氣象探空水電解制氫存在的安全隱患及防范措施

摘 要：本文簡述了水電解制氫的原理，然后重點探討了水電解制氫存在的安全隱患及有效防范措施，以期能夠為保證水電解制氫工作的順利開展，并實現(xiàn)水電解制氫效率與質(zhì)量的顯著提升提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：氣象;水電解制氫;安全隱患;防范

一、水電解制氫的原理

隨著水電解制氫在全國各探空氣象站的廣泛應(yīng)用，如何安全與高效制氫成為氣象部門高空業(yè)務(wù)與安全生產(chǎn)過程中不容忽視的重要問題。水電解制氫的基本原理是將直流電通入到充滿堿性溶液的電解槽當(dāng)中，使水分子在電極上通過電化學(xué)反應(yīng)分解為氧氣與氫氣，其化學(xué)反應(yīng)式可以表示為：

將氫氧化鈉、氫氧化鉀等堿性物質(zhì)加入到電解槽當(dāng)中，以增加水的電導(dǎo)率。堿性物質(zhì)本身不會發(fā)生電解反應(yīng)，因此在理論上是不會消耗的。在電解液溫度與工作電壓正常的情況下，制氫機每小時將會產(chǎn)生2立方米的氫氣。氫氣是無色無味的氣體，其質(zhì)量較輕且屬于易燃易爆氣體。當(dāng)空氣當(dāng)中氫氣的濃度位于23%～96%之間時，一旦遭遇火源極易引發(fā)爆炸。另外，由于管理不善或儀器設(shè)備問題也極易導(dǎo)致氫氣在制取與使用過程中發(fā)生安全事故，對民眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，必須充分考慮氫氣制作與使用過程中的各種安全隱患，并做好其安全防范工作，盡可能做好防患于未然，以確保順利完成制氫工作，并實現(xiàn)氫氣的高效利用。

二、氣象探空水電解制氫存在的安全隱患

1.氫氣泄露時產(chǎn)生靜電火花。當(dāng)性質(zhì)不同的兩種物體相互接觸或發(fā)生摩擦?xí)r，由于兩種物體對電力的吸引力有所不同，導(dǎo)致電子在兩個物體之間相互轉(zhuǎn)移，其中一個物體由于失去電子而帶有正電，另外一個物體由于獲得電子而帶有負(fù)電。若靜電荷產(chǎn)生的速度大于其泄露速度或靜電荷未能及時泄放入大地則極易導(dǎo)致物體當(dāng)中積聚大量的靜電荷，進(jìn)而導(dǎo)致電位較高。而氫氣導(dǎo)電性能較差，其保持的電量較大，一旦發(fā)生這一現(xiàn)象將為氫氣的制作與使用埋下了巨大的安全隱患。

2.制氫設(shè)備存在著一定的質(zhì)量問題。當(dāng)前，按照操作方式的不同可以將水電解制氫設(shè)備分為常壓式、中壓式與高壓式三種類型。通常情況下，國內(nèi)生產(chǎn)裝置要求壓力位于0.65～2.85Mpa之間，要求操作溫度位于75～85℃之間，而且氧氣與氫氣的純度分別應(yīng)當(dāng)達(dá)到98.5%與96.6%，水電解制氫設(shè)備的使用年限往往在25-35年之間。就機械式水電解制氫設(shè)備而言，要求其壓力為1.73Mpa，與國際設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求依然存在著很大程度的差距。另外，受到設(shè)計及設(shè)備安裝等因素的影響，導(dǎo)致房間的間隔變小，其通風(fēng)與散熱條件也變差，未能與相關(guān)技術(shù)規(guī)定的房間隔離技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與要求相適應(yīng)，既不利于氫氣的高效生產(chǎn)，甚至還會威脅到從業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全。

3.物體表面溫度較高。氫氣的引燃溫度為560℃。一旦氫氣在泄露過程中遭遇溫度在560℃以上的物體或設(shè)備時將極易發(fā)生燃燒，甚至爆炸現(xiàn)象。盡管可預(yù)見內(nèi)的高溫設(shè)備管理均采取了防腐與保溫等處理，然而其他保溫層與閥門外露部位仍然存在著一定的殘缺。負(fù)責(zé)為制氫機供電的發(fā)電機動力、載車的發(fā)動機、排氣管等在停機之后在一定時間段內(nèi)的溫度較高，足以將氫氣點燃，最終引發(fā)安全事故。因此，載車運行還未完全冷卻之前應(yīng)當(dāng)與發(fā)電機動力部分保持安全的距離，同時還應(yīng)當(dāng)禁止啟動制氫機。

