氫氣安全培訓(xùn)課程

1、1歡迎參加歡迎參加 氫氣安全培訓(xùn)課程氫氣安全培訓(xùn)課程2氫氣氫氣l化學(xué)符號(hào)化學(xué)符號(hào):H2lADR 分類分類:l氣態(tài)氫氣態(tài)氫: 2類類, 代碼代碼 1Fl液態(tài)氫液態(tài)氫: 2類類, 代碼代碼 3Fl危險(xiǎn)危險(xiǎn)-代號(hào)代號(hào): 23l危險(xiǎn)特征危險(xiǎn)特征: 可燃?xì)怏w可燃?xì)怏wlUN 編號(hào)編號(hào):UN 1049 (壓縮氣體壓縮氣體)l UN 1966 (冷卻液體冷卻液體) 3l常溫和大氣壓力下為氣體常溫和大氣壓力下為氣體l非常易燃非常易燃l無(wú)色無(wú)色l無(wú)嗅無(wú)嗅l無(wú)味無(wú)味lH2 比其他氣體散逸更快比其他氣體散逸更快氫氣氫氣物理性質(zhì)物理性質(zhì):4l比重最低比重最低 (比空氣輕比空氣輕14倍倍)l導(dǎo)熱性是空氣的導(dǎo)熱性是空氣的7

2、倍倍lH2 可以透過(guò)大多數(shù)非金屬可以透過(guò)大多數(shù)非金屬材料材料和一些金屬材料和一些金屬材料l無(wú)毒，只是會(huì)引起窒息無(wú)毒，只是會(huì)引起窒息l對(duì)人類無(wú)毒對(duì)人類無(wú)毒l冶金學(xué)：對(duì)鋼的氫脆化冶金學(xué)：對(duì)鋼的氫脆化l氫浸蝕發(fā)生在氫浸蝕發(fā)生在 溫度溫度250時(shí)時(shí)l沸點(diǎn)：大氣壓下為沸點(diǎn)：大氣壓下為-253 /-423.0 F/20K氫氣氫氣物理性質(zhì)物理性質(zhì):5l 所有化學(xué)元素中最輕的所有化學(xué)元素中最輕的:l宇宙中最豐富的物質(zhì)。宇宙中最豐富的物質(zhì)。l太陽(yáng)就是一個(gè)核反應(yīng)堆，在其中氫氣太陽(yáng)就是一個(gè)核反應(yīng)堆，在其中氫氣不斷的與氦氣熔合。熔合過(guò)程中放出不斷的與氦氣熔合。熔合過(guò)程中放出的熱量溫暖了地球。的熱量溫暖了地球。氫氣氫氣

3、物理性質(zhì)物理性質(zhì):6l液態(tài)氫的質(zhì)量只有液態(tài)氫的質(zhì)量只有 70.8 g/ll氫氣燃燒產(chǎn)生的火焰為淺色，幾乎不可見(jiàn)氫氣燃燒產(chǎn)生的火焰為淺色，幾乎不可見(jiàn)l液態(tài)氫的低溫可以凝固幾乎任何氣體，即使是氮?dú)?，液態(tài)氫的低溫可以凝固幾乎任何氣體，即使是氮?dú)?，但不包括氦氣。但不包括氦氣。氫氣氫氣物理性質(zhì)物理性質(zhì):7l氫氣升溫所需的熱量和氮?dú)獠畈欢鄽錃馍郎厮璧臒崃亢偷獨(dú)獠畈欢鄉(xiāng)常壓下，對(duì)于常壓下，對(duì)于10 m3 的氫氣，每升高的氫氣，每升高 1 需要的熱量為需要的熱量為 11.94 kJl對(duì)于對(duì)于 10 m3 的氮?dú)?，同樣的溫度變化需要的氮?dú)猓瑯拥臏囟茸兓枰?2.08 kJ, 而氮而氮?dú)獾闹亓渴菤錃獾臍獾闹亓?/p>

