劉松 許文杰

摘要：源作為典型的清潔能源在社會中的應(yīng)用越來越廣泛，但是由于氫元素本身化學(xué)性質(zhì)的原因，氫能源又有較高的爆炸和火災(zāi)危險性，做好氫能源企業(yè)的消防安全工作可以保障社會發(fā)展需要，確保人民安全生產(chǎn)生活，本文從氫能源的火災(zāi)危險性入手，通過事故樹分析法分析了火災(zāi)風(fēng)險，最后提出了相應(yīng)的對策和措施，對氫能源的生產(chǎn)和監(jiān)管單位有一定的借鑒價值和參考意義。

關(guān)鍵詞：氫能源； 消防； 火災(zāi)危險性

可再生能源具有環(huán)境危害小、資源分布廣、可重復(fù)循環(huán)使用等特點(diǎn)，已經(jīng)進(jìn)入到了千家萬戶。其中，氫能是社會公認(rèn)的清潔能源，是宇宙中含量最豐富的資源，具有熱量高、無污染、分布廣等特點(diǎn)，世界上多個國家已經(jīng)出臺了氫能的發(fā)展規(guī)劃，并且在氫能的生產(chǎn)制備上的研究取得了一定進(jìn)展。

在我國，目前氫能主要被運(yùn)用在汽車、電池、航空航天等領(lǐng)域。氫能源是一種二次能源，通過一定的方法利用其他能源制取而來。由于氫能源和氧氣作用燃燒后的主要產(chǎn)物為水，因此，氫能源被譽(yù)為“21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础薄５?，我們必須認(rèn)識到氫具有較強(qiáng)的化學(xué)活潑性，與空氣和火源接觸后極易發(fā)生爆照，而且爆炸能量高、預(yù)混時間短、災(zāi)害損失大。因此，做好氫能源各環(huán)節(jié)的消防安全工作，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生極為重要。

1 氫能源的火災(zāi)危險性概述

1.1 氫元素本身的火災(zāi)危險

氫是一種活潑元素，在常溫常壓下為氣態(tài)，具有可燃性，純凈的氫氣在空氣中燃燒會產(chǎn)生藍(lán)色火焰，燃點(diǎn)較低。同時，氫氣具有較強(qiáng)的爆炸性，氫氣在氧氣中的比例到達(dá)4.5%—45%時，或者氫氣在空氣中比例達(dá)到4%—74.2%時就能發(fā)生爆炸。正因氫氣具有高反應(yīng)能量，將氫氣液化后常用作航天飛機(jī)的燃料。在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2018）中，無論是氫氣的生產(chǎn)廠房還是儲存庫房，均被劃分為甲類火災(zāi)危險性物質(zhì)。

1.2 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險

氫元素雖然在自然界中含量巨大，但是應(yīng)用到民用生產(chǎn)生活中的氫能源都是通過化學(xué)制取而來。我們常用的制取氫的方法有化石燃料制氫、水電解制氫、生物質(zhì)制氫和太陽能制氫。其中，最為常見也是效果最好的制氫方法是化石燃料制氫。目前，全球氫產(chǎn)量大約每年在5000萬噸左右，其中96%的商業(yè)用氫是由煤、石油、天然氣等不可再生的傳統(tǒng)能源制備而成的。而且，通過化石燃料制氫成本低廉、方法成熟。采用化石燃料制氫的主要方法有甲烷重整、天然氣熱解、煤氣化、重油部分氧化四種。

針對氫能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險性來說，首先四種方法所使用的原材料均是可燃、易燃物質(zhì)，按照生產(chǎn)物質(zhì)的火災(zāi)危險性劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分，甲烷、天然氣和重油屬于甲類火災(zāi)危險物質(zhì)，煤屬于丙類火災(zāi)危險性物質(zhì)，這些物質(zhì)無論是生產(chǎn)還是儲存都具有一定的火災(zāi)危險性。其次，在生產(chǎn)過程中，氫能源的制取需要經(jīng)過的流程較多，所使用的設(shè)施也比較復(fù)雜，在加工制備過程中需要經(jīng)過由氣態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)的多種狀態(tài)轉(zhuǎn)化，一旦管道或容器日常維護(hù)保養(yǎng)不到位容易發(fā)生泄漏事故，加之工廠中的環(huán)境溫度較高，極易引發(fā)爆炸。最后，在回收過程中，氫能源的制取所使用的化學(xué)反應(yīng)除了會產(chǎn)生氫氣外，還會產(chǎn)生一些附加產(chǎn)物，例如一氧化碳、二氧化碳等。這些產(chǎn)物往往是通過火炬點(diǎn)燃的方式銷毀，需要動火作業(yè)，具有一定的火災(zāi)風(fēng)險。

