氢气基础知识——安全篇

氢气基础知识——安全篇

随着氢能产业的快速发展，氢气的安全使用和管理变得尤为重要。本文从氢气的危险特性出发，详细介绍了风险识别与分析、安全设计要点、运行管理要求以及应急处理措施等关键内容，为从事或关注氢能产业的读者提供全面的安全知识指南。

氢气的危险特性

• 易泄漏：氢气的分子量仅有2，是自然界最轻的气体，标准密度（0℃，101.325KPa）是0.0899Kg/m3，相对密度（空气，0℃，101.325KP）0.07。因此极易泄漏，泄漏后的氢气会聚集在空间顶部。

• 易燃易爆：氢气会与氧气、氯气等氧化性气体发生化学反应。在空气中，氢气的爆炸范围（v/v）475%, 在氧气中的爆炸范围（v/v）494%。氢气容易点燃，最小点火能量大约为0.017mJ。这意味着，当氢气的浓度达到爆炸范围时，即使一根绣花针掉落在地上，也能引起爆炸。

• 燃烧时，火焰不易观察：氢气燃烧时产生的火焰为淡蓝色，在日光下几乎看不到。

• 高压燃烧：目前，氢气钢瓶的压力等级主要有150bar和200bar。在这两个压力下，一旦瓶体出现直径1毫米的孔隙，便会产生约2米长的火焰。

• 氢脆现象：氢气分子在压力作用下渗入金属材料的缺陷微观晶体结构，引起材料发生脆化，出现裂纹，导致氢气泄漏。

风险的识别与分析

危险与风险是不同的两个概念。

• 危险与风险的联系和区别

• 危险=事物的特性和本质

• 风险=危险带来的后果×可能性

• 风险识别与分析五步骤

• 危险源是什么？

• 担心的事件

• 事件发生的原因

• 事件的后果

• 针对原因、后果采取缓解措施

从设计角度看氢气安全

• 氢气安全设计原则

• 尽可能减少氢气泄漏

• 防止氢气在密闭空间中积聚

• 防止氢气与空气混合形成可燃性混合气体

• 避免或减少点火源（手机信号、静电摩擦均可引燃氢气）

• 氢气安全设计要点

• 选材

• 连接方式：优选焊接方式；法兰连接：垫片耐温＞538℃，凹凸密封面形式；禁止使用胶粘剂连接方式，因为其不耐高温、不耐压；其它连接方式：锥形螺纹、卡套（tubing Φ≤½”）。需要注意的是，螺纹连接时，也应采用耐高温材料。卡套连接的扭矩应遵守相应规定。

• 紧急切断阀，需具备远程或自动控制功能。

• 氢气潜在泄漏的区域安装氢气探头，且安装于高处，因为氢气容易聚集在空间顶部。

• 良好的通风，否则一旦发生氢气泄漏，会形成爆炸性混合气体。

• 充足的泄爆面积

• 管道、设备维持正压，管道、设备设置低压报警。

• 专门的氮气吹扫置换管道（DBB+单向阀，防止氢气逆流污染氮气）

• 防雷防静电、法兰跨接和接地

• 安保和现场监控

金属软管的使用注意事项

氢气事故统计和弱点分析都表明，无论在氢气充装过程还是用户现场使用氢气时，金属软管都是一个薄弱环节。设计、制造过程中的缺陷，使用过程中的不当行为，都有可能导致金属软管破裂，氢气泄漏发生火灾。

那么，金属软管的选择和使用需要注意哪些呢？

• 材质：316L波纹管+金属编织保护层
• 口径：Φ≤10mm（同样压力下，口径越大，材料所受的应力越大，产生破裂的可能性就越大）
• 长度：L≤5m
• 连接方式：金属曲面密封+左旋螺纹
• 各种测试：耐压测试、密封性试验、液压循环试验（模拟使用状况，保证软管在使用寿命内的完整性。避免因疲劳导致软管破裂。）、爆破试验（检测软管最大的耐压程度）、弯曲循环试验
• 防甩保护安全绳
• 检查金属软管外部是否变形、保护层破损
• 每次使用时进行检漏
• 使用寿命原则上小于1年或者定义使用次数为1000~2000次
• 使用时应保持金属软管自然、舒服的状态，避免扭曲、拉伸、弯曲半径过小
• 防止金属软管被拖拽
• TT充装口挡板+刹车
• 马凳现场锁定
• 车辆启动钥匙管理