4、是氫氣的 14 倍倍比熱值比熱值8l可用方法可用方法:l烴的催化重整烴的催化重整 （如天然氣或石腦油）（如天然氣或石腦油）l甲醇蒸汽重整甲醇蒸汽重整l氨的離解氨的離解 (NH3)l電解水電解水 (H2O)氫氣如何制造氫氣如何制造?9l標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)99.95% 氫氫 500 ppm N2 2 ppm O2 5 ppm H2O 3 ppm CH4 2 ppm CO + CO2l低溫級(jí)低溫級(jí)99.99997% 氫，用在電子工業(yè)，可從液態(tài)氫制得氫，用在電子工業(yè)，可從液態(tài)氫制得產(chǎn)品純度產(chǎn)品純度10l火箭燃料火箭燃料 (NASA, ARIANE)l化學(xué)合成化學(xué)合成 (氨、甲醇氨、甲醇)l石油精煉石

5、油精煉l食用有機(jī)油的加氫化食用有機(jī)油的加氫化lGTAW 焊接，等離子體切割，成型氣體焊接，等離子體切割，成型氣體l氧氣還原氧氣還原 (用在金屬加工爐內(nèi)的受控大氣、用在金屬加工爐內(nèi)的受控大氣、電子產(chǎn)品生產(chǎn)，浮法玻璃制造）電子產(chǎn)品生產(chǎn)，浮法玻璃制造）氫氫用途用途:11l在在60 年代和年代和70年代年代, 許多氣瓶和管子在氫氣使用中都出現(xiàn)許多氣瓶和管子在氫氣使用中都出現(xiàn)了問(wèn)題。而現(xiàn)在由于它們的極限抗張強(qiáng)度了問(wèn)題。而現(xiàn)在由于它們的極限抗張強(qiáng)度(UTS)已經(jīng)達(dá)到了已經(jīng)達(dá)到了 950 Mpa， 經(jīng)過(guò)超聲測(cè)試經(jīng)過(guò)超聲測(cè)試 (UT) ，可以消除制造過(guò)程中的缺可以消除制造過(guò)程中的缺陷，因此可以安全的使用。陷，

6、因此可以安全的使用。l1991年年10月，在德國(guó)，一個(gè)月，在德國(guó)，一個(gè)H2 罐從頂部爆炸，碎片飛出超罐從頂部爆炸，碎片飛出超過(guò)過(guò)300 m 遠(yuǎn)。遠(yuǎn)。 原因是焊接處的一道原因是焊接處的一道700mm 長(zhǎng)、長(zhǎng)、20mm 深深的裂縫。容器中的環(huán)狀缺陷使得在焊接區(qū)域附近應(yīng)力過(guò)度，的裂縫。容器中的環(huán)狀缺陷使得在焊接區(qū)域附近應(yīng)力過(guò)度，造成氫脆化。造成氫脆化。氫氣氫氣事故事故:12l1996年年1月在荷蘭，由于月在荷蘭，由于H2 PSA容器的裂縫而引起氫氣容器的裂縫而引起氫氣泄漏。裂縫發(fā)生在槽口。起因是由于幾何不連續(xù)性引起泄漏。裂縫發(fā)生在槽口。起因是由于幾何不連續(xù)性引起應(yīng)力集中，應(yīng)力集中， 再加上再加上PS

7、A在正常使用條件下的疲勞應(yīng)力。在正常使用條件下的疲勞應(yīng)力。氫氣氫氣事故事故:13最近在液空合成氣（最近在液空合成氣（Air Liquide Syngas）工廠發(fā)生了氫氣工廠發(fā)生了氫氣爆炸和火災(zāi)?；馂?zāi)一開(kāi)始是在爆炸和火災(zāi)?；馂?zāi)一開(kāi)始是在 1”排氣孔的噴嘴，當(dāng)時(shí)排出排氣孔的噴嘴，當(dāng)時(shí)排出閥已打開(kāi)，而排氣孔上游的斷流閥尚未完全關(guān)閉，水平排出閥已打開(kāi)，而排氣孔上游的斷流閥尚未完全關(guān)閉，水平排出口的斜接出口雖然在口的斜接出口雖然在5 m的高度上，火焰仍向下對(duì)著地面上的高度上，火焰仍向下對(duì)著地面上在例行操作中操作人員有可能經(jīng)過(guò)的地方。請(qǐng)參考在例行操作中操作人員有可能經(jīng)過(guò)的地方。請(qǐng)參考AS B16.04。氫

