第52卷第6期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 6 2023年6月 Liaoning Chemical Industry June，2023
金晓莉
（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110100）
摘 要：随着经济的发展，高纯氢气的应用越来越广泛，充装长管拖车时的安全问题越来越受重
视，针对氢气的长管拖车在充装高压氢气时实施的安全措施进行了总结归纳。
关 键 词：高纯氢气；长管拖车；安全
中图分类号：TQ116.2 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）06-0926-03
汽车1.8t是什么意思传统能源的使用与消耗，造成了严重环境污染和经济危机，给人类的生存和社会经济的持续发展带来了巨大的挑战。因此开发新的替代能源就变得的越来越迫切，太阳能、风能、生物能、氢能、海洋能和地热能等替代能源逐渐被人们所熟知。氢在众多替代能源优点较为突出，它的来源不仅广，并且没有污染，
燃烧时只产生水，不产生任何污染物。与其他传统的能源物质相比，还具有能量密度高、热转化效率高等诸多优点。因此，氢作为一种绿能源发展前景十分光明[1]。
氢气本身爆炸极限范围广4.1%~74.12%（体积比），最小点火能低，密度特别低，易泄露易扩散，无无味[2]，发生事故时不易被人员发现，并且一旦发生火灾或爆炸事故时很难控制，极易造成人员伤亡和财产损失等重大安全事故[3-4]。氢气在存储运输过程中基本均为高压状态，因此高压更是氢气全生命周期中关注度更高的安全分先因素，使其安全存在一定的隐患。
1 高纯氢气的应用
高纯氢气是指纯度等于或高于99.999%的氢气，高纯氢是工业气体中应用比较广泛，非常重要的品种。广泛应用于石油化工、钢铁冶金、电子行业、能源、机械制造、食品行业、航空航天、核工业等多个领域[5]。近些年来，随着国际对于工业气体需求迅速增长，高纯氢的需求量也一直呈上升趋势。
《2022 年全球氢能回顾》报告是由国际能源署（IEA）发布，该报告称在对抗化石燃料价格激增、气候变化、能源供应风险加大等众多不良因素的影响下，全球氢能产业迅猛发展，2021年，全球氢能需求高达9 400万t，创下历史新高[6]。
电子工业中，利用高纯氢配制混合掺杂气的底气，这对于氢气的纯度要求就相当严格，因为微量杂质
掺入底气会严重影响半导体性能。在加工钨、钼作为原材料的电真空器材时，氢气的纯度越高，经过氢气还原的程度就越高，生产出来的钨钼粉末的粒度就越细。另外电子行业中对电子管的阳极、阴极和栅极等进行烧氢也会应用到氢气，并且对于氢气的要求也是非常严格的[7]。电子行业对于高纯氢的的消耗是巨大的。
氢气是一种燃烧热非常高的燃料，它的燃烧热是140×106 J/kg，而天然气的燃烧热是（52.7~55.6）×106 J/kg，柴油的燃烧热是12.8×106 J/kg，液化石油气的燃烧热是47×106 J/kg，并且它的燃烧不会产生二次污染，是非常清洁的再生能源。
近年来越来越多的受到研究机构的重视，开发和利用氢能是未来能源研究的重要组成部分，人们已经开始探索氢能在汽车制造行业的应用[8-9]，从2022年国际能源署（IEA）统计的数据来看，截至到 2021 年底，全世界燃料电池汽车的存量5.1万辆，较上一年年底增长1.8万辆，增长比超过 50%，创下了历史新高，交通也成为了氢能利用增长速率最快的行业[6] 。
在石化行业中，氢气可以参与到很多工艺反应过程中，例如原油蒸馏、聚丙烯装置、裂解装置，加氢工艺中也会大量用到氢气。
在化学分析研究方向，也会用到氢气，例如气相谱分析时用的载气就是氢气。
在冶金工业中，利用氢气替代传统煤冶金，实现钢铁行业的低碳环保发展，将氢代替碳作为高炉还原剂，可减少或完全避免钢铁生产中的碳排放，
第52卷第6期 金晓莉：氢气长管拖车充装高纯高压氢气时的安全措施 927
是非常重要的碳减排技术[10]
。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展 中
长期规划（2021－2035年）》[11-12]
，提出开展以氢作为还原剂的氢冶金技术研发应用，探索氢冶金示范
应用[13]
。2021年，全球多家企业都宣布将使用纯氢
进行炼钢[6]
。
食品工业中，由中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会于2014.12.24发布的《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》GB 2760—2014标准中规定氢气是允许使用的食品工业用加工助剂
[14]
。
氢气还可以应用在金属的加工与热处理、生产超导合金、水处理、港口领域、炼钢等行业。液氢还可以应用在航天器燃料上。
2 氢气长管拖车在充装高压氢气时设
置的安全措施
高压氢气汽车运输过程中主要采取两种储存方式，钢瓶和长管拖车，钢瓶储存的氢气适用于使用氢气量不大的企事业单位，对于一些使用量较大的单位就应该采用长管拖车的储存运输方式。长管拖车储存的氢气为高压氢气，储存压力普遍在20 MPa
[15]
，本文从长管拖车充装高压氢气时
的安全问题入手，研究充装时氢气管道的安全问题，尽可能将安全隐患扼杀在萌芽中，确保氢气安全的充装。本项目充装流程图详见图1，具体设置的安
全措施如下：
1—紧急切断阀；2—阻火器；3—安全泄放装置；4—压力检测装；5—
