氢安全：了解风险和缓解策略

介绍：氢气作为一种清洁能源载体，在彻底改变能源格局方面具有巨大的潜力。然而，尽管有其优势，但氢气的安全处理、储存和使用仍构成了重大挑战，特别是由于其高易燃性和爆炸潜力。在本文中，我们将深入探讨氢安全，重点关注火灾、爆炸、点火源的类型以及将风险降至最低的最佳实践。

氢唯一性测验

1.处理氢气时，关键的安全考虑因素是什么？

选择正确答案：

A） 需要大量能量才能点燃

B） 燃烧时火焰几乎看不见

C） 可燃范围

窄 D） 不会造成任何火灾风险

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解释：氢气燃烧时火焰几乎看不见，因此在火灾中更难被发现，这是一个重大的安全隐患。

2.为什么氢气被认为在狭窄空间内有风险？

选择正确答案：

A） 沸点非常高

B） 会积聚并导致火灾或爆炸

C） 高度可见和可检测

D） 即使在狭窄空间内也能保持稳定

3.是什么让氢气的可燃性特别危险？

选择正确答案：

A） 它只能在非常高的温度下燃烧

B） 它的可燃性范围很窄

C） 它在空气中可以燃烧 4% 到 75% 的浓度

D） 它需要阳光直射才能点燃

是什么让氢气独一无二？

氢是最轻的元素，具有一些独特的特性，使其与其他气体区分开来。它无色、无臭，具有很宽的可燃性范围，使其容易意外着火。氢气也会迅速扩散，这在开放空间可能是一个优势，可以降低浓度，但在狭窄空间内，它会积聚并造成严重危险。需要特别安全考虑的氢气的一些关键特性包括：

低点火能量：氢气需要很少的能量来点燃，增加了意外火灾的风险。

可燃性范围广：氢气可在很宽的浓度范围内燃烧（在空气中从 4% 到 75%）。

高扩散率： 它会迅速扩散到大气中，这可以降低通风良好区域的风险，但会增加密闭空间的风险。

看不见的火焰：氢气以几乎看不见的火焰燃烧，因此在发生火灾时更难被发现。

了解这些特性对于降低与氢气相关的风险至关重要，尤其是在储氢、管道和氢动力燃料电池等大规模工业应用中。

氢气安全中的火灾和爆炸类型

使用氢气时，重要的是要识别可能发生的各种类型的火灾和爆炸。每种类型都有不同的危险状况，需要量身定制的安全措施。

喷射火

当氢气以显着的动量向特定方向释放时，就会发生喷射火（或喷雾火），从而产生湍流扩散火焰。与喷射火相关的高热通量会导致储氢容器和管道系统的结构故障。这是与氢气泄漏相关的最常见火灾隐患之一，尤其是在压力下。

蒸汽云火

蒸气云火（也称为闪火）是指易燃空气和氢气混合物点燃并迅速燃烧而不爆炸时发生。虽然它不会引起爆炸，但可能导致周围区域严重烧伤和氧气耗尽。

蒸汽云爆炸 （VCE）

蒸气云爆炸 （VCE） 是最危险的氢气危害之一。当氢气和空气的易燃混合物点燃时，就会发生这种现象，从而产生冲击波，从而在大范围内造成重大破坏。VCE 在气体不易分散的密闭或半密闭空间中尤其令人担忧。

点火内核

点火内核是指在燃烧的前几毫秒内新点燃的空气/氢气混合物的初始形状。这种现象在氢动力内燃机中尤为重要，因为在氢动力内燃机中，精确控制点火过程对于避免意外爆震至关重要。

火球

火球是一种球形氢蒸气云，在点火时垂直上升，形成典型的“蘑菇云”形状。火球可能发生在液化氢突然释放期间，通常在灾难性的故障情况下。火球的火焰温度可以达到 1400ºC 左右，产生强烈的辐射热并造成广泛的破坏。

