淺談加氫站的安全運營管理

王 磊

〔中國石化天津石油分公司 天津 300100〕

1 氫能源的危害分析

1.1 氣氫特性

1.1.1 氣氫自身屬性

(1)氫氣的最小點火能量低僅為0.02 mJ,是汽油最小點火能量的十分之一,更易被靜電火花點燃。

(2)氫氣的燃燒范圍為4.1%～75%;爆炸極限范圍為18.3%～59.0%;汽油的燃燒范圍為1.0%～7.8%,爆炸極限范圍為1.1%～3.3%。由此看出,氫氣相較于汽油來說,可燃范圍更大,爆炸范圍更廣。

(3)氫氣無色無味,與有色有味的汽油相比其泄漏更不易察覺。

(4)氫氣的擴散系數(shù)大約為6.1×10-5m2/s,擴散速度快,約為天然氣的6倍,甲烷的3.8倍。結(jié)合氫氣燃燒范圍下限(4.1%)遠低于其爆炸范圍下限(18.3%)的特性,若能做好氫氣的防積聚、泄漏檢測及連鎖切斷,就不易引發(fā)氫氣爆炸。

(5)易產(chǎn)生氫損傷,氫原子會溶入金屬設(shè)施內(nèi)部,通過其還原作用使材料力學(xué)性能劣化,發(fā)生損傷甚至引起構(gòu)件破壞。

總之，《〈聊齋志異〉敘事藝術(shù)研究》引述豐富，資料詳實，反映了著者扎實嚴謹?shù)膶W(xué)術(shù)功底、開闊靈活的研究視野和兼收并蓄的學(xué)術(shù)胸懷。此外，該著作還做到了將高度概括的理論建構(gòu)與豐富細膩的文本分析相結(jié)合、將嚴謹論述與形象表達相結(jié)合，結(jié)構(gòu)嚴密，行文流暢，形成了鮮明的特色。

1.1.2 泄漏特性

氫氣密度只有空氣的1/14,擴散速度快,不易在地面聚集,但在封閉空間易在頂部聚集。通過氫氣泄漏擴散數(shù)值模擬不同濃度不同擴散條件下的點火爆炸試驗來測試氫氣的安全性,可以直觀地說明氫氣不易在地面聚集形成爆炸氣氛,而難點在于控制建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu),避免氫氣積聚。

1.1.3 燃燒特性

氫氣高速泄放時極易發(fā)生自燃引發(fā)噴射火,20s內(nèi)幾乎一定著火,其自燃機理有待進一步研究。噴射方向?qū)κ鹿拾l(fā)展尤為重要,向下噴射更有可能造成爆炸;水平與向下泄漏的噴射火對周邊的影響更大。

1.1.4 氫脆特性

氫脆又稱氫損傷,主要指的是在高溫高壓的狀態(tài)下氫氣以原子形態(tài)滲入金屬,并在金屬內(nèi)部結(jié)合成分子,產(chǎn)生很高的壓力,嚴重時會導(dǎo)致表面鼓包或者皺褶。氫與鋼中的碳結(jié)合使鋼脫碳或使鋼中的硫化物與氧化物還原,造成材料劣化和強度降低,并因此導(dǎo)致殼體材料內(nèi)部形成細小的裂紋或延遲性的脆性破壞,形成白點或結(jié)合碳產(chǎn)生甲烷使材料劣化,造成應(yīng)力集中,強度下降,超過鋼材的強度極限,使鋼材失效。因此,需要用到阻氫工藝。現(xiàn)代研究表明,高鎳基材料及非晶態(tài)鍍鎳合金能夠很好地阻止和減少氫分子進入鋼材,達到抗氫阻氫效果。

1.2 液氫特性

1.2.1 物理特性

液氫是呈現(xiàn)淡藍色的透明液體,本身不具備腐蝕性,其密度為70.78 kg/m3,與水的密度比為0.071,即液氫的密度是水的1/14。

1.2.2 膨脹特性

在吸熱的情況下,液氫體積的膨脹率要遠遠超過水在吸熱時的膨脹率。以熱膨脹率來表示,在常溫下液氫的熱膨脹率是水的熱膨脹率的23倍。從安全的角度,這一特性對于液氫的存儲非常不利。如果液氫儲罐沒有足夠的富余空間以容納液氫的膨脹,儲罐會出現(xiàn)過壓,且會傳導(dǎo)至相連的傳輸和排氣管道。液氫容器內(nèi)應(yīng)保障最低氣相空間,防止?jié)M液沖擊(漲罐)[1]。