发生氢气泄漏起火时怎么办？

• 立即通知控制室（按下紧急停车按钮，停止设备运行，切断上游气源）
• 尽可能关闭氢气泄漏源（长管拖车）
• 远离火区
• 在安全距离外用消防水系统冷却设备

从运行角度看氢气安全

• 人员培训：充分、恰当的培训员工获得与所从事的工作相适应的知识、技能和经验教训。切记没有经过培训、考核合格的员工不能独立操作任何设备。

• 氢气站的安全规则制度

• 氢气安全知识

• 工艺流程、设备和主要阀门用途

• 应急处置方案

• 个人防护（PPE）

• 不要穿化纤材质的衬衫和内衣，不仅因为化纤材质易产生静电，还因为一旦因起火导致化纤融化，会与皮肤发生黏连。

• 不要穿戴带铁或钉的安全鞋，因为带铁或钉的鞋子会与地面摩擦产生火花，点燃氢气。

• 便携式氢气探头

• 标准操作程序SOP

• 紧急响应计划

• 氢气站安保和人员进出管理

• 气站四周应用钢制栅栏包围、隔离；

• 气站入口处粘贴警示标志：氢气易燃易爆炸、禁止吸烟、禁止使用明火、手机等；

• 未经授权禁止进入

直播问题解答

Q1
对氢气的储存有哪些建议吗？
1、考虑选址，远离明火；与周边的建筑物、设施保持一定的安全距离；
2、良好的通风；
3、在合适的位置安装氢气探头；
4、消防设施：例如干粉灭火器等

Q2
为什么镍合金不能用于氢气环境？
高镍合金材料容易发生氢脆现象。

Q3
任何情况下都是“优选焊接”作为氢气的连接方式吗？
是的。焊接是最可靠的连接方法，缺点是不可拆卸。

Q4
长管拖车进行充装时，车头必须开走吗？
不一定。但是要做好防拖曳的措施。

Q5
SS304不能使用的原因是什么？
SS304 材料可以在限制条件下使用于氢气环境，例如镍当量含量大于10.5%。但是国内的SS304材料镍当量一般小于10.5%，因此不建议使用。

Q6
氢气置换需要多少次？
最终判断置换的结果是气体的残留浓度：氢气设备维修前用氮气置换，要求残留氢气浓度小于0.4%；维修后的设备在通入氢气前用氮气置换，氧含量小于1%。

Q7
氢气着火时，关闭阀门会不会回火？
因为氢气分子量，流速很快，类似氢气泄漏发生的着火一般不会发生回火现象。只有预混方式的燃烧（氢气和空气预先混合后的燃烧）可能发生回火现象。

Q8
氢气高压软管两头可以有阻火器吗？
一般在高压软管两头不用安装阻火器。

Q9
加氢站卸气高压软管有必要装拉断阀吗？
是的，加氢站卸气高压软管上要求安装拉断阀，防止软管意外拉脱时导致大量氢气泄漏。目前，TT充装金属软管上也被要求安装拉断阀。

Q10
氢探头的安装标准
氢气潜在泄漏的区域都应安装氢气探头。氢气密度小于空气，易在高处聚集。一般氢气泄漏探头安装在可能的氢气泄漏点1~2米的高处，覆盖半径具体咨询探头供应商。

Q11
如何防止空气进入管道内？
维持管道正压大于0.05MPa。为保险起见，正压建议大于0.2MPa。

Q12
集装格氢气大量泄漏怎么办？
仍然是遵守氢气泄漏的应急处置方案：切断气源、撤离到安全区域、使用消防雾化水冷却设备和周围空气。如果集装格在通风良好地方，泄漏量小等情况下，建议关闭瓶阀切断气源。如果无法判断，建议撤离后用消防水冷却设备和周围空气，直到氢气排净为止。

Q13
鱼雷车和汇流排连接后的实气置换标准？
一般先用0.50.8MPa氮气置升压、降压循环35次吹扫置换残留空气，确保氧含量小于1%；然后用氢气置换氮气，这是一个质量的问题，一般使用1.03.0MPa的氢气升压、降压循环23次即可。

Q14
大流量氢气排空管道末端需要安装什么吗？
氢气放空管设计要点：
1、排放口竖直朝上；
2、防止雨水进入的措施；
3、放空管氮气大于10~30Nm3/h连续吹扫;
4、国标要求放空口安装阻火器。

Q15
防止渗氢，压力变送器膜片是否需要镀金？
压力变送器膜片在工业氢气用途上不用镀金，选用SUS316L材质。