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水电解制氢设备试验和使用中的安全防范措施毒草解毒剂宋春艳;李伟
【摘 要】本文通过对氢气的制取方法的论述,结合机动式制氢设备的结构特点,重点讨论了制氢设备发生安全事故的原因和条件,在考虑了工作过程中操作、测试方法、环境条件等诸多因素的基础上提出了确保设备运行安全的防范措施. 【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】2010(027)004
【总页数】4页(P94-97)
【关键词】水电解;电解槽;静电压
【作 者】宋春艳;李伟
【作者单位】中国科技大学,合肥,230022;中国白城兵器试验中心,白城,137001
酸性硅溶胶
【正文语种】中 文
【中图分类】O6-37
0 前言
氢气具有很高的使用价值，它既是清洁能源，也是重要的化工原料，被广泛应用于冶金、发电、气象等多个领域中，而且在作为能源的开发方面已经引起了人们的高度关注，应用的领域越来越宽。在气象领域由于它的环保优势，逐步取代化学制氢方法已是发展的必然。但是由于它具有易燃易爆的特点，所以制备和使用中的安全问题愈加引起人们的高度重视。
1 氢气的制取[1，2]
氢气的制取一般是从一次性能源转化而来，目前制取氢气的方法主要有:煤、焦碳气化制氢；天然气或石油产品转化制氢；各种工业生产的尾气回收或焦化厂、氯碱厂副产氢以及水电解制氢等。作为化工原料的含氢气体，基本采用化石燃料制取，而作为工业氢气、石化行业加氢用的氢气，基本采用前面提及的含氢气体或工业生产的含氢尾气利用变压吸附
法(PSA)或膜法分离或水电解法制取，这些制取方法目前都已具备成熟经验。
水电解制氢是气象部门较为常用的一种制氢方法，水电解制氢的原理比较简单，由浸没在电解液(通常为含KOH 30%左右的碱性水溶液)中的一对电极，中间隔以防止氢气渗透的隔膜而构成的水电解小室，接通直流电后，水就被分解为氢气和氧气。水电解制氢技术、设备简单，管理方便，不产生污染，制得的氢气纯度较高、杂质含量少，可应用于各种使用氢气的场所。但是也有它的缺点，一是电能消耗较大，所以通常情况下电解氢气的成本较高。二是氢气具有易燃易爆的特点，由于使用管理等方面的原因，有时也会发生一些氢气制取和使用中的事故，给人们的生命财产造成损失。目前商品化的水电解制氢装置的操作压力有常压、低压和中压，国内批量生产的水电解制氢装置的压力一般为0.8～3.0MPa。操作温度为80～90℃，氢气纯度≥99.7%，氧气纯度为≥99.5%，设备使用寿命20～40年。
机动式制氢设备工作压力1.5MPa，为低压制氢设备。由于机动式制氢设备设计成为适应野战条件的结构特点和要求，其设备各部分之间安装布置比较紧凑，容易造成空气流通相对不畅，完全达到制氢充球机房设计规范中的有关“有爆炸危险”与“无爆炸危险”的房间的隔离要求有较大的难度。这就为安全运行增加了困难，提出了新的要求，特别是对于新型机动
式制氢设备，它的各种性能及其存在的问题需在试验中进行考核、确定。只有充分考虑到设备运行中存在的不安全因素，并作好充分的预防性准备，才能真正作到防患于未然，保证试验工作的圆满完成。
2 安全事故产生的原因和条件[3]
为完成好试验工作必需充分作好试前的各项准备，考虑试验工作中的测试方法、环境条件控制等诸多因素。研究了有关爆炸理论，搞清楚了可燃气体在空气中爆炸的必备条件:一是可燃气体与空气形成的混合物浓度达到爆炸极限，形成爆炸性混合气。二是有能够点燃爆炸性混合气的点火源。二者是造成气体爆炸事故的充要条件。在此基础上进一步分析确定了出现满足以上条件的时机及各种可能。
(1)爆炸混合气的形成是造成事故的首要条件，一但出现管路或容器密闭不严，发生渗气、漏气时，如此时的环境条件不能使泄漏的氢气迅速排散掉，就可能形成易燃易爆混合气体，并且促成浓度逐渐加大，其浓度一旦达到18.3%～59%这个区间时就可能会发生爆炸(氢气在空气中爆炸的浓度是4%～75%)。机动式制氢设备试验工作中可能出现生成爆炸混合气的场所是车箱内上部，一但发生渗气、漏气现象，又出现意外原因造成排气孔堵塞时，
就有发生爆炸事故的可能，所以时刻保证排气孔的畅通是十分重要的。
(2)点火源的存在是造成事故的另一原因。根据试验设备的结构特点、试验环境的分析认为，试验过程中点火源的产生大致有以下几种情况:
