最近，由于河北張家口“11·28”爆燃事故最初指向制氫安全，氫能產(chǎn)業(yè)和氫燃料電池汽車的安全性成為了海內(nèi)外關(guān)注的焦點。

11月30日公布的事故原因初步調(diào)查結(jié)果顯示，發(fā)生爆燃事故是由于中國化工集團河北盛華化工有限公司氯乙烯氣柜發(fā)生泄露所致，與制氫無關(guān)。

但相關(guān)人士指出，此次誤報事件帶來的爭議并未完全平息。他表示，氫能以其清潔、高效的特點被認(rèn)為是未來最有潛力的能源載體，然而其安全性常常受到人們質(zhì)疑。談“氫”色變的社會現(xiàn)象凸顯出氫能科普的重要性。

為此，筆名“五子山”的業(yè)內(nèi)人士從制氫原理、加氫站，以及氫的運輸、存儲和加注等方面，撰寫系列文章，以向大眾及業(yè)界普及相關(guān)知識。

本篇為第一篇，主要介紹氫氣的制備方法，以及水電解制氫技術(shù)及其安全防控。

目前，氫氣制備方法主要有：熱化學(xué)法制氫（如煤制氫和天然氣重整制氫等）、工業(yè)副產(chǎn)氫提純制氫、水電解制氫和太陽能光催化分解水制氫等。

其中，水電解制氫技術(shù)有著無可比擬的優(yōu)越性：

第一，不使用化石燃料，不產(chǎn)生有害氣體；

第二，產(chǎn)品氣純度高，通常在99.7%以上；

第三，技術(shù)成熟，流程及設(shè)備簡單；

第四，自動化水平高，采用微機控制，操作穩(wěn)定可靠。

水電解制氫技術(shù)已有一個多世紀(jì)歷史，目前有堿性水電解制氫、質(zhì)子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解制氫。堿性水電解制氫最為成熟，目前應(yīng)用最為廣泛。

♦ 我國是名副其實的水電解制氫產(chǎn)品生產(chǎn)大國

一百多年來，國外涌現(xiàn)出眾多著名的堿性水電解制氫生產(chǎn)廠商，如挪威Hydro公司，德國Lurgi公司，比利時范登堡IMET公司，加拿大多倫多電解槽有限公司，意大利米蘭NeNora公司，美國德立臺等。

目前，我國已發(fā)展成為名副其實的水電解制氫產(chǎn)品生產(chǎn)大國，產(chǎn)品數(shù)量及規(guī)格種類在國際上均位居前列，擁有中船重工第718所、天津大陸制氫設(shè)備有限公司及蘇州竟力制氫設(shè)備有限公司等10多家企業(yè)，其產(chǎn)品除滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求外，還大量出口到世界各地。中國企業(yè)的產(chǎn)品由于質(zhì)量可靠，價格相對低廉，深受世界各國用戶的青睞。

身為此次河北張家口“11·28”爆燃事故的受害方，卻因為最初的媒體“誤報”而無辜“躺槍”的張家口海珀爾公司，就是利用風(fēng)電、光伏等可再生能源，利用堿性水電解制氫技術(shù)制氫，助力京津冀地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為2022年綠色冬奧服務(wù)。

♦ 堿性水電解制氫具備諸多優(yōu)點

堿性水電解制氫的原理是將一對電極浸沒在電解液中，電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜，從而構(gòu)成水電解池。當(dāng)給水電解池通以一定的直流電時，水就發(fā)生分解，在陰極析出氫氣，陽極析出氧氣，堿液在水中的作用在于增加水的電導(dǎo)率，本身不參加反應(yīng)。

其反應(yīng)式如下：

陰極上： 2e+2H2O→H2↑＋2OH-

陽極上： 2OH--2e→H2O＋1/2O2↑

總反應(yīng)式： 2H2O→2H2↑＋O2↑

堿性水電解制氫具有工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生CO2等溫室氣體，且產(chǎn)品純度高(一般可達(dá)99% ～ 99.99%)等優(yōu)點，技術(shù)使用最為廣泛。具體工藝流程如圖：

♦ 水電解制氫技術(shù)的安全可靠性得到了認(rèn)證

水電解制氫技術(shù)歷經(jīng)百年發(fā)展，在系統(tǒng)安全、電氣安全、設(shè)備安全等方面已經(jīng)形成了完善的安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理規(guī)范。在實際工業(yè)化過程中，水電解制氫技術(shù)的安全可靠性得到了認(rèn)證。

