加氫站安全“難點”何在(zài)？
2023-03-21
【摘要(yào / yāo)】：
氫氣作爲(wéi / wèi)環保節能，高效靈活的(de)氣體能源，其安全性是(shì)構成氫能行業穩步向前的(de)基礎性因素，更是(shì)加氫站産業的(de)核心部分，但其易燃易爆炸的(de)屬性也(yě)讓氫貼上(shàng)了(le／liǎo)“危險”的(de)标簽。
因此，在(zài)我國(guó)加氫站建設步伐加快的(de)同時(shí)，還需保證站點建設和(hé / huò)運營的(de)質量。
近日，國(guó)家市場監督管理總局、國(guó)家标準化管理委員會發布國(guó)家标準GB/T 29729-2022《氫系統安全的(de)基本要(yào / yāo)求》（以(yǐ)下稱“标準”），内容适用于(yú)氫的(de)制取、儲存、輸送和(hé / huò)應用系統的(de)設計和(hé / huò)使用，将于(yú)2023年4月1日實施。
該《标準》的(de)發布明确了(le／liǎo)氫安全的(de)地(dì / de)位，規範了(le／liǎo)氫使用的(de)标準，對促進行業穩定性具有關鍵影響力。《标準》的(de)出(chū)台也(yě)在(zài)敦促行業解決“如何把握好加氫站安全的(de)建設和(hé / huò)運營？”的(de)問題。
01 氫氣屬性對于(yú)加氫站整體安全的(de)要(yào / yāo)求
數據來(lái)源：中國(guó)工程院曹湘洪院士
據廣東省特檢院佛山檢測院給出(chū)的(de)數據顯示，2000年至2022年末，國(guó)内外加氫站及合建站環節事故案例共有48例，事故原因可分爲(wéi / wèi)如下四類：密封失效、設計問題、設備失效、操作失誤或維護不(bù)當。
其中占比最高的(de)密封失效，達到(dào)46%，大(dà)多數此類事故均由法蘭、墊片、閥門等接頭部位的(de)洩漏導緻。48例事故中，最終有19%發展爲(wéi / wèi)火災或爆炸事故。
數據來(lái)源：廣東省特檢院佛山檢測院
因此，在(zài)加氫站的(de)應用場景下，氫安全的(de)要(yào / yāo)求大(dà)大(dà)提高。如果能在(zài)氫氣洩漏早期及時(shí)發現并采取有效措施，能夠有效防止事故的(de)進一(yī / yì ／yí)步擴大(dà)。
從專業的(de)檢測和(hé / huò)咨詢服務提供商的(de)角度出(chū)發，德國(guó)萊茵TÜV工業服務部防爆安全技術總經理 張小龍表示，易燃易爆是(shì)氫氣發展受制約的(de)一(yī / yì ／yí)個(gè)痛點，從防爆角度出(chū)發，氫氣被引爆後的(de)壓力、産生的(de)風險和(hé / huò)公共影響都十分巨大(dà)。加氫站在(zài)建設運維的(de)同時(shí)，需要(yào / yāo)時(shí)刻關注氫氣防爆的(de)安全情況。
在(zài)加氫站整體安全上(shàng)，除上(shàng)述防爆方法還應該考慮防爆設備，再加之(zhī)防爆的(de)技術手段和(hé / huò)對于(yú)工作人(rén)員的(de)調控和(hé / huò)管理，才能最大(dà)限度防止爆炸的(de)風險，提升站點整體安全性。
1、站用儲氣容器
加氫站由加氫方式分爲(wéi / wèi)站内制氫與外部供氫，必不(bù)可少的(de)核心設備包括壓縮機、儲氫容器及加注機。其中儲氫容器具有多重特點，因而(ér)存在(zài)較多安全隐患——
