企业瓶组式氢气站安全管理

孟 凡 新

（ 奇宏科技股份有限公司-奇宏电子（深圳）有限公司 广东 深圳 ）

摘要:通过介绍氢气的危险特性，指出企业储存瓶装氢气时应注意的安全事项，以保证企业在储存瓶装氢气场所的安全，并提出发生事故时，应采取的应急处理方法。

关键词:氢气；危险性；安全储存；应急处理

氢气是一种广泛使用于电子器件生产的辅料，在电子器件生产工艺中使用氢气、氩气及氢氮混合气体作来保护气体。氢气是易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即爆炸。氢气与氟、氯、溴等因素会剧烈反应。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。在储存过程中存在大量的不安全因素，只有安全地储存氢气，并采取正确的防范和应急措施才能有效防止事故的发生或扩大。

一、氢气的主要物理和化学性质

氢气是一种无色、无嗅、无毒并且密度比空气小的气体，其临界温度：一240℃，引然温度400 ℃，爆炸上限74.1%V/V,爆炸下限4.1%V/V,自燃点：520 ℃，相对密度：0.09 kg／m (氢气是最轻的气体，只有空气的约1／14)。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。与所有低温液体一样，直接接触液氢将引起冻伤。氢气在空气里燃烧，与空气里的氧气发生反应，生成水。这一反应过程中有大量热放出，是相同条件下汽油的三倍。氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。其中，氢与氟的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸，与氯的混合比为1：1时，在光照下也可爆炸。

二、氢气的危险特性

1. 物理性爆炸危险特性

储存于钢瓶内压力较高的压缩气体或液化气体，受热膨胀后，压力升高，当超过钢瓶的耐压强度时，即会发生钢瓶爆炸。

2. 易燃易爆火灾危险特性

氢由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感官发现。氢氧火焰的温度可高达2500-3000℃。由于气体燃烧，无须物态的变化，且可燃物与氧化物接触面积大，因此具有比液体和固体更易燃烧且燃烧速度更快等特点。氢气的点火能量很小，只有0.019 mJ。扩散到空气中的氢气与空气混合能形成爆炸性混合物，其浓度(体积分数)达到爆炸极限范围内，4．0％ 一75％ ，遇热或明火即爆炸。

3. 气体扩散火灾危险特性

氢气是一种密度比空气小的易燃气体，一旦大量泄漏逸散在空气中，可以迅速大面积向高处扩散，瞬间与空气形成爆炸混合物。

4. 气体带电火灾危险特性

氢气当从容器、管道口或其破损处高速喷出时能产生静电。当气体高速喷出时，使杂质与气体一起在管内运动，与管内壁发生摩擦和碰撞，在相向分离之时，微粒和管壁分别带上等量异号的电荷，即产生了静电。带电量越大，产生的静电位

越高，静电放电的可能性越大，火灾危险性也就越大。因此，压力容器内的氢气在容器、管道破损喷出时，或放空速度过快时，都容易产生静电，导致喷出的氢气立即着火。

5. 气体毒害、窒息危险特性

高温下氢气对钢材具有腐蚀性，在生产过程中，能腐蚀设备，削弱设备的耐压强度，严重时可导致设备系统裂缝、漏气，从而引起火灾、爆炸事故。氢气虽然无毒，在生理学上为惰性气体，液氢外溢并突然大面积蒸发还会造成环境缺氧，由于空气中氧分压降低才引起窒息。在很高分压下，可呈现麻醉作用。但若空气中氢含量增高，将引起缺氧性窒息。因此在处理或扑救氢气火灾时，应特别注意自身的防护。

三、氢气系统的安全储存

对各种氢气系统设施的安全防护要求分述如下：

1. 氢气瓶

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。使用气瓶，禁止敲击、碰撞；不得靠近热源；夏季应防止曝晒。必须使用专用的减压器，开启时，操作者应站在阀口的侧后方，动作要轻缓。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。瓶内气体严禁用尽，应保留0．05 MPa以上的余压。因生产需要，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(体积分数，下同)不超过l％ 。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小于三次，事故通风每小时换气次数不得小于七次。