8、氣氫氣事故事故:14l2001年年4月月, 在瑞典，在瑞典， H2管道的維護(hù)工作正常進(jìn)行，管道的維護(hù)工作正常進(jìn)行， 閥門閥門關(guān)閉，但法蘭的螺栓沒(méi)有擰緊。關(guān)閉，但法蘭的螺栓沒(méi)有擰緊。 H2 從管道中逸出，在建從管道中逸出，在建筑物內(nèi)聚積。爆炸造成筑物內(nèi)聚積。爆炸造成2個(gè)工人燒傷，建筑物燒毀。隔離個(gè)工人燒傷，建筑物燒毀。隔離閥泄漏，管道另一端的壓強(qiáng)達(dá)到了閥泄漏，管道另一端的壓強(qiáng)達(dá)到了6 bar。氫氣氫氣事故事故:15l可燃性可燃性l可引起窒息可引起窒息l壓力壓力l膨脹系數(shù)膨脹系數(shù) (液態(tài)到氣態(tài)液態(tài)到氣態(tài))l脆化脆化l容易擴(kuò)散容易擴(kuò)散氫氣氫氣危險(xiǎn)危險(xiǎn):16可燃?xì)怏w與空氣混合時(shí)的爆炸極限可燃?xì)怏w與空氣

9、混合時(shí)的爆炸極限(注意: 丙酮、苯和甲醇在常壓下不是氣體)2,6012,801,408,8012,5074,203,3019,002,8028,604,0074,204,3045,505,0015,006,7036,502,4010,3001020304050607080AcetoneBenzeneCarbon MonoxideEthanolEthyleneHydrogenHydrogne SulfideMethaneMethanolPropylene與空氣混合的氣體與空氣混合的氣體 %丙烯甲醇甲烷硫化氫氫氣乙烯乙醇一氧化碳苯丙酮17l4%-75% 氫氣只需很少的能量便可點(diǎn)燃?xì)錃庵恍韬苌俚哪芰?/p>

10、便可點(diǎn)燃。氫氣的燃燒速度在氫氣的燃燒速度在 3m/s 到到 2050 m/s (或或 7400 km/h)之之間間l4%剛剛能燃燒剛剛能燃燒，只能向上燃燒只能向上燃燒l5%開(kāi)始向側(cè)面燃燒開(kāi)始向側(cè)面燃燒l 18% 燃燒速度比聲音速度還快燃燒速度比聲音速度還快l 45% 燃燒速度燃燒速度 7400 km/h 包括沖擊波包括沖擊波l 74% 剛剛能燃燒剛剛能燃燒l 75% 不會(huì)燃燒不會(huì)燃燒 空氣量不夠空氣量不夠l氧氣和氫氣混合氧氣和氫氣混合- 速度大約速度大約3600 m/s。(聲音速度是聲音速度是320 m/s)l氫氣的燃燒熱很小，比所有其它可燃?xì)怏w要小氫氣的燃燒熱很小，比所有其它可燃?xì)怏w要小10

11、倍倍氫氣在空氣中的可燃性氫氣在空氣中的可燃性18氫氣的可燃性氫氣的可燃性安全預(yù)防措施安全預(yù)防措施:l消除火源消除火源l不要吸煙不要吸煙 ! 不要有明火不要有明火!l只能使用不產(chǎn)生火花的工具只能使用不產(chǎn)生火花的工具l不要穿合成纖維（尼龍等不要穿合成纖維（尼龍等）服裝服裝l如果必須使用電氣設(shè)備，劃定如果必須使用電氣設(shè)備，劃定 H2 的危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)區(qū)域l避免氣體的高速排放避免氣體的高速排放l避免避免H2在天花板處聚集：對(duì)封閉區(qū)域在頂部通風(fēng)在天花板處聚集：對(duì)封閉區(qū)域在頂部通風(fēng)l將法蘭結(jié)合好以確保電氣連續(xù)性將法蘭結(jié)合好以確保電氣連續(xù)性 l將所有儀器、拖車和氣瓶組接地將所有儀器、拖車和氣瓶組接地l安裝雷

