氢气安全培训课程

1、1 欢迎参加欢迎参加 氢气安全培训课程氢气安全培训课程 2 氢气氢气 l化学符号化学符号:H2 lADR 分类分类: l气态氢气态氢: 2类类, 代码代码 1F l液态氢液态氢: 2类类, 代码代码 3F l危险危险-代号代号: 23 l危险特征危险特征: 可燃气体可燃气体 lUN 编号编号:UN 1049 (压缩气体压缩气体) l UN 1966 (冷却液体冷却液体) 3 l常温和大气压力下为气体常温和大气压力下为气体 l非常易燃非常易燃 l无色无色 l无嗅无嗅 l无味无味 lH2 比其他气体散逸更快比其他气体散逸更快 氢气氢气 物理性质物理性质: 4 l比重最低比重最低 (比空气轻比空气轻

2、14倍倍) l导热性是空气的导热性是空气的7倍倍 lH2 可以透过大多数非金属可以透过大多数非金属材料材料和一些金属材料和一些金属材料 l无毒，只是会引起窒息无毒，只是会引起窒息 l对人类无毒对人类无毒 l冶金学：对钢的氢脆化冶金学：对钢的氢脆化 l氢浸蚀发生在氢浸蚀发生在 温度温度250时时 l沸点：大气压下为沸点：大气压下为-253 /-423.0 F/20K 氢气氢气 物理性质物理性质: 5 l 所有化学元素中最轻的所有化学元素中最轻的: l宇宙中最丰富的物质。宇宙中最丰富的物质。 l太阳就是一个核反应堆，在其中氢气太阳就是一个核反应堆，在其中氢气 不断的与氦气熔合。熔合过程中放出不断的

3、与氦气熔合。熔合过程中放出 的热量温暖了地球。的热量温暖了地球。 氢气氢气 物理性质物理性质: 6 l液态氢的质量只有液态氢的质量只有 70.8 g/l l氢气燃烧产生的火焰为浅色，几乎不可见氢气燃烧产生的火焰为浅色，几乎不可见 l液态氢的低温可以凝固几乎任何气体，即使是氮气，液态氢的低温可以凝固几乎任何气体，即使是氮气， 但不包括氦气。但不包括氦气。 氢气氢气 物理性质物理性质: 7 l氢气升温所需的热量和氮气差不多氢气升温所需的热量和氮气差不多 l常压下，对于常压下，对于10 m3 的氢气，每升高的氢气，每升高 1 需要的热量为需要的热量为 11.94 kJ l对于对于 10 m3 的氮气

4、，同样的温度变化需要的氮气，同样的温度变化需要12.08 kJ, 而氮而氮 气的重量是氢气的气的重量是氢气的 14 倍倍 比热值比热值 8 l可用方法可用方法: l烃的催化重整烃的催化重整 （如天然气或石脑油）（如天然气或石脑油） l甲醇蒸汽重整甲醇蒸汽重整 l氨的离解氨的离解 (NH3) l电解水电解水 (H2O) 氢气如何制造氢气如何制造? 9 l标准工业级标准工业级99.95% 氢氢 500 ppm N2 2 ppm O2 5 ppm H2O 3 ppm CH4 2 ppm CO + CO2 l低温级低温级99.99997% 氢，用在电子工业，可从液态氢制得氢，用在电子工业，可从液态氢制

5、得 产品纯度产品纯度 10 l火箭燃料火箭燃料 (NASA, ARIANE) l化学合成化学合成 (氨、甲醇氨、甲醇) l石油精炼石油精炼 l食用有机油的加氢化食用有机油的加氢化 lGTAW 焊接，等离子体切割，成型气体焊接，等离子体切割，成型气体 l氧气还原氧气还原 (用在金属加工炉内的受控大气、用在金属加工炉内的受控大气、 电子产品生产，浮法玻璃制造）电子产品生产，浮法玻璃制造） 氢氢 用途用途: 11 l在在60 年代和年代和70年代年代, 许多气瓶和管子在氢气使用中都出现了许多气瓶和管子在氢气使用中都出现了 问题。而现在由于它们的极限抗张强度问题。而现在由于它们的极限抗张强度(UTS)

6、已经达到了已经达到了 950 Mpa， 经过超声测试经过超声测试 (UT) ，可以消除制造过程中的缺可以消除制造过程中的缺 陷，因此可以安全的使用。陷，因此可以安全的使用。 l1991年年10月，在德国，一个月，在德国，一个H2 罐从顶部爆炸，碎片飞出超罐从顶部爆炸，碎片飞出超 过过300 m 远。远。 原因是焊接处的一道原因是焊接处的一道700mm 长、长、20mm 深深 的裂缝。容器中的环状缺陷使得在焊接区域附近应力过度，的裂缝。容器中的环状缺陷使得在焊接区域附近应力过度， 造成氢脆化。造成氢脆化。 氢气氢气 事故事故: 12 l1996年年1月在荷兰，由于月在荷兰，由于H2 PSA容器的

