气象探空水电解制氢中存在的安全隐患及有效防范

2020-10-27 13:09供巴塔德曲吉
中国电气工程学报 2020年12期
关键词:安全隐患气象防范

供巴塔  德曲吉

摘要:随着我国气象探空水电解氢的逐渐普及,如何安全高效制氢成为首要的技术难题。本文简述了水电解制氢的原理,然后重点研究分析了水电解制氢存在的安全隐患及其有效的防范措施,希望能够保证水电解制氢工作的顺利开展,并实现水电解制氢效率与质量的显著提升提供一点的参考。

关键词:气象;水电解制氢;安全隐患;防范

引言

随着社会科技的进步,氢气的应用领域也越来越多,以往的化学制氢方法已经逐步淘汰,现工业制氢大多数采用气象探空水电解制氢的方法。由于该技术对环境无污染,所以近年来在各个领域加速推展。利用水电解制氢在气象部门是十分常见的技术,相关原理也较为简单,对于设备和技术要求也相对较低。利用浓度25.7%的电解质与电极想成2个电解室,在接通电源之后,水发生物理反应,被分离成氧气和氢气。利用该技术产生的氢气纯度较高、无公害、绿色环保。对于设备和空间无特殊要求,适用于各种场合制取氢气。

一、水电解制氢的原理

随着水电解制氢在全国各个探空气象站的广泛应用,如何安全又高效的制氢成为气象部门高空业务与安全生产过程中不容忽视的重要问题。水电解制氢的基本原理[1]试讲直流电通入到充满碱性溶液的电解槽中,使水分子在电极上通过电化学反应分解氧气与氢气。在电解液温度与工作电压正常的情况下,制氢机每小时会产生2立方米的氢气。氢气是无色无味的气体,其质量较轻并且属于易燃易爆气体。当空气中氢气的浓度位于23%-96%之间时,一旦遭遇火源极易引发爆炸。另外,由于管理不善或仪器设备问题也极易导致氢气在制取与使用过程中发生安全事故,对民众的生命财产安全构成严重的威胁。因此,必须充分考虑氢气制作与使用过程中的各种安全隐患,并做好其安全防范工作,尽可能做到防患于未然,确保顺利完成制氢工作,并实现氢气的高效利用。

二、气象探空水电解制氢存在的安全隐患

2.1 物体表面温度较高

氢气的引燃温度为560℃。一旦氢气在泄露过程中遭遇温度在560℃以上的物体或设备时将极易发生燃烧,甚至爆炸现象。尽管可预见内的高温设备管理均采取了防腐与保温等处理,然而其他保温层与阀门外露部位仍然存在着一定的残缺,负责为制氢机供电和提供运行动力等的一系列内部装置在停机之后一定时间段内的温度较高,足以将氢气点燃,最终引发安全事故。因此,在冷却水还未完全发挥作用,制氢设备运行还未完全冷却之前应当与其保持安全的距离,同时还应当禁止启动制氢机。

2.2 制氢设备存在质量问题

当前,按照操作方式的不同可以将水电解制氢设备分为常压式、中压式与高压式三种类型,一般情况下,根据气象制氢要求,国内生产装置要求压力在0.9Mpa以下,而且氢气的纯度必须达到99.7%,水电解制氢设备的使用年限往往在25-35年之间。就机械式水电解制氢设备[2]而言,要求其压力为1.73Mpa,与国际设备标准要求依然存在着很大程度的差距。另外,受到设计及设备安装等因素的影响,导致房间的间隔变小,其通风与散热条件也变差,未能与相关技术规定的房间隔离技术标准与要求相适应,既不利于氢气的高效生产,甚至还会威胁到从业人员的生命财产安全。

2.3 氢气泄露产生静电火花

当性质不同的两种物体相互接触或发生摩擦时,由于两种物体对电力的吸引力有所不同,导致电子在两个物体之间相互转移,其中一个物体由于失去了电子而带有正电,另外一个物体由于获得电子而带有负电。如果静电荷产生的速度大于其泄露的速度或者静电荷未能及时泄放入大地,则极易造成物体当中聚集大量的静电荷,进而导致点为较高。而氢气导电性能较差,其保持的电量较大,一旦发生这一现象,将为氢气的制作与使用买下巨大安全隐患。

