企業(yè)瓶組式氫氣站安全管理

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孟 凡 新

（ 奇宏科技股份有限公司-奇宏電子（深圳）有限公司 廣東 深圳 ）

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摘要:通過介紹氫氣的危險特性，指出企業(yè)儲存瓶裝氫氣時應注意的安全事項，以保證企業(yè)在儲存瓶裝氫氣場所的安全，并提出發(fā)生事故時，應采取的應急處理方法。

關鍵詞:氫氣；危險性；安全儲存；應急處理

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氫氣是一種廣泛使用于電子器件生產的輔料，在電子器件生產工藝中使用氫氣、氬氣及氫氮混合氣體作來保護氣體。氫氣是易燃氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即爆炸。氫氣與氟、氯、溴等因素會劇烈反應。氣體比空氣輕，在室內使用和儲存時，漏氣上升滯留屋頂不易排出，遇火星會引起爆炸。在儲存過程中存在大量的不安全因素，只有安全地儲存氫氣，并采取正確的防范和應急措施才能有效防止事故的發(fā)生或擴大。

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一、氫氣的主要物理和化學性質

氫氣是一種無色、無嗅、無毒并且密度比空氣小的氣體，其臨界溫度：一240℃，引然溫度400 ℃，爆炸上限74.1%V/V,爆炸下限4.1%V/V,自燃點：520 ℃，相對密度：0.09 kg／m (氫氣是最輕的氣體，只有空氣的約1／14)。常溫下，氫氣的性質很穩(wěn)定，不容易跟其它物質發(fā)生化學反應。與所有低溫液體一樣，直接接觸液氫將引起凍傷。氫氣在空氣里燃燒，與空氣里的氧氣發(fā)生反應，生成水。這一反應過程中有大量熱放出，是相同條件下汽油的三倍。氫氣與氟、氯、溴等鹵素會劇烈反應。其中，氫與氟的混合物在低溫和黑暗環(huán)境就能發(fā)生自發(fā)性爆炸，與氯的混合比為1：1時，在光照下也可爆炸。

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二、氫氣的危險特性

1. 物理性爆炸危險特性

儲存于鋼瓶內壓力較高的壓縮氣體或液化氣體，受熱膨脹后，壓力升高，當超過鋼瓶的耐壓強度時，即會發(fā)生鋼瓶爆炸。

2. 易燃易爆火災危險特性

氫由于無色無味，燃燒時火焰是透明的，因此其存在不易被感官發(fā)現(xiàn)。氫氧火焰的溫度可高達2500-3000℃。由于氣體燃燒，無須物態(tài)的變化，且可燃物與氧化物接觸面積大，因此具有比液體和固體更易燃燒且燃燒速度更快等特點。氫氣的點火能量很小，只有0.019 mJ。擴散到空氣中的氫氣與空氣混合能形成爆炸性混合物，其濃度(體積分數(shù))達到爆炸極限范圍內，4．0％ 一75％ ，遇熱或明火即爆炸。

3. 氣體擴散火災危險特性

氫氣是一種密度比空氣小的易燃氣體，一旦大量泄漏逸散在空氣中，可以迅速大面積向高處擴散，瞬間與空氣形成爆炸混合物。

4. 氣體帶電火災危險特性

氫氣當從容器、管道口或其破損處高速噴出時能產生靜電。當氣體高速噴出時，使雜質與氣體一起在管內運動，與管內壁發(fā)生摩擦和碰撞，在相向分離之時，微粒和管壁分別帶上等量異號的電荷，即產生了靜電。帶電量越大，產生的靜電位

越高，靜電放電的可能性越大，火災危險性也就越大。因此，壓力容器內的氫氣在容器、管道破損噴出時，或放空速度過快時，都容易產生靜電，導致噴出的氫氣立即著火。

5. 氣體毒害、窒息危險特性

高溫下氫氣對鋼材具有腐蝕性，在生產過程中，能腐蝕設備，削弱設備的耐壓強度，嚴重時可導致設備系統(tǒng)裂縫、漏氣，從而引起火災、爆炸事故。氫氣雖然無毒，在生理學上為惰性氣體，液氫外溢并突然大面積蒸發(fā)還會造成環(huán)境缺氧，由于空氣中氧分壓降低才引起窒息。在很高分壓下，可呈現(xiàn)麻醉作用。但若空氣中氫含量增高，將引起缺氧性窒息。因此在處理或撲救氫氣火災時，應特別注意自身的防護。