7、裂缝而引起氢气容器的裂缝而引起氢气 泄漏。裂缝发生在槽口。起因是由于几何不连续性引起泄漏。裂缝发生在槽口。起因是由于几何不连续性引起 应力集中，应力集中， 再加上再加上PSA在正常使用条件下的疲劳应力。在正常使用条件下的疲劳应力。 氢气氢气 事故事故: 13 最近在液空合成气（最近在液空合成气（Air Liquide Syngas）工厂发生了氢气工厂发生了氢气 爆炸和火灾。火灾一开始是在爆炸和火灾。火灾一开始是在 1”排气孔的喷嘴，当时排出排气孔的喷嘴，当时排出 阀已打开，而排气孔上游的断流阀尚未完全关闭，水平排出阀已打开，而排气孔上游的断流阀尚未完全关闭，水平排出 口的斜接出口虽然在口的斜接

8、出口虽然在5 m的高度上，火焰仍向下对着地面上的高度上，火焰仍向下对着地面上 在例行操作中操作人员有可能经过的地方。请参考在例行操作中操作人员有可能经过的地方。请参考AS B16.04。 氢气氢气 事故事故: 14 l2001年年4月月, 在瑞典，在瑞典， H2管道的维护工作正常进行，管道的维护工作正常进行， 阀门阀门 关闭，但法兰的螺栓没有拧紧。关闭，但法兰的螺栓没有拧紧。 H2 从管道中逸出，在建从管道中逸出，在建 筑物内聚积。爆炸造成筑物内聚积。爆炸造成2个工人烧伤，建筑物烧毁。隔离个工人烧伤，建筑物烧毁。隔离 阀泄漏，管道另一端的压强达到了阀泄漏，管道另一端的压强达到了6 bar。 氢

9、气氢气 事故事故: 15 l可燃性可燃性 l可引起窒息可引起窒息 l压力压力 l膨胀系数膨胀系数 (液态到气态液态到气态) l脆化脆化 l容易扩散容易扩散 氢气氢气 危险危险: 16 可燃气体与空气混合时的爆炸极限可燃气体与空气混合时的爆炸极限 (注意: 丙酮、苯和甲醇在常压下不是气体) 2,60 12,80 1,40 8,80 12,50 74,20 3,3019,00 2,80 28,60 4,00 74,20 4,30 45,50 5,0015,00 6,70 36,50 2,4010,30 01020304050607080 Acetone Benzene Carbon Monoxid

10、e Ethanol Ethylene Hydrogen Hydrogne Sulfide Methane Methanol Propylene 与空气混合的气体与空气混合的气体 % 丙烯 甲醇 甲烷 硫化氢 氢气 乙烯 乙醇 一氧化碳 苯 丙酮 17 l4%-75% 氢气只需很少的能量便可点燃氢气只需很少的能量便可点燃。氢气的燃烧速度在氢气的燃烧速度在 3m/s 到到 2050 m/s (或或 7400 km/h)之之间间 l4%刚刚能燃烧刚刚能燃烧，只能向上燃烧只能向上燃烧 l5%开始向侧面燃烧开始向侧面燃烧 l 18% 燃烧速度比声音速度还快燃烧速度比声音速度还快 l 45% 燃烧速度燃烧

11、速度 7400 km/h 包括冲击波包括冲击波 l 74% 刚刚能燃烧刚刚能燃烧 l 75% 不会燃烧不会燃烧 空气量不够空气量不够 l氧气和氢气混合氧气和氢气混合- 速度大约速度大约3600 m/s。(声音速度是声音速度是320 m/s) l氢气的燃烧热很小，比所有其它可燃气体要小氢气的燃烧热很小，比所有其它可燃气体要小10倍倍 氢气在空气中的可燃性氢气在空气中的可燃性 18 氢气的可燃性氢气的可燃性 安全预防措施安全预防措施: l消除火源消除火源 l不要吸烟不要吸烟 ! 不要有明火不要有明火! l只能使用不产生火花的工具只能使用不产生火花的工具 l不要穿合成纤维（尼龙等不要穿合成纤维（尼龙

