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(guò)介紹氫氣的危險(xiǎn)特性，指出企業(yè)儲(chǔ)存瓶裝氫氣時(shí)應(yīng)注意的安全事項(xiàng)，以保證企業(yè)在儲(chǔ)存瓶裝氫氣場(chǎng)所的安全，并提出發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)采取的應(yīng)急處理方法。

關(guān)鍵詞:氫氣；危險(xiǎn)性；安全儲(chǔ)存；應(yīng)急處理

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氫氣是一種廣泛使用于電子器件生產(chǎn)的輔料，在電子器件生產(chǎn)工藝中使用氫氣、氬氣及氫氮混合氣體作來(lái)保護(hù)氣體。氫氣是易燃?xì)怏w，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(huì)劇烈反應(yīng)。氣體比空氣輕，在室內(nèi)使用和儲(chǔ)存時(shí)，漏氣上升滯留屋頂不易排出，遇火星會(huì)引起爆炸。在儲(chǔ)存過(guò)程中存在大量的不安全因素，只有安全地儲(chǔ)存氫氣，并采取正確的防范和應(yīng)急措施才能有效防止事故的發(fā)生或擴(kuò)大。

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一、氫氣的主要物理和化學(xué)性質(zhì)

氫氣是一種無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)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(diǎn)：520 ℃，相對(duì)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(zhì)很穩(wěn)定，不容易跟其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。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(yīng)，生成水。這一反應(yīng)過(guò)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(huì)劇烈反應(yīng)。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(shí)，在光照下也可爆炸。

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二、氫氣的危險(xiǎn)特性

1. 物理性爆炸危險(xiǎn)特性

儲(chǔ)存于鋼瓶?jī)?nèi)壓力較高的壓縮氣體或液化氣體，受熱膨脹后，壓力升高，當(dāng)超過(guò)鋼瓶的耐壓強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)發(fā)生鋼瓶爆炸。

2. 易燃易爆火災(zāi)危險(xiǎn)特性

氫由于無(wú)色無(wú)味，燃燒時(shí)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(dá)2500-3000℃。由于氣體燃燒，無(wú)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(diǎn)。氫氣的點(diǎn)火能量很小，只有0.019 mJ。擴(kuò)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?jǐn)?shù))達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)，4．0％ 一75％ ，遇熱或明火即爆炸。

3. 氣體擴(kuò)散火災(zāi)危險(xiǎn)特性

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

4. 氣體帶電火災(zāi)危險(xiǎn)特性

氫氣當(dāng)從容器、管道口或其破損處高速噴出時(shí)能產(chǎn)生靜電。當(dāng)氣體高速噴出時(shí)，使雜質(zhì)與氣體一起在管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，與管內(nèi)壁發(fā)生摩擦和碰撞，在相向分離之時(shí)，微粒和管壁分別帶上等量異號(hào)的電荷，即產(chǎn)生了靜電。帶電量越大，產(chǎn)生的靜電位

越高，靜電放電的可能性越大，火災(zāi)危險(xiǎn)性也就越大。因此，壓力容器內(nèi)的氫氣在容器、管道破損噴出時(shí)，或放空速度過(guò)快時(shí)，都容易產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致噴出的氫氣立即著火。

5. 氣體毒害、窒息危險(xiǎn)特性

高溫下氫氣對(duì)鋼材具有腐蝕性，在生產(chǎn)過(guò)程中，能腐蝕設(shè)備，削弱設(shè)備的耐壓強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)裂縫、漏氣，從而引起火災(zāi)、爆炸事故。氫氣雖然無(wú)毒，在生理學(xué)上為惰性氣體，液氫外溢并突然大面積蒸發(fā)還會(huì)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(zāi)時(shí)，應(yīng)特別注意自身的防護(hù)。

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三、氫氣系統(tǒng)的安全儲(chǔ)存

對(duì)各種氫氣系統(tǒng)設(shè)施的安全防護(hù)要求分述如下：

1. 氫氣瓶

多層建筑內(nèi)使用氣瓶，除生產(chǎn)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(yīng)防止曝曬。必須使用專(zhuān)用的減壓器，開(kāi)啟時(shí)，操作者應(yīng)站在閥口的側(cè)后方，動(dòng)作要輕緩。閥門(mén)或減壓器泄漏時(shí)，不得繼續(xù)使用；閥門(mén)損壞時(shí)，嚴(yán)禁在瓶?jī)?nèi)有壓力的情況下更換閥門(mén)。瓶?jī)?nèi)氣體嚴(yán)禁用盡，應(yīng)保留0．05 MPa以上的余壓。因生產(chǎn)需要，必須在現(xiàn)場(chǎng)(室內(nèi))使用氣瓶，其數(shù)量不得超過(guò)5瓶，并應(yīng)符合下列要求：

(1)室內(nèi)必須通風(fēng)良好，保證空氣中氫氣最高含量(體積分?jǐn)?shù)，下同)不超過(guò)l％ 。建筑物頂部或外墻的上部設(shè)氣窗或排氣孔。排氣孔應(yīng)朝向安全地帶，室內(nèi)換氣次數(shù)每小時(shí)不得小于三次，事故通風(fēng)每小時(shí)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(zhì)及氧化性氣體的容器和氣瓶的間距不應(yīng)小于8米。

