氢燃料安全再敲警钟 通向安全加氢站的中国道路怎么走？

引言：当地时间2020年4月7日上午，美国北卡州朗维尤（Long View）的OneH2氢燃料电池工厂发生了爆炸事故。该公司是美国东海岸唯一的燃料电池工厂，主要为叉车和半卡车提供动力。这次爆炸震毁了附近60处房屋的窗户，幸运的是该工厂的44名员工均未受伤。

（来源：微信公众号“氢智会”ID：HydrogenAiClub 作者：郭阳阳）

从2019年5月开始，挪威、美国、韩国接连发生氢气爆炸事件，分别是：2019年5月韩国江原道氢燃料储存罐爆炸，2019年6月美国加州圣塔克拉拉储氢罐泄露爆炸，2019年6月10日挪威首都奥斯陆地铁站附近的KJØRBO加氢站发生着火爆炸。

一年内这4起与氢气相关事件，对刚刚萌芽的氢能产业造成了巨大的负面影响。有分析认为，加氢站等配套设施事故频发，对一些坚持用氢燃料汽车技术替代纯电动汽车技术的车企带来重大打击。同时，爆炸发生后导致氢供应中断，也凸显出燃料电池汽车使用面临的挑战。

加氢站到底安全吗？4月8日上午，上海燃料电池汽车商业化促进中心组织已在氢能领域开始试水的中国石化销售股份有限公司上海石油分公司、中石化氢能源（上海）责任有限公司、上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司等相关单位专家，就加氢站安全问题开展了专题探讨。内容整理分享如下：

一

国内加氢站建设标准较国外更加严格。

2017年10月国家质检总局、国家标准委联合发布公告批准425项国家标准，其中包括了8项氢能标准分别是：《加氢站安全技术规范》、《加氢站用储氢装置安全技术要求》、《车用压缩氢气天燃气混合燃气》、《甲醇转化变压吸附制氢系统技术要求》、《氢能汽车加氢设施安全运行管理规程》、《氢氧发生器安全技术要求》、《小型燃料电池车用低压储氢装置安全试验方法》、《氢气储存输送系统第1部分：通用要求》。这8项氢能标准涉及到了加氢站、储氢等多个领域，都强调了安全性，同时安全性在所有标准中占据了重要地位。表1列出了部分加氢站相关标准。

表1 加氢站相关标准

目前国内加氢站建设参考的标准主要有《加氢站技术规范GB 50516-2010》、《加氢站安全技术规范GB/T 34584-2017》，这两个标准均引用了《氢气站设计规定GB 50177-2005》。《加氢站技术规范GB 50516-2010》是在吸取国内外加氢站设计、建造和运营经验的基础上，结合北京、上海三座加氢站建造和运行经验编制而来。我国加氢站规范安全间距数值采用经验类比值，设备安全间距较大，加氢站占地面积较大。如欧洲工业气体协会标准《气态氢气站IGC DOC 1506E》（2006版）中规定：安装氢系统的建筑应为专门设计的单层结构，泄压面积应不小于屋面面积或最长一侧外墙面积，泄压面积可以是对外开孔的面积，轻质不燃材料的墙、外墙上向外开的门、轻型屋面等。《加氢站技术规范GB 50516-2010》参照上述规定，并将泄压面积增加了20%。

同样，加氢站内设施与站外设施的防火间距要求也较大。虽然增加了加氢站的占地面积，但人们对于氢安全、氢能应用的认知度尚待提高，保守的标准有利于为加氢站发展初期提供安全保障。

二

加氢站建设时已有严格的安全设计规范。

加氢站设计建设之初有充分的安全设计，加氢站在设计上是安全的，在选址、平面布置、加氢工艺及设施、公用工程及辅助设施、消防设施、预警设施等方面综合设计规划，能达到本质安全的目标。卸车流程、增压流程、储氢流程、加氢流程等都有保护措施。如增压流程为便于紧急情况下对加氢站停机，在压缩机前总管道上设置紧急切断阀，且设置必要的联锁控制系统；储氢流程中储氢罐有压力监控装置和泄露检测装置；加氢流程中加氢机上安装有压力传感器、温度传感器、过压保护装置、软管拉断保护装置等。

