科普 | 氫能應用到底安全不安全？

隨著全球能源轉型的不斷推進，氫能作為清潔能源重要載體有很多應用空間，國外已經(jīng)將氫能熱電連供作為居民日常供暖用能的重要依據(jù)。如果氫能和人們的生活產(chǎn)生如此密切的聯(lián)系，那么它真的安全嗎？

告別氫能安全性的誤區(qū)

氫氣是最輕的氣體，具有特殊的物理和化學特性。它的密度只有甲烷的1/8，是丙烷的1/22，質量和密度都非常輕。在常溫常壓下，氫氣的燃燒范圍在空氣中為4%~75%，在純氧環(huán)境中為4.5%~94.0%。這個范圍確實比絕大多數(shù)常見燃料更寬。然而，需要注意的是，燃燒范圍并不等同于爆炸范圍。

爆炸范圍：常見的誤解是將氫氣的燃燒范圍等同于爆炸范圍。實際上，氫氣在空氣中的爆炸范圍為18.3%~59%，遠小于其燃燒范圍。這意味著氫氣更容易發(fā)生燃燒而非爆炸。爆炸下限：氫氣爆炸的下限（18.3%）遠高于天然氣（6%）和汽油（1.1%）。這一特性實際上增加了氫氣使用的安全性。點火能量

雖然氫氣的最小點火能約為天然氣的1/10，但這個數(shù)值是在特定條件（氧氣濃度25%-30%）下測得的。在實際應用中，特別是在燃燒下限附近，氫氣的點火能與天然氣相差不大。

事實上，氫作為最輕的氣體，其擴散性很強，要知道它比汽油的擴散性大7-8倍，也就是說如果是極少量發(fā)生泄露，那很快會擴散在空氣中被稀釋。

如何讓氫氣利用更安全

歷史經(jīng)驗：

氫氣在工業(yè)領域應用超過百年歷史。長期實踐證明，在嚴格遵守安全規(guī)范的前提下，氫氣是一種相對安全的能源載體。氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，其產(chǎn)生的少量氮化氫經(jīng)過合適的處理也不會污染環(huán)境，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，進行反復循環(huán)使用。這些獨特的物理屬性使得氫氣在適當安全措施的配合下，可以被安全地應用在能源領域。

安全管理方法：

材料選擇很重要，選用適當材料，防止金屬產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象。定期檢查和維護設備也相當重要，包括對管道、連接件及設備的常規(guī)檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行修復。

必須做好通風設計，因為氫氣發(fā)生爆燃需要一定的濃度，所以確保足夠的通風，防止氫氣積聚，可以有效預防氫氣爆炸發(fā)生的可能性。

做好泄漏檢測相關工作，利用氫氣易擴散的特性，在密閉空間上部安裝相應的檢測裝置，可以有效地發(fā)現(xiàn)氫氣泄露，及時防范安全風險。建議做好相應的熔斷機制，當氫氣發(fā)生泄露時可以及時關斷開關，防止事故發(fā)生。

安全注意事項：

簡而言之，安全利用氫能需要做好“三防兩嚴”，“三防”指防泄漏、防集聚、防點火，其中任何一種情景發(fā)生，就意味著風險存在。“兩嚴”指嚴控氫氣品質以及嚴格流程管理。“在應用過程中，只要能嚴格貫徹‘三防兩嚴’方針，就不會發(fā)生大的安全事故。”

氫氣是一種相對安全的能源載體，完善的安全管理體系和操作規(guī)程為氫能的安全應用提供了堅實保障。

國家出臺政策保證氫能安全

為了保障氫能安全，國家還出臺相應的政策和標準體系。國家標準中涉及氫能相關標準包括：GB4962-2008氫氣使用安全技術規(guī)程；在電力行業(yè)及相關標準中包括：DL/T607-2017汽輪發(fā)電機漏水、漏氫的檢驗；DL/T651-2017氫冷發(fā)電機氫氣濕度技術要求；DL/T705-2021運行中氫冷發(fā)電機用密封油質量三項標準。

多地政府也出臺氫能安全相關的政策，以此保障氫能利用的安全性能。今年4月，《內蒙古自治區(qū)可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)安全管理辦法（試行）》出臺，文件提出：“綠氫加氫站參照天然氣加氣站管理模式，經(jīng)營性綠氫加氫站應向燃氣主管部門取得經(jīng)營許可。綠氫運輸按照危險貨物運輸管理，從事綠氫道路運輸應向交通運輸主管部門取得道路危險貨物運輸相關許可。移動式壓力容器、氣瓶的充裝單位應向特種設備安全監(jiān)督管理部門取得充裝許可。”

吉林也在去年年底出臺了《吉林省氫能產(chǎn)業(yè)安全管理辦法（試行）》，其中提到：“氫能企業(yè)按行業(yè)類別歸口安全監(jiān)督管理。化工企業(yè)的氫能生產(chǎn)，應取得危險化學品安全生產(chǎn)許可。綠氫生產(chǎn)不需取得危險化學品安全生產(chǎn)許可。加氫站參照天然氣加氣站管理模式，經(jīng)營性加氫站應取得燃氣經(jīng)營許可。氫能運輸按照危險貨物運輸管理，應取得危險貨物運輸相關許可。移動式壓力容器、氣瓶的充裝單位應取得充裝許可。”

綜上所述，盡管氫氣具有一定的危險性，但通過科學的認識和合理的安全管理，氫能應用的安全性是可以得到保障。氫氣在某些方面甚至比一些傳統(tǒng)燃料更安全。