加氫站安全距離

氫氣的泄漏可能是瞬時的（例如壓縮機或緩衝罐的破裂），也可能是持續的（例如管道泄漏）。瞬(shun)時(shi)泄(xie)漏(lou)被(bei)點(dian)燃(ran)將(jiang)引(yin)起(qi)閃(shan)火(huo)。而(er)持(chi)續(xu)泄(xie)露(lu)的(de)後(hou)果(guo)主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)點(dian)燃(ran)的(de)時(shi)間(jian)，直(zhi)接(jie)點(dian)燃(ran)將(jiang)導(dao)致(zhi)射(she)流(liu)火(huo)焰(yan)，而(er)延(yan)遲(chi)點(dian)燃(ran)將(jiang)導(dao)致(zhi)閃(shan)火(huo)。如(ru)果(guo)泄(xie)漏(lou)的(de)氫(qing)氣(qi)在(zai)一(yi)個(ge)受(shou)限(xian)空(kong)間(jian)內(nei)不(bu)斷(duan)堆(dui)積(ji)，將(jiang)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)爆(bao)炸(zha)。而(er)在(zai)空(kong)曠(kuang)的(de)露(lu)天(tian)情(qing)況(kuang)下(xia)，即(ji)使(shi)泄(xie)漏(lou)幾(ji)公(gong)斤(jin)氫(qing)氣(qi)
，也(ye)不(bu)會(hui)引(yin)起(qi)爆(bao)炸(zha)。如(ru)果(guo)保(bao)守(shou)估(gu)計(ji)的(de)話(hua)
，延(yan)遲(chi)點(dian)燃(ran)大(da)概(gai)有(you)40%的可能性將引起爆炸，60%的可能引發閃火（CPR 18E）。下文中有效距離是指從泄漏點到熱輻射降為9.8kWm-2的點的距離，大致相當於1%的致死概率。下麵針對三種不同容量的加氫站進行安全距離考察。 1.加氫站對於小型和中型加氫站，假設通過電解水製取氫氣
，大型加氫站假設通過天然氣重整製取氫氣。大型加氫站每天可為200輛汽車提供服務
，相當於年銷售量2500m3的中型加油站。 表1 三種不同規模的加氫站 2.1製備與壓縮氫氣在8bar 的壓力下，通過電解或者天然氣重整製備。用於製備氫氣的站房的大小大致是3×4米
，高度為2.5米。其旁邊是一座同樣尺寸大小的站房，用於放置壓縮機。這兩幢建築每小時的換氣量達到它們自身容積的8倍，並且安裝了吊頂，當發生爆炸時，能夠在垂直方向上釋放爆炸能量。壓縮機將氫氣增壓到450bar。 2.2緩衝罐緩(huan)衝(chong)罐(guan)安(an)置(zhi)於(yu)壓(ya)縮(suo)機(ji)站(zhan)房(fang)旁(pang)的(de)露(lu)天(tian)環(huan)境(jing)下(xia)。緩(huan)衝(chong)罐(guan)的(de)容(rong)量(liang)非(fei)常(chang)大(da)，等(deng)同(tong)於(yu)每(mei)天(tian)的(de)產(chan)氣(qi)量(liang)，大(da)容(rong)量(liang)的(de)緩(huan)衝(chong)罐(guan)能(neng)夠(gou)使(shi)得(de)壓(ya)縮(suo)機(ji)和(he)生(sheng)產(chan)設(she)備(bei)每(mei)天(tian)連(lian)續(xu)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)間(jian)更(geng)長(chang)，這(zhe)種(zhong)組(zu)合(he)方(fang)式(shi)更(geng)具(ju)經(jing)濟(ji)性(xing)。緩(huan)衝(chong)罐(guan)分(fen)為(wei)高(gao)壓(ya)和(he)低(di)壓(ya)兩(liang)部(bu)分(fen)，當(dang)氫(qing)氣(qi)充(chong)滿(man)時(shi)，均(jun)為(wei)300bar壓力。每部分的容積相同
，並且均安裝安全閥。 2.3加氣機加氣機的連接軟管假定長度為5米，內徑為10毫米，安裝有拉斷閥。 2.4管道及安全閥製氫設備或汽車儲氫罐等不同的裝置，通過內徑為10毫米的管道連接。緩衝罐內的圓筒通過4毫hao米mi的de管guan道dao相xiang互hu連lian接jie。過guo流liu阻zu斷duan閥fa安an裝zhuang在zai不bu同tong的de設she備bei之zhi間jian。當dang設she備bei發fa生sheng破po裂lie時shi，流liu速su高gao於yu限xian定ding最zui大da流liu速su，截jie止zhi閥fa將jiang切qie斷duan氣qi體ti流liu動dong。截jie止zhi閥fa安an裝zhuang在zai電dian解jie裝zhuang置zhi或huo重zhong整zheng器qi的de前qian端duan和he後hou端duan，以yi及ji壓ya縮suo機ji，緩huan衝chong罐guan和he加jia氣qi機ji的de後hou端duan。加jia氣qi機ji軟ruan管guan的de兩liang端duan以yi及ji汽qi車che上shang也ye必bi須xu加jia有you截jie止zhi閥fa。當dang加jia氣qi機ji軟ruan管guan破po裂lie時shi