一(yī / yì ／yí)、由于(yú)産品面臨高壓氫環境，金屬材料就(jiù)具有氫脆的(de)風險；
二、由于(yú)加氫站的(de)儲氫容器要(yào / yāo)經常充氫放氫，使用頻次比較頻繁，且壓力波動也(yě)比較大(dà)，具有低周疲勞破壞風險；
三、儲氫容器發生失效危害則會嚴重影響周遭環境，且一(yī / yì ／yí)旦發生安全事故，将會造成極大(dà)負面影響。
以(yǐ)固定式儲氫容器的(de)安全問題分析爲(wéi / wèi)例，廣東省特檢院佛山檢測院主任 鄧波歸納了(le／liǎo)目前業内四大(dà)安全問題——
● 設計問題：缺乏系統深入研究，設計技術規範這(zhè)些都沒有考慮到(dào)儲氫容器的(de)特殊性；沒有考慮到(dào)氣瓶容器風險，容器對于(yú)壓力波動的(de)影響；材料試用的(de)風險（目前還沒有列入到(dào)分析标準裏面），包括目前的(de)設計疲勞曲線是(shì)否适用，也(yě)是(shì)有待驗證；
● 配件問題：最關鍵的(de)也(yě)是(shì)最薄弱的(de)環節，就(jiù)是(shì)密封軟件，容易發生斷裂；
● 設備問題：長期暴露于(yú)高壓氫氣的(de)環境下，疲勞裂紋擴展速率顯著加快，氫緻開裂的(de)應力因子(zǐ)阈值顯著降低；筒身結構，大(dà)壁厚，缺陷敏感性增強，在(zài)用檢驗檢測難度增大(dà)。
● 人(rén)員管理問題：人(rén)員操作處理問題不(bù)當産生的(de)事故。
針對上(shàng)述問題，鄧波表示：要(yào / yāo)加強相關檢驗檢測技術研究，目前檢測技術在(zài)儲氫容器方面的(de)研究還不(bù)完善、不(bù)成熟，有待産業進一(yī / yì ／yí)步加深加強。其次，加快建立氫安全檢驗檢測體系，進一(yī / yì ／yí)步完善固定式儲氫容器的(de)标準，同時(shí)開展操作規範的(de)安全培訓，提高相關的(de)安全意識。
2、氫氣壓縮機
氫氣壓縮機作爲(wéi / wèi)加氫站核心設備，雖然并非是(shì)加氫站安全運行的(de)最大(dà)痛點，但從加氫站核心部件故障率來(lái)看，壓縮機幾乎是(shì)占比最高的(de)。
因此壓縮機的(de)維護也(yě)是(shì)保持加氫站穩定運行的(de)關鍵因素，而(ér)膜片和(hé / huò)密封圈是(shì)影響壓縮機機組長周期運行的(de)主要(yào / yāo)問題。
目前市場上(shàng)以(yǐ)隔膜壓縮機作爲(wéi / wèi)主流壓縮機，其具有密封性較高，單機壓縮比大(dà)，散熱較好等優勢。不(bù)過隔膜壓縮機不(bù)适用于(yú)頻繁啓停，且其排氣壓力會影響隔膜壽命。
而(ér)與隔膜壓縮機共處市場格局競争之(zhī)中的(de)液驅壓縮機，其相對隔膜壓縮機排量較大(dà)，設計簡單，容易實現多級壓縮且體積小巧還可适應頻繁啓停。液驅壓縮機密封性低于(yú)隔膜壓縮機，因此氫氣受污染概率也(yě)大(dà)于(yú)隔膜壓縮機，且其密封圈易損壞，單級壓縮較低。
因此，在(zài)保證整體安全性的(de)情況下，加氫站業主可根據加氫站運行狀态來(lái)合理選型壓縮機。在(zài)需要(yào / yāo)連續工作的(de)狀态下，隔膜壓縮機優勢大(dà)于(yú)液驅壓縮機，而(ér)在(zài)需要(yào / yāo)頻繁啓停的(de)情況下，液驅壓縮機的(de)優勢更爲(wéi / wèi)突顯。避免因爲(wéi / wèi)工況條件而(ér)出(chū)現壓縮機故障率高的(de)問題。