12、電保護(hù)設(shè)備安裝雷電保護(hù)設(shè)備19l盡量采用焊接連接，防止泄漏盡量采用焊接連接，防止泄漏l將將H2/氧化回路物理分隔開(kāi)氧化回路物理分隔開(kāi)l不要使用儀表氣源，氮?dú)獬獠灰褂脙x表氣源，氮?dú)獬鈒在對(duì)回路進(jìn)行清潔和惰性化時(shí)，采用斷流閥和排出閥雙重在對(duì)回路進(jìn)行清潔和惰性化時(shí)，采用斷流閥和排出閥雙重隔離隔離 如果在封閉區(qū)域，將排出口引至安全的地點(diǎn)如果在封閉區(qū)域，將排出口引至安全的地點(diǎn)l電氣設(shè)備電氣設(shè)備 防爆，固有的安全化或清洗防爆，固有的安全化或清洗l在壓縮機(jī)的進(jìn)口和出口處檢查氧氣含量，如果進(jìn)口壓力太在壓縮機(jī)的進(jìn)口和出口處檢查氧氣含量，如果進(jìn)口壓力太低或是（環(huán)境空氣進(jìn)口處）氧氣含量太高時(shí)切斷壓縮機(jī)低或是（

13、環(huán)境空氣進(jìn)口處）氧氣含量太高時(shí)切斷壓縮機(jī) l在室內(nèi)用氣體爆炸危險(xiǎn)濃度指示劑檢測(cè)泄漏在室內(nèi)用氣體爆炸危險(xiǎn)濃度指示劑檢測(cè)泄漏氫氣的可燃性氫氣的可燃性設(shè)計(jì)上預(yù)防設(shè)計(jì)上預(yù)防:20l排氣口和安全排放裝置朝向安全區(qū)域（管道系統(tǒng)直徑要小，排氣口和安全排放裝置朝向安全區(qū)域（管道系統(tǒng)直徑要小，以避免空氣進(jìn)入）以避免空氣進(jìn)入）l遠(yuǎn)離人群、火源，電氣設(shè)備（即使是防爆設(shè)備），進(jìn)風(fēng)口，遠(yuǎn)離人群、火源，電氣設(shè)備（即使是防爆設(shè)備），進(jìn)風(fēng)口，建筑物開(kāi)口建筑物開(kāi)口l有足夠的高度以避免當(dāng)排氣口點(diǎn)燃時(shí)的熱輻射有足夠的高度以避免當(dāng)排氣口點(diǎn)燃時(shí)的熱輻射l排氣口的最小高度排氣口的最小高度: 3 到到 5 m, 取決于管徑取決于管徑l或高

14、于臨近設(shè)備或高于臨近設(shè)備1 m 以上以上l或在屋頂上方或在屋頂上方 1.5 m 以上以上氫氣的可燃性氫氣的可燃性排氣孔口設(shè)計(jì)的考慮排氣孔口設(shè)計(jì)的考慮:21l氫氣的火焰不是明顯可見(jiàn)氫氣的火焰不是明顯可見(jiàn)l氫氣的火焰很難熄滅，因?yàn)榇嬖诘臒岷苋菀资箍諝庵袣錃獾幕鹧婧茈y熄滅，因?yàn)榇嬖诘臒岷苋菀资箍諝庵械臍錃庵匦氯紵臍錃庵匦氯紵齦氫氣排放口處很容易形成氣阱，在空氣中非常容易突氫氣排放口處很容易形成氣阱，在空氣中非常容易突然點(diǎn)燃。然點(diǎn)燃。氫氣的可燃性氫氣的可燃性氫氣氫氣:22l氫氣的火焰在許多條件下都不可見(jiàn)氫氣的火焰在許多條件下都不可見(jiàn)l用固定在棒上的紙片可以檢測(cè)火焰用固定在棒上的紙片可以檢測(cè)火焰l切勿