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三、氫氣系統(tǒng)的安全儲存

對各種氫氣系統(tǒng)設施的安全防護要求分述如下：

1. 氫氣瓶

多層建筑內使用氣瓶，除生產特殊需要外，一般宜布置在頂層靠外墻處。使用氣瓶，禁止敲擊、碰撞；不得靠近熱源；夏季應防止曝曬。必須使用專用的減壓器，開啟時，操作者應站在閥口的側后方，動作要輕緩。閥門或減壓器泄漏時，不得繼續(xù)使用；閥門損壞時，嚴禁在瓶內有壓力的情況下更換閥門。瓶內氣體嚴禁用盡，應保留0．05 MPa以上的余壓。因生產需要，必須在現(xiàn)場(室內)使用氣瓶，其數(shù)量不得超過5瓶，并應符合下列要求：

(1)室內必須通風良好，保證空氣中氫氣最高含量(體積分數(shù)，下同)不超過l％ 。建筑物頂部或外墻的上部設氣窗或排氣孔。排氣孔應朝向安全地帶，室內換氣次數(shù)每小時不得小于三次，事故通風每小時換氣次數(shù)不得小于七次。

(2)氫氣瓶與盛有易燃、易爆、可燃物質及氧化性氣體的容器和氣瓶的間距不應小于8米。

(3)氫氣瓶與明火或普通電氣設備的間距不應小于10米。

(4)氫氣瓶與空調裝置、空氣壓縮機和通風設備等吸風口的間距不應小于20米。

(5)氫氣瓶與其它可燃性氣體貯存地點的間距不應小于20米。

(6)設有固定氣瓶的支架。

2. 集裝瓶

每單元總重不得超過2 t。氣瓶、管路、閥門和接頭應予以固定，不得松動位移，管路和閥門應有防止碰撞的防護裝置?？偣苈窇袃芍婚y門串聯(lián)，每組氣瓶應有分閥門。

3.固定容積貯氣罐

貯氣罐應設放空閥、安全閥和壓力表。凡最高工作壓力大于或等于0．1 MPa時，其設計、制造和檢驗應符合《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》的要求。貯氣罐的基礎和支承必須牢固，且為非燃燒體。貯氣罐的地面應高于相鄰散發(fā)可燃氣體、可燃蒸

汽的甲、乙類生產單元的地面，否則應設高度不低于l 米的實體圍墻予以隔離。

4. 管道

管道和附件應選用符合國家標準規(guī)格的產品，并應適合氫氣工作壓力、溫度的要求。氫氣管道應采用無縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道。管道的連接一般應采用焊接或其它有效防止漏氣的連接方式。管道上應設放空管、取樣口和吹掃口，其位置應能滿足管道內氣體吹掃、置換的要求。當氫氣作焊接、切割、燃料和保護氣等使用時，每臺(組)用氫設備的支管上應設阻火器 。管道敷設應符合下列要求：

(1)氫氣管道宜采用架空敷設，其支架應為非燃燒體。架空管道不應與電纜、導電線敷設在同一支架上。氫氣管道與燃氣管道、氧氣管道平行敷設時，中間宜有不燃物料管道隔開，或凈距不小于250 米。分層敷設時，氫氣管道應位于上方。氫氣管道與建筑物、構筑物或其它管線的最小凈距可參照有關規(guī)定執(zhí)行。

(2)室內管道不應敷設在地溝中或直接埋地，室外地溝敷設的管道，應有防止氫氣泄漏、積聚或竄入其它溝道的措施。埋地敷設的管道埋深不宜小于0．7 m。含濕氫氣的管道應敷設在冰凍層以下。

