安全性是氫能產業化發展的基礎和內在要求。因此,推動氫能產業關鍵核心技術和安全技術協同發展,加強氫氣泄漏檢測報警以及氫能相關特種設備的檢驗、檢測等先進技術研發尤為重要。
2022年以來,由于起火造成的爆炸事故也并非在少數。2月,底特律一家醫院的地下停車場上便發生了氫罐爆炸事故;3月,臺灣新竹縣一民營電廠發生發電機組氫氣爆炸,事故現場竄出火苗并冒出濃濃黑煙,消防局后趕往撲救;4月,齊魯石化勝利煉油廠一臺壓縮機因氫氣泄露導致閃爆起火,連續重整裝置、加氫裂化裝置緊急停工。
經過應急處置,火勢被撲滅,無人員傷亡。
近日,豐田宣布其正在測試中的液氫卡羅拉賽車氣態氫管發生燃油泄漏,導致車輛起火,車輛無法行駛。此次起火原因并非由于液氫,泄漏的原因是車輛振動導致管接頭松動,發動機附近的管接頭導致了火災。
業內有傳言表示,氫能的規模化使用十分困難,許多人“談‘氫’色變”。在氫燃料電池汽車示范應用的過程中,對氫能常識的普及以及如何讓群眾更易接受氫能也是一道難題。
在國家頂層設計已經出臺的大背景下,各方合力,一道應對氫能安全問題,把握市場,不斷革新技術。對于氫能安全這個嚴肅問題而言,不僅需要更多地被重視,同時也要在系統設備的制造上更加嚴謹。
3月24日,國家能源局印發《防止電力生產事故的二十五項重點要求(2023版)》的通知,其中對氫氣系統爆炸事故等提出重點要求。
關于氫能,文件內容如下所示。
2.6 防止氫氣系統爆炸事故
2.6.1 當發電機為氫氣冷卻運行時,置換空氣的管路必須隔絕,并加嚴密的堵板。制氫和供氫的管道、閥門或其他設備發生凍結時,應用蒸汽或熱水解凍,禁止用火烤。
2.6.2 氫冷系統中氫氣純度須不低于96%,含氧量不應大于1.2%;制氫設備中,氣體含氫量不應低于99.5%,含氧量不應超過0.5%。如不能達到標準,應立即進行處理,直到合格為止。
2.6.3 在氫站或氫氣系統附近進行明火作業或做能產生火花的工作時,應測定工作區域內氫氣含量合格,執行動火工作制度,并應辦理一級動火工作票。作業時必須使用不產生火花的工具。
2.6.4 氫站應按嚴重危險級的場所管理,應設推車式滅火器。
2.6.5 密封油系統平衡閥、壓差閥、安全閥及浮球閥必須保證動作靈活、可靠,密封瓦間隙必須調整合格。
2.6.6 空、氫側各種備用密封油泵應定期進行聯動試驗。
2.6.7 室內氫氣排放管的出口應高出屋頂2m以上。室外設備的氫氣排放管應高于附近有人員作業的最高設備2m以上。氫氣排放管應設置靜電接地,并在避雷保護范圍之內。氫管道應有防靜電的接地措施,管道法蘭、閥門等連接處,應采用金屬線跨接。
2.6.8 首次使用和檢修、改造后的氫氣系統應進行耐壓、清洗(吹掃)和氣密性試驗,符合要求后方可投入使用。
7.2 防止氫罐等壓力容器爆炸事故
7.2.1 制氫站應采用性能可靠的壓力調整器,并加裝液位差越限聯鎖保護裝置和氫側氫氣純度表、在線氫中氧量、在線氧中氫量監測儀表,防止制氫設備系統爆炸。
7.2.2 對制氫系統及氫罐的檢修應進行可靠的隔離。
7.2.3 氫罐應按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》(TSG 21-2016)的要求進行定期檢驗。
7.2.4 運行10年及以上的氫罐,應該重點檢查氫罐的外形,尤其是上下封頭不應出現鼓包和變形現象。
7.2.5 壓力容器工作介質為易燃易爆氣體的,應根據設計要求,在維護和檢驗中安排泄漏試驗。
10.1.3 防止絕緣受潮
