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“雙碳”背景下，氫能成為我國能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略選擇，引領(lǐng)著新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021~2035年）》，這是我國第一份氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策文件。該文件以實(shí)現(xiàn)“雙碳”為目標(biāo)，明確了氫能是未來國家能源體系的重要組成部分。

氫能的生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸常伴有易燃易爆、高壓、低溫、氫脆等風(fēng)險(xiǎn)。氫能產(chǎn)業(yè)安全快速發(fā)展的戰(zhàn)略需求與氫能安全技術(shù)基礎(chǔ)薄弱之間的矛盾，成為氫能產(chǎn)業(yè)面臨的主要瓶頸。

中國石化全力推動高質(zhì)量氫能應(yīng)用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，所屬安全工程研究院（以下簡稱：安工院）成立氫安全實(shí)驗(yàn)室，定位于我國氫能安全創(chuàng)新中心、戰(zhàn)略咨詢與政策規(guī)制研究智庫、科技人才培養(yǎng)基地、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)供給基地，為我國氫能規(guī)?；煤彤a(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供系統(tǒng)的安全技術(shù)支撐。他們基于系統(tǒng)安全及保護(hù)層安全防護(hù)理念，積極開展氫能風(fēng)險(xiǎn)防控，提出了氫能安全四原則——不泄漏、早發(fā)現(xiàn)、不積聚、防燃爆。

筑牢設(shè)備安全籬笆，避免氫氣泄漏

近年來國內(nèi)外氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)生多起安全事故，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，氫氣泄漏導(dǎo)致的事故數(shù)量約占一半以上。氫能風(fēng)險(xiǎn)防控要抓在源頭，筑牢設(shè)備安全籬笆，確保臨氫設(shè)備不發(fā)生泄漏。

我國臨氫設(shè)備普遍面臨國產(chǎn)率低、使用周期短、失效數(shù)據(jù)庫缺失等突出問題，核心在于高壓臨氫設(shè)備具有的共性，即材料在高壓氫環(huán)境中的氫損傷和零部件在長周期服役過程中的疲勞失效。

安工院提出“搭建測試平臺、研究損傷機(jī)理、提出質(zhì)量管控體系并實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全”的總體路線，認(rèn)為研發(fā)高壓氫原位測試裝備，進(jìn)而建立配套測試方法，是解決上述問題并實(shí)現(xiàn)臨氫設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全的關(guān)鍵。

安工院針對材料的氫損傷等問題，搭建高壓氫環(huán)境原位疲勞及拉伸試驗(yàn)平臺，開展高壓臨氫材料相容性研究，揭示高壓臨氫材料氫致?lián)p傷機(jī)理，構(gòu)建臨氫金屬材料性能指標(biāo)體系；針對零部件長周期運(yùn)行可靠性、低周疲勞損傷等問題，搭建氫環(huán)境的氣密性、耐久性和火燒性能等的研究試驗(yàn)平臺，開展在役儲氫容器及關(guān)鍵零部件原位檢測技術(shù)研究，獲得零部件/設(shè)備的失效模式等關(guān)鍵失效數(shù)據(jù)，構(gòu)建高壓臨氫零部件/設(shè)備全生命周期疲勞壽命預(yù)測模型和安全指標(biāo)體系，從而在本質(zhì)安全上支撐材料測試、研發(fā)和設(shè)備選型及國產(chǎn)化。

安工院建成了中國石化首套140兆帕高壓臨氫材料與零部件研究測試平臺，包括140兆帕高壓氫高低溫環(huán)境疲勞拉伸測試平臺、400兆帕靜壓爆破測試平臺、-50~150攝氏度極限溫度壓力疲勞測試平臺、140兆帕氫氣壓力循環(huán)、氣密性測試平臺等，并針對高壓氫用金屬/非金屬材料及臨氫零部件（如閥門、軟管等）開展140兆帕壓力下材料相容性、零部件可靠性測試，支撐高壓臨氫零部件國產(chǎn)化研究，為中國石化氫能產(chǎn)業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。