12、等）服装服装 l如果必须使用电气设备，划定如果必须使用电气设备，划定 H2 的危险区域的危险区域 l避免气体的高速排放避免气体的高速排放 l避免避免H2在天花板处聚集：对封闭区域在顶部通风在天花板处聚集：对封闭区域在顶部通风 l将法兰结合好以确保电气连续性将法兰结合好以确保电气连续性 l将所有仪器、拖车和气瓶组接地将所有仪器、拖车和气瓶组接地 l安装雷电保护设备安装雷电保护设备 19 l尽量采用焊接连接，防止泄漏尽量采用焊接连接，防止泄漏 l将将H2/氧化回路物理分隔开氧化回路物理分隔开 l不要使用仪表气源，氮气除外不要使用仪表气源，氮气除外 l在对回路进行清洁和惰性化时，采用断流阀和排出阀双

13、重在对回路进行清洁和惰性化时，采用断流阀和排出阀双重 隔离隔离 如果在封闭区域，将排出口引至安全的地点如果在封闭区域，将排出口引至安全的地点 l电气设备电气设备 防爆，固有的安全化或清洗防爆，固有的安全化或清洗 l在压缩机的进口和出口处检查氧气含量，如果进口压力太在压缩机的进口和出口处检查氧气含量，如果进口压力太 低或是（环境空气进口处）氧气含量太高时切断压缩机低或是（环境空气进口处）氧气含量太高时切断压缩机 l在室内用气体爆炸危险浓度指示剂检测泄漏在室内用气体爆炸危险浓度指示剂检测泄漏 氢气的可燃性氢气的可燃性 设计上预防设计上预防: 20 l排气口和安全排放装置朝向安全区域（管道系统直径要

14、小，排气口和安全排放装置朝向安全区域（管道系统直径要小， 以避免空气进入）以避免空气进入） l远离人群、火源，电气设备（即使是防爆设备），进风口，远离人群、火源，电气设备（即使是防爆设备），进风口， 建筑物开口建筑物开口 l有足够的高度以避免当排气口点燃时的热辐射有足够的高度以避免当排气口点燃时的热辐射 l排气口的最小高度排气口的最小高度: 3 到到 5 m, 取决于管径取决于管径 l或高于临近设备或高于临近设备1 m 以上以上 l或在屋顶上方或在屋顶上方 1.5 m 以上以上 氢气的可燃性氢气的可燃性 排气孔口设计的考虑排气孔口设计的考虑: 21 l氢气的火焰不是明显可见氢气的火焰不是明显可

15、见 l氢气的火焰很难熄灭，因为存在的热很容易使空气中氢气的火焰很难熄灭，因为存在的热很容易使空气中 的氢气重新燃烧的氢气重新燃烧 l氢气排放口处很容易形成气阱，在空气中非常容易突氢气排放口处很容易形成气阱，在空气中非常容易突 然点燃。然点燃。 氢气的可燃性氢气的可燃性 氢气氢气: 22 l氢气的火焰在许多条件下都不可见氢气的火焰在许多条件下都不可见 l用固定在棒上的纸片可以检测火焰用固定在棒上的纸片可以检测火焰 l切勿试图徒手检测切勿试图徒手检测 H2 火焰火焰 l氢气的火焰可在强风中燃烧，可从起源地扩展好几米远氢气的火焰可在强风中燃烧，可从起源地扩展好几米远 l任何排放均必须谨慎的完成，要防

16、止气阱中聚积氢气，任何排放均必须谨慎的完成，要防止气阱中聚积氢气， 氢气的聚积可能会形成爆炸性的混合物氢气的聚积可能会形成爆炸性的混合物 氢气燃烧氢气燃烧 23 l切断来源让火烧尽，是最好的办法切断来源让火烧尽，是最好的办法 l白天的火焰可以通过热浪或棒上的纸片来检测白天的火焰可以通过热浪或棒上的纸片来检测 扑灭氢气火焰扑灭氢气火焰 24 l氢气火焰很难扑灭氢气火焰很难扑灭 l只能用只能用 MONEX 粉末灭火器灭火粉末灭火器灭火 l灭火器要放在装置的旁边灭火器要放在装置的旁边 l氢气站附近要有充足的供水、灭火器（干粉或氢气站附近要有充足的供水、灭火器（干粉或 二氧化碳灭火器）和灭火毯二氧化碳

17、灭火器）和灭火毯 灭火设备灭火设备 25 l宽松合适的手套宽松合适的手套 l鞋底没有铁掌或钉子鞋底没有铁掌或钉子 l靴面是棉或靴面是棉或Nomex（高熔点芳香族聚高熔点芳香族聚 酰胺）织物酰胺）织物 l眼部保护眼部保护 l长袖长袖 (工作时不能卷起）工作时不能卷起） 防护服防护服 26 l液氢贮藏罐所能承受的最大工作压力为液氢贮藏罐所能承受的最大工作压力为 12 bar l氢气瓶、存贮器和管状拖车可以到氢气瓶、存贮器和管状拖车可以到 200 bar 或更多或更多 l不要靠近压力释放装置的排气出口，压力过度时可能会突不要靠近压力释放装置的排气出口，压力过度时可能会突 然开启然开启 l不要打开加压