图1 外部供氢加氢站工艺流程图

加氢站建设之初就充分考虑了站内物料、工艺设备、材料和工艺过程的危险源，确保充分约束所有可能发生的危险因素。包括公用工程和辅助设施，如供电及照明设施，对站内重要负荷，如加氢站的信息及监控系统、通讯等，采用不间断供电电源装置（在线式UPS）作为保证供电连续性的措施。照明电压为220V。防爆区内的场地照明采用防爆灯，防爆灯具选用不低于dIICT1隔爆型，满足Gb类电气设备保护级别。

消防方面的配置考虑也是十分充分，例如三级加氢站根据规定配置符合要求的消防器材，包括：4只4kg手提式干粉灭火器、4只6L泡沫灭火器，35kg推车式干粉灭火器1个，灭火毯2块，沙子2m3，室外20L/s的消防水量。包括防雷和防静电接地等也都做了完善防护的措施。加氢站所有区域内均设置火焰检测探头和可燃气体泄漏报警探测器，在站内的撬装式配电控制箱内安装可燃气体报警控制器，一旦接收到火焰或可燃气体浓度超限的探测信号，立即连续报警并关闭所有紧急切断阀，实现安全操作。

三

国内已建加氢站应急措施都很完善。

氢气发生爆炸要满足三个条件：达到爆炸极限、密闭空间、明火。因此，规定密闭空间任何时候应避免氢气浓度超过1%（氢气爆炸极限4.1%-74.1%），且在涉氢区禁止任何时间出现任何明火，以保障安全。加氢站在正常运行情况下不会出现事故，但不可否认物的危险存在。在发生事故时，可以根据完善的应急事故流程和火灾事故应急预案妥善处理问题。

加氢站发生事故有一个引发过程，一般由氢气泄露引发。氢气泄漏可分为两种情形：瞬时泄漏和连续泄漏。储氢容器的突然爆破导致氢气在一瞬间完全泄漏属于瞬时泄漏，容器或管道出现破损导致氢气在一段时间内沿孔持续泄漏则属于连续泄漏。瞬时泄漏在一瞬间导致大量氢气泄漏，连续泄漏是沿孔的持续泄漏。

下面是国内加氢站普遍采用的应急措施，包括氢气泄露及轻微着火三级应急预案和火灾事故应急预案。

氢气泄露及轻微着火三级应急预案具体内容如下：第三级，氢气轻微泄露，指浓度未触发实浓度报警器，但使用氢气检漏仪能够探知到的泄漏。这种泄漏一般可以直接由现场操作人员解决问题，排除故障。首先使用氢气检漏仪和检漏液确定泄漏位置，然后关闭氢气阀门，将管路中的氢气通过排空阀排出，再对泄漏处进行妥善处理。第二级，氢气聚集触发报警。发现氢气聚集触发报警以后，应保持冷静，迅速切断氢气阀门，立即切断电源，紧急排风，并联系告知负责人。排空过程禁止任何人进行维修或进行任何操作。待氢气排空后，方可进入寻找漏点，解决问题。第一级，出现明火。出现明火分类两种情况：（1）非氢部分区域物品空气中起火燃烧。此时应立即切断任何可能引发氢气（包括气路和气罐）起火的线路，紧急切断电源。然后马上通知负责人，并立即组织灭火。如火势失控，应立即拨打119报警电话，并在安全距离外持续监控着火物状态。（2）如遇氢气部分区域起火燃烧。1）应及时切断气源。若不能立即切断气源，不得熄灭正在燃烧的气体，并用水强制冷却着火设备，同时可向氢气设备通入惰性气体氮气，氢气系统应保持正压状态，防止氢气系统回火发生。 2）冷却和控制燃烧。限制空间氢气设备着火，则不允许熄灭泄漏处的火焰，应立即喷水冷却容器，控制氢气稳定燃烧，防止火灾扩大或爆炸。逐步切断气源，并喷水隔离管线、阀门及邻近的设备，并保护毗邻的建筑物免受火灾威胁，控制火势的扩大和蔓延。氢气设备通入氮气让其自行熄灭 。氢气燃烧时火焰是透明的肉眼不易察觉，消防人员应佩戴自给式呼吸器，穿防静电服进入现场，注意防止外露皮肤烧伤。3）灭火。可选择的灭火剂有雾状水、二氧化碳、干粉、泡沫。 组织足够消防力量，将火势控制在最小范围，在用射流水冷却着火罐壁的情况下，用干粉喷洒着火点，覆盖火源，终止燃烧，直到火焰完全熄灭。在未能切断气源的情况下，严禁熄灭已稳定燃烧的火焰。 4）如火势无法控制，立即请求辖区消防队支援。