科技讓氫氣“現(xiàn)身”，助力氫氣泄漏早發(fā)現(xiàn)

與天然氣、汽油氣等不同的是，氫氣無色無味，泄漏后，人體無法感知，因而氫氣泄漏后的早發(fā)現(xiàn)是提升氫安全水平的重要一環(huán)，關(guān)鍵在于氫氣泄漏的有效檢測。

對于氫氣泄漏檢測，在制氫、儲氫、加氫和用氫等臨氫設(shè)備、管道集中布置區(qū)域內(nèi)，應(yīng)設(shè)置高靈敏度氫氣濃度檢測及報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)充分考慮泄漏后氫氣的擴(kuò)散特性、風(fēng)速、周圍環(huán)境等多種因素的影響，實(shí)現(xiàn)氫氣的有效檢測及報(bào)警。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1座加氫站內(nèi)設(shè)備、管道連接位點(diǎn)有300余處，僅壓縮機(jī)橇內(nèi)就有百余處，而壓縮機(jī)橇通常設(shè)置1~2臺固定式氫氣泄漏檢測報(bào)警器，面臨氫氣泄漏檢測覆蓋率低、可靠性差、無法實(shí)現(xiàn)泄漏定位等難題。同時(shí)，壓縮機(jī)、加氫機(jī)、卸氫柱等因操作頻繁，泄漏風(fēng)險(xiǎn)更高。

安工院自主研發(fā)了光學(xué)氫敏變色技術(shù)，形成了氫敏變色功能膠帶等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了氫氣泄漏快速檢測及精準(zhǔn)定位，氫氣變色響應(yīng)時(shí)間為1秒；環(huán)境耐受性超過1年，且變色前后顏色對比大，易于人眼辨識；能夠在室溫條件下5秒內(nèi)自粘，具有安裝便捷的優(yōu)勢。目前，該技術(shù)已在中國石化10余座加氫站、供氫母站等現(xiàn)場應(yīng)用，助力氫氣泄漏早發(fā)現(xiàn)、早處置，提高了安全水平。

除了氫氣泄漏監(jiān)測，也應(yīng)高度重視氫氣火焰的準(zhǔn)確識別。與天然氣、汽油火焰不同，氫氣火焰是一種淡藍(lán)色火焰，無論白天還是黑夜，人眼通常難以辨識。因此，氫能“制儲運(yùn)加用”各環(huán)節(jié)需要根據(jù)檢測距離、覆蓋范圍、響應(yīng)時(shí)間等因素選擇固定式氫火焰識別及報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)也要配備便攜式氫火焰監(jiān)測儀。另外，不應(yīng)使用烴類火焰探測器檢測氫氣火焰。

夯實(shí)場景安全設(shè)計(jì)，避免氫氣泄漏積聚

氫氣一旦發(fā)生泄漏，避免積聚是首先要考慮的問題。如果條件允許，所有臨氫設(shè)備設(shè)施均應(yīng)在戶外，避免泄漏后氫氣發(fā)生積聚。在現(xiàn)場布置過程中，既要考慮站內(nèi)建筑和設(shè)備設(shè)施布局對通風(fēng)的影響，又要考慮城市規(guī)劃以避免周邊高層建筑或地形對風(fēng)的阻擋等不良影響。對加氫機(jī)、加油機(jī)設(shè)置在同一罩棚下的油氫合建站，需要對原有的罩棚進(jìn)行改造，譬如在頂部增加氫氣逃逸通道，防止氫氣在罩棚下積聚，同時(shí)考慮加氫、加油車輛的?？课恢?、方向?qū)諝饬鲃拥挠绊懀绕湟攸c(diǎn)關(guān)注車輛排隊(duì)較多的加氫站。

