靳殷实：氢气的安全风险及应对措施

2024年10月16日由国际能源网、国能能源研究院、氢能汇等联合主办的国能网.2024第九届产业年会之氢能大会在北京成功举行。大会举行期间中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院研究员靳殷实做了《氢气的安全风险及应对措施》的精彩报告。

靳殷实表示：“目前人们对氢气安全认识有两个偏差。一是一些对氢气不了解的人，谈氢色变，对涉氢产品和氢能设备的使用感到恐惧，担心氢气爆炸。二是在一线涉氢操作人员和氢能设备开发设计人员，常年和氢气打交道，也没有出现过事故，对氢气的安全意识淡漠，有时候会做出一些违反安全法规的操作，带来安全隐患。上述两种现象都是不对的，不利于氢能产业快速健康发展。”

氢气的风险在于其化学特性 

其物理特性扩大了它的风险氢的安全保障是氢能产业健康发展的前提也是涉氢企业生存的前提。氢位于元素周期表第一位，大部分氢原子只有一个质子和一个电子，氢原子这种独特的结构造成氢气所有的物理化学特性。氢气主要风险在于其化学特性，可以与氧气、卤素气体产生化学反应，而它的物理特性影响了它的风险，对安全控制既有有利一面，又有不利的因素。

航天科技集团中国运载火箭技术研究院研究员 靳殷实

氢气在储氢容器内安全，发生泄露与空气混合，在4%-75%这个范围可能燃烧爆炸。氢气燃烧爆炸范围会随着外部环境而变化，温度升高，范围会扩大；压力升高，范围也会扩大；相反，若氢气混合惰性气体，这个范围会缩小，达到一定比例时甚至不会爆炸。

氢气被点燃的能量很小，大家常认为是0.02毫焦，方式也很多，电源、打火、静电、火花、摩擦生热等。但这是在氢气浓度为百分之二十几的浓度下的点燃的能量，而氢气浓度在4%时，点燃氢气和点燃汽油蒸汽的能量差不多，大约是0.2毫焦。氢气到底燃烧还是爆炸，取决于氢气泄露后所处状态。如果氢气泄露前有火源，氢气泄漏会直接燃烧；如果氢气泄露一段时间与大气混合达到燃烧爆炸的浓度范围，这种情况下火源出现可能就是爆炸。

氢分子在所有分子中体积最小、质量最小、黏性小，所以氢气容易泄露。氢气泄露从泄露点向四周扩散浓度逐渐降低。把4%浓度以上的范围叫做燃烧云，氢气泄漏的流量越大，燃烧云的体积范围也越大。

氢气是易燃易爆危险品。氢气轻，扩散速度快，向上和向四周的扩散速度比天然气快3.8倍，如果氢气发生扩散，它将快速扩散到不可燃的浓度。通过氢气的这些特点，靳殷实认为，氢能对比其他可燃性气体，其安全风险要低。

氢气事故多种类型

泄露风险结果不同氢气的特性决定了它的危险性，靳殷实指出：氢气事故类型分为3种，储氢容器爆炸是第一种。氢气混合其它气体后发生燃烧爆炸是第二种。第三种是涉氢材料性能劣化，对于金属通常会产生氢脆。还有液氢对人体的冻伤、氢气窒息等危害，这些场景较少。

对于储氢罐，储液氢罐容器爆炸。其原因一是容器结构被损坏，达不到原来的强度，如长期摩擦、碰撞或车辆倾覆；二是违规操作，如充氢压力超压，安全泄压装置失效。除了以上两种，还有氢气化学爆炸，卤素气体和氢气混合，或氢气罐进入氧气，都有可能产生猛烈爆炸。

中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院研究员 靳殷实

氢气泄露会导致燃烧、爆燃或爆轰。氢气燃烧燃点574℃ ，点燃能量小，空气中0.019mJ（最容易爆燃的条件下）,氧气中0.007mJ的能量都会点燃或引起爆燃；1937年5月6日兴登堡号事件是一起严重的氢气燃烧事故，造成36名乘客不幸罹难。

氢气浓度达到4%至75%，施加静电、明火或混合空气温度达到527摄氏度及以上，会发生爆燃。2006年12月06日四川一所大学实验室氢气爆炸、2015-12-20北京某大学实验室发生氢气爆燃事故，均造成人员伤亡。

氢气浓度达到18.3%至59%，在空间受限等特定环境下会产生爆轰。爆轰是有条件的，敞开的环境很难发生爆轰，氢气和氧气混合有可能发生爆轰。但是一旦发生爆轰，由于压力剧增，反应速度较快，带来的危害和损失也较大，防止发生氢气爆轰是重要研究课题。

高压氢气泄漏安全风险很大，这种喷射出的氢气往往会发生自燃，从而变为喷火，甚至发生局部爆轰，对周围产生很大破坏。

避免氢气事故 

强化氢安全管理和监督

强化氢安全管理和监督。从设计、制造、运营管理各个方面着手，制定严格的标准和法规，完善标准和法规；对于企业要学习标准，利用标准，落实标准；依法设计、依法制造、依法运营是氢能安全使用的关键。靳殷实推荐涉氢人员学习《氢气使用安全技术规程》，《氢系统安全的基本要求》，《建筑设计防火规范》等标准，不同涉氢领域和应用场景都有相应的标准要求，具体情况还需具体场景分析解决。

对于氢气泄漏问题

第一，从工艺的设计上、设备的开发制造上保证氢不泄漏。

第二，氢泄漏之后能不能被及时检测到并及时去阻止进一步泄漏，这就要求有安全防范系统设计以及一系列的措施，如氢气泄漏浓度传感器的合理设置；

第三，如果发生泄漏，从设计上就要有充分的措施保证良好的通风，保证不集聚，浓度不超标，这需要从建筑和其他的安全设计上进行考虑；

第四，如果发生泄漏，那么一定要杜绝点火源、静电等能够点燃氢气的源头，通过电器的防爆设计、防静电、防雷电以及严禁烟火等等的安全措施和安全制度来保障；

第五，如果发生失火爆炸，要尽可能减轻火灾和爆炸以后对周边设施的影响，将影响程度控制在最小范围，例如采取泄爆设计、设置防爆墙等措施。

要让氢气产生火灾的可能性降到最低，首先需要使其避免被限制在封闭的空间内。一旦出现意想不到的氢气泄漏的情况，应该采取正确的应对措施，所以需要制定应急预案，采取切断氢源，加强通风，撤离人员等措施，还需要结合具体情况而定。