下面是火灾事故应急预案具体内容：

（1）事故报警1）发现人员第一时间向现场负责人报警。报警要讲清楚：事故发生的现状、事故现场的环境条件、预计将受威胁的区域、已采取和准备采取的防治措施等。2）现场负责人接到报警后立即向作业区域人员预警，并向公司应急指挥部报告。3）公司应急指挥部根据现场情况发展决定是否启动本预案，确定响应级别。（2）现场警戒根据现场询问和侦测情况，确定警戒区域，设置警戒标志，布置警戒人员，严格控制非抢险人员进入，消除一切火源，并在整个处置过程中实施动态检测。在不考虑风向的情况下，以事故发生点为中心，距事故点100m内的范围为警戒范围。（3）营救、疏散人员搜寻遇险和被困人员，并迅速组织营救和疏散燃烧爆炸可能影响范围内的一切无关人员，转移至安全的疏散安置区。（4）工艺处理1）立即停止一切作业。2）关闭相关阀门、切断电源、监控周边明火。（5）事故处置1）由各应急小组根据职责要求立即展开应急救援行动。2）采取措施对现场泄漏、火灾爆炸事故进行处置。3）对受伤人员进行必要的救护。（6）撤离如果事故现场自身力量无法处置，应以保障人员安全为首要目的，由应急救援总指挥宣布现场人员及时撤离至安全的疏散安置区。撤离时应统一指挥，应急抢险组最后撤出，到安全区后由应急支援组负责清点人数。（7）现场洗消处置结束后，所有应急人员和器材都必须严格进行洗消。处置措施：在火灾尚未失控之前，迅速采取正确措施，控制火灾。一旦火灾失控，应急小组组长，应立即下令应急人员撤离现场，封锁现场，并上报应急救援领导小组。应急小组组长应根据火势和现场情况，决定是否拨打119报警电话要求当地消防队的救援。按照当前国家法规，加氢站在正常运行情况下不会出现事故，但物的危险存在。在发生紧急事故时，可以根据应急事故流程和火灾事故应急预案处理问题，根据现场处置措施处置事故问题。

四

除了完善的建站设计和应对措施，国内加氢站的管理普遍比国外严格。

目前国内加氢站基本都由专业的氢能公司负责运行和管理，且必须有严格的管理制度，工作人员必须经过专业培训。下图为国内某知名公司的部分管理制度，由各级安全管理人员负责本级别的安全应急预案的管理、应急演练、预案培训工作，运行部各级人员负责制定各类应急响应程序，安环部负责应急预案的评审、应急演练的培训与组织实施，应急演练频次为每年2次。

表2 加氢站管理制度

总结：五

国内加氢站建设标准较国外更加严格。

氢能不仅关系环境保护，更关系我国能源安全问题，发展氢能已是不可逆转的世界能源趋势。在加氢站物料不安全的情况下，通过前期安全设计和工艺设备安全来约束和限制不安全因素；通过泄露报警、紧急切断、紧急排空、火焰探测、消防系统来防止事故发生；通过设置一系列安全措施，建立健全应急处置方案，配合正确的操作、科学的管理，可使加氢站达到本质安全。

作者简介：

郭阳阳，硕士，上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司，燃料电池及动力系统实验室测试工程师