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論氫能利用的安全性

清潔能源——氫

氫是能源領域和交通行業必不可少的燃料。在能源領域中,常見的例子是將氫氣混合到天然氣中,可以作為家用能源;對於交通行業,氫可用於燃料電池(將化學能轉化為電能),或直接燃燒,例如內燃機。

世界範圍內已經有許多舉措來使用氫能取代當前的燃料(例如石油、汽油、柴油、天然氣等),從而減少二氧化碳的排放。目前,大多數的投入集中於從可再生能源生成氫,例如水電、太陽能和風能。

儘管對環境無害,但氫氣以危險著稱,火災和爆炸危險是其主要問題。對氫氣的這種看法可能源於1937年的興登堡號空難:一艘充滿氫氣的飛艇(Zeppelin飛艇)在對接時起火,造成35名乘客和1名地面人員死亡。

氫的危險源於其特性

氫氣有著獨特的燃燒特性:

與空氣混合時有著極廣的可燃濃度範圍(4%-75%)

最小點火能僅為17mJ,比常見烴類物質低10倍

層流燃燒速率為3。2m/s,比常見烴類物質快8倍

這三個性質表明氫氣容易點燃並快速燃燒。

氫氣的另一個危害是可能導致金屬產生氫脆現象,顯著降低金屬的拉伸延展性,使金屬在使用過程中容易產生裂縫,從而導致含氫裝置的洩漏。

針對氫危害的預防和保護措施

這些特性並不意味著氫氣太危險而無法應用。我們可以採取適當的預防和保護措施來減輕氫的危害。這些措施基於:

關於氫氣燃燒特性的現有知識

關於氫脆現象的現有知識

正在發展的新知識,主要與液氫(LH2)的安全處理和特殊的氫能應用有關,例如隧道中氫應用的有關安全問題

針對氫危害的預防措施包括正確設計裝置、正確選擇材料(避免金屬受氫脆現象的影響),以及日常維護,來防止洩漏的發生;進行危險區域劃分,以選擇合適的電氣和機械裝置,防止氫氣和空氣的混合物被點燃;對於室內區域,合理設計的通風系統可以加快易燃混合物的擴散稀釋;對於室外區域,由於氫氣很輕,有著較強的向上擴散趨勢,可利用風和氫氣的擴散特性防止氫氣-空氣混合物的聚集。

必要時可以採取防護措施,例如洩爆、安全距離的設定。關於氫氣相關的裝置設施最需要哪種型別的保護措施,存在許多爭論。目前難以找到一個適用於所有問題的解決方案,而進行詳細的風險分析是值得考慮的,風險分析可確保所採取措施合理且經濟有效。

FLACS模擬加氫站洩漏擴散影片

Gexcon公司在氫安全領域有著豐富的經驗,曾多次參與氫安全聯合工業專案和國際重要氫安全專案研究(例如Hysafe, HySEA, SH2IFT, PRESLHY等)。此外,Gexcon還進行過大量氫安全相關諮詢專案,涵蓋了氫氣的生產、儲存、運輸、分配等各個階段,包括選址研究、工藝安全性審查、協助設計(安全距離、佈置/佈局最佳化)、通風和氣體探測器佈置的最佳化、意外事件(擴散、爆炸和火災)的模擬、預防和緩解措施的研究等。由Gexcon公司所研發的FLACS氫氣模組是目前全球領先的經過數十年氫氣試驗驗證的CFD結果分析工具,可用於氫氣洩漏擴散、爆炸、火災場景的模擬,模擬結果精確可靠,在法國、日本等國的核電廠氫安全風險評估中廣泛使用。

Gexcon在近期舉辦了氫安全網路研討會,Gexcon專家針對氫安全領域分享其豐富的經驗知識。瞭解更多研討會詳情,請點選以下連結

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