沸腾液体膨胀蒸汽爆炸 （BLEVE）

当盛装液氢的加压容器发生灾难性故障时，就会发生 BLEVE，导致液氢突然蒸发并点燃膨胀的氢-空气混合物。结果是强烈的火球和冲击波，可以在大范围内造成严重破坏。

泳池之火

当液态氢溢出并点燃时，就会发生水池火灾，导致液态氢池上出现静止的火焰。虽然比气相火灾少见，但由于泳池火灾产生的热通量很高，因此仍然非常危险。

运行 液态火

流动的液态火与流动的液态氢有关，液态氢在表面移动时会点燃。由于液氢的挥发性，这种类型的火势会迅速蔓延并且难以控制。

点火源测验

1. 在逆焦耳-汤姆逊效应下，氢的独特特性是什么？

选择正确答案：

A） 膨胀时迅速冷却

B） 快速膨胀时发热

C） 膨胀时变为惰性

D） 冷凝成液态

2. 氢气泄漏如何导致静电点火？

选择正确答案：

A） 通过创建高压区

B） 在氢气通过非导电材料时产生火花

C） 通过快速扩散到大气中

D） 通过冷凝成液滴

3. 当氢气与热表面接触时会发生什么情况？

选择正确答案：

A） 迅速扩散并冷却表面

B） 凝结成水

C） 点燃，尤其是在工业环境中

D） 变得惰性，不会造成火灾危险

氢气火灾和爆炸的点火源

氢气火灾和爆炸通常是由点火源的存在引发的，点火源可以是外部的（例如，电火花、静电放电），也可以在某些条件下自燃。了解自燃的机制是防止意外火灾的关键。

自燃机构

1. 逆焦耳-汤姆逊效应：与大多数气体不同，氢气在快速膨胀过程中会升温，而不是冷却。当高压储存的氢气排出时，温度会升高，从而创造有利于自燃的条件。

2. 静电点火：氢气泄漏会产生静电荷，尤其是在穿过非导电材料时。这些电荷会产生火花，导致着火。

3. 扩散点火：在高压氢气泄漏中，氢气快速扩散到周围空气中会形成局部热区，导致自燃。

4. 热表面点火：氢气与热表面接触时会点燃，尤其是在机械产生大量热量的工业环境中。

氢气安全措施和最佳实践

鉴于与氢气相关的危害，在储存、运输或使用氢气的任何环境中实施严格的安全协议至关重要。以下是维护氢气安全的一些最佳实践：

储存和处理注意事项

适当通风：确保储氢区域通风良好，以防止氢气积聚。

泄漏检测系统：安装氢气检漏仪，可以在泄漏达到易燃浓度之前提醒人员注意泄漏。

阻火器的使用：阻火器可以防止火焰回流到储氢罐或管道中。

定期检查：对储存容器、管道和设备进行定期检查，以检查是否有磨损、泄漏或潜在的故障点。

设计注意事项

间隔距离：确保储氢设施与其他建筑物和点火源保持安全距离。

防爆设备：在有氢气的区域使用防爆电气设备，以最大限度地降低意外点火的风险。

应急响应计划

培训：确保所有人员都接受过氢安全程序和应急响应协议方面的培训。

灭火系统：安装适当的灭火系统，例如细水雾或泡沫，这有助于控制氢气火灾。

疏散计划：在氢气释放或火灾的情况下制定明确的疏散计划。

工业应用中的氢气安全

大规模使用氢气的行业，如炼油厂、化工厂和氢燃料站，必须遵守严格的安全准则，以最大限度地降低风险。氢气越来越多地用于燃料电池，包括固定应用和运输，因此需要更深入地了解它带来的独特风险。

氢安全常见问题解答

1. 与氢气相关的主要危害是什么？氢气高度易燃，泄漏时会引起火灾或爆炸。它还会燃烧着看不见的火焰，使检测变得困难。

2. 如何检测氢气泄漏？可以使用专用传感器检测氢气泄漏，这些传感器可以在氢气达到危险浓度之前感应到氢气。

3. 什么是蒸气云爆炸？当氢气和空气的混合物点燃并产生强大的冲击波时，就会发生蒸气云爆炸。这些在密闭空间内尤其危险。

4. 为什么氢安全在燃料电池技术中很重要？氢燃料电池使用压缩氢气，如果处理不当，会带来重大的火灾和爆炸风险。安全系统和适当的培训至关重要。

5. 氢气可以在没有外部点火源的情况下点燃吗？是的，在某些条件下，由于反向焦耳-汤姆逊效应或扩散点火等机制，氢气可以自燃。

选自微信公众号 气瓶设计的小工程师