1.3 儲存環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險性

氫氣的儲存方式有四種，分別為壓縮儲存、液化儲存、金屬氧化物儲存和碳質(zhì)吸附儲存。其中，技術(shù)較為成熟、使用較為廣泛的儲存方式為壓縮儲存和液化儲存。壓縮儲存是將氫氣直接以氣態(tài)的形式壓縮進(jìn)入鋼瓶進(jìn)行儲存，這種儲存方式使得氫氣的壓力過于集中于鋼瓶的一點(diǎn)，超過剛的強(qiáng)度承受極限，最后形成小裂紋，又稱氫脆。氫脆一旦形成會使得鋼瓶的儲存安全性能降低，更嚴(yán)重的會最終導(dǎo)致氫氣的泄漏，最后造成火災(zāi)的發(fā)生。因此，通過壓縮儲存氫氣的方式雖然經(jīng)濟(jì)簡單，但是火災(zāi)危險性大。液化儲存的方式將氫氣在零下253度的臨界溫度下進(jìn)行液化儲存，此方法相較壓縮儲存來說不會有過于集中的壓力，不會產(chǎn)生氫脆，但是液化儲存必須隨時都屬于低溫環(huán)境中，一旦周圍保溫層破壞使得環(huán)境溫度升高，會導(dǎo)致儲存容器內(nèi)部的液化氫快速氣化，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力，發(fā)生爆炸?？偠灾?，在氫能源的儲存環(huán)節(jié)中無論是通過壓縮儲存還是液化儲存都有極高的火災(zāi)危險和爆炸的可能性，需要引起高度重視。

1.4 運(yùn)輸環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險性

氫能源的運(yùn)輸主要是通過將氫氣壓縮或者液化后通過槽罐車進(jìn)行運(yùn)輸，其火災(zāi)危險主要表現(xiàn)在兩方面。一方面是車輛上儲存氫的儲罐或相應(yīng)的閥門設(shè)施是否保證完好有用，不會在道路行駛過程中發(fā)生泄漏。另一方面是道路交通安全方面，駕駛員在行駛過程中有沒有按照道路交通的相關(guān)規(guī)章規(guī)定和行駛規(guī)則駕駛車輛，氫能源在運(yùn)輸環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險大多是次生風(fēng)險。往往是由交通事故造成的槽罐車內(nèi)氫氣泄漏，最后引發(fā)火災(zāi)。

2 基于事故樹分析法的火災(zāi)危險性分析

事故樹分析法是系統(tǒng)安全工程中常用的分析法之一，是一種由事故樹演繹推理事故過程和原因的分析方法。通過定性和定量分析，可以找出事故發(fā)生的主要原因，為之后事故的預(yù)防提供參考。軌跡交叉理論中事故的發(fā)生是由兩種因素共同作用完成的，分別是人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，當(dāng)兩種因素在一個過程或環(huán)節(jié)中共同作用時，事故就會發(fā)生。

通過前文對氫能源各個環(huán)節(jié)的火災(zāi)危險性概述，通過定性分析的方法可以繪出氫能源的事故樹圖。

在事故樹分析法中，當(dāng)所有基本事件都不發(fā)生時，事故就不會發(fā)生，這些不發(fā)生的基本事件的集合叫做徑集，在事故樹中不包含其他徑集的徑集叫做最小徑集，如果去掉徑集中的任意一個基本事件，事故就不會發(fā)生，所以最小徑集是事故不發(fā)生的充分必要條件。依據(jù)事故樹分析法進(jìn)行火災(zāi)預(yù)防時，只要集中控制住最小徑集的任意一個徑集，事故就不會發(fā)生。在氫能源的事故樹中，最小徑集共有四組，分別為（X1 X2 X3 X4）、（X5 X6 X7）、（X8 X9 X10）、（X11 X12）。通過事故樹分析法找到預(yù)防事故發(fā)生的主要因素，可以為之后更為準(zhǔn)確的展開火災(zāi)預(yù)防工作打下基礎(chǔ)、提供思路。

