从设计角度看氢气安全

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)4~75%, 在氧气中的爆炸范围(v/v)4~94%。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。

 

当了解了氢气的危险特性后,就需要对氢气的不同使用场景(如运输、生产)进行风险的识别与分析。

 

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

  • 危险是事物的特性和本质

  • 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。

  • 举例说明—高压气瓶的风险识别与分析

 

从设计角度讲氢气安全

  • 氢气安全设计的原则

    • 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





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