(3)氫氣瓶與明火或普通電氣設(shè)備的間距不應(yīng)小于10米。

(4)氫氣瓶與空調(diào)裝置、空氣壓縮機(jī)和通風(fēng)設(shè)備等吸風(fēng)口的間距不應(yīng)小于20米。

(5)氫氣瓶與其它可燃性氣體貯存地點(diǎn)的間距不應(yīng)小于20米。

(6)設(shè)有固定氣瓶的支架。

2. 集裝瓶

每單元總重不得超過(guò)2 t。氣瓶、管路、閥門(mén)和接頭應(yīng)予以固定，不得松動(dòng)位移，管路和閥門(mén)應(yīng)有防止碰撞的防護(hù)裝置?？偣苈窇?yīng)有兩只閥門(mén)串聯(lián)，每組氣瓶應(yīng)有分閥門(mén)。

3.固定容積貯氣罐

貯氣罐應(yīng)設(shè)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(shí)，其設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)應(yīng)符合《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》的要求。貯氣罐的基礎(chǔ)和支承必須牢固，且為非燃燒體。貯氣罐的地面應(yīng)高于相鄰散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸

汽的甲、乙類(lèi)生產(chǎn)單元的地面，否則應(yīng)設(shè)高度不低于l 米的實(shí)體圍墻予以隔離。

4. 管道

管道和附件應(yīng)選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的產(chǎn)品，并應(yīng)適合氫氣工作壓力、溫度的要求。氫氣管道應(yīng)采用無(wú)縫金屬管道，禁止使用鑄鐵管道。管道的連接一般應(yīng)采用焊接或其它有效防止漏氣的連接方式。管道上應(yīng)設(shè)放空管、取樣口和吹掃口，其位置應(yīng)能滿足管道內(nèi)氣體吹掃、置換的要求。當(dāng)氫氣作焊接、切割、燃料和保護(hù)氣等使用時(shí)，每臺(tái)(組)用氫設(shè)備的支管上應(yīng)設(shè)阻火器 。管道敷設(shè)應(yīng)符合下列要求：

(1)氫氣管道宜采用架空敷設(shè)，其支架應(yīng)為非燃燒體。架空管道不應(yīng)與電纜、導(dǎo)電線敷設(shè)在同一支架上。氫氣管道與燃?xì)夤艿?、氧氣管道平行敷設(shè)時(shí)，中間宜有不燃物料管道隔開(kāi)，或凈距不小于250 米。分層敷設(shè)時(shí)，氫氣管道應(yīng)位于上方。氫氣管道與建筑物、構(gòu)筑物或其它管線的最小凈距可參照有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

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

(3)管道穿過(guò)墻壁或樓板處，應(yīng)設(shè)套管。套管內(nèi)的管段不應(yīng)有焊縫，管道和套管之間應(yīng)用不燃材料填塞。

(4)管道應(yīng)避免穿過(guò)地溝、下水道及鐵路、汽車(chē)道路等，當(dāng)必須穿過(guò)時(shí)應(yīng)設(shè)套管。

(5)管道不得穿過(guò)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(guò)吊頂、技術(shù)(夾)層，當(dāng)必須穿過(guò)吊頂或技術(shù)(夾)層時(shí)，應(yīng)采取安全措施。

(6)室內(nèi)外架空或埋地敷設(shè)的管道和匯流排及其連接的氣瓶均應(yīng)互相跨接和接地，跨接和接地措施按國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)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(yīng)設(shè)放空管。放空管應(yīng)采用金屬材料，不準(zhǔn)使用塑料管或橡皮管。放空管應(yīng)設(shè)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(nèi)放空管的出口，應(yīng)高出屋頂2 m以上。室外設(shè)備的放空管應(yīng)高于附近有人操作的最高設(shè)備2 m以上；放空管應(yīng)采取靜電接地，并在避雷保護(hù)范圍之內(nèi)，應(yīng)有防止雨雪侵入和外來(lái)異物堵塞放空管的措施。

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四、氫氣系統(tǒng)運(yùn)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(yàn)、清洗和氣密試驗(yàn)，符合有關(guān)的檢驗(yàn)要求，才能投入使用。

(2)設(shè)備、管道和閥門(mén)等連接點(diǎn)泄漏檢查，可采用肥皂水或便攜式可燃性氣體防爆檢測(cè)儀，禁止使用明火。

(3)吹洗置換，放空降壓，必須通過(guò)放空管排放，不準(zhǔn)在室內(nèi)排放氫氣。

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

a)氮?dú)庵泻趿坎坏贸^(guò)3％。

b)置換必須徹底，防止死角末端殘留余氣。

c)置換結(jié)束，系統(tǒng)內(nèi)氧或氫的含量必須連續(xù)三次分析合格。

d)氫氣系統(tǒng)動(dòng)火檢修，必須保證系統(tǒng)內(nèi)部和動(dòng)火區(qū)域氫氣的最高含量不超過(guò)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(chǎn)生明火、高溫的工具與熱物體；不得攜帶火種進(jìn)入禁火區(qū)；選用銅質(zhì)工具；

f)穿棉質(zhì)工作服和防靜電鞋。

2. 操作安全事項(xiàng)

