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关于氢作为船舶燃料的安全性简单科普~

 发布时间:2023-06-30    点击量:254
氢作为船舶的燃料会在安全方面有哪些困扰和关心以及关注点,以及需要管理的方式呢?


1、氢安全吗?


氢的可燃性范围很广(4-75%)——比甲烷(5-15%)要宽得多,这是它的主要危险。氢气的火花或其他点火源的能量比所有其他气态碳氢化合物燃料少十倍,比MGO(重柴油)少一千倍。点火很容易。氢气也可以被静电点燃。它燃烧的火焰几乎是无色的,只有在夜间/黑暗的地方才能看到。火焰的热辐射远低于碳氢化合物火焰。


氢是无毒的。它总是比空气轻,所以不会形成大而致密的气体云(除非被困在结构中),因此氢泄漏点周围的可燃性危险水平相当有限。由于在泄漏点形成的高压射流产生的动量,CH2(压缩状态下的气氢)比LH2(液氢)具有更大的危险范围。喷气机/火炬火灾是氢作为燃料对第三方产生影响的设计事件,例如在加注氢或在港口作业时。
泄漏的LH2(液氢)非常冷,可以液化空气中的氧和氮。液氧可以促进其他通常难以点燃的材料的可燃性。例如,沥青路面自燃也是有可能的。与液化天然气一样,LH2也会迅速造成周边材料的脆性断裂。
氢气的爆炸潜力比甲烷大。这是由于:
可燃性范围更广(是甲烷的7倍)。
 点火能量更低(甲烷的1 /10)。
  燃烧距离更短以启动爆炸-自供电爆炸。(甲烷只能爆燃,这意味着它需要外界的帮助,比如堵塞才能爆炸)。
  氢气产生的更高爆炸压力。
与类似的基于甲烷的系统相比,气态氢的安全相关特性的负面影响大于正面影响。船舶的设计将需要仔细注意这一点。


2、氢泄漏管理

氢是最小的化学分子,在以下几个方面影响它的特性:

它具有非常低的粘度,使其能够通过小空间移动并产生泄漏通道-通过焊接,法兰,密封件,垫圈等发生泄漏-因此正确的材料选择和操作程序至关重要。


它可以溶解在金属中,既可以有效地通过金属泄漏,又可以通过破坏金属的晶体结构来腐蚀金属,导致金属变弱并最终失效(氢脆)。
这些效应的大小取决于氢所具有的能量,因此内能极低的低温LH2系统释放的氢要比“温暖"的CH2(气态氢)系统少得多。LH2系统的泄漏管理在概念上与LNG类似。
然而,对于CH2或热的、汽化的LH2,氢泄漏永远不会被消除,只能最小化。旋转设备尤其难以密封。最重要的标准是在哪里接受泄漏,泄漏的规模如何,以及在哪里可以消除泄漏。
岸上的泄漏可以从储罐、管道和设备中自由扩散。在一艘船上,许多这样的系统将在船体内,自由通风和氢气的分散将是不可能的。强制通风系统的性能对氢气的成功使用至关重要。但人们仍然担心这些系统中静电的积聚,以及是否可以避免或控制这种情况。船级社正在努力解决这些问题,目前更倾向于对氢气可能聚集的空间进行惰性处理。


应尽量采用焊接管道和部件。第二级防止泄漏屏障,如真空护套是隔热所必须的,但也允许检测和监测泄漏。对于热氢,可能需要管中管系统。特定位置(例如法兰)进行气体浓度和火焰检测。当然,管理重点还是需要放在通风上。


3、安全系统
与其他碳氢化合物燃料一样,甲烷系统也使用氮气。惰性LH2系统只能直接使用氦气,因为直接使用氮气会导致氮气凝固并堵塞管道/储罐。因此,对氦气的需求将大幅增加,而氦气成本已经很高。另一种方法是用热氢气净化LH2。当温度在-195℃以上时,可以使用氮气。


4、安全管理

氢气的可燃性风险与其他燃料不同,并且高于其他燃料,这是一个需要克服的挑战。将船舶设计成与燃油船相同的水平并不符合成本效益。


目前,风险评估只能在定性的基础上准确地进行。由于缺乏用于定量风险评估(QRA)类型分析(通常用于许可)的氢数据,这不利于这种类型的分析,因此从其他行业获取氢设备和系统故障的统计数据非常重要。


氢气是海洋工业的一种新型燃料,因此需要发展安全意识和管理实践,并将其发展到与陆地工业已经接受的安全意识和管理实践相似的水平,在陆地工业中,企业标准和法规,例如欧洲的ATEX(防爆认证)和ADR(欧盟ADR认证简介: ADR(Autorisation Dangerous Road)是道路危险品运输许可的简称,),都有很好的记录。这将是氢气在航运中的挑战,需要更多的关心和关注。


5、应急响应
氢气的主要问题是由泄漏点着火引起的火灾和爆炸。如果未点燃,气态氢将迅速上升到大气中或迁移到容器的最高点。
像所有的液化气一样,氢火不太可能被扑灭。处理的程序应该是隔离氢气供应,让火自行燃烧并熄灭,同时使用大量的水保护周围的设备,使得管道和系统免受热辐射和任何火焰撞击。


氢气排放系统和桅杆也可能发生火灾。

大多数在桅杆的顶部,但它们也可以在管道内。因此,管道应设计为可爆燃(低能量密度的爆炸),使管道内部容物保持封闭。(这也是液化天然气喷口的一个问题,但没有被行业广泛接受。)为了避免爆炸,氢气需要从密闭空间中移除,并通过通风系统释放到大气中。


LH2储罐或管道的真空绝热丧失可能导致表面温度过低,导致空气开始液化;氧在-183°C凝结,氮在-196°C凝结。纯氧(包括液态氧)显著地促进了通常易燃物质的可燃性,如蜡、油脂、碳氢化合物固体/污垢、衣物和润滑油。甚至有些钢也会在氧气环境中燃烧。任何物质的火灾在氧气环境中都会更猛烈。许多“软"材料,如塑料、环氧树脂和橡胶在这种温度下会变脆,所以当密封失效时可能会导致额外的泄漏。


文章来源:氢眼所见
注:已获得转载权

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