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

(3)氢气瓶与明火或普通电气设备的间距不应小于10米。

(4)氢气瓶与空调装置、空气压缩机和通风设备等吸风口的间距不应小于20米。

(5)氢气瓶与其它可燃性气体贮存地点的间距不应小于20米。

(6)设有固定气瓶的支架。

2. 集装瓶

每单元总重不得超过2 t。气瓶、管路、阀门和接头应予以固定，不得松动位移，管路和阀门应有防止碰撞的防护装置。总管路应有两只阀门串联，每组气瓶应有分阀门。

3.固定容积贮气罐

贮气罐应设放空阀、安全阀和压力表。凡最高工作压力大于或等于0．1 MPa时，其设计、制造和检验应符合《压力容器安全监察规程》的要求。贮气罐的基础和支承必须牢固，且为非燃烧体。贮气罐的地面应高于相邻散发可燃气体、可燃蒸

汽的甲、乙类生产单元的地面，否则应设高度不低于l 米的实体围墙予以隔离。

4. 管道

管道和附件应选用符合国家标准规格的产品，并应适合氢气工作压力、温度的要求。氢气管道应采用无缝金属管道，禁止使用铸铁管道。管道的连接一般应采用焊接或其它有效防止漏气的连接方式。管道上应设放空管、取样口和吹扫口，其位置应能满足管道内气体吹扫、置换的要求。当氢气作焊接、切割、燃料和保护气等使用时，每台(组)用氢设备的支管上应设阻火器 。管道敷设应符合下列要求：

(1)氢气管道宜采用架空敷设，其支架应为非燃烧体。架空管道不应与电缆、导电线敷设在同一支架上。氢气管道与燃气管道、氧气管道平行敷设时，中间宜有不燃物料管道隔开，或净距不小于250 米。分层敷设时，氢气管道应位于上方。氢气管道与建筑物、构筑物或其它管线的最小净距可参照有关规定执行。

(2)室内管道不应敷设在地沟中或直接埋地，室外地沟敷设的管道，应有防止氢气泄漏、积聚或窜入其它沟道的措施。埋地敷设的管道埋深不宜小于0．7 m。含湿氢气的管道应敷设在冰冻层以下。

(3)管道穿过墙壁或楼板处，应设套管。套管内的管段不应有焊缝，管道和套管之间应用不燃材料填塞。

(4)管道应避免穿过地沟、下水道及铁路、汽车道路等，当必须穿过时应设套管。

(5)管道不得穿过生活间、办公室、配电室、仪表室、楼梯间和其它不使用氢气的房间。不宜穿过吊顶、技术(夹)层，当必须穿过吊顶或技术(夹)层时，应采取安全措施。

(6)室内外架空或埋地敷设的管道和汇流排及其连接的气瓶均应互相跨接和接地，跨接和接地措施按国家现行的有关规定执行。

5. 放空管

氢气贮罐的放空阀、安全阀和管道系统均应设放空管。放空管应采用金属材料，不准使用塑料管或橡皮管。放空管应设阻火器，凡条件允许，可与灭火蒸汽或惰性气体管线连接，以防着火。室内放空管的出口，应高出屋顶2 m以上。室外设备的放空管应高于附近有人操作的最高设备2 m以上；放空管应采取静电接地，并在避雷保护范围之内，应有防止雨雪侵入和外来异物堵塞放空管的措施。

四、氢气系统运行安全措施

1 气密和置换

(1)新安装或大修后的氢气系统必须做耐压试验、清洗和气密试验，符合有关的检验要求，才能投入使用。

(2)设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或便携式可燃性气体防爆检测仪，禁止使用明火。

(3)吹洗置换，放空降压，必须通过放空管排放，不准在室内排放氢气。

(4)氢气系统吹洗置换，一般可采用氮气(或其他惰性气体)置换法或注水排气法。氮气置换法应符合下列要求：

a)氮气中含氧量不得超过3％。

b)置换必须彻底，防止死角末端残留余气。

c)置换结束，系统内氧或氢的含量必须连续三次分析合格。

d)氢气系统动火检修，必须保证系统内部和动火区域氢气的最高含量不超过0．4％ 。

e)防止明火和其他激发能源。禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体；不得携带火种进入禁火区；选用铜质工具；

f)穿棉质工作服和防静电鞋。

2. 操作安全事项

(1)输入系统的氢气中含氧量不得超过0．5％。

(2)氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。

(3)密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训持证上岗，严格遵守工艺规程和岗位操作法；建议操作人员穿防静电工作服。

