浅谈加氢站的安全运营管理

王 磊

〔中国石化天津石油分公司 天津 300100〕

1 氢能源的危害分析

1.1 气氢特性

1.1.1 气氢自身属性

(1)氢气的最小点火能量低仅为0.02 mJ,是汽油最小点火能量的十分之一,更易被静电火花点燃。

(2)氢气的燃烧范围为4.1%～75%;爆炸极限范围为18.3%～59.0%;汽油的燃烧范围为1.0%～7.8%,爆炸极限范围为1.1%～3.3%。由此看出,氢气相较于汽油来说,可燃范围更大,爆炸范围更广。

(3)氢气无色无味,与有色有味的汽油相比其泄漏更不易察觉。

(4)氢气的扩散系数大约为6.1×10-5m2/s,扩散速度快,约为天然气的6倍,甲烷的3.8倍。结合氢气燃烧范围下限(4.1%)远低于其爆炸范围下限(18.3%)的特性,若能做好氢气的防积聚、泄漏检测及连锁切断,就不易引发氢气爆炸。

(5)易产生氢损伤,氢原子会溶入金属设施内部,通过其还原作用使材料力学性能劣化,发生损伤甚至引起构件破坏。

总之，《〈聊斋志异〉叙事艺术研究》引述丰富，资料详实，反映了著者扎实严谨的学术功底、开阔灵活的研究视野和兼收并蓄的学术胸怀。此外，该著作还做到了将高度概括的理论建构与丰富细腻的文本分析相结合、将严谨论述与形象表达相结合，结构严密，行文流畅，形成了鲜明的特色。

1.1.2 泄漏特性

氢气密度只有空气的1/14,扩散速度快,不易在地面聚集,但在封闭空间易在顶部聚集。通过氢气泄漏扩散数值模拟不同浓度不同扩散条件下的点火爆炸试验来测试氢气的安全性,可以直观地说明氢气不易在地面聚集形成爆炸气氛,而难点在于控制建构筑物结构,避免氢气积聚。

1.1.3 燃烧特性

氢气高速泄放时极易发生自燃引发喷射火,20s内几乎一定着火,其自燃机理有待进一步研究。喷射方向对事故发展尤为重要,向下喷射更有可能造成爆炸;水平与向下泄漏的喷射火对周边的影响更大。

1.1.4 氢脆特性

氢脆又称氢损伤,主要指的是在高温高压的状态下氢气以原子形态渗入金属,并在金属内部结合成分子,产生很高的压力,严重时会导致表面鼓包或者皱褶。氢与钢中的碳结合使钢脱碳或使钢中的硫化物与氧化物还原,造成材料劣化和强度降低,并因此导致壳体材料内部形成细小的裂纹或延迟性的脆性破坏,形成白点或结合碳产生甲烷使材料劣化,造成应力集中,强度下降,超过钢材的强度极限,使钢材失效。因此,需要用到阻氢工艺。现代研究表明,高镍基材料及非晶态镀镍合金能够很好地阻止和减少氢分子进入钢材,达到抗氢阻氢效果。

1.2 液氢特性

1.2.1 物理特性

液氢是呈现淡蓝色的透明液体,本身不具备腐蚀性,其密度为70.78 kg/m3,与水的密度比为0.071,即液氢的密度是水的1/14。

1.2.2 膨胀特性

在吸热的情况下,液氢体积的膨胀率要远远超过水在吸热时的膨胀率。以热膨胀率来表示,在常温下液氢的热膨胀率是水的热膨胀率的23倍。从安全的角度,这一特性对于液氢的存储非常不利。如果液氢储罐没有足够的富余空间以容纳液氢的膨胀,储罐会出现过压,且会传导至相连的传输和排气管道。液氢容器内应保障最低气相空间,防止满液冲击(涨罐)[1]。

1.2.3 密度特性

当液氢从高压容器中泄漏后,由于压差的存在,部分液氢会发生气化形成两相流,与空气中悬浮物一起形成气溶胶。同时另一部分在地表积聚形成液池,一定量后形成液面,并扩张气化。泄漏停止后,液面从泄漏源中间开始消失,形成环形液面不断衰减直至完全气化。根据外界环境可产生物理爆炸、化学爆炸、气云爆炸、高速爆燃、声波爆轰等重大安全风险隐患。

气态与液态氢能源均自带有安全隐患特性:易燃、易爆、易扩散、高压、易泄漏、氢脆

2 加氢站安全运行的管理

加氢站安全管理的核心内容在于如何防止氢气泄漏,执行消除燃烧的必要措施,满足加氢设施的防火需求,对设施及管道材质做好质量保证,符合低温材质要求,防止低温设施超压排放及爆炸风险,做好全员安全防护等。加氢站在运行过程中要注意预防储氢设备及制氢设备的真空、化学破坏、绝热性能下降、预冷、加卸液态氢的处理等方面。只有严格按照要求对上述要求进行操作落实,加强人员管理,才能有效预防危险的发生,使加氢站能够安全运行[2]。

