
加氫站安全“難點”何在?
2023-03-21
【摘要】:
氫氣作為環(huán)保節(jié)能,高效靈活的氣體能源,其安全性是構成氫能行業(yè)穩(wěn)步向前的基礎性因素,更是加氫站產(chǎn)業(yè)的核心部分,但其易燃易爆炸的屬性也讓氫貼上了“危險”的標簽。
因此,在我國加氫站建設步伐加快的同時,還需保證站點建設和運營的質(zhì)量。
近日,國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會發(fā)布國家標準GB/T 29729-2022《氫系統(tǒng)安全的基本要求》(以下稱“標準”),內(nèi)容適用于氫的制取、儲存、輸送和應用系統(tǒng)的設計和使用,將于2023年4月1日實施。
該《標準》的發(fā)布明確了氫安全的地位,規(guī)范了氫使用的標準,對促進行業(yè)穩(wěn)定性具有關鍵影響力。《標準》的出臺也在敦促行業(yè)解決“如何把握好加氫站安全的建設和運營?”的問題。
01 氫氣屬性對于加氫站整體安全的要求
數(shù)據(jù)來源:中國工程院曹湘洪院士
據(jù)廣東省特檢院佛山檢測院給出的數(shù)據(jù)顯示,2000年至2022年末,國內(nèi)外加氫站及合建站環(huán)節(jié)事故案例共有48例,事故原因可分為如下四類:密封失效、設計問題、設備失效、操作失誤或維護不當。
其中占比最高的密封失效,達到46%,大多數(shù)此類事故均由法蘭、墊片、閥門等接頭部位的泄漏導致。48例事故中,最終有19%發(fā)展為火災或爆炸事故。
數(shù)據(jù)來源:廣東省特檢院佛山檢測院
因此,在加氫站的應用場景下,氫安全的要求大大提高。如果能在氫氣泄漏早期及時發(fā)現(xiàn)并采取有效措施,能夠有效防止事故的進一步擴大。
從專業(yè)的檢測和咨詢服務提供商的角度出發(fā),德國萊茵TÜV工業(yè)服務部防爆安全技術總經(jīng)理 張小龍表示,易燃易爆是氫氣發(fā)展受制約的一個痛點,從防爆角度出發(fā),氫氣被引爆后的壓力、產(chǎn)生的風險和公共影響都十分巨大。加氫站在建設運維的同時,需要時刻關注氫氣防爆的安全情況。
在加氫站整體安全上,除上述防爆方法還應該考慮防爆設備,再加之防爆的技術手段和對于工作人員的調(diào)控和管理,才能最大限度防止爆炸的風險,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為站內(nèi)制氫與外部供氫,必不可少的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,因而存在較多安全隱患——
一、由于產(chǎn)品面臨高壓氫環(huán)境,金屬材料就具有氫脆的風險;
二、由于加氫站的儲氫容器要經(jīng)常充氫放氫,使用頻次比較頻繁,且壓力波動也比較大,具有低周疲勞破壞風險;
三、儲氫容器發(fā)生失效危害則會嚴重影響周遭環(huán)境,且一旦發(fā)生安全事故,將會造成極大負面影響。
以固定式儲氫容器的安全問題分析為例,廣東省特檢院佛山檢測院主任 鄧波歸納了目前業(yè)內(nèi)四大安全問題——
● 設計問題:缺乏系統(tǒng)深入研究,設計技術規(guī)范這些都沒有考慮到儲氫容器的特殊性;沒有考慮到氣瓶容器風險,容器對于壓力波動的影響;材料試用的風險(目前還沒有列入到分析標準里面),包括目前的設計疲勞曲線是否適用,也是有待驗證;
● 配件問題:最關鍵的也是最薄弱的環(huán)節(jié),就是密封軟件,容易發(fā)生斷裂;
● 設備問題:長期暴露于高壓氫氣的環(huán)境下,疲勞裂紋擴展速率顯著加快,氫致開裂的應力因子閾值顯著降低;筒身結(jié)構,大壁厚,缺陷敏感性增強,在用檢驗檢測難度增大。
● 人員管理問題:人員操作處理問題不當產(chǎn)生的事故。
針對上述問題,鄧波表示:要加強相關檢驗檢測技術研究,目前檢測技術在儲氫容器方面的研究還不完善、不成熟,有待產(chǎn)業(yè)進一步加深加強。其次,加快建立氫安全檢驗檢測體系,進一步完善固定式儲氫容器的標準,同時開展操作規(guī)范的安全培訓,提高相關的安全意識。