03加氫站關鍵部材與氫安全的(de)聯系
據勢銀能鏈研究發現，加氫站四大(dà)關鍵部材（傳感器、管道(dào)、閥門、流量計）在(zài)加氫站建安成本中占據14.47%的(de)比例，對加氫站運行安全尤爲(wéi / wèi)重要(yào / yāo)。
加氫站的(de)氫氣安全的(de)控制應做到(dào)：不(bù)洩露、早發現、不(bù)聚集。其中，“不(bù)聚集”由加氫站設計、審批環節層層把控；“不(bù)洩露”與管件、閥門嚴格關聯；“早發現”與濃度傳感器、質量流量計密切聯系，因而(ér)将加氫站關鍵部材定義爲(wéi / wèi)“牽一(yī / yì ／yí)發而(ér)動全身”的(de)關鍵安全因素。
加氫站氫安全系統及器件由濃度傳感器、管件、閥門、質量流量計組成，在(zài)加氫站運行中執行監測、傳輸連接、控制、計量功能。
以(yǐ)管道(dào)爲(wéi / wèi)例，《加氫站技術規範》在(zài)氫氣管道(dào)及附件中要(yào / yāo)求：
● 加氫站氫氣管道(dào)的(de)材料宜選用S31603或其他(tā)已試驗證實具有良好氫相容性的(de)材料。
● 加氫站内的(de)氫氣工藝管線應具有與氫相容的(de)特性，宜采用無縫鋼管或高壓無縫鋼管，并應符合有關規定。
● 氫氣管道(dào)材質應具有與氫相容的(de)特性，宜采用無縫鋼管或高壓無縫鋼管，并應符合國(guó)家現行标準。
● 加氫站内的(de)所有氫氣管道(dào)、閥門、管件的(de)設計壓力應爲(wéi / wèi)最大(dà)工作壓力的(de)1.1倍，并不(bù)得低于(yú)安全閥的(de)洩放壓力。
● 氫氣管道(dào)的(de)連接宜采用焊接或卡套接頭；氫氣管道(dào)與設備、閥門的(de)連接，可采用法蘭或螺紋連接等。螺紋連接處，應采用聚四氟乙烯薄膜作爲(wéi / wèi)填料。
此外，勢銀能鏈調查認爲(wéi / wèi)，管件的(de)粗糙度和(hé / huò)清潔度，有其納入标準的(de)必要(yào / yāo)，高壓氫氣管道(dào)上(shàng)閥門的(de)産品質量，主要(yào / yāo)是(shì)閥門的(de)外漏和(hé / huò)内漏，對于(yú)加氫站的(de)安全穩定運行也(yě)是(shì)至關重要(yào / yāo)，但目前國(guó)内對此類高壓閥門的(de)檢測尚無國(guó)家标準。
勢銀（TrendBank）分析師認爲(wéi / wèi)，加氫站氫安全系統及器件貫穿加氫站工藝流程的(de)全部環節，宏觀上(shàng)對于(yú)加氫站的(de)建設與運營，微觀對于(yú)氫氣的(de)輸送與安全加注，均有重要(yào / yāo)意義。
涉及加氫站用濃度傳感器、管件、閥門、流量計的(de)标準内容，有其更新、完善、增補的(de)必要(yào / yāo)。而(ér)标準内容的(de)完善，使得相關企業有标準可依，最終有利于(yú)中國(guó)加氫站安全、經濟地(dì / de)運行。
加氫站安全是(shì)其建設發展的(de)根基，也(yě)是(shì)企業交給氫能産業的(de)一(yī / yì ／yí)顆“定心丸”，安全永遠是(shì)發展的(de)底線，構建完善的(de)加氫站安全體系也(yě)是(shì)消除“談氫色變”質疑性的(de)謎底。未來(lái)，随着産業标準和(hé / huò)制度的(de)完善，加氫站發展呈現的(de)趨勢必然是(shì)積極的(de)。