1.2.3 密度特性

當液氫從高壓容器中泄漏后,由于壓差的存在,部分液氫會發(fā)生氣化形成兩相流,與空氣中懸浮物一起形成氣溶膠。同時另一部分在地表積聚形成液池,一定量后形成液面,并擴張氣化。泄漏停止后,液面從泄漏源中間開始消失,形成環(huán)形液面不斷衰減直至完全氣化。根據(jù)外界環(huán)境可產(chǎn)生物理爆炸、化學(xué)爆炸、氣云爆炸、高速爆燃、聲波爆轟等重大安全風(fēng)險隱患。

氣態(tài)與液態(tài)氫能源均自帶有安全隱患特性:易燃、易爆、易擴散、高壓、易泄漏、氫脆

2 加氫站安全運行的管理

加氫站安全管理的核心內(nèi)容在于如何防止氫氣泄漏,執(zhí)行消除燃燒的必要措施,滿足加氫設(shè)施的防火需求,對設(shè)施及管道材質(zhì)做好質(zhì)量保證,符合低溫材質(zhì)要求,防止低溫設(shè)施超壓排放及爆炸風(fēng)險,做好全員安全防護等。加氫站在運行過程中要注意預(yù)防儲氫設(shè)備及制氫設(shè)備的真空、化學(xué)破壞、絕熱性能下降、預(yù)冷、加卸液態(tài)氫的處理等方面。只有嚴格按照要求對上述要求進行操作落實,加強人員管理,才能有效預(yù)防危險的發(fā)生,使加氫站能夠安全運行[2]。

2.1 執(zhí)行相關(guān)管理制度和操作規(guī)程

加氫站的管理制度應(yīng)符合《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《城鎮(zhèn)燃氣管理條例》、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)定》以及加氫站所在地燃氣經(jīng)營許可管理辦法等規(guī)定。建立健全日常管理制度,包括《安全文化管理手冊》、《加氫站HSE運行管理規(guī)定》、《加氫站操作規(guī)程》、《安全崗位證書》、《運營管理指導(dǎo)手冊》和《新投營場站指導(dǎo)手冊》等一系列加氫站規(guī)范管理制度及手冊,保障加氫站的正常運轉(zhuǎn)。

2.2 開展安全生產(chǎn)標準化建設(shè)

加氫站應(yīng)建立健全相關(guān)臺賬、檔案及操作表單,如“設(shè)備管理臺賬”、“隱患治理臺賬”、“應(yīng)急演練臺賬”、《巡檢記錄表》、《充裝記錄表》、《卸氫確認表》等。制定加氫卸氫標準,如“加氫八步法”、“卸氫八步法”等。

2.3 關(guān)鍵崗位及特種作業(yè)人員持證上崗

(1)站長負責(zé)加氫站的生產(chǎn)運行和行政管理工作,是HSE第一負責(zé)人,組織開展站內(nèi)風(fēng)險識別、隱患排查、做好安全防護措施及時上報上級,落實風(fēng)險防控;組織人員對重點設(shè)備、儀器儀表、管線閥門、報警裝置、消防器材等進行檢查和維護,確保安全可靠;組織員工進行專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí),組織員工進行應(yīng)急預(yù)案演練,充分提高員工綜合應(yīng)急能力。

(2)技術(shù)負責(zé)人主要負責(zé)協(xié)助站長對員工進行安全教育,加強站內(nèi)安全意識,監(jiān)督各項安全措施的落實及員工是否執(zhí)行加氫站技術(shù)管理相關(guān)規(guī)定,帶領(lǐng)員工做好交接班工作,增強安全意識,嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程,保證加氫站安全運作。

