书城教材教辅新知识图书馆:能源新希望-氢能
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第10章 如何安全储运氢气

氢气储运及使用过程中需要注意的问题主要是指安全问题。氢虽然有很好的可运输性,但不论是气态氢还是液态氢,它们在使用过程中都存在着一定的问题。氢的独特物理性质,如更宽的着火范围、更低的着火点、更容易泄漏、更高的火焰传播速度及更容易爆炸等,使其在使用和储运中安全与否成为一个不可忽视的问题,也成为人们的一个普遍关注点。氢气的着火温度在可燃气体中虽不是最低的,但由于它的着火能仅为20微焦,所以很易着火,甚至化学纤维织物摩擦所产生的静电比氢的着火能都大几倍。这就要求在氢的生产中应采取措施尽量防止和减少静电的积聚。

氢气是最轻的气体,它黏度最小,导热系数最高,化学活性、渗透性和扩散性强,因而在氢气的生产、储运和使用过程中都易造成泄漏。以氢作燃料的汽车行驶试验证明,即使是真空密封的氢燃料箱,每24小时的泄漏率就达2%,和汽油相比,汽油一般一个月才泄漏1%。因此对储氢容器和输氢管道、接头、阀门等都要采取特殊的密封措施。

由于氢气具有很强的渗透性,所以在钢设备中具有一定温度和压力的氢渗透溶解于钢的晶格中,原子氢在缓慢的变形中引起脆化作用。它还能够与钢中的碳反应生成甲烷,降低了钢的机械性能,甚至引起材质的损坏。通常在高温、高压和超低温度下,容易引起氢脆或氢腐蚀。因此,使用氢气的管道和设备,其材质应按具体使用条件慎重进行选择。

氢与氮气、氩气、二氧化碳等气体一样,都是窒息气,可使肺缺氧,所以在氢的储存和运输过程中,要注意安全问题,避免人身受到伤害。液氢的温度极低,只要有一点滴掉在皮肤上就会发生严重的冻伤,因此在运输和使用过程中应特别注意采取各种安全措施。

此外,由于氢特别轻,与其他燃料相比,在运输过程中单位数量所占的体积特别大,即使液态氢也是如此,为运输带来不便。

目前来看,在当今工业环境中,氢气的储运和使用技术应该说已经比较成熟,已具备完善的安全作业标准。比如美国每年在公路上运送的液化氢气量可达7000万加仑(加仑是一种容积单位,分英制加仑、美制加仑。1美加仑≈3.79升;1英加仑≈4.55升),未曾出现重大事故。氢的储运有4种方式可供选择,即气态储运、液态储运、金属氢化物储运和微球储运。目前,实际应用的只有前三种,微球储运方式尚在研究中。

氢气储运过程中注意事项

为了确保安全性,氢气在储存和运输过程中要注意以下几个方面的问题:

(1)在搬动存放气瓶时,应装上防震垫圈,旋紧安全帽,以保护开关阀,防止其意外转动和减少碰撞;

(2)搬运充装有气体的气瓶时,最好用特制的担架或小推车,也可以用手平抬或垂直转动,但绝不允许用手执着开关阀移动;

(3)充装有气的气瓶装车运输时,应妥善加以固定,避免途中滚动碰撞;装卸车时应轻抬轻放,禁止采用抛丢、下滑或其他易引起碰击的方法;

(4)不能与接触后可引起燃烧、爆炸气体的气瓶(如氧气瓶)同车搬运或同存一处,也不能与其他易燃易爆物品混合存放;

(5)气瓶瓶体有缺陷、安全附件不全或已损坏、不能保证安全使用的,切不可再送去充装气体,应送交有关单位检查,合格后方可使用。

还要注意,采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂、卤素等混装混运。夏季应早晚运输,防止阳光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。

此外,操作人员工作前避免饮用酒精性饮料,工作现场禁止吸烟。氢气储存场所应有静电导除设施,应加强通风。如果发生氢气大量泄漏,人员迅速撤离现场,严防窒息,事故处理人员应戴空气呼吸器;接触液氢应戴防护镜或面罩;穿清洁完好的防静电作业服,并戴手套。

氢气使用过程中注意事项

在生产实践中,由于生产需要,必须在现场(室内)使用气瓶,其数量不得超过5瓶,并应符合下列要求:

(1)室内必须通风良好,保证空气中氢气最高含量不超过1%(体积比),建筑物顶部或外墙的上部设气窗或排气孔,排气孔应朝向安全地带,室内换气次数每小时不得少于3次,局部通风每小时换气次数不得少于7次;

(2)氢气瓶与盛有易燃、易爆物质及氧化性气体的容器和气瓶的间距不应小于8米;

(3)与明火或普通电气设备的间距不应小于10米;

(4)与空调装置、空气压缩机和通风设备等吸风口的间距不应小于20米;

(5)与其他可燃性气体储存地点的间距不应小于20米;

(6)设有固定气瓶的支架;

(7)多层建筑内使用气瓶,除生产特殊需要外,一般宜布置在顶层靠外墙处;

(8)使用气瓶,禁止敲击、碰撞;气瓶不得靠近热源;夏季应防止曝晒;

(9)必须使用专用的减压器,开启气瓶时,操作者应站在阀口的侧后方,动作要轻缓;

(10)阀门或减压器泄漏时,不得继续使用;阀门损坏时,严禁在瓶内有压力的情况下更换阀门;

(11)瓶内气体严禁用尽,应保留5千帕以上的余压。

在生产实践过程中,储存、运输和使用氢气时,一定要严格按照以上所述进行,切不可马虎大意,以至于造成不必要的损失或伤害。

知识点

氢脆

氢脆是溶于钢中的氢聚合为氢分子造成应力集中超过钢的强度极限,在钢内部形成细小的裂纹,又称白点。氢脆只可防,不可治。氢脆一经产生,就消除不了。在材料的冶炼过程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中,进入钢材内部的微量氢在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200℃以上数小时,可使内氢减少)恢复钢材的性能。因此氢脆是可逆的。

理想的新能源

作为一种新能源,氢能不仅非常丰富,而且高效、清洁,是非常理想的能源,因此被人们称为21世纪的动力能源。尤其是近些年来,世界许多国家都已经认识到了氢能的巨大优势和潜力,并给予了充分的重视,出台了一系列氢能发展规划;在科学领域,科学家们更是对氢能“情有独钟”,在他们的努力钻研下,氢能取得了较快的发展。氢能已经向人类展现了美好的前景。