??? 3.1 燃料電池車供氫系統(tǒng)的防火安全
??? (1)所有儲(chǔ)氫瓶、管道以及閥件均應(yīng)適用于氫介質(zhì),儲(chǔ)瓶、管道及閥件所能承受的壓力留有足夠的安全裕量;儲(chǔ)氫瓶的安裝符合相關(guān)國(guó)家規(guī)范的安全要求,高壓氫氣連接管應(yīng)采用質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)縫不銹鋼管。
??? (2)安裝前并組管路需經(jīng)過30 MPa水壓實(shí)驗(yàn)和2OMPa氣密檢查實(shí)驗(yàn)后才進(jìn)行總體安裝;總裝結(jié)束后,對(duì)整車氫供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行兩次氣密性檢查;在儲(chǔ)氫瓶的出口處設(shè)有過流保護(hù)裝置,當(dāng)管路或間件產(chǎn)生氫氣泄漏使氫氣流量超過燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)需要最大流量的2O% 時(shí),過流保護(hù)裝置會(huì)自動(dòng)切斷氫氣供應(yīng);
??? (3)需在儲(chǔ)氫瓶的總出口設(shè)計(jì)一個(gè)電磁閥,在探測(cè)到氫氣泄漏或處于其他危險(xiǎn)情況時(shí)可切斷供氫系統(tǒng)。
??? 3.2 燃料電池車的整車用氫系統(tǒng)的防火安全整車用氫安全系統(tǒng)主要從防氫氣泄漏及報(bào)警、防靜電等方面著手,電氣控制系統(tǒng)應(yīng)包括氫泄漏監(jiān)測(cè)及報(bào)警處理系統(tǒng)、車體防靜電接地、車內(nèi)部件防爆電氣設(shè)計(jì)等。
??? (1)氫泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可安裝在車頂部的儲(chǔ)氫瓶艙、乘客艙、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及催化燃燒型傳感器附近,傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)車內(nèi)的氫含量,當(dāng)有任何一個(gè)傳感器檢測(cè)到的氫體積分?jǐn)?shù)超過氫爆炸下限(空氣中的氫體積分?jǐn)?shù)為4 )的1O 、3O 和50 時(shí),監(jiān)控器會(huì)分別發(fā)出I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)聲光報(bào)警信號(hào)。報(bào)警處理系統(tǒng)在接收到I級(jí)報(bào)警信號(hào)時(shí),應(yīng)啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng);同時(shí)通過聲光報(bào)警通知司機(jī)有氫氣泄漏,關(guān)閉氫供應(yīng)系統(tǒng)中氫氣瓶組出口的電磁閥,并采取其他相應(yīng)的處理措施。
??? (2)燃料電池車車體底部應(yīng)有多處接地線,以防止靜電積聚。
??? (3)燃料電池車的氫檢測(cè)傳感器均選用防爆型,氫安全處理系統(tǒng)中所用的繼電器選用防爆固態(tài)繼電器,車體嚴(yán)禁使用電源插座、接觸器、繼電器以及機(jī)械開關(guān)等可以引起電弧的用電裝置,嚴(yán)禁進(jìn)行電焊、砂輪磨削等可以引起火花、電弧的操作。
??? 3.3 燃料電池車車庫(kù)的防火安全車庫(kù)的安全可從防氫氣積聚及防靜電等方面考慮。
??? (1)車庫(kù)內(nèi)防止氫氣積聚的措施主要包括氫泄漏監(jiān)測(cè)及報(bào)警處理系統(tǒng),送、排風(fēng)設(shè)施等。車庫(kù)內(nèi)氫泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)車庫(kù)內(nèi)的氫體積分?jǐn)?shù),當(dāng)有任何一個(gè)傳感器檢測(cè)到的氫體積分?jǐn)?shù)超過氫爆炸下限(與車上標(biāo)準(zhǔn)相同),監(jiān)控器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào);同時(shí)自動(dòng)打開車庫(kù)上部
??? 的進(jìn)氣窗,并開啟車庫(kù)頂部的排風(fēng)機(jī)排風(fēng),以排出氫氣。
??? (2)車庫(kù)使用的燈具、排風(fēng)機(jī)電機(jī)以及氫檢測(cè)傳感器均選用防爆型。
??? (3)車庫(kù)內(nèi)嚴(yán)禁使用電源插座、接觸器、繼電器以及機(jī)械開關(guān)等可以引起電弧的用電裝置,嚴(yán)禁進(jìn)行電焊、砂輪磨削等可以引起火花、電弧的操作。
??? 4 燃料電池加氫站的消防安全措施和對(duì)策
??? 筆者以上海安亭加氫站的消防設(shè)計(jì)為例,分析了燃料電池加氫站的消防安全措施。
??? 4.1 燃料電池加氫站的主要設(shè)備
??? (1)管束拖車:管束拖車有9個(gè)氣瓶組成,總水容積2 250 L;質(zhì)量28 180 kg。系統(tǒng)的制造和檢驗(yàn)符合DOT一3AXX的規(guī)定;中國(guó)特種設(shè)備制造許可證:TS2200828- 2009。
???? (2)壓縮機(jī):壓縮機(jī)單臺(tái)流量最大為28 kg/h,共2臺(tái)。制造和檢驗(yàn)合NFPA 52的規(guī)定。
