航天集團(tuán)靳殷實(shí)：氫氣的安全風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施

2024年10月16日由國際能源網(wǎng)、國能能源研究院、氫能匯等聯(lián)合主辦的國能網(wǎng).2024第九屆產(chǎn)業(yè)年會之氫能大會在北京成功舉行。大會舉行期間中國航天科技集團(tuán)公司中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究員靳殷實(shí)做了《氫氣的安全風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施》的精彩報(bào)告。

靳殷實(shí)表示：“目前人們對氫氣安全認(rèn)識有兩個(gè)偏差。一是一些對氫氣不了解的人，談氫色變，對涉氫產(chǎn)品和氫能設(shè)備的使用感到恐懼，擔(dān)心氫氣爆炸。二是在一線涉氫操作人員和氫能設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)人員，常年和氫氣打交道，也沒有出現(xiàn)過事故，對氫氣的安全意識淡漠，有時(shí)候會做出一些違反安全法規(guī)的操作，帶來安全隱患。上述兩種現(xiàn)象都是不對的，不利于氫能產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。”

1：氫氣的風(fēng)險(xiǎn)在于其化學(xué)特性

其物理特性擴(kuò)大了它的風(fēng)險(xiǎn)

氫的安全保障是氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的前提也是涉氫企業(yè)生存的前提。氫位于元素周期表第一位，大部分氫原子只有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，氫原子這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)造成氫氣所有的物理化學(xué)特性。

氫氣主要風(fēng)險(xiǎn)在于其化學(xué)特性，可以與氧氣、鹵素氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而它的物理特性影響了它的風(fēng)險(xiǎn)，對安全控制既有有利一面，又有不利的因素。

氫氣在儲氫容器內(nèi)安全，發(fā)生泄露與空氣混合，在4%-75%這個(gè)范圍可能燃燒爆炸。氫氣燃燒爆炸范圍會隨著外部環(huán)境而變化，溫度升高，范圍會擴(kuò)大；壓力升高，范圍也會擴(kuò)大；相反，若氫氣混合惰性氣體，這個(gè)范圍會縮小，達(dá)到一定比例時(shí)甚至不會爆炸。氫氣被點(diǎn)燃的能量很小，大家常認(rèn)為是0.02毫焦，方式也很多，電源、打火、靜電、火花、摩擦生熱等。但這是在氫氣濃度為百分之二十幾的濃度下的點(diǎn)燃的能量，而氫氣濃度在4%時(shí)，點(diǎn)燃?xì)錃夂忘c(diǎn)燃汽油蒸汽的能量差不多，大約是0.2毫焦。氫氣到底燃燒還是爆炸，取決于氫氣泄露后所處狀態(tài)。如果氫氣泄露前有火源，氫氣泄漏會直接燃燒；如果氫氣泄露一段時(shí)間與大氣混合達(dá)到燃燒爆炸的濃度范圍，這種情況下火源出現(xiàn)可能就是爆炸。

氫分子在所有分子中體積最小、質(zhì)量最小、黏性小，所以氫氣容易泄露。氫氣泄露從泄露點(diǎn)向四周擴(kuò)散濃度逐漸降低。把4%濃度以上的范圍叫做燃燒云，氫氣泄漏的流量越大，燃燒云的體積范圍也越大。

氫氣是易燃易爆危險(xiǎn)品。氫氣輕，擴(kuò)散速度快，向上和向四周的擴(kuò)散速度比天然氣快3.8倍，如果氫氣發(fā)生擴(kuò)散，它將快速擴(kuò)散到不可燃的濃度。通過氫氣的這些特點(diǎn)，靳殷實(shí)認(rèn)為，氫能對比其他可燃性氣體，其安全風(fēng)險(xiǎn)要低。

2：氫氣事故多種類型 

泄露風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果不同

氫氣的特性決定了它的危險(xiǎn)性，靳殷實(shí)指出：氫氣事故類型分為3種，儲氫容器爆炸是第一種。氫氣混合其它氣體后發(fā)生燃燒爆炸是第二種。第三種是涉氫材料性能劣化，對于金屬通常會產(chǎn)生氫脆。還有液氫對人體的凍傷、氫氣窒息等危害，這些場景較少。

對于儲氫罐，儲液氫罐容器爆炸。其原因一是容器結(jié)構(gòu)被損壞，達(dá)不到原來的強(qiáng)度，如長期摩擦、碰撞或車輛傾覆；二是違規(guī)操作，如充氫壓力超壓，安全泄壓裝置失效。除了以上兩種，還有氫氣化學(xué)爆炸，鹵素氣體和氫氣混合，或氫氣罐進(jìn)入氧氣，都有可能產(chǎn)生猛烈爆炸。

氫氣泄露會導(dǎo)致燃燒、爆燃或爆轟。氫氣燃燒燃點(diǎn)574℃ ，點(diǎn)燃能量小，空氣中0.019mJ（最容易爆燃的條件下）,氧氣中0.007mJ的能量都會點(diǎn)燃或引起爆燃；1937年5月6日興登堡號事件是一起嚴(yán)重的氫氣燃燒事故，造成36名乘客不幸罹難。

氫氣濃度達(dá)到4%至75%，施加靜電、明火或混合空氣溫度達(dá)到527攝氏度及以上，會發(fā)生爆燃。2006年12月06日四川一所大學(xué)實(shí)驗(yàn)室氫氣爆炸、2015-12-20北京某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生氫氣爆燃事故，均造成人員傷亡。

氫氣濃度達(dá)到18.3%至59%，在空間受限等特定環(huán)境下會產(chǎn)生爆轟。爆轟是有條件的，敞開的環(huán)境很難發(fā)生爆轟，氫氣和氧氣混合有可能發(fā)生爆轟。但是一旦發(fā)生爆轟，由于壓力劇增，反應(yīng)速度較快，帶來的危害和損失也較大，防止發(fā)生氫氣爆轟是重要研究課題。

高壓氫氣泄漏安全風(fēng)險(xiǎn)很大，這種噴射出的氫氣往往會發(fā)生自燃，從而變?yōu)閲娀?，甚至發(fā)生局部爆轟，對周圍產(chǎn)生很大破壞。

3：避免氫氣事故 

強(qiáng)化氫安全管理和監(jiān)督