15、試圖徒手檢測(cè)切勿試圖徒手檢測(cè) H2 火焰火焰l氫氣的火焰可在強(qiáng)風(fēng)中燃燒，可從起源地?cái)U(kuò)展好幾米遠(yuǎn)氫氣的火焰可在強(qiáng)風(fēng)中燃燒，可從起源地?cái)U(kuò)展好幾米遠(yuǎn)l任何排放均必須謹(jǐn)慎的完成，要防止氣阱中聚積氫氣，任何排放均必須謹(jǐn)慎的完成，要防止氣阱中聚積氫氣，氫氣的聚積可能會(huì)形成爆炸性的混合物氫氣的聚積可能會(huì)形成爆炸性的混合物氫氣燃燒氫氣燃燒23l切斷來(lái)源讓火燒盡，是最好的辦法切斷來(lái)源讓火燒盡，是最好的辦法l白天的火焰可以通過(guò)熱浪或棒上的紙片來(lái)檢測(cè)白天的火焰可以通過(guò)熱浪或棒上的紙片來(lái)檢測(cè)撲滅氫氣火焰撲滅氫氣火焰24l氫氣火焰很難撲滅氫氣火焰很難撲滅l只能用只能用 MONEX 粉末滅火器滅火粉末滅火器滅火l滅火器要

16、放在裝置的旁邊滅火器要放在裝置的旁邊l氫氣站附近要有充足的供水、滅火器（干粉或氫氣站附近要有充足的供水、滅火器（干粉或二氧化碳滅火器）和滅火毯二氧化碳滅火器）和滅火毯滅火設(shè)備滅火設(shè)備25l寬松合適的手套寬松合適的手套l鞋底沒(méi)有鐵掌或釘子鞋底沒(méi)有鐵掌或釘子l靴面是棉或靴面是棉或Nomex（高熔點(diǎn)芳香族聚高熔點(diǎn)芳香族聚酰胺）織物酰胺）織物l眼部保護(hù)眼部保護(hù)l長(zhǎng)袖長(zhǎng)袖 (工作時(shí)不能卷起）工作時(shí)不能卷起）防護(hù)服防護(hù)服26l液氫貯藏罐所能承受的最大工作壓力為液氫貯藏罐所能承受的最大工作壓力為 12 barl氫氣瓶、存貯器和管狀拖車可以到氫氣瓶、存貯器和管狀拖車可以到 200 bar 或更多或更多l(xiāng)不要靠

17、近壓力釋放裝置的排氣出口，壓力過(guò)度時(shí)可能會(huì)突不要靠近壓力釋放裝置的排氣出口，壓力過(guò)度時(shí)可能會(huì)突然開(kāi)啟然開(kāi)啟l不要打開(kāi)加壓的管接頭，不要斷開(kāi)加壓的管線，也不要試不要打開(kāi)加壓的管接頭，不要斷開(kāi)加壓的管線，也不要試圖將其擰緊圖將其擰緊l必須在減壓和用惰性氣體充分清潔后才能進(jìn)行修理工作必須在減壓和用惰性氣體充分清潔后才能進(jìn)行修理工作高壓危險(xiǎn)高壓危險(xiǎn)27l氫氣在金屬表面的吸附，氫氣向高應(yīng)力金屬區(qū)的遷移氫氣在金屬表面的吸附，氫氣向高應(yīng)力金屬區(qū)的遷移和在其中滯留，會(huì)導(dǎo)致通常具有韌性的金屬脆化和在其中滯留，會(huì)導(dǎo)致通常具有韌性的金屬脆化l可選擇淬火的和回火的鋼，可選擇淬火的和回火的鋼，Rm 950 MPa ，消

18、除表消除表面缺陷面缺陷 (具體見(jiàn)具體見(jiàn) NI 310) lSS316、鋁、銅和合金，某些黃銅和青銅都適用鋁、銅和合金，某些黃銅和青銅都適用脆化脆化28lH2 可能引起凍傷可能引起凍傷 (LH2, 冷蒸汽和管道冷蒸汽和管道)l未加被覆的液氫輸送管道液化了周圍的空氣，空氣液滴富未加被覆的液氫輸送管道液化了周圍的空氣，空氣液滴富含氧氣，必須收集在盤中安全地蒸發(fā)掉含氧氣，必須收集在盤中安全地蒸發(fā)掉lLH2中使用的材料必須能在極低溫下保持韌性中使用的材料必須能在極低溫下保持韌性 l要考慮到金屬的氫脆化，尤其是要考慮到金屬的氫脆化，尤其是LH2lSS316、鋁、銅和合金、某些黃銅和青銅都適用鋁、銅和合金、