3 氫能源的火災(zāi)預(yù)防措施

3.1 堅(jiān)決貫徹落實(shí)消防安全責(zé)任制

對于氫能源的生產(chǎn)廠家來說，無論是消防安全責(zé)任人，還是消防安全管理人，還是企業(yè)的員工，都有義務(wù)和責(zé)任接受消防安全培訓(xùn)，只有在“人”的層面主動重視消防安全工作，堅(jiān)決落實(shí)消防安全責(zé)任，企業(yè)的消防安全氛圍才可能形成，火災(zāi)事故就不會發(fā)生。因此，氫能源企業(yè)的消防安全責(zé)任人應(yīng)按照國務(wù)院頒布的《消防安全責(zé)任制實(shí)施辦法》中的相關(guān)規(guī)定，認(rèn)真貫徹落實(shí)法律和規(guī)章制度要求的各項(xiàng)責(zé)任，組織制定企業(yè)的消防安全管理規(guī)定，統(tǒng)籌和計(jì)劃消防安全的經(jīng)費(fèi)，從上層領(lǐng)導(dǎo)開始重視消防安全工作。消防安全管理人應(yīng)當(dāng)主抓單位消防安全的落實(shí)工作，按照公安部61號令中的相關(guān)要求定期組織開展防火檢查和防火巡查，確保廠區(qū)內(nèi)的消防設(shè)施完整好用，定期開展消防安全培訓(xùn)教育和消防演練，使所有員工認(rèn)識到火災(zāi)的危險性和法律賦予自己的安全責(zé)任。

3.2 提升氫能源安全工程消防技術(shù)水平

氫能源在常溫常壓下是氣體狀態(tài)，屬于C類火災(zāi)，在超低溫狀態(tài)下成液體狀態(tài)，屬于B類火災(zāi)。在對B、C類火災(zāi)進(jìn)行撲救時只能選用氣體滅火劑進(jìn)行撲救。我國目前常用的氣體滅火劑有二氧化碳滅火劑和IG541滅火劑，這兩種滅火器都存在儲存容量小、滅火效率低等問題。

可以預(yù)想到的是，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，氫能源這種可再生能源會被廣泛運(yùn)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中，一些儲存容量大的加氫站也會不斷建設(shè)，僅僅依靠現(xiàn)有的傳統(tǒng)滅火劑很難應(yīng)對未來的新能源火災(zāi)，一旦大規(guī)模的氫能源生產(chǎn)廠房發(fā)生火災(zāi)，目前常用的氣體滅火裝置難免會出現(xiàn)“杯水車薪”的局面。同時，在火災(zāi)探測方面也存在同樣的問題。所以，相關(guān)的滅火劑生產(chǎn)廠家和消防科研機(jī)構(gòu)應(yīng)將研發(fā)的重點(diǎn)放在大規(guī)模的氫能源滅火劑和氣體火災(zāi)探測器的研發(fā)上來。

3.3 加大氫能源安全相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的制定

目前，我國無論是在法律法規(guī)、部門規(guī)章還是標(biāo)準(zhǔn)上，都缺乏對氫能源的相應(yīng)規(guī)定。各個生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中都是處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài)下，具有極大的安全隱患。相關(guān)部門應(yīng)該積極推動制定氫能源的國家標(biāo)準(zhǔn)或者是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從氫能源的廠房選址、制備規(guī)程、儲存、運(yùn)輸和消防設(shè)施等環(huán)節(jié)規(guī)范企業(yè)的生產(chǎn)行為，消防部門應(yīng)制定氫能源廠房和庫房的設(shè)計(jì)防火規(guī)范，規(guī)定其內(nèi)部消防設(shè)施的設(shè)置、固定消防設(shè)施的選擇和布置、原材料的中間材料儲存數(shù)量、建筑防火防爆等內(nèi)容。監(jiān)管單位應(yīng)制定氫能源企業(yè)日常安全檢查內(nèi)容，建立企業(yè)的安全評估體系，通過定時的安全評估和檢查提升企業(yè)的安全生產(chǎn)水準(zhǔn)。

作者簡介：

劉松（1986-），男，天津?qū)氎嫒?，天津消防救援總?duì)北辰支隊(duì)助理工程師，一級消防指揮員，研究方向：滅火救援與應(yīng)急管理。

許文杰（1993-），男，山西太原人，山西省消防救援總隊(duì)太原支隊(duì)助理工程師，在讀碩士研究生，研究方向：應(yīng)急管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭其云，董希琳，段耀勇，吳立志.我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中的消防安全對策研究，中國軟科學(xué)[J]，2007，193（01）：113-116.

[2] 陳清泰.中國能源發(fā)展面臨嚴(yán)峻形勢，經(jīng)濟(jì)透視[J]，2004.