(4)远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。

(5)在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。

(6)输送氢气的管道法兰盘、阀门等连接处，应采用金属线跨接，以便静电的导出。接地铝板进行定期冲洗和清扫，保持洁净，经常检查连接点的完好情况，保证静电有效导出，有条件应更换铜板，接点采用焊接方式，确保静电导出效果。

(7)管道、阀门和水封装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。

(8)防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂，卤素接触。

(9)定期进行夜间闭灯检查氢气泄漏。

(10)进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。

3. 钢瓶的储存和运输

3．1 储存

(1)存于阴凉，通风的库房。远离火种、热源。库内温度不超过30℃ ，相对湿度不宜超过80％ 。应与氧化剂，卤素分开存放，忌混合储存。

(2)采用防爆型照明，通风设施。

(3)禁止使用易产生火花的机械设备和工具。

(4)储区应备有泄漏应急处理工具和装备。

3．2 运输

(1)采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。

(2)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。

(3)运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运车辆排气管尾端必须配备完好的阻火器，禁止使用易产生火花的机械设备和防护工具装卸。

(4)严禁与氧化剂，卤素等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。

(5)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。

五、应急处理处置方法

1. 应急个体防护

(1)呼吸系统防护：一般不需要特别防护，但高浓度接触时紧急处理人员戴自给正压式空气呼吸器。

(2)面部防护：耐高温面罩。

(3)身体防护：穿消防防护服和防静电工作服及防静电鞋。

(4)手部防护：石棉手套和石棉布等。

2.中毒处置

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸，就医。

3.泄漏处置

当氢气发生大量泄漏或积聚时，应立即采取以下措施：

(1)报警并建立警戒区。迅速撤离泄漏区人员至上风处，并进行隔离，划出警戒线，设立明显标示，以各种方式，通知警戒区内和周边人员迅速撤离，禁止车辆和无关人员进入警戒区。

(2)消除火种。停止所有用火作业和消除可能产生火花的活动。进入泄漏区域前用水枪降低面喷湿，防止摩擦、撞击产生火花。

(3)控制泄漏源。隔离泄漏的管线或阀门，在保证安全的情况下堵漏或搬运钢瓶。

(4)卸压排放。在工艺流程完好的情况下，通过排放线将容器内的氢气排放至紧急事故火炬管线。

(5)罐体掩护和稀释泄漏区氢气。从安全距离，用开花水枪对准泄漏的罐壁和泄漏点喷洒消防水，以降低现场气温和泄漏的罐体温度，降低现场氢气浓度，直到完全消除泄漏。

(6)监测泄漏现场的氢气浓度。随时用可燃气体检测仪监测警戒区内的氢气浓度，人员做好随时撤离的准备。

4.氢气着火处置

若发生氢气着火，应采取以下措施：

(1)切断气源。若阀门未烧坏，可穿防火服，在水枪掩护下接近泄漏点，关闭阀门，断绝气源。

(2)冷却和控制燃烧。若不能切断气源，则不允许熄灭泄漏处的火焰，应积极喷水冷却容器，控制氢气稳定燃烧，防止火灾扩大或爆炸。可能的话将容器从火场移至空旷处，便于控制燃烧和冷却。氢火焰不易察觉，救护人员防止外露皮肤烧

伤。在未切断气源的情况下，用喷流水隔离管线、阀门及邻近的设备，并保护毗邻的建筑物免受火灾威胁，控制火势的扩大和蔓延。

(3)灭火。可选择的灭火剂有雾状水、二氧化碳、干粉、泡沫。组织足够消防力量，将火势控制在最小范围，在用射流水冷却着火罐壁的情况下，用干粉喷洒着火点，覆盖火源，终止燃烧，直到火焰完全熄灭。在未能切断气源的情况下，严禁熄灭已稳定燃烧的火焰，并保持氢气系统正压状态，以防回火。

六 结语 参考文献

《建筑设计防火规范》(GB50016—2014)标准

《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—94)标准

《氢气使用安全技术规程》(GB 4962—2008)标准

《安全标志及其使用导则》GB2894-82标准

《气瓶安全监察规程》

《压力容器安全监察规程》

《氢气-化学品安全技术说明书》

《氫氣站設計規範》GB50177-2005