最近,由于河北張家口爆燃事件的誤報,氫能安全成為海內外關注焦點。氫能以其清潔、高效的特點被公認為未來最有潛力的能源載體。談“氫”不色變系列文章從多個角度對氫能的安全性進行科普。加氫站作為氫氣供應的重要保障,是支撐氫能與燃料電池汽車產業發展必不可少的基石。
國內加氫站主要為外供氫加氫站
按照制氫地點,加氫站可分為外供氫加氫站和站內制氫加氫站;按照站內儲存容器,則可分為移動式加氫站和固定式加氫站。
目前,國內加氫站主要為外供氫加氫站,外供氫氣大多來自高壓氣氫長管拖車。根據加注規模不同,加氫站建設有移動式加氫站與固定式加氫站。
移動式加氫站采用直接升壓加注,用壓縮機或增壓泵直接將氫氣升壓到35mpa加注到燃料電池車輛。大巴車一般加注時間15-20分鐘左右,適合小規模示范運行加注。
固定式加氫站采用降壓平衡加注,通過隔膜壓縮機升壓,將氫氣壓縮儲存在站內45mpa儲存系統,再通過氫氣加注系統,平衡加注35mpa儲氫壓力的燃料電池車輛。此方法加注時間快速,轎車一般3分鐘加滿,大巴車10-15分鐘加滿,適合大規模加注。
固定式加氫站工藝流程如下圖所示,主要包括氫源、壓縮系統、儲氫系統、加注系統、安全及控制系統。
加氫站安全管理措施嚴格遵守國家規定
為確保安全,加氫站的建設及管理嚴格遵守《gb 50516—2010加氫站技術規劃》《gb/t34584-2017加氫站安全技術規范》和《gb/t 31139-2014移動式加氫設施安全技術規范》。
加氫站在選址和布局時,要做好加氫站氫氣工藝設施與建筑物、構筑物之間的防火距離以及加氫站內設備之間的防火間距。
加氫站的安全管理主要分為設備安全、系統安全和運行制度安全三個方面。
設備安全方面,加氫站主要涉及氫氣壓縮機、儲氫罐和加氫機。
其中,氫氣壓縮機的安全措施包括:
①設置安全閥、切斷閥、溫度、壓力、流量超限報警、停機裝置等安全保護裝置;
②壓縮機進、出口管道設置置換吹掃口。
儲氫罐的安全措施有:
①儲氫罐設置安全泄壓裝置;
②頂部設置氫氣放散管,以確保在對儲氫罐進行吹掃置換時,將密度僅為氮氣1/14的氫氣全部置換。放散管上設置2只切斷閥和取樣口。切斷閥預防閥門內漏,取樣口方便分析放散管中氣體的組成;
③設置壓力表、壓力傳感器,氮氣吹掃置換接口,氫氣泄漏報警裝置,火焰報警探測器;
④進行耐壓及氣密性實驗,并進行周期性設備檢查、安全部件校正。
加氫機在以下三個方面保障安全:
①含有自動切斷閥、拉斷閥、安全泄壓裝置、防撞柱等;
②充裝氫氣質量流量不大于3.6 kg/min;
③根據燃料電池汽車車載儲氫瓶常用充裝壓力,加氫機的額定工作壓力一般為35 mpa或70 mpa,70mpa加氫機有氫氣預冷裝置。
加氫站的系統安全主要是防漏、防靜電和防火。
防漏措施上,采用安全聯動系統,在加氫站進氣總管上設置緊急切斷閥,并設置緊急時便于及時切斷氣源的手動緊急切斷閥;
防靜電措施上,安裝防靜電設施和防雷保護設施,并采用接地措施;
防火措施則需要安裝火焰報警探測器、緊急放散裝置(集中放散管上設置阻火器)、氮氣吹掃裝置等,加氫站關鍵部位根據《gb 50516—2010加氫站技術規劃》配備足夠數量的滅火器及消防栓設備。
在運行制度上,加氫站需要從運行資質、操作資質、設備許可和管理制度等方面保障安全。
運行資質上,加氫站需通過安監、質監、消防等部門的安全驗收,取得車用氣瓶充裝許可;
操作資質上,運維人員經過專業培訓,取得相關操作證書上崗。如:加氫操作人員需取得氣瓶充裝證書,管理人員取得特種設備安全、質量管理證書等;
設備許可方面,加氫站使用的壓力容器、安全裝置等,必須取得使用許可,并在有效期內使用;
管理制度方面,加氫站要建立質量安全管理制度,涉及現場安全管理、消防安全、設備安全、人員安全、安全檢查、安全培訓、定期檢驗等運維相關制度,并制定緊急情況下應急預案,建立應急處理小組,并定期演練。
目前為止,我國已運行加氫站16座,規劃33座
自1999年5月,世界上第一座加氫站在德國慕尼黑國際機場建成,此后世界各國相繼開始推動加氫站的建設。據h2stations.org統計報告:2017年年底,全球運行的加氫站有328座,其中亞洲119座,歐洲139座,北美68座,南美1座,澳洲1座。
據不完全統計,截至目前為止,我國建成投入運行的加氫站已有16座,規劃建設33座。以北京永豐加氫站為例,該站建立于2006年,日加注量為1000kg,可滿足北京地區現有的燃料電池汽車加注需求,經過十幾年運營,該站積累了豐富的安全管理經驗。
加氫站之于燃料電池汽車,猶如加油站之于傳統燃油汽車、充電站之于純電動汽車,其重要性不言而喻。從我國加氫站嚴格的技術標準、管理規范制訂以及眾多加氫站安全運營成果來看,加氫站的運營是安全可控的。
來源:中國汽車報網
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