10.1.3.1 氫冷發電機應配置具有強制氫氣循環功能的氫氣干燥器,干燥塔宜采用循環再生結構,吸濕和再生環節應能自動循環切換保證連續對氫氣進行干燥,吸附劑宜選用活性氧化鋁,氫氣干燥器應配備精度合格、具備防爆和防油污等基本功能的濕度檢測儀表。
10.1.3.2 氫冷發電機運行中,應嚴格控制機內氫氣濕度。保證氫氣干燥器始終處于良好工作狀態,并定期進行在線監測和手工檢測比對,防止單一指示誤差造成誤導。機組停機狀態下,處于空氣環境中的繞組應根據環境濕度采取驅潮措施;充氫狀態下,應根據氫氣濕度情況啟動氫氣干燥器強制除濕功能。
10.1.3.3 密封油系統回油管路應保證回油暢通并加強監視,防止密封油進入發電機內部影響氫氣濕度。密封油系統油凈化裝置和自動補油裝置應隨發電機組投入運行,并定期檢測密封油含水量等指標,密封油質量應符合相關標準要求。
10.7 防止氫冷發電機漏氫
10.7.1 防止經冷卻系統漏氫
10.7.1.1 水氫氫冷發電機內冷水箱應加裝氫氣含量檢測裝置,量程范圍應滿足 0%~20%(體積濃度)測量要求,定期進行巡視檢查,做好記錄。氫氣含量檢測裝置的探頭應結合機組檢修進行定期校驗。
10.7.1.2 內冷水箱漏氫監測數據應以未進行補排水、水箱液位穩定時為準。當含氫量(體積含量)超過 2%應報警,并加強對發電機的監視,超過10%應立即停機消缺。對于閉式水箱,氫氣濃度應在排氣閥開啟狀態下,水箱上部氣體達到動態穩定時測量。
10.7.1.3 加裝氣體流量表的機組,應定期記錄流量表的示數,并對單位時間內增量進行趨勢分析。當單位時間內增量明顯增大時,應首先排除保護氣體、水溫或水位變化等因素的影響,實際增量超出制造廠規定值時,應安排消缺或停機,制造廠未做規定時按照以下標準執行:漏氫量達到0.3m3/d 時應在計劃停機時安排消缺,漏氫量大于 5m3/d 時應立即停機處理。
10.7.1.4 有條件時開展水內溶解氫量檢測(或監測),通過與同類機組及歷史數據比較或計算等效漏氫量,判斷是否存在漏氫缺陷。
10.7.1.5 運行中內冷水質明顯變化時(如 pH 值減小、電導率上升),應結合以上分析判斷是否存在漏氫。
10.7.1.6 氫氣冷卻器的冷卻水壓異常上升時,應檢查是否存在漏氫問題,并及時處理。
10.7.2 防止經油系統漏氫
10.7.2.1 嚴密監測氫冷發電機油系統、主油箱內的氫氣體積含量,確保避開含量在 4%~75%的可能爆炸范圍。
10.7.2.2 機組安裝和檢修時應嚴格按要求調整密封瓦間隙,密封油系統平衡閥、壓差閥必須保證動作靈活、可靠,運行應監視氫油壓差變化。發現發電機大軸密封瓦處軸頸存在磨損溝槽,應及時處理。
10.7.3 防止經密封結合面、外部管路及轉子漏氫
10.7.3.1 發電機端蓋密封面、密封瓦法蘭面、機殼檢修孔法蘭面以及氫系統管道法蘭面、水系統、監測系統的管路法蘭和閥門、氫干燥器內部管路法蘭和閥門等所使用的密封材料(包含橡膠墊、圈等),經檢驗合格后方可使用。嚴禁使用合成橡膠、再生橡膠制品。
10.7.3.2 發電機內外進出水管、氫氣管路、排污管等的焊縫應在每次大修中進行全面檢查,防止焊口運行中開裂泄漏。
10.7.3.3 交接和大修時應對發電機轉子進行氣密性試驗,防止運行中經導電螺桿漏氫,宜在發電機勵磁罩殼內安裝危險氣體監測探頭,并定期校驗。
10.7.3.4 整機氣密試驗不合格的氫冷發電機嚴禁投入運行。
10.7.4 防止經出線箱及封閉母線漏氫
10.7.4.1 發電機出線箱與封閉母線連接處應裝設隔氫裝置,并在出線箱頂部適當位置設排氣孔,排氣孔上端應具有防止異物掉落的措施。
10.7.4.2 出線箱內應加裝漏氫監測報警裝置,當有漏氫指示時應及時查明原因,當氫氣含量達到或超過 1%時,應停機查漏消缺。