2.1 执行相关管理制度和操作规程

加氢站的管理制度应符合《中华人民共和国特种设备安全法》、《城镇燃气管理条例》、《特种设备安全监察条例》、《气瓶安全监察规定》以及加氢站所在地燃气经营许可管理办法等规定。建立健全日常管理制度,包括《安全文化管理手册》、《加氢站HSE运行管理规定》、《加氢站操作规程》、《安全岗位证书》、《运营管理指导手册》和《新投营场站指导手册》等一系列加氢站规范管理制度及手册,保障加氢站的正常运转。

2.2 开展安全生产标准化建设

加氢站应建立健全相关台账、档案及操作表单,如“设备管理台账”、“隐患治理台账”、“应急演练台账”、《巡检记录表》、《充装记录表》、《卸氢确认表》等。制定加氢卸氢标准,如“加氢八步法”、“卸氢八步法”等。

2.3 关键岗位及特种作业人员持证上岗

(1)站长负责加氢站的生产运行和行政管理工作,是HSE第一负责人,组织开展站内风险识别、隐患排查、做好安全防护措施及时上报上级,落实风险防控;组织人员对重点设备、仪器仪表、管线阀门、报警装置、消防器材等进行检查和维护,确保安全可靠;组织员工进行专业技术学习,组织员工进行应急预案演练,充分提高员工综合应急能力。

(2)技术负责人主要负责协助站长对员工进行安全教育,加强站内安全意识,监督各项安全措施的落实及员工是否执行加氢站技术管理相关规定,带领员工做好交接班工作,增强安全意识,严格执行安全操作规程,保证加氢站安全运作。

(3)安全员负责监督检查安全措施的落实,纠正违章行为,并填写检查记录,自觉参与安全管理事务活动,禁止违章指挥、违章操作行为,监督、检查员工正确使用安全防护用品,做好安全防护装置和设施的管理及日常维护保养工作。掌握各岗位安全生产动态,对发现的隐患问题做到及时整改。

(4)充装人员主要负责加氢站设备设施安全运营,以及设备的日常维护、检修等工作,单次充装作业人员至少安排两名成员三班两倒进行工作。

工作人员必须持证上岗。国家相关部门或地方政府依托公司对各岗位人员定期进行考核,凡考试合格者才能上岗。

2.4 建立应急预案及现场处置方案

加氢站应依据有关法律、法规及相关规定,并结合企业制度及实际情况,建立完整的工作机制及应急预案体系,主要包含《冻伤事故现场处置方案》、《交通事故专项应急预案》、《电气火灾事故现场处置方案》、《人员触电事故现场处置方案》等突发情况应急预案,应经常开展不同等级的事故演练,大型的事故演练要联合当地公安消防、安全管理部门一同进行。

2.5 加强依法合规运行管理

加氢站相关管理人员和操作人员应按国家规定取得相关的作业资格,并定期复审。在国家明确加氢站作业人员工种前,暂以特种设备相关作业人员资格证书、安全生产知识和管理能力考核合格证书作为上岗证。此外还包括压力容器操作证(R1、R2 证)、气瓶充装证(P 证)等证件可作为加氢站人员增项考核标准。

加氢站应建立考核上岗制度,定期对从业人员进行设备工艺、操作流程、消防安全、应急处置等方面的知识及实际操作进行检查考核并保留相关记录。考核不合格的工作人员,不得上岗作业。考核周期不宜大于1年。工作人员转岗、脱岗3个月以上(含3个月)者,应重新进行培训教育,经考核合格后方可上岗[3]。

2.6 加强对加氢站管线及设备的日常巡检和维护

加氢站在日常巡检中应注意安全阀的根部阀、单向阀、紧急切断阀等常开阀门以及排液阀、排空阀等常闭阀门是否正常运行,同时也应注意工艺管道是否发生腐蚀,在日常维护中及时进行防腐与补漆。对螺栓、螺帽及部分关键外漏部分也应注意是否发生松动或腐蚀。对加氢站内的设备、管线、阀门及垫片等日常保养及维护应事先认真研读产品说明书或向供应商或产品维护单位进行咨询,按照正确要求做好维修保养方案及现场工作记录。

3 结束语

氢能是目前备受瞩目的一种清洁高效的可再生能源。消除氢气在生产、运输、存储、销售过程中的安全性问题是氢能源能够可持续发展的重要保障。加氢站担任着氢能源的“输出终端”角色,更应严格按照安全生产条例,落实安全生产责任制,从“人、物、环境”全方位提升安全管理水平,降低事故概率,谨记“安全常有,风险永存”,加强员工培训、现场维护、工艺革新,从技术与管理多方面实现加氢站的安全运营。