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靳殷實:氫氣的安全風(fēng)險及應(yīng)對措施

2024-10-23 來源:氫能匯 瀏覽數(shù):342

2024年10月16日由國際能源網(wǎng)、國能能源研究院、氫能匯等聯(lián)合主辦的國能網(wǎng).2024第九屆產(chǎn)業(yè)年會之氫能大會在北京成功舉行。大會舉

2024年10月16日由國際能源網(wǎng)、國能能源研究院、氫能匯等聯(lián)合主辦的國能網(wǎng).2024第九屆產(chǎn)業(yè)年會之氫能大會在北京成功舉行。大會舉行期間中國航天科技集團公司中國運載火箭技術(shù)研究院研究員靳殷實做了《氫氣的安全風(fēng)險及應(yīng)對措施》的精彩報告。

靳殷實表示:“目前人們對氫氣安全認(rèn)識有兩個偏差。一是一些對氫氣不了解的人,談氫色變,對涉氫產(chǎn)品和氫能設(shè)備的使用感到恐懼,擔(dān)心氫氣爆炸。二是在一線涉氫操作人員和氫能設(shè)備開發(fā)設(shè)計人員,常年和氫氣打交道,也沒有出現(xiàn)過事故,對氫氣的安全意識淡漠,有時候會做出一些違反安全法規(guī)的操作,帶來安全隱患。上述兩種現(xiàn)象都是不對的,不利于氫能產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。”


氫氣的風(fēng)險在于其化學(xué)特性 

其物理特性擴大了它的風(fēng)險氫的安全保障是氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的前提也是涉氫企業(yè)生存的前提。氫位于元素周期表第一位,大部分氫原子只有一個質(zhì)子和一個電子,氫原子這種獨特的結(jié)構(gòu)造成氫氣所有的物理化學(xué)特性。氫氣主要風(fēng)險在于其化學(xué)特性,可以與氧氣、鹵素氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),而它的物理特性影響了它的風(fēng)險,對安全控制既有有利一面,又有不利的因素。

航天科技集團中國運載火箭技術(shù)研究院研究員 靳殷實

氫氣在儲氫容器內(nèi)安全,發(fā)生泄露與空氣混合,在4%-75%這個范圍可能燃燒爆炸。氫氣燃燒爆炸范圍會隨著外部環(huán)境而變化,溫度升高,范圍會擴大;壓力升高,范圍也會擴大;相反,若氫氣混合惰性氣體,這個范圍會縮小,達到一定比例時甚至不會爆炸。

氫氣被點燃的能量很小,大家常認(rèn)為是0.02毫焦,方式也很多,電源、打火、靜電、火花、摩擦生熱等。但這是在氫氣濃度為百分之二十幾的濃度下的點燃的能量,而氫氣濃度在4%時,點燃氫氣和點燃汽油蒸汽的能量差不多,大約是0.2毫焦。氫氣到底燃燒還是爆炸,取決于氫氣泄露后所處狀態(tài)。如果氫氣泄露前有火源,氫氣泄漏會直接燃燒;如果氫氣泄露一段時間與大氣混合達到燃燒爆炸的濃度范圍,這種情況下火源出現(xiàn)可能就是爆炸。

氫分子在所有分子中體積最小、質(zhì)量最小、黏性小,所以氫氣容易泄露。氫氣泄露從泄露點向四周擴散濃度逐漸降低。把4%濃度以上的范圍叫做燃燒云,氫氣泄漏的流量越大,燃燒云的體積范圍也越大。

氫氣是易燃易爆危險品。氫氣輕,擴散速度快,向上和向四周的擴散速度比天然氣快3.8倍,如果氫氣發(fā)生擴散,它將快速擴散到不可燃的濃度。通過氫氣的這些特點,靳殷實認(rèn)為,氫能對比其他可燃性氣體,其安全風(fēng)險要低。

氫氣事故多種類型

泄露風(fēng)險結(jié)果不同氫氣的特性決定了它的危險性,靳殷實指出:氫氣事故類型分為3種,儲氫容器爆炸是第一種。氫氣混合其它氣體后發(fā)生燃燒爆炸是第二種。第三種是涉氫材料性能劣化,對于金屬通常會產(chǎn)生氫脆。還有液氫對人體的凍傷、氫氣窒息等危害,這些場景較少。

