氢气的危险特性

风险的识别与分析

从设计及运行角度看氢气安全

直播问题解答

01

  氢气的危险特性

   Hazardous properties of hydrogen

氢气基础知识——安全篇

 HYDROGEN 

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。

 HYDROGEN 

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。

 HYDROGEN 

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。

 HYDROGEN 

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。

 HYDROGEN 

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。

02

   风险的识别与分析

   Risk identification and analysis

氢气基础知识——安全篇

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

  • 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

举例说明—高压气瓶的风险识别与分析

氢气基础知识——安全篇
氢气基础知识——安全篇

03

   从设计角度看氢气安全

   Hydrogen safety from a design perspective

氢气基础知识——安全篇

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

氢气基础知识——安全篇
  • 连接方式

    1. 优选焊接方式

    2. 法兰连接:垫片耐温>538℃,凹凸密封面形式

    3. 禁止使用胶粘剂连接方式,因为其不耐高温、不耐压

    4. 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

04

    金属软管的使用注意事项

     Precautions for the use of metal hoses

氢气基础知识——安全篇

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

05

   发生氢气泄漏起火时怎么办?

   What should we do if there is a hydrogen leak?

氢气基础知识——安全篇

  • 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

氢气基础知识——安全篇

06

  从运行角度看氢气安全

   Hydrogen safety from an operational perspective

氢气基础知识——安全篇

  • 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。

氢气基础知识——安全篇
  • 便携式氢气探头

氢气基础知识——安全篇
  • 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

07

   直播问题解答

   Q&A

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0.5~0.8MPa氮气置升压、降压循环3~5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1.0~3.0MPa的氢气升压、降压循环2~3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。

来源:天然气智库Plus

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作者 808, ab