，緩huan衝chong罐guan與yu軟ruan管guan之zhi間jian的de截jie止zhi閥fa將jiang關guan閉bi。用yong於yu向xiang重zhong整zheng器qi提ti供gong氣qi源yuan的de天tian然ran氣qi管guan道dao埋mai於yu地di下xia，這zhe樣yang可ke以yi減jian少shao外wai部bu風feng險xian。 2.5加注單次加注的氫氣量約2.5千克左右，可使得車輛的活動半徑大約250公裏左右。預計未來的燃料電池汽車配置了700bar壓力儲氫罐，活動半徑將增加到1000gongliyishang。jiazhushi，cheliangshouxianconghuanchongguandediyabufenchongguan，ranhouzailianjiegaoyabufen。qingqideliudongzhuyaotongguohuanchongguanyuqichechuqingguanzhijiandeyachalaiqudong。zuihou，yasuojijiangbaqichechuqingguandeyalitigaodao350bar。 2.模擬在計算時
，我們假定製氣設備距離壓縮機的間隔為5米，壓縮機與緩衝罐的間隔為10米，緩衝罐與加氣機的間隔為25米。大型加氫站包含兩台加氣機，兩台之間的間隔為5米。假定所有設備的布置成直線（見圖2）。加注時間比是指車輛加注時間占全天的百分比。假定加注一輛車需要3分鍾，加注40輛車將耗費2個小時，占24小時的8.3%。dangfashengguantiyanzhongpolieshi，jiangbeixunsufangkong。duogeguantitongshifashengpoliedekenengxingweihuqiwei。dangeguantidepoliededuominuoxiaoyingkenengyinfacishengzaihai。danshi
，youyufengzhiyaligebuxiangtong，duominuoxiaoyingdehouguobuhuibidangeguantipoliedehouguoyanzhonghenduo。danghuanchongguanyanzhongpoliehuozheguandaopolie，yijijiazhuruanguanxieloushi，jiangshizhenggerongjibeifangkong。jiazhuyiliangchesuohuadeshijiandayueshi3分鍾。當軟管發生破裂時
，安全閥失效而不能關閉的可能性為6%。而兩個安全閥同時沒有關閉的可能性隻有0.0036
，換言之，至少關閉一個閥門的概率是0.9964。管道泄露模擬中，我們假定發生泄漏或破裂的位置在管道的中間，而現實中管道上的任何一點都有可能發生破裂。 3.結果與結論

以中型加氫站為例，個體風險大小為10-6的輪廓線如圖2所示。圖2表明
，在3米至32米以及33米至46米兩段，個體風險的大小超過了10-6。經過計算表明，緩衝罐附近的安全距離（半徑）為11米
，加氣機的安全距離為6.5米，管道的安全距離為4.5米。緩衝罐附近的風險輪廓線是由罐體的嚴重破裂所引起的，而對於加氣機
，是由於加氣軟管的破裂和兩個安全閥門同時失效引起的。

圖2 中型加氫站10-6輪廓線 表2列舉了三種不同容量的加氫站內
，最危險的三個設備的10-6風險曲線半徑。大型加氫站的緩衝罐的安全距離要比小型加氫站大35%左(zuo)右(you)。同(tong)時(shi)
，大(da)型(xing)加(jia)氫(qing)站(zhan)的(de)加(jia)氣(qi)機(ji)的(de)安(an)全(quan)距(ju)離(li)是(shi)小(xiao)型(xing)加(jia)氫(qing)站(zhan)的(de)兩(liang)倍(bei)左(zuo)右(you)，位(wei)於(yu)地(di)下(xia)的(de)管(guan)道(dao)和(he)緩(huan)衝(chong)罐(guan)的(de)安(an)全(quan)距(ju)離(li)會(hui)相(xiang)對(dui)較(jiao)少(shao)。在(zai)個(ge)體(ti)風(feng)險(xian)為(wei)10-6的輪廓線之外，沒有必要限製諸如住宅，大型寫字樓及醫院等不易受侵害的物體的數量。 表2 不同規模加氫站的安全距離 350bar壓力下的射流火焰和閃火的有效距離幾乎完全相同。而700bar時，閃火的有效距離比射流火焰來得大，有時甚至是後者的兩倍。350bar壓力下
，中型加氫站的1%致死距離比10-6的安全距離大。緩衝罐泄漏以及加氣軟管或管道破裂時
，影響距離最大。700bar壓力下的影響距離大約是350bar壓力下的兩倍。當風速為9米/秒時，射流火焰的影響距離是12.5米；風速為1.5米/秒時，為17米。大氣穩定度對影響距離幾乎沒有任何影響。

與其他燃料相比，汽油，天然氣和氫氣的安全距離屬於同一量級。而液化石油氣的安全距離就要大得多：加氣機的安全距離為15米，地下油庫的安全距離為25米。根據容積大小
，液化石油氣油罐拖車的安全距離從45至110米不等。加氫站的氫氣容量對安全距離的影響不大。鑒於此，普通加油站配置氫氣加注設備之後，無須增加額外的外部安全距離。