(1)輸入系統(tǒng)的氫氣中含氧量不得超過(guò)0．5％。

(2)氫氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不準(zhǔn)敲擊，不準(zhǔn)帶壓修理和緊固，不得超壓，嚴(yán)禁負(fù)壓。

(3)密閉操作，加強(qiáng)通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)持證上崗，嚴(yán)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(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。

(5)在傳送過(guò)程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產(chǎn)生靜電。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。

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

(7)管道、閥門(mén)和水封裝置凍結(jié)時(shí)，只能用熱水或蒸汽加熱解凍，嚴(yán)禁使用明火烘烤。

(8)防止氣體泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與氧化劑，鹵素接觸。

(9)定期進(jìn)行夜間閉燈檢查氫氣泄漏。

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

3. 鋼瓶的儲(chǔ)存和運(yùn)輸

3．1 儲(chǔ)存

(1)存于陰涼，通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)內(nèi)溫度不超過(guò)30℃ ，相對(duì)濕度不宜超過(guò)80％ 。應(yīng)與氧化劑，鹵素分開(kāi)存放，忌混合儲(chǔ)存。

(2)采用防爆型照明，通風(fēng)設(shè)施。

(3)禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。

(4)儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理工具和裝備。

3．2 運(yùn)輸

(1)采用鋼瓶運(yùn)輸時(shí)必須戴好鋼瓶上的安全帽。

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

(3)運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。裝運(yùn)車(chē)輛排氣管尾端必須配備完好的阻火器，禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和防護(hù)工具裝卸。

(4)嚴(yán)禁與氧化劑，鹵素等混裝混運(yùn)。夏季應(yīng)早晚運(yùn)輸，防止日光曝曬。中途停留時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離火種、熱源。

(5)公路運(yùn)輸時(shí)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(yùn)輸時(shí)要禁止溜放。

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五、應(yīng)急處理處置方法

1. 應(yīng)急個(gè)體防護(hù)

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

(2)面部防護(hù)：耐高溫面罩。

(3)身體防護(hù)：穿消防防護(hù)服和防靜電工作服及防靜電鞋。

(4)手部防護(hù)：石棉手套和石棉布等。

2.中毒處置

吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行人工呼吸，就醫(yī)。

3.泄漏處置

當(dāng)氫氣發(fā)生大量泄漏或積聚時(shí)，應(yīng)立即采取以下措施：

(1)報(bào)警并建立警戒區(qū)。迅速撤離泄漏區(qū)人員至上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，劃出警戒線，設(shè)立明顯標(biāo)示，以各種方式，通知警戒區(qū)內(nèi)和周邊人員迅速撤離，禁止車(chē)輛和無(wú)關(guān)人員進(jìn)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(chǎn)生火花的活動(dòng)。進(jìn)入泄漏區(qū)域前用水槍降低面噴濕，防止摩擦、撞擊產(chǎn)生火花。

(3)控制泄漏源。隔離泄漏的管線或閥門(mén)，在保證安全的情況下堵漏或搬運(yùn)鋼瓶。

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

(5)罐體掩護(hù)和稀釋泄漏區(qū)氫氣。從安全距離，用開(kāi)花水槍對(duì)準(zhǔn)泄漏的罐壁和泄漏點(diǎn)噴灑消防水，以降低現(xiàn)場(chǎng)氣溫和泄漏的罐體溫度，降低現(xiàn)場(chǎng)氫氣濃度，直到完全消除泄漏。

(6)監(jiān)測(cè)泄漏現(xiàn)場(chǎng)的氫氣濃度。隨時(shí)用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)警戒區(qū)內(nèi)的氫氣濃度，人員做好隨時(shí)撤離的準(zhǔn)備。

4.氫氣著火處置

若發(fā)生氫氣著火，應(yīng)采取以下措施：

(1)切斷氣源。若閥門(mén)未燒壞，可穿防火服，在水槍掩護(hù)下接近泄漏點(diǎn)，關(guān)閉閥門(mén)，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(yīng)積極噴水冷卻容器，控制氫氣穩(wěn)定燃燒，防止火災(zāi)擴(kuò)大或爆炸。可能的話將容器從火場(chǎng)移至空曠處，便于控制燃燒和冷卻。氫火焰不易察覺(jué)，救護(hù)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(mén)及鄰近的設(shè)備，并保護(hù)毗鄰的建筑物免受火災(zāi)威脅，控制火勢(shì)的擴(kuò)大和蔓延。

(3)滅火?？蛇x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(shì)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(diǎn)，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(yán)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(jié)語(yǔ) 參考文獻(xiàn)

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016—2014)標(biāo)準(zhǔn)

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057—94)標(biāo)準(zhǔn)

《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》(GB 4962—2008)標(biāo)準(zhǔn)

《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》GB2894-82標(biāo)準(zhǔn)

《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(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書(shū)》

《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)範(fàn)》GB50177-2005