4.人身靜電。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，人在脫毛衣時產(chǎn)生的靜電壓會達(dá)到2800V，在脫混紡衣服時產(chǎn)生的靜電壓達(dá)到5000V。當(dāng)人穿著絕緣膠鞋位于環(huán)境濕度在70%RH以下的環(huán)境當(dāng)中，行走于塑料地板、大理石、樹脂磚等電阻較高的地板上時，將會產(chǎn)生5～15V的靜電壓。當(dāng)人從毛衣外面脫下尼龍衣服時產(chǎn)生的靜電高于10KV，當(dāng)人穿著尼龍羊毛混紡衣服由人造革面的椅子上站立起來時產(chǎn)生的靜電壓高達(dá)近萬伏。由此產(chǎn)生的靜電放電能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氫氣點燃所需的能量條件，進(jìn)而為氫氣的制作與使用帶來了極大的安全隱患。一旦氫氣發(fā)生爆炸還極易威脅到工作人員的生命財產(chǎn)安全。

三、有效防范措施

1.規(guī)范化啟動生產(chǎn)。在將水電解制氫設(shè)備啟動之前，應(yīng)當(dāng)定期巡視與檢查各種生產(chǎn)設(shè)備，查看其周圍是否存在有易燃易爆物品、電源是否出現(xiàn)漏電現(xiàn)象、水箱是否完好無損、線路有無出現(xiàn)破損、在作業(yè)點是否有與工作無關(guān)的人員停留等。當(dāng)設(shè)備啟動之后，還要檢查各指示燈是否正常顯示。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)所有儀器設(shè)備等均正常顯示之后，再對設(shè)備進(jìn)行增壓處理，而且還要適當(dāng)提高電壓（還要控制最高電壓在65V以下）。之后應(yīng)當(dāng)對設(shè)備工作壓力表與水溫表進(jìn)行仔細(xì)觀察，當(dāng)主機的工作壓力達(dá)到一定數(shù)值之后應(yīng)當(dāng)將增壓器關(guān)閉以確保壓力恒定不變。

2.強化安全知識宣傳，并做好工作人員的專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)。首先，相關(guān)氣象主管部門應(yīng)當(dāng)針對水電解制氫工作積極組織安全知識講座，并強化安全知識宣傳力度，向工作人員普及水電解制氫的技術(shù)規(guī)程，提高工作人員對制氫危險性的認(rèn)識。另外，還應(yīng)當(dāng)加大對設(shè)備操作人員的培訓(xùn)力度，既要開展專項專練，還應(yīng)當(dāng)適時進(jìn)行多元化培訓(xùn)，提高工作人員的專業(yè)知識與技能水平，使其能夠科學(xué)、有效地應(yīng)對各種突發(fā)狀況。而且還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行持證上崗制度，經(jīng)過培訓(xùn)的操作人員只有通過考試，并獲取相應(yīng)合格證書之后，才能參與到水電解制氫工作當(dāng)中，不僅能夠確保順利開展水電解制氫工作，還能保障工作人員的安全性。

3.采用標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)操作。負(fù)責(zé)制作氫氣的相關(guān)部門每月都必須定期做好各項設(shè)備的檢修與維護(hù)工作，并認(rèn)真在值班日志上記錄每次檢查的結(jié)果報告，以確保所有的檢修項目都記錄在案，為今后的查詢提供方便。另外，一旦發(fā)現(xiàn)磨損及老化儀器設(shè)備必須立即進(jìn)行更換。而且在水電解制氫作業(yè)開展過程中應(yīng)當(dāng)確保2人或以上工作人員同時進(jìn)行作業(yè)，以防止發(fā)生安全事故。除此之外，還要嚴(yán)格控制電解液的配制，切忌不能混用氫氧化鈉與氫氧化鉀，以避免電解槽電流與電壓發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)安全事故。參與水電解制氫的工作人員必須重視自己的穿著，盡可能穿純棉的衣服，不應(yīng)當(dāng)穿化纖類衣服。如果有條件還應(yīng)當(dāng)為工作人員配備防靜電服裝，以確保安全性。

4.對氫氣進(jìn)行合理存儲。合理存儲氫氣也是確保氫氣安全性的一項重要措施。在對氫氣進(jìn)行存儲時，應(yīng)當(dāng)先將儲氣閥門打開，待氫氣進(jìn)入到儲氣艙體之前應(yīng)當(dāng)仔細(xì)對艙體進(jìn)行檢查，查看艙體內(nèi)的氣體氣壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并檢查艙體內(nèi)是否存在裂痕或漏液現(xiàn)象。而且還應(yīng)當(dāng)打開氣體含量表，并對艙體內(nèi)氣體含量的變化狀況進(jìn)行實時監(jiān)測。經(jīng)過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)一切均正常后再將進(jìn)氣閥門打開，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。在此過程中必須嚴(yán)禁儲氣艙周圍出現(xiàn)易燃易爆物品，同時還要增強周圍的通風(fēng)與散熱條件，為儲氣艙的安全作業(yè)提供適宜的溫度與壓力條件。

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作者簡介：王春喜（1966-），男，漢族，河南省扶溝縣人，大專學(xué)歷，助理工程師，從事氣象觀測工作。