18、的管接头，不要断开加压的管线，也不要试不要打开加压的管接头，不要断开加压的管线，也不要试 图将其拧紧图将其拧紧 l必须在减压和用惰性气体充分清洁后才能进行修理工作必须在减压和用惰性气体充分清洁后才能进行修理工作 高压危险高压危险 27 l氢气在金属表面的吸附，氢气向高应力金属区的迁移氢气在金属表面的吸附，氢气向高应力金属区的迁移 和在其中滞留，会导致通常具有韧性的金属脆化和在其中滞留，会导致通常具有韧性的金属脆化 l可选择淬火的和回火的钢，可选择淬火的和回火的钢，Rm 950 MPa ，消除表消除表 面缺陷面缺陷 (具体见具体见 NI 310) lSS316、铝、铜和合金，某些黄铜和青铜都适用

19、铝、铜和合金，某些黄铜和青铜都适用 脆化脆化 28 lH2 可能引起冻伤可能引起冻伤 (LH2, 冷蒸汽和管道冷蒸汽和管道) l未加被覆的液氢输送管道液化了周围的空气，空气液滴富未加被覆的液氢输送管道液化了周围的空气，空气液滴富 含氧气，必须收集在盘中安全地蒸发掉含氧气，必须收集在盘中安全地蒸发掉 lLH2中使用的材料必须能在极低温下保持韧性中使用的材料必须能在极低温下保持韧性 l要考虑到金属的氢脆化，尤其是要考虑到金属的氢脆化，尤其是LH2 lSS316、铝、铜和合金、某些黄铜和青铜都适用铝、铜和合金、某些黄铜和青铜都适用 低温危险低温危险 29 l温度要适合温度要适合 l压力适合压力适合

20、l氢脆变性适合氢脆变性适合 l使用前设备清洗使用前设备清洗 l过滤等级：过滤等级：50 微米微米 l流体速度要限制在流体速度要限制在 60 m/sec l设备要有低的泄漏速率设备要有低的泄漏速率 H2 使用设备的选取使用设备的选取 30 l令人满意的材料令人满意的材料 l316 不锈钢不锈钢 l铜铜 l黄铜黄铜 l铝铝 lCu-Be (因伐合金因伐合金) l大部分塑料大部分塑料 (渗透性低渗透性低 ，尤，尤 其是尼龙和其是尼龙和Zytel) l不满意的材料不满意的材料 l高强度钢高强度钢 (参考参考 NI 310) lSS 304 l蒙乃尔铜蒙乃尔铜-镍合金镍合金 l镍合金镍合金 l许多高渗透

21、性的塑料许多高渗透性的塑料 材料材料 31 lH2 使用的设备使用前先进行密封性测试使用的设备使用前先进行密封性测试 l确保有效接地确保有效接地 l只有减压并用惰性气体充分清洗后才可进行修理只有减压并用惰性气体充分清洗后才可进行修理 l采用断流阀和排出阀双重隔离采用断流阀和排出阀双重隔离 l在通在通 H2或空气之前或空气之前, 先用氮气或是抽真空来惰性化先用氮气或是抽真空来惰性化/清清 洁设备，直至浓度低于洁设备，直至浓度低于1% l通过加压通过加压/减压循环来清洁和惰性化盲端减压循环来清洁和惰性化盲端 l当进口压力太低时，断开压缩机以避免空气进入当进口压力太低时，断开压缩机以避免空气进入 操

22、作操作 32 l工程不足工程不足 (没有惰性化没有惰性化) l回路隔离措施不充分回路隔离措施不充分 l材料缺陷材料缺陷 (焊接后没有热处理焊接后没有热处理) l关闭单个阀门来进行管道隔离关闭单个阀门来进行管道隔离 l孔口周围安全距离太短孔口周围安全距离太短 l材料选择不当材料选择不当 (如如 SS304) l空气进入空气进入 (如压缩机空气进口如压缩机空气进口) l管道内微粒管道内微粒 (速度过快会磨损设备零件速度过快会磨损设备零件) l电气危险，尤其是每天使用的小电器，如打火机、照相电气危险，尤其是每天使用的小电器，如打火机、照相 机、手机和手电筒机、手机和手电筒 引发氢气事故的引发氢气事故的9个原因个原因 33 l危险物品运送规则危险物品运送规则: 在欧洲是在欧洲是 ADR l压力容器规则压力容器规则: PED和和TPED 规则和标准规则和标准 34 lAIR LIQUIDE信息信息 l 氢气规范氢气规范 l 材