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水電解制氫站內甲類廠房的地面設計方面

《建筑設計防火規范》(GB50016—2006)中第3.6.6條規定：“散發較空氣重的可燃氣體、可燃蒸氣的甲類廠房以及有粉塵、纖維爆炸危險的乙類廠房，應采用不發火花的地面。”《氫氣站設計規范》(GB50177—2005)中第7.0.7條規定：“有爆炸危險房間的門窗均應向外開啟，并宜采用撞擊時不產生火花的材料制作。”從理論上講，對于氫氣來說如果制氫間內發生少量的氫氣泄漏，氫氣會向屋頂聚集，在工程設計中只要按照《氫氣站設計規范》中第7.0.10、7.0.11條來執行，層頂聚集的氫氣就能順利排出屋外，避免爆炸性混合氣體的形成，即使地面因摩擦原因產生火花也不會引發火災、爆炸事故。但是，如果水電解制氫裝置的水封裝置或者氫氣管道大量泄漏，造成氫氣在地面大量聚積不能立即排出，一旦發生地面摩擦產生火花，就會引起氫的火災、爆炸事故。因此，水電解制氫站設計可考慮將地面設計為不發火在地面，通過這一安全措施可有效避免上述安全事故的發生。

水電解制氫裝置中氫氣管道、閥門、管件材質方面

《氫氣站設計規范》(GB50177—2005)中第12.0.1～12.0.3條規定了氫氣管道及閥門材質的使用條件限制。對于碳素鋼管當設計壓力為0.1～3.0MPa時，允許氫氣最大流速為15m/s；當設計壓力＞3.0MPa時，允許氫氣最大流速為10m/s。對于不銹鋼管，當設計壓力為0.1～3.0MPa時，允許氫氣最大流速為25m/s；設計壓力＞2.5MPa的氫氣管道的閥門材料應采用不銹鋼。第12.0.14條中規定：“氫氣管道在施工時接觸氫氣的表面，應徹底去除毛刺、焊渣、鐵銹和污垢等，管道內壁的除銹應達到出現本色為止；碳鋼管的焊接，宜采用氬弧焊作底焊；不銹鋼管應采用氬弧焊；管道、閥門、管件等在安裝過程中及安裝后，應嚴格采用措施防止焊渣、鐵銹及可燃物等進入或遺留在管內。”由以上規定可知，氫氣管道、閥門、管件使用碳素材質具有局限性，實際操作中要完全做到規范中的要求并不易控制。但如果氫氣管道、閥門、管件等使用不銹鋼材質就避免了在管道內出現鐵銹的可能，采用氬弧焊焊接的管道也避免了毛刺、焊渣的出現，從而避免了氫氣與管道內含有的鐵銹雜質摩擦形成靜電火花，有效避免了火災、爆炸事故的發生。

水電解制氫裝置中氫氣管道、閥門、管件、儀表等脫脂方面

《氫氣站設計規范》(GB50177—2005)中第12章“氫氣管道”中均沒有提出氫氣管道、閥門、管件、儀表等需要進行脫脂的要求，實際上氫氣與油脂沾染也不會產生有礙安全生產的化學反應，因此在《氫氣站設計規范》(GB50177—2005)中默許氫氣生產可以不禁油。但在以水電解制備氫氣為核心工藝的制氫站中，在水電解生產氫氣的同時，也有氧氣產生，如果電解裝置中由于電解槽氫氧兩側壓差過大，或在檢修過程中施工人員誤將電解槽正、負極錯接導致氫、氧生產系統互換，或重新開車前在對氫系統進行的置換不徹底，這些因素均可能使得氧氣送入氫氣系統。根據《氧氣站設計規范》(GB50030—91)中第9.0.16條規定：“氧氣管道、閥門、管件、儀表、墊片及其它附件都必須脫脂。”因氧氣與油脂接觸后，如碰上火源，會立即引起火災、爆炸事故。2003年某企業制氧廠內水電解氫氣站就因為人員檢修過程中將電解槽正、負極錯接，導致站內的氫氣儲罐在生產運行過程中發生爆炸。根據對事故現場的調查推斷，電解槽內較高純度的氧氣與壓力表內的油脂在0.48MPa的工作壓力下有可能發生了強氧化反應而點爆氫氧混合氣。因此，如果針對水電解制氫裝置中的氫氣管道、閥門、管件、儀表進行脫脂，并在開車運行后及時對產品氣進行取樣檢測，類似的爆炸事故就可能避免。

安全措施實施的投資成本與無安全措施的事故成本分析比較

1安全措施實施增加的投資成本

經過以上安全分析可知，水電解制氫站內甲類廠房的地面應采用不發火花的地面，氫氣管道、閥門及管件全部使用不銹鋼材質，氫氣管道、閥門、管件、儀表等均進行脫脂。這3點安全措施并不是國家設計規范強制要求的，但措施的實施能最大限度的預防和減少水電解制氫站的火災、爆炸事故的產生。由設計實例可知，對單套水電解制氫裝置如果按照上述3點安全措施設計并進行施工，預計將增加投資成本約2.875萬元。

2無安全措施所造成的事故成本

根據2011年1月1日新修訂執行的《工傷保險條例》，因工死亡賠償的一次性工亡補助金由48～60個月社會職工平均工資變更為上一年度全國城鎮居民人均可支配收入的20倍。由此，一次性工亡補助金之和已突破40萬。如果在工程設計中為了節省投資，忽略前述3點安全措施進行設計施工，無疑增加了發生氫氣火災、爆炸事故的可能性，一旦發生事故，就是按照傷亡一人計算，會得不償失。

結論

根據安全措施所增加投資成本與無安全措施所造成的事故成本的分析比較，這3點安全措施在有限增大前期投資的前提下具有較大安全優勢，在水電解制氫站設計及建設中值得借鑒和推廣，可為水電解制氫行業的安全生產提供更可靠的保障。

作者：王振升王莉莉張琳葉魏光濤單位：河北渤海工程設計有限公司廣西大學化學化工學院