對于儲氫罐,儲液氫罐容器爆炸。其原因一是容器結(jié)構(gòu)被損壞,達不到原來的強度,如長期摩擦、碰撞或車輛傾覆;二是違規(guī)操作,如充氫壓力超壓,安全泄壓裝置失效。除了以上兩種,還有氫氣化學(xué)爆炸,鹵素氣體和氫氣混合,或氫氣罐進入氧氣,都有可能產(chǎn)生猛烈爆炸。

中國航天科技集團中國運載火箭技術(shù)研究院研究員 靳殷實

氫氣泄露會導(dǎo)致燃燒、爆燃或爆轟。氫氣燃燒燃點574℃ ,點燃能量小,空氣中0.019mJ(最容易爆燃的條件下),氧氣中0.007mJ的能量都會點燃或引起爆燃;1937年5月6日興登堡號事件是一起嚴(yán)重的氫氣燃燒事故,造成36名乘客不幸罹難。

氫氣濃度達到4%至75%,施加靜電、明火或混合空氣溫度達到527攝氏度及以上,會發(fā)生爆燃。2006年12月06日四川一所大學(xué)實驗室氫氣爆炸、2015-12-20北京某大學(xué)實驗室發(fā)生氫氣爆燃事故,均造成人員傷亡。

氫氣濃度達到18.3%至59%,在空間受限等特定環(huán)境下會產(chǎn)生爆轟。爆轟是有條件的,敞開的環(huán)境很難發(fā)生爆轟,氫氣和氧氣混合有可能發(fā)生爆轟。但是一旦發(fā)生爆轟,由于壓力劇增,反應(yīng)速度較快,帶來的危害和損失也較大,防止發(fā)生氫氣爆轟是重要研究課題。

高壓氫氣泄漏安全風(fēng)險很大,這種噴射出的氫氣往往會發(fā)生自燃,從而變?yōu)閲娀穑踔涟l(fā)生局部爆轟,對周圍產(chǎn)生很大破壞。


避免氫氣事故 

強化氫安全管理和監(jiān)督

強化氫安全管理和監(jiān)督。從設(shè)計、制造、運營管理各個方面著手,制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),完善標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī);對于企業(yè)要學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn),利用標(biāo)準(zhǔn),落實標(biāo)準(zhǔn);依法設(shè)計、依法制造、依法運營是氫能安全使用的關(guān)鍵。靳殷實推薦涉氫人員學(xué)習(xí)《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》,《氫系統(tǒng)安全的基本要求》,《建筑設(shè)計防火規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn),不同涉氫領(lǐng)域和應(yīng)用場景都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求,具體情況還需具體場景分析解決。

對于氫氣泄漏問題

第一,從工藝的設(shè)計上、設(shè)備的開發(fā)制造上保證氫不泄漏。

第二,氫泄漏之后能不能被及時檢測到并及時去阻止進一步泄漏,這就要求有安全防范系統(tǒng)設(shè)計以及一系列的措施,如氫氣泄漏濃度傳感器的合理設(shè)置;

第三,如果發(fā)生泄漏,從設(shè)計上就要有充分的措施保證良好的通風(fēng),保證不集聚,濃度不超標(biāo),這需要從建筑和其他的安全設(shè)計上進行考慮;

第四,如果發(fā)生泄漏,那么一定要杜絕點火源、靜電等能夠點燃氫氣的源頭,通過電器的防爆設(shè)計、防靜電、防雷電以及嚴(yán)禁煙火等等的安全措施和安全制度來保障;

第五,如果發(fā)生失火爆炸,要盡可能減輕火災(zāi)和爆炸以后對周邊設(shè)施的影響,將影響程度控制在最小范圍,例如采取泄爆設(shè)計、設(shè)置防爆墻等措施。

要讓氫氣產(chǎn)生火災(zāi)的可能性降到最低,首先需要使其避免被限制在封閉的空間內(nèi)。一旦出現(xiàn)意想不到的氫氣泄漏的情況,應(yīng)該采取正確的應(yīng)對措施,所以需要制定應(yīng)急預(yù)案,采取切斷氫源,加強通風(fēng),撤離人員等措施,還需要結(jié)合具體情況而定。


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