(3)管道穿過墻壁或樓板處，應設套管。套管內的管段不應有焊縫，管道和套管之間應用不燃材料填塞。

(4)管道應避免穿過地溝、下水道及鐵路、汽車道路等，當必須穿過時應設套管。

(5)管道不得穿過生活間、辦公室、配電室、儀表室、樓梯間和其它不使用氫氣的房間。不宜穿過吊頂、技術(夾)層，當必須穿過吊頂或技術(夾)層時，應采取安全措施。

(6)室內外架空或埋地敷設的管道和匯流排及其連接的氣瓶均應互相跨接和接地，跨接和接地措施按國家現(xiàn)行的有關規(guī)定執(zhí)行。

5. 放空管

氫氣貯罐的放空閥、安全閥和管道系統(tǒng)均應設放空管。放空管應采用金屬材料，不準使用塑料管或橡皮管。放空管應設阻火器，凡條件允許，可與滅火蒸汽或惰性氣體管線連接，以防著火。室內放空管的出口，應高出屋頂2 m以上。室外設備的放空管應高于附近有人操作的最高設備2 m以上；放空管應采取靜電接地，并在避雷保護范圍之內，應有防止雨雪侵入和外來異物堵塞放空管的措施。

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四、氫氣系統(tǒng)運行安全措施

1 氣密和置換

(1)新安裝或大修后的氫氣系統(tǒng)必須做耐壓試驗、清洗和氣密試驗，符合有關的檢驗要求，才能投入使用。

(2)設備、管道和閥門等連接點泄漏檢查，可采用肥皂水或便攜式可燃性氣體防爆檢測儀，禁止使用明火。

(3)吹洗置換，放空降壓，必須通過放空管排放，不準在室內排放氫氣。

(4)氫氣系統(tǒng)吹洗置換，一般可采用氮氣(或其他惰性氣體)置換法或注水排氣法。氮氣置換法應符合下列要求：

a)氮氣中含氧量不得超過3％。

b)置換必須徹底，防止死角末端殘留余氣。

c)置換結束，系統(tǒng)內氧或氫的含量必須連續(xù)三次分析合格。

d)氫氣系統(tǒng)動火檢修，必須保證系統(tǒng)內部和動火區(qū)域氫氣的最高含量不超過0．4％ 。

e)防止明火和其他激發(fā)能源。禁止使用電爐、電鉆、火爐、噴燈等一切產生明火、高溫的工具與熱物體；不得攜帶火種進入禁火區(qū)；選用銅質工具；

f)穿棉質工作服和防靜電鞋。

2. 操作安全事項

(1)輸入系統(tǒng)的氫氣中含氧量不得超過0．5％。

(2)氫氣系統(tǒng)運行時，不準敲擊，不準帶壓修理和緊固，不得超壓，嚴禁負壓。

(3)密閉操作，加強通風。操作人員必須經過專門培訓持證上崗，嚴格遵守工藝規(guī)程和崗位操作法；建議操作人員穿防靜電工作服。

(4)遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。

(5)在傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產生靜電。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。

(6)輸送氫氣的管道法蘭盤、閥門等連接處，應采用金屬線跨接，以便靜電的導出。接地鋁板進行定期沖洗和清掃，保持潔凈，經常檢查連接點的完好情況，保證靜電有效導出，有條件應更換銅板，接點采用焊接方式，確保靜電導出效果。

(7)管道、閥門和水封裝置凍結時，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴禁使用明火烘烤。

(8)防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑，鹵素接觸。

(9)定期進行夜間閉燈檢查氫氣泄漏。

(10)進入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè)，須有人監(jiān)護。

3. 鋼瓶的儲存和運輸

3．1 儲存

(1)存于陰涼，通風的庫房。遠離火種、熱源。庫內溫度不超過30℃ ，相對濕度不宜超過80％ 。應與氧化劑，鹵素分開存放，忌混合儲存。

(2)采用防爆型照明，通風設施。

(3)禁止使用易產生火花的機械設備和工具。

(4)儲區(qū)應備有泄漏應急處理工具和裝備。

3．2 運輸

(1)采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。

(2)鋼瓶一般平放，并應將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護欄板，并用三角木墊卡牢，防止?jié)L動。