??? (3)儲(chǔ)氣瓶組:9只,布置方式為3×3。系統(tǒng)的制造和檢驗(yàn)符合ASME Section VIII,Division 1,Appendix22;中國(guó)特種設(shè)備制造許可證:TS2200210-2010。
??? (4)加氣機(jī):加氣機(jī)1臺(tái);加氣槍2只(巴士和轎車各1);布置:左右兩側(cè)。制造和檢驗(yàn)符合NFPA 52的規(guī)定。
??? 4.2 防火間距
??? 由于我國(guó)還沒有《燃料電池汽車高壓氫氣加氫站》的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)中特別注意拖車之間、壓縮機(jī)和高壓儲(chǔ)氣瓶之間、以及控制室和壓縮機(jī)之間的防火間距。此外,加氣機(jī)也需置于安全位置。在設(shè)計(jì)中參照了國(guó)內(nèi)外相應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn),燃料電池汽車高壓氫氣加氫站站內(nèi)各設(shè)備之間的安全間距為:
??? - - 儲(chǔ)氣設(shè)備的最小間距1.5 m、設(shè)計(jì)3.0 m;
??? - - 儲(chǔ)氣設(shè)備和壓縮機(jī)的最小間距3 m、設(shè)計(jì)3 m;
??? - - 儲(chǔ)氣設(shè)備和加氣機(jī)的最小間距6 m、設(shè)計(jì)17.5 m;
??? - - 儲(chǔ)氣設(shè)備和站房的最小間距5 m、設(shè)計(jì)11.4 m;
??? - - 壓縮機(jī)和加氣機(jī)最小間距4 m、設(shè)計(jì)16 m;
??? - - 壓縮機(jī)和站房最小間距5 m、設(shè)計(jì)5.8 I2"1;
??? - - 加氣機(jī)和站房的最小間距5 m、設(shè)計(jì)7.5 m。
??? 4.3 電力設(shè)施及爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分電力設(shè)施的區(qū)域劃分按GB 50058《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。氫氣存儲(chǔ)或滯留區(qū)域?yàn)?區(qū),在美國(guó)為1級(jí)1區(qū),在此區(qū)域內(nèi)所有電氣設(shè)備必須達(dá)到防爆要求,具體該區(qū)域包括拖車、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、加氣機(jī)。1區(qū)以外水平4.5 m、高程7.5 m的范圍為2區(qū),在美國(guó)為1級(jí)2區(qū)。
??? 4.4 安全措施及其對(duì)策
??? (1)防火:站內(nèi)布置有6處紅外火焰探測(cè)器,兩個(gè)位于拖車棚,兩個(gè)位于壓縮機(jī)棚,兩個(gè)在加氣島。如探測(cè)到火焰信號(hào),系統(tǒng)能通過壓縮機(jī)的集中控制面板將整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉,并將報(bào)警信號(hào)傳到控制中心的SCADA系統(tǒng)。此外,加氫站的很多地方都設(shè)有緊急關(guān)閉按鈕,以便操作人員在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)能及時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)。同時(shí),在站內(nèi)根據(jù)GB 50156的要求布置若干干粉滅火器。
??? (2)自動(dòng)噴淋冷卻系統(tǒng):儲(chǔ)氣區(qū)設(shè)置了噴淋冷卻系統(tǒng),在拖車及儲(chǔ)氣瓶組上方布置噴淋冷卻設(shè)施。
??? (3)緊急放散:燃料電池汽車高壓氫氣加氫站設(shè)置的緊急放空是確保站區(qū)內(nèi)外安全最關(guān)鍵的一環(huán)。該系統(tǒng)的任何地方都不能讓氫氣的滯留量達(dá)到危險(xiǎn)極限。氫氣比空氣輕,所以可很快逃逸到非危險(xiǎn)區(qū)域。
??? (4)防爆:站內(nèi)布置有6處氫氣泄漏探測(cè)報(bào)警器,兩個(gè)位于拖車棚,兩個(gè)位于壓縮機(jī)棚,一個(gè)在加氣島,一個(gè)位于貯氣瓶組上方。如探測(cè)到氫氣泄漏信號(hào),報(bào)警信號(hào)傳到控制中心的SCADA 系統(tǒng)。此外,還有一道防爆墻將拖車和周圍區(qū)域隔離開,并將壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣瓶隔離在控制中心的另一側(cè)。
??? (5)接地:所有設(shè)備和管道都必須連接至接地格柵。整個(gè)接地系統(tǒng)有很多銅極穿到地下,接地電阻小于5Ω。
??? (6)避雷:避雷針將閃電電荷傳至接地格柵,能保護(hù)整個(gè)站區(qū)。生產(chǎn)區(qū)的結(jié)構(gòu)頂棚均布有避雷帶。
??? (7)安全規(guī)定:非工作人員不得進(jìn)入生產(chǎn)區(qū),并制定了相應(yīng)的安全制度和操作規(guī)程等。
??? (8)通風(fēng)和阻火:集中放散管上設(shè)有阻火器。
??? 參考文獻(xiàn):
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??? [4]NFPA 496,Standard for purged and pressurized enclosures for electrical equipment[S].
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