以張家口海珀爾公司為例，其制氫工廠在建設(shè)、生產(chǎn)過程中，就遵守及執(zhí)行了《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》等法律法規(guī)19項；《氫氣站設(shè)計規(guī)范》、《加氫站技術(shù)規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等安全標(biāo)準(zhǔn)12項；《中華人民共和國防震減災(zāi)法》、《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》等抗震法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)5項；消防設(shè)計執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范約25項及其它相關(guān)法規(guī)、政策。

以下為典型的安全防護措施：

廠房建設(shè)方面，廠房為甲類廠房，采用單層建筑結(jié)構(gòu)，其耐火等級、層數(shù)及防火分區(qū)的面積嚴(yán)格滿足規(guī)范要求。如房間上部空間通風(fēng)良好，頂棚內(nèi)表面平整，避免死角；廠房頂部最高點設(shè)置無動力通風(fēng)機和軸流風(fēng)機等自然或強制換氣設(shè)備；房間的自然通風(fēng)換氣次數(shù)≥3次/h，排風(fēng)裝置換氣次數(shù)≥12次/h，并與氫氣檢漏裝置聯(lián)鎖。

防電防爆方面，電氣設(shè)備及控制儀表均為防爆類型；將設(shè)備、管道、構(gòu)架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風(fēng)管等接到防雷電感應(yīng)接地裝置上；管道法蘭、閥門等連接處，采用金屬線跨接；所有導(dǎo)體均通過接地、跨接等方式嚴(yán)格消除靜電。

工藝流程方面，采用分立式循環(huán)的工藝流程。將氫、氧堿液的循環(huán)回路分立設(shè)置，并分別注入分立液道的電解槽氫、氧小室，從而實現(xiàn)氫氣和氧氣的有效隔離，保證了系統(tǒng)運行的安全、可靠。

氫氣管道方面，氫氣管道采用無縫鋼管；管道及管件之間采用焊接方式連接，減少可能出現(xiàn)的泄漏點；采用法蘭或螺紋連接管道與設(shè)備管口、閥門等，并在連接處采用金屬導(dǎo)線跨接且定期檢查跨接電阻，設(shè)備或管道末端接地良好；管道上設(shè)放空管、取樣口和吹掃口，其位置滿足管道內(nèi)氣體吹掃、置換的要求，且系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有含氧量小于0.5%的氮氣置換吹掃設(shè)施；氫氣放空管引至室外，且放空口應(yīng)高于屋頂最高點1m以上，管口處設(shè)阻火器以防止外界火花串入系統(tǒng)引發(fā)事故，且應(yīng)有防雨雪侵入、雜物堵塞及防止雷擊的保護措施。

生產(chǎn)監(jiān)控方面，水電解制氫裝置采用PLC全自動控制，PLC通過系統(tǒng)中裝配的各類傳感器，實時監(jiān)控制氫系統(tǒng)工作時的壓力、溫度、液位、電解電壓、電解電流、閥位狀態(tài)等參數(shù)，并針對各個指標(biāo)設(shè)置報警值和軟連鎖值；針對關(guān)鍵參數(shù)如壓力、液位等參數(shù)設(shè)置機械式硬連鎖儀表及元件，以避免在系統(tǒng)突然斷電或PLC控制系統(tǒng)失控時發(fā)生危險。在水電解制氫裝置中設(shè)置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀，并設(shè)置氧中氫和氫中氧含量超量報警裝置，如達(dá)到超量極限，則連鎖關(guān)機。設(shè)氫氣檢漏報警裝置，并與相應(yīng)的排風(fēng)機聯(lián)鎖，當(dāng)空氣中氫氣濃度達(dá)到0.4％(體積比)時，排風(fēng)機立即自動開啟。

能源危機和環(huán)境污染已日益嚴(yán)峻, 威脅著人類的生存和發(fā)展，發(fā)展可再生能源, 走可持續(xù)發(fā)展道路成為各國學(xué)者研究的焦點。利用可再生能源所產(chǎn)生的電能電解水制氫是成熟和清潔的氫氣制備方式，將是發(fā)展氫經(jīng)濟的優(yōu)先選擇。

2018年12月19日，京津冀氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展暨環(huán)境治理大會將于河北省威縣萬友大酒店舉辦

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