(3)運輸時運輸車輛應配備相應品種和數(shù)量的消防器材。裝運車輛排氣管尾端必須配備完好的阻火器，禁止使用易產生火花的機械設備和防護工具裝卸。

(4)嚴禁與氧化劑，鹵素等混裝混運。夏季應早晚運輸，防止日光曝曬。中途停留時應遠離火種、熱源。

(5)公路運輸時要按規(guī)定路線行駛，勿在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留，鐵路運輸時要禁止溜放。

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五、應急處理處置方法

1. 應急個體防護

(1)呼吸系統(tǒng)防護：一般不需要特別防護，但高濃度接觸時緊急處理人員戴自給正壓式空氣呼吸器。

(2)面部防護：耐高溫面罩。

(3)身體防護：穿消防防護服和防靜電工作服及防靜電鞋。

(4)手部防護：石棉手套和石棉布等。

2.中毒處置

吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸，就醫(yī)。

3.泄漏處置

當氫氣發(fā)生大量泄漏或積聚時，應立即采取以下措施：

(1)報警并建立警戒區(qū)。迅速撤離泄漏區(qū)人員至上風處，并進行隔離，劃出警戒線，設立明顯標示，以各種方式，通知警戒區(qū)內和周邊人員迅速撤離，禁止車輛和無關人員進入警戒區(qū)。

(2)消除火種。停止所有用火作業(yè)和消除可能產生火花的活動。進入泄漏區(qū)域前用水槍降低面噴濕，防止摩擦、撞擊產生火花。

(3)控制泄漏源。隔離泄漏的管線或閥門，在保證安全的情況下堵漏或搬運鋼瓶。

(4)卸壓排放。在工藝流程完好的情況下，通過排放線將容器內的氫氣排放至緊急事故火炬管線。

(5)罐體掩護和稀釋泄漏區(qū)氫氣。從安全距離，用開花水槍對準泄漏的罐壁和泄漏點噴灑消防水，以降低現(xiàn)場氣溫和泄漏的罐體溫度，降低現(xiàn)場氫氣濃度，直到完全消除泄漏。

(6)監(jiān)測泄漏現(xiàn)場的氫氣濃度。隨時用可燃氣體檢測儀監(jiān)測警戒區(qū)內的氫氣濃度，人員做好隨時撤離的準備。

4.氫氣著火處置

若發(fā)生氫氣著火，應采取以下措施：

(1)切斷氣源。若閥門未燒壞，可穿防火服，在水槍掩護下接近泄漏點，關閉閥門，斷絕氣源。

(2)冷卻和控制燃燒。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰，應積極噴水冷卻容器，控制氫氣穩(wěn)定燃燒，防止火災擴大或爆炸。可能的話將容器從火場移至空曠處，便于控制燃燒和冷卻。氫火焰不易察覺，救護人員防止外露皮膚燒

傷。在未切斷氣源的情況下，用噴流水隔離管線、閥門及鄰近的設備，并保護毗鄰的建筑物免受火災威脅，控制火勢的擴大和蔓延。

(3)滅火。可選擇的滅火劑有霧狀水、二氧化碳、干粉、泡沫。組織足夠消防力量，將火勢控制在最小范圍，在用射流水冷卻著火罐壁的情況下，用干粉噴灑著火點，覆蓋火源，終止燃燒，直到火焰完全熄滅。在未能切斷氣源的情況下，嚴禁熄滅已穩(wěn)定燃燒的火焰，并保持氫氣系統(tǒng)正壓狀態(tài)，以防回火。

六 結語 參考文獻

《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016—2014)標準

《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB 50057—94)標準

《氫氣使用安全技術規(guī)程》(GB 4962—2008)標準

《安全標志及其使用導則》GB2894-82標準

《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》

《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》

《氫氣-化學品安全技術說明書》

《氫氣站設計規(guī)範》GB50177-2005