(3)安全員負責(zé)監(jiān)督檢查安全措施的落實,糾正違章行為,并填寫檢查記錄,自覺參與安全管理事務(wù)活動,禁止違章指揮、違章操作行為,監(jiān)督、檢查員工正確使用安全防護用品,做好安全防護裝置和設(shè)施的管理及日常維護保養(yǎng)工作。掌握各崗位安全生產(chǎn)動態(tài),對發(fā)現(xiàn)的隱患問題做到及時整改。

(4)充裝人員主要負責(zé)加氫站設(shè)備設(shè)施安全運營,以及設(shè)備的日常維護、檢修等工作,單次充裝作業(yè)人員至少安排兩名成員三班兩倒進行工作。

工作人員必須持證上崗。國家相關(guān)部門或地方政府依托公司對各崗位人員定期進行考核,凡考試合格者才能上崗。

2.4 建立應(yīng)急預(yù)案及現(xiàn)場處置方案

加氫站應(yīng)依據(jù)有關(guān)法律、法規(guī)及相關(guān)規(guī)定,并結(jié)合企業(yè)制度及實際情況,建立完整的工作機制及應(yīng)急預(yù)案體系,主要包含《凍傷事故現(xiàn)場處置方案》、《交通事故專項應(yīng)急預(yù)案》、《電氣火災(zāi)事故現(xiàn)場處置方案》、《人員觸電事故現(xiàn)場處置方案》等突發(fā)情況應(yīng)急預(yù)案,應(yīng)經(jīng)常開展不同等級的事故演練,大型的事故演練要聯(lián)合當?shù)毓蚕馈踩芾聿块T一同進行。

2.5 加強依法合規(guī)運行管理

加氫站相關(guān)管理人員和操作人員應(yīng)按國家規(guī)定取得相關(guān)的作業(yè)資格,并定期復(fù)審。在國家明確加氫站作業(yè)人員工種前,暫以特種設(shè)備相關(guān)作業(yè)人員資格證書、安全生產(chǎn)知識和管理能力考核合格證書作為上崗證。此外還包括壓力容器操作證(R1、R2 證)、氣瓶充裝證(P 證)等證件可作為加氫站人員增項考核標準。

加氫站應(yīng)建立考核上崗制度,定期對從業(yè)人員進行設(shè)備工藝、操作流程、消防安全、應(yīng)急處置等方面的知識及實際操作進行檢查考核并保留相關(guān)記錄?？己瞬缓细竦墓ぷ魅藛T,不得上崗作業(yè)?？己酥芷诓灰舜笥?年。工作人員轉(zhuǎn)崗、脫崗3個月以上(含3個月)者,應(yīng)重新進行培訓(xùn)教育,經(jīng)考核合格后方可上崗[3]。

2.6 加強對加氫站管線及設(shè)備的日常巡檢和維護

加氫站在日常巡檢中應(yīng)注意安全閥的根部閥、單向閥、緊急切斷閥等常開閥門以及排液閥、排空閥等常閉閥門是否正常運行,同時也應(yīng)注意工藝管道是否發(fā)生腐蝕,在日常維護中及時進行防腐與補漆。對螺栓、螺帽及部分關(guān)鍵外漏部分也應(yīng)注意是否發(fā)生松動或腐蝕。對加氫站內(nèi)的設(shè)備、管線、閥門及墊片等日常保養(yǎng)及維護應(yīng)事先認真研讀產(chǎn)品說明書或向供應(yīng)商或產(chǎn)品維護單位進行咨詢,按照正確要求做好維修保養(yǎng)方案及現(xiàn)場工作記錄。

3 結(jié)束語

氫能是目前備受矚目的一種清潔高效的可再生能源。消除氫氣在生產(chǎn)、運輸、存儲、銷售過程中的安全性問題是氫能源能夠可持續(xù)發(fā)展的重要保障。加氫站擔(dān)任著氫能源的“輸出終端”角色,更應(yīng)嚴格按照安全生產(chǎn)條例,落實安全生產(chǎn)責(zé)任制,從“人、物、環(huán)境”全方位提升安全管理水平,降低事故概率,謹記“安全常有,風(fēng)險永存”,加強員工培訓(xùn)、現(xiàn)場維護、工藝革新,從技術(shù)與管理多方面實現(xiàn)加氫站的安全運營。