电压（电动势）检测装置；6—氮气吹扫装置；7—金属软连接。
图1 氢气长管拖车充装高压氢气系统图
2.1 管材的选择
高压氢气管道应采用无缝钢管，不采用具有焊缝的焊接钢管。管道材质选用奥氏体不锈钢S31603。管道内气体最大流速不超过10 m/s，管道采用焊接方式连接[4]
。阀门采用法兰连接的波纹管截止阀，法兰的连接形式为WN-RJ(带颈对焊的环连接面)，阀体阀杆的材质均为不锈钢，既满足生产
需求也符相关规范要求[16]
。 2.2 管道试验
在石油化工行业里，氢气为易燃易爆介质，因此对于管道的试验有着严格的要求，对于20 MPa 的氢气管道应该有强度试验、气密性试验和泄漏量试验。强度试验的试验介质应为水，试验压力为1.5倍的设计压力；密性试验的试验介质为压缩空气或者氮气，试验压力为1.05倍的设计压力；泄漏量试验试验介质为压缩空气或者氮气，试验压力为1.0
倍的设计压力 [17]
。
2.3 氮气吹扫
氢气和空气或氧气混合的爆炸极限值范围广，氢气只有处于爆炸极限范围内并且有火源同时纯在时才能发生爆炸，因此，管理好氢气与空气或氧气的混 程度可以从根本上遏制氢气爆炸的发生。所以在氢气系统投入使用前或者动用明火检修时，均要
以氮气或者其他惰性其他队系统进行吹扫[17]
。氮气由于比较经济通常用作吹扫介质。氢气管道上的氮气吹扫管道一般为低压管道，因此在氮气与氢气相连接的位置做好等级划分与止逆措施，确保连接的位置在正常工况下不会出现超压泄露的情况。 2.4 安全阀
安全阀是一种自动类阀门，它的开启及关闭状态是受外力作用的，正常工况下安全阀是关闭状态，当设备或管道内介质的压力超过设定值时，通过向系统排放介质来阻止管道或设备超压，进而打到安全保护的作用。
在氢气管道上设置超压泄放的安全阀 [18]
，
安全阀为全启式安全阀，当出现超压的工况时可以及时泄放压力。泄放压力根据系统的整体设计压力确认，既要保证整个氢气管路的安全，又要保证终端接收设备的安全，本论文考虑的氢气充装压力为 20 MPa，安全阀的启跳压力为21.5 MPa。安全阀后的管道接到安全位置就地排放。
2.5 压力表
压力表是工程设计中检测压力的重要仪表元件，一般为就地和远传两种，就地便于现场操作及巡检人员观察，远传压力表可以再控制室观察并发出信号。氢气长管拖车充装高压氢气管道上设置的是远传的压力装置，并具备显示，报警，超压自动联锁功能，当压力到达一定设定值时，切断来气管道上的紧急切断阀，保证后续灌装设备的安全。 2.6 阻火器
阻火器是安装在管道中间或端部的，阻止传播
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火焰（爆燃或爆轰）通过的装置 [17-19]
，在氢气充装管道上设置阻火器，防止在管道端口的位置有火苗或电火花串入氢气管路系统。
2.7 防护墙
氢气长管拖车在在做好充装前准备工作后，正式充装的过程中工作人员是不容许待在车位充装位置的，因此在长管拖车车尾设U 型防护墙，墙体高
度2.5 m [20]
，以确保发生意外时躲在防护墙后的工作人员不受到伤害。并且在充装管道及长管拖车车尾位置上方设置雨蓬，雨篷及其支撑材料均采用不燃烧体。详见图
2。
图2 氢气长管拖车充装高压氢气的防护墙及雨篷
2.8 防雷设施
所有管道、阀门、法兰都接到防雷接地装置上，并设置电压（电动势）检测装置，具备显示，报警，超压自动联锁功能，氢气充装过程中将电压检测装置接到氢气长管拖车上，一旦检测到长管拖车上电压超压，就会关闭管道上的紧急切断阀，确保整个系统的安全性。
3 结 论
随着经济社会的发展，氢气越来越多的应用在各行各业，长管拖车的运输方式也会越来越受到人们的重视，通过采用上述的安全措施，最大程度降低长管拖在充装时的安全事故。
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Safety Measures During Filling High-purity and High-pressure
Hydrogen into Hydrogen Long-tube Trailer
JIN Xiao-li
（Liaoning Petroleum-Chemical Industry Planning & Designing Institute Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110100, China ） Abstract : With the development of economy, the application of high purity hydrogen is more and more extensive, and the safety problem during filling the long tube trailer is paid more and more attention. In this paper, the safety measures for the long tube trailer of hydrogen when filling the high pressure hydrogen were summarized. Key words : High purity hydrogen; Tube trailers; Security
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