2、氫氣壓縮機
氫氣壓縮機作為加氫站核心設備,雖然并非是加氫站安全運行的最大痛點,但從加氫站核心部件故障率來看,壓縮機幾乎是占比最高的。
因此壓縮機的維護也是保持加氫站穩(wěn)定運行的關鍵因素,而膜片和密封圈是影響壓縮機機組長周期運行的主要問題。
目前市場上以隔膜壓縮機作為主流壓縮機,其具有密封性較高,單機壓縮比大,散熱較好等優(yōu)勢。不過隔膜壓縮機不適用于頻繁啟停,且其排氣壓力會影響隔膜壽命。
而與隔膜壓縮機共處市場格局競爭之中的液驅(qū)壓縮機,其相對隔膜壓縮機排量較大,設計簡單,容易實現(xiàn)多級壓縮且體積小巧還可適應頻繁啟停。液驅(qū)壓縮機密封性低于隔膜壓縮機,因此氫氣受污染概率也大于隔膜壓縮機,且其密封圈易損壞,單級壓縮較低。
因此,在保證整體安全性的情況下,加氫站業(yè)主可根據(jù)加氫站運行狀態(tài)來合理選型壓縮機。在需要連續(xù)工作的狀態(tài)下,隔膜壓縮機優(yōu)勢大于液驅(qū)壓縮機,而在需要頻繁啟停的情況下,液驅(qū)壓縮機的優(yōu)勢更為突顯。避免因為工況條件而出現(xiàn)壓縮機故障率高的問題。
03加氫站關鍵部材與氫安全的聯(lián)系
據(jù)勢銀能鏈研究發(fā)現(xiàn),加氫站四大關鍵部材(傳感器、管道、閥門、流量計)在加氫站建安成本中占據(jù)14.47%的比例,對加氫站運行安全尤為重要。
加氫站的氫氣安全的控制應做到:不泄露、早發(fā)現(xiàn)、不聚集。其中,“不聚集”由加氫站設計、審批環(huán)節(jié)層層把控;“不泄露”與管件、閥門嚴格關聯(lián);“早發(fā)現(xiàn)”與濃度傳感器、質(zhì)量流量計密切聯(lián)系,因而將加氫站關鍵部材定義為“牽一發(fā)而動全身”的關鍵安全因素。
加氫站氫安全系統(tǒng)及器件由濃度傳感器、管件、閥門、質(zhì)量流量計組成,在加氫站運行中執(zhí)行監(jiān)測、傳輸連接、控制、計量功能。
以管道為例,《加氫站技術規(guī)范》在氫氣管道及附件中要求:
● 加氫站氫氣管道的材料宜選用S31603或其他已試驗證實具有良好氫相容性的材料。
● 加氫站內(nèi)的氫氣工藝管線應具有與氫相容的特性,宜采用無縫鋼管或高壓無縫鋼管,并應符合有關規(guī)定。
● 氫氣管道材質(zhì)應具有與氫相容的特性,宜采用無縫鋼管或高壓無縫鋼管,并應符合國家現(xiàn)行標準。
● 加氫站內(nèi)的所有氫氣管道、閥門、管件的設計壓力應為最大工作壓力的1.1倍,并不得低于安全閥的泄放壓力。
● 氫氣管道的連接宜采用焊接或卡套接頭;氫氣管道與設備、閥門的連接,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為填料。
此外,勢銀能鏈調(diào)查認為,管件的粗糙度和清潔度,有其納入標準的必要,高壓氫氣管道上閥門的產(chǎn)品質(zhì)量,主要是閥門的外漏和內(nèi)漏,對于加氫站的安全穩(wěn)定運行也是至關重要,但目前國內(nèi)對此類高壓閥門的檢測尚無國家標準。
勢銀(TrendBank)分析師認為,加氫站氫安全系統(tǒng)及器件貫穿加氫站工藝流程的全部環(huán)節(jié),宏觀上對于加氫站的建設與運營,微觀對于氫氣的輸送與安全加注,均有重要意義。
涉及加氫站用濃度傳感器、管件、閥門、流量計的標準內(nèi)容,有其更新、完善、增補的必要。而標準內(nèi)容的完善,使得相關企業(yè)有標準可依,最終有利于中國加氫站安全、經(jīng)濟地運行。
加氫站安全是其建設發(fā)展的根基,也是企業(yè)交給氫能產(chǎn)業(yè)的一顆“定心丸”,安全永遠是發(fā)展的底線,構建完善的加氫站安全體系也是消除“談氫色變”質(zhì)疑性的謎底。未來,隨著產(chǎn)業(yè)標準和制度的完善,加氫站發(fā)展呈現(xiàn)的趨勢必然是積極的。
青島康普銳斯能源科技有限公司
地址:黃島區(qū)世紀大道與海西路交叉口北側(cè)融發(fā)中科紳藍產(chǎn)業(yè)園內(nèi)
電話:0532-58281708

關注官方網(wǎng)站