2.4 人提自身携带静电

根据相关统计数据显示,人在脱毛衣时产生的静电压会达到2800V,在脱混纺衣服时产生的静电达到5000V。当人穿着绝缘胶鞋位于环境湿度在70%RH以下的环境当中,行走于塑料地板、大理石、树脂砖等电阻较高的地板上时,将会产生5-15V的静电压。当人从毛衣外面脱下尼龙衣服时产生的静电高于10KV,当人穿着尼龙羊毛混纺衣服,由人造革面的椅子上站立起来时产生的静电压高达近万伏。由此产生的静电放电能量远远高于氢气点燃所需的能量条件[3],进而为氢气的制作带来了极大地安全隐患。一旦氢气发生爆炸还极易威胁到工作人员的生命财产安全。

三、有效的防范措施

3.1 规范化启动生产

在将水电解制氢设备启动之前,应当定期对各种生产设备进行巡视和检查,查看其周围是否存在有易燃易爆物品、电源是否出现漏电现象、水箱是否完好无损、线路有无出现破损、在作业点是否有与工作无关的人员停留等等。当设备启动之后,还要检查各指示灯是否正常显示。经检查发现所有仪器设备都能正常运行之后,再对设备进行增压处理,并且还要适当提高电压(最高电压不能超过65V)。之后应当对设备工作压力表与水温表进行仔细观察,当主机的工作压力达到一定数值之后应当将增压器关闭以确保压力恒定不变。

3.2 采用标准化的生产操作

负责制作氢气的相关部门每月都必须做好各项设备的检修与维护工作[4],并认真在值班日记上记录每次检查的结果报告,以确保所有的检修项目都记录再案,为今后的查询提供方便。此外,一旦发现磨损及老化仪器设备必须立即进行更换,且在水电解制氢作业开展过程中应当确保最少两名工作人员同时进行作业,以防发生安全事故。另外,还要严格控制电解溶液的配制,切忌不能混用氢氧化钠与氢氧化钾,以免电解槽电流与电压发生变化,进而引发安全事故。参与水电解制氢的工作人员必须重视自己的穿着,尽可能穿纯棉的衣服,不应当穿化纤类衣服。若条件充足还应该为工作人员配备防静电服装,以确保安全。

3.3 对氢气进行合理存储

合理存储氢气也是确保氢气安全性的一项重要措施,在对氢气进行存储时,应当先将储气阀门打开,待氢气进入到储气舱体之前要仔细对舱体进行检查,查看舱体内的气体气压是否符合标准要求,并检查舱体内是否存在裂痕或漏液现象。而且还应当打开气体含量表,并对舱体内气体含量的变化状况进行实时监测。经过检测发现一切正常后再将进气阀门打开,并对相关数据进行记录。在此过程中必须严禁储气舱周围出现易燃易爆物品,同时还要增强周围的通风与散热条件,为储气舱的安全作业提供适宜的温度与压力条件。

3.4 强化安全知识的宣传,提高工作人员专业素质

首先,相关气象主管部门应当针对水电解制氢工作积极组织安全知识讲座,并强化安全知识宣传力度,向工作人员普及水电解制氢的技术规范,提高工作人员对制氢危险性的认识。其次,应当加大对设备操作人员的培训力度,既要开展专项专练,还应当适时进行多元化培训,提高工作人员的专业知识与技能水平,使其能够科学、有效的应对各种突发状况。最后,还应该严格执行持证上岗制度,经过培训的操作人员只有通过考试,并获取相应的合格证书之后,才能参与到水电解制氢的工作当中,不仅能够确保顺利开展水电解制氢工作,还能保障工作人员的安全。

结语

气象探空水电解制氢是目前较为常见的制氢方式,而氢气在我国国民生产当中也占据着重要的地位。氢气虽然性质不稳定,但是只要了解和掌握其特性,充分考虑相关因素,使人们树立安全意识,建立起一套行之有效的方法制度,就能够在安全的前提下,高效的实行气象探空水电解制氢的生产。

参考文献

[1]孙海燕. 气象探空水电解制氢安全防范措施和注意要點[J]. 农业与技术, 2018, 038(008):228.

[2]王建辉. QDQ2-1型水电解制氢设备的安全与维护[J]. 新疆气象, 2006, 29(1):36.

[3]王振升, 王莉莉, 张琳叶, et al. 水电解制氢站工程设计中安全问题的探讨[J]. 煤炭与化工, 2012, 35(3):73-75.

[4]张伟, 巨秉中. 气象水电解制氢设备的维护与维修[J]. 青海气象, 2019, 000(001):P.60-61.

作者简介:供巴塔(1992-),男,藏族,四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县人,本科学历,助理工程师,从事气象综合观测业务工作。

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