19、某些黃銅和青銅都適用低溫危險(xiǎn)低溫危險(xiǎn)29l溫度要適合溫度要適合l壓力適合壓力適合l氫脆變性適合氫脆變性適合l使用前設(shè)備清洗使用前設(shè)備清洗l過(guò)濾等級(jí)：過(guò)濾等級(jí)：50 微米微米l流體速度要限制在流體速度要限制在 60 m/secl設(shè)備要有低的泄漏速率設(shè)備要有低的泄漏速率H2 使用設(shè)備的選取使用設(shè)備的選取30l令人滿意的材料令人滿意的材料l316 不銹鋼不銹鋼l銅銅l黃銅黃銅l鋁鋁lCu-Be (因伐合金因伐合金)l大部分塑料大部分塑料 (滲透性低滲透性低 ，尤，尤其是尼龍和其是尼龍和Zytel)l不滿意的材料不滿意的材料l高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼 (參考參考 NI 310)lSS 304l蒙乃爾銅蒙乃爾銅

20、-鎳合金鎳合金l鎳合金鎳合金 l許多高滲透性的塑料許多高滲透性的塑料材料材料31lH2 使用的設(shè)備使用前先進(jìn)行密封性測(cè)試使用的設(shè)備使用前先進(jìn)行密封性測(cè)試l確保有效接地確保有效接地l只有減壓并用惰性氣體充分清洗后才可進(jìn)行修理只有減壓并用惰性氣體充分清洗后才可進(jìn)行修理l采用斷流閥和排出閥雙重隔離采用斷流閥和排出閥雙重隔離l在通在通 H2或空氣之前或空氣之前, 先用氮?dú)饣蚴浅檎婵諄?lái)惰性化先用氮?dú)饣蚴浅檎婵諄?lái)惰性化/清清潔設(shè)備，直至濃度低于潔設(shè)備，直至濃度低于1%l通過(guò)加壓通過(guò)加壓/減壓循環(huán)來(lái)清潔和惰性化盲端減壓循環(huán)來(lái)清潔和惰性化盲端l當(dāng)進(jìn)口壓力太低時(shí)，斷開(kāi)壓縮機(jī)以避免空氣進(jìn)入當(dāng)進(jìn)口壓力太低時(shí)，斷開(kāi)壓

21、縮機(jī)以避免空氣進(jìn)入操作操作32l工程不足工程不足 (沒(méi)有惰性化沒(méi)有惰性化)l回路隔離措施不充分回路隔離措施不充分l材料缺陷材料缺陷 (焊接后沒(méi)有熱處理焊接后沒(méi)有熱處理)l關(guān)閉單個(gè)閥門來(lái)進(jìn)行管道隔離關(guān)閉單個(gè)閥門來(lái)進(jìn)行管道隔離l孔口周圍安全距離太短孔口周圍安全距離太短l材料選擇不當(dāng)材料選擇不當(dāng) (如如 SS304)l空氣進(jìn)入空氣進(jìn)入 (如壓縮機(jī)空氣進(jìn)口如壓縮機(jī)空氣進(jìn)口)l管道內(nèi)微粒管道內(nèi)微粒 (速度過(guò)快會(huì)磨損設(shè)備零件速度過(guò)快會(huì)磨損設(shè)備零件)l電氣危險(xiǎn)，尤其是每天使用的小電器，如打火機(jī)、照相電氣危險(xiǎn)，尤其是每天使用的小電器，如打火機(jī)、照相機(jī)、手機(jī)和手電筒機(jī)、手機(jī)和手電筒引發(fā)氫氣事故的引發(fā)氫氣事故的9個(gè)原因個(gè)原因33l危險(xiǎn)物品運(yùn)送規(guī)則危險(xiǎn)物品運(yùn)送規(guī)則: 在歐洲是在歐洲是ADRl壓力容器規(guī)則壓力容器規(guī)則: PED和和TPED規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)34lAIR LIQUIDE信息信息l 氫氣規(guī)范氫氣規(guī)范l 材料安全數(shù)據(jù)表材料安全數(shù)據(jù)表 l RTS C.O