二个如果你真的没办法，我们所选的O型圈就要特别选在氢能源领域可以应用的O型圈。

讲到密封，大家都会想我直接把它焊接起来，就没有什么问题，当然焊接是它有无懈可击的密封性能，但是它会有几个需要关注的点，刚才我们讲了氢脆问题，焊接就是要填料，填料就会面临氢脆问题，焊接就会有一些热影响区。沃斯田铁不锈钢对热的温度影响是非常的敏感的，在超过500度它就已经达到它会变象的温度了，在这样子条件底下焊接可能不是我们一个很好的材料应用或者是一些连接的加工方式，我们可以看到这张图，左右两边发黑的所谓的热影响区，这边的金属晶粒，如果我们在很细微的显微镜底下去观察的话，它有可能已经远离了沃斯田不锈钢应该有的样子，既然它变象了，它从面心立方跑到体心立方去了，我们的氢在那个地方就会很容易扩散，时间一长加上震动，它就会从那个地方裂开来。现在目前有很多的研究在投入，什么样的材料或者是填料，我们才能抗氢脆的反应。所以在我们的建议里首先我们就拒绝热加工，在不锈钢的阀件里面热加工的对氢脆反应是非常大的伤害。所以我们就说了我们不建议焊接。

几个重要的点跟大家分享完之后，我们就会开始想我们的产品研发设计出来之后我们要经过什么样的测试，我们刚才讲第一个它需要耐高压，所以在耐压的部分我们就要进行一系列系统化测试，甚至到爆破，脉冲循环、高低压的循环试验。密封的测试我们就要进行高压的氦检漏，一般业界常用的泄露率标准（10的-8次方mbar.L/sec），当然搭配了高压脉冲循环，再搭配了热循环，我们知道我们蛮多的接头是纯金属密封，全部都金属零件，所以金属零件对外界的温度的影响是非常大的，因为金属会热胀冷缩，所以对整个接头的结构来说，它必须设计得非常恰到好处，非常的完美，它才可以通过这个试验。

再来就是车载上有一些震动，震动我们分几个方向，首先第一个我们看到旋转绕曲区，这是比较严重的震动，我相信已经没有比这个再严苛的工况了。疲劳测试一样，单方向的不断的一直的重复，包含我们叠加重复安装在疲劳测试中，我们拆开再装，再进行疲劳试验。第三个是共振，我们知道共振对机械结构来说是有一个很大的伤害，所以我们会用探索频率的方式找到这个共振点，再针对这个振动的三个维度，x轴、y轴、跟z轴三个维度进行共振。当然你看到这些图片都是我们实际上去做验证的，经过第三方认证的。

我们产品的解决方案，如果你是在35兆帕以下的，我们就推荐你使用JPE的双卡套接头，如果你超过35兆帕，我们就会使用金属的密封，所谓的Coen&Thread的接头。好，左边我们就说35兆帕，右手边最高可以来到138兆帕。

卡套接头大街小巷可能你都看得到，里头有一些很细节的不一样的地方是你看不到的。我们知道卡套接头它就长这个样子，一个后卡套、前卡套、螺母、本体,我们会看到螺母去推后卡，后卡推前卡，前卡推本体，在推进的过程当中你要起到良好的密封，你必须有几个条件，第一个你所有的零件几何结构形状对机械结构的变形你必须要很到位的掌握，你必须要有系统化的掌握。此外，你可以看到我们红色那个地方，在它推进的过程当中，除了往前推进、往下扎管以外，它还要在本体上磨出一个类似机械抛光效果的一个区段，这个区段只要足够长，而且可以贴合紧密，它就可以完全的阻隔介质的进入，也就是说起到完全密封的功能了。

后卡套是这一个零组件里面很关键的零件，它起到一个什么作用呢？首先它必须要跟其他材质不同，它必须比较硬，它才可以磨下面的钢管，然后做很好的几何变形，可以看到它整个原本的形状不是长那样子的，后来经过一个几何形状，挤压之后，它是经过一个适当的变形，适当的变形卡在那边的震动上它就会起到一个类似像缓冲垫的功能，第一个防止螺母松脱，第二个抓紧管子，第三个把前头密封区固定，稳住不动，它是靠这样子的原理去做的。一般来说我们整个接头里面管子的耐压都会是4倍的额定压力值，它不会泄露，这个是卡套接头最基本的标准。

我们中压接头，完全是金属密封，这里不用任何的O型圈，在发红的地方它在做密封，用后面的轴环去推前面的紧固环了，然后把管子牢牢的固定在这个接头上，我们在设计的时候轴环是呈现一个反牙，即便你震动螺母它会松退的状况底下，因为它转向不同，它会互相拉紧，所以可以形成很好的一个密封跟抗震动的装置，当然也会防止误安装。我们产品上还有一个很大特点，上头有检测口，支持在线检测。这一系列的产品压力可达到20000 PSI。

安装非常的简便，卡套接头大家都知道中间段的尺寸1又1/4圈几何安装，CT结构接头就是扭力矩安装，所以只要扳手就可以了，不需要焊机，不用加热，不用O型圈，你就是两只扳手一锁，就达到完整的密封跟抗震动、跟抗高压。

产品认证方面，我们可以看到F1387是针对机械连接结构接头所对应的一个指令，所以里头洋洋洒洒有15项的实验，我们公司的卡套接头从最小的尺寸一直到最大的尺寸全部都经过F1387的认证。在氢源领域最基本的EC79我们也通过了认证。

成功的案例，我们在国内有蛮多的客户是蛮信任我们JPE的产品，所以都已经成熟的应用在氢储运或者是氢压缩，在这几个领域当中我们可以看到这都是我们公司的产品。

我今天的分享就到这边，针对这个内容有感兴趣的，或者是听得意犹未尽或想要跟我有更多讨论的，欢迎来到我们的展位，我们在C馆 C01-21的位置，我们在那边等大家。

▲氢听剧场现场▲