安工院開發(fā)了基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的快速后果分析軟件和風(fēng)險(xiǎn)定量評估工具，可兼顧計(jì)算精確性和快速性，對安全專業(yè)早期介入、提高工程設(shè)計(jì)水平起到重要作用。對放置在橇體結(jié)構(gòu)內(nèi)的臨氫設(shè)備設(shè)施，應(yīng)保證橇體本身具有良好的通風(fēng)性，不存在易積聚氫氣的部位。此外，橇體內(nèi)部也要有合理的布局與間距設(shè)計(jì)，以滿足充分通風(fēng)，包括正常運(yùn)行時(shí)的自然通風(fēng)及事故中的應(yīng)急排風(fēng)或鼓風(fēng)，避免出現(xiàn)死角，并有相應(yīng)點(diǎn)火源控制措施。針對外部氫氣大量泄漏進(jìn)入半封閉空間的可能場景，橇體結(jié)構(gòu)、站內(nèi)及周邊建筑物的通風(fēng)入口或空調(diào)進(jìn)氣口，需要避開可能的氫氣泄漏點(diǎn)位，同時(shí)，盡量縮小半封閉空間，譬如封堵罩棚原有的夾層。這些都需要安全專業(yè)人員早期介入、評估并指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

強(qiáng)化安全底線思維，杜絕氫氣燃爆事故

氫噴射火危害較大，臨氫設(shè)備設(shè)施科學(xué)的空間布局及合適的安全距離，對減輕氫噴射火危害十分重要。對重點(diǎn)建筑物或易發(fā)生氫噴射火的地方，設(shè)置防護(hù)墻、考慮被動防火設(shè)計(jì)也是減輕氫噴射火危害的重要舉措。

此外，可以考慮合理的抑爆、泄爆等主動和被動防護(hù)設(shè)計(jì)。通過噴灑超細(xì)粉末滅火劑等措施降低甚至抑制爆炸傳播，進(jìn)而降低爆炸超壓。對橇裝設(shè)備，可通過采用輕質(zhì)屋頂、輕質(zhì)易碎墻等泄爆設(shè)施減輕氫氣爆炸產(chǎn)生的危害。對于站房、外操室等人員密集區(qū)，開展必要的抗爆改造也是重要的防護(hù)手段。

當(dāng)然，這些舉措僅是氫氣燃爆事故發(fā)生后減輕危害的手段之一，更為關(guān)鍵的是確保氫氣不發(fā)生泄漏、泄漏后快速檢測并切斷、泄漏后的氫氣不發(fā)生積聚。

安工院組建氫能安全創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以“系統(tǒng)安全，層層設(shè)防”的理念指導(dǎo)學(xué)科建設(shè)和科技研發(fā)，針對氫氣泄漏擴(kuò)散與燃爆行為規(guī)律及致災(zāi)機(jī)制、高壓氫對材料/部件的損傷機(jī)理等關(guān)鍵問題，開展氫能安全基礎(chǔ)研究；聚焦氫能安全風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)、臨氫材料與裝備安全技術(shù)、氫能安全防護(hù)技術(shù)與裝備、氫能安全標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建等方向進(jìn)行研發(fā)創(chuàng)新。

為強(qiáng)化我國氫能安全創(chuàng)新生態(tài)圈建設(shè)，推動氫能安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，搭建氫能安全合作與促進(jìn)平臺，建立健全氫能安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提供氫能安全社會公共服務(wù)，在應(yīng)急管理部指導(dǎo)下，安工院組建國家氫安全戰(zhàn)略聯(lián)盟，旨在通過重大科技任務(wù)引領(lǐng)，整合氫能行業(yè)資源和力量，形成“產(chǎn)學(xué)研用”組織網(wǎng)絡(luò)和創(chuàng)新平臺，加快氫能安全、應(yīng)急技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，有效應(yīng)對氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程中面臨的新風(fēng)險(xiǎn)。 

原標(biāo)題：中石化安工院保氫能安全的探索