a.氢气泄漏过程中产生的静电火花；
b.具有较高温度的物体表面(如本次试验中载车发动机和排气管、制氢机供电的发电机的动力部分等)；
c.使用中临近的电气火花、人体静电火花及穿着化纤服装摩擦产生的火花。
3 安全事故隐患分析
(1)氢气泄漏过程产生的静电火花
当两种不同性质的物体相互摩擦或接触时，由于他们对电子的吸引力大小不同，在物体间发生电子转移，使其中一物体失去电子而带正电荷，另一物体获得电子而带负电荷，在极端情况下，如果产生的静电荷不能及时导入大地或静电荷泄漏的速度远小于静电荷产生的
速度就会产生静电的积聚，形成较高的电位。由于氢气不易导电，往往可以保持相当大的电量，一但出现这种情况，就形成了一个事故隐患。
(2)氢气在管线中流动时会产生静电荷
当氢气在管线中流动时会形成气体与固体接触分离即摩擦的条件，这种现象的连续发生，就会产生静电。如果氢气管道没有接地或接地不良，就会积聚一定量的静电荷。试验工作中已作为重点考虑了接地问题，还特别规定建立定时检查接地电阻制度，防止出现因意外因素造成接地不良，以有效避免静电荷积聚形成事故隐患。
(3)氢气泄漏时产生大量静电荷
当氢气在管路中泄漏时，氢气和管路裂缝处产生摩擦，迅速接触与分离的过程将可能产生高静电压。接触时，在接触面形成偶电子层，分离时，偶电子层的一层电子被带走，另一层电荷留在喷口处，如果管道喷口处接地不良，就会使喷泄的氢气和喷口处分别带上大量不同符号的静电，当静电荷积聚到一定量时，就会击穿空气介质对接地体放电，产生静电火花，严重时就会引起着火或爆炸。
(4)高温物体表面
氢气的引燃温度是560℃，氢气泄漏时遇到设备、管道等560℃以上的物体外表面就会引发燃烧和爆炸 ，虽然一般情况下可预见内的高温设备管道都进行了防腐保温处理，但是阀门外露部分和其它保温层还存在残缺处，试验的被试品为野战车载式，载车的发动机、排气管等部分和制氢机供电的发电机动力部分停机后一段时间内均具有较高的温度，完全具备点燃氢气的条件，应特别引起注意，所以当载车运行后在没有完全冷却之前和制氢机供电的发电机动力部分在安全距离以内工作时严禁开制氢机工作。
(5)电气火花
在可燃气体中，氢气的点火能量是最低的，只有0.019mJ(这个能量 相当于一枚订书钉从1m高处自由落下时的能量)电线绝缘不良、接头不实、不防爆电气开关和一般电气设备产生的电火花均能引爆氢气。机动式制氢设备的整流控制部分与制氢机部分相临，虽然考虑采取了必要的隔离措施，但由于车厢内空间的限制很难达到有关规范的要求，应引起高度重视。
展频原理(6)人身静电
据实测，人在脱毛衣时可产生达2 800V的静电压，脱混纺衣服时可产生达5 000V的静电压；当一个人穿着绝缘胶鞋在环境湿度低于70%RH的环境条件下，走在橡胶地板、塑料地板、树脂砖或大理石等高电阻的地板上时，人身静电压可高达5～15kV。尼龙衣服从毛衣外面脱下时，人体可带10kV以上的静电，穿着尼龙羊毛混纺衣服从坐着的人造革面椅子上站起时人体会产生近万伏的静电压。穿脱化纤服装时所产生的静电放电能量也很可观，足以点燃空气中的氢气。当人体对地静电压为2kV时，设人体对地电容为200pF，则人体静电此时所产生的能量为:E＝1／2 CU2＝0.4mJ，这比氢气的最小点火能量0.019mJ高出很多倍，这个能量足以引燃氢气(人能感觉到的最小火花能量约为1mJ)。所以试验工作人员的穿着要特别注意，首先要避免穿着各种化纤类服装，尽量穿着纯棉衣物，有条件的应穿着防静电服装。
4 防范措施
了解了氢气的特性和有关知识，为确保试验任务的安全圆满完成应严格做到以下几点:
中子测井(1)加强相关安全技术知识的学习，提高各类人员对制氢设备危险性的认识。建立健全各项规章制度，认真贯彻执行《氢气使用安全技术规范》。试验设备操作人员要经专业知识培
焊割机训，并经考试合格、获得安全操作合格证后，方可独立操作。
(2)消除任何可能发生的氢与氧、氢与空气混合的可能，包括在设备管路系统和车厢内。避雷设施完备，设备接地良好，定时检查确保牢固可靠。
(3)电解槽在试车前必须进行仔细检查，包括主机、辅助设备、电气、仪表、管路、阀门、开关及安全设施等，认真测量槽体的各部绝缘。
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