氢气物料性质及事故

从四起氢气着火爆炸事故

谈化工装置氢气系统的安全防护与应急处理

一、四起氢气着火爆炸事故

1.中国石化广州分公司氢气管线爆裂着火事故

2007年2月12日8时45分，中国石化广州分公司炼油四部6.5万m3/h制氢装置脱碳工段的低压蒸发器（E1451A）出口至再沸器（E1401B）入口工艺管线的弯头突然发生爆裂，大量工艺气泄漏着火，装置紧急停车。10min后将火扑灭，事故中没有人员伤亡。事故主要原因是弯头设计选材错误，根据工况及操作条件，应该选耐碳酸冲刷腐蚀的不锈钢材质，而设计却选用了碳钢20。工艺气（主要成分为H2、CO2，及少量的H2O）中冷凝水与CO2形成碳酸，长时间冲刷碳钢材质弯头，加上碳酸对碳钢的腐蚀，使弯头壁厚减薄，最终不能承受内压而发生爆裂。 2.厦门翔鹭石化公司氢气贮罐泄漏着火事故

2005年10月23日21时13分许，位于厦门海沧区的翔鹭石化（厦门）有限公司发生氢气泄漏事故。厦门市消防支队接到报警后，立即调动8个中队100多人前往现场施救，厦门翔鹭石化氢气备用贮罐（容积103m3，压力107kg/cm2）泄漏着火，工厂操作员立即报告并紧急启动消防应急小组。

根据现场氢气泄漏起火的情况，火场指挥部迅速采取应急措施，对着火罐尤其是泄气着火的法兰处进行强化冷却，确保短时间内不发生意外，并进一步划定警戒线对现场进行严格的监护，疏散人员，采取以下措施：一是确保冷却不间断，保证冷却水供应；二是关闭有关工序；三是利用原设备上的排气设施向空气中排放氢气，并架设水枪进行水雾驱散稀释；四是禁止无关人员进入着火区；五是做好压力下降后充氮驱赶吹扫准备。

24日5时32分，罐体压力降到9kg/cm2，明火熄灭，充氮气置换，同时打开高点排气；6时20分，压力稳定在5.5kg/cm2,险情基本排除。同时继续用水雾稀释保护，并着手进行氢气取样检测，当氢气体积浓度下降到爆炸极限下限的50％（2.05%）以下时，险情即可消除。由翔鹭石化公司组织进行开罐检测。消防官兵在现场连续奋战了9小时。事故没有造成人员伤亡。 3.氯碱厂离子膜烧碱装置氢气着火事故

2005年10月17日，某氯碱厂新进离子膜烧碱装置副产氢气通过阻火器放空，在距放空管不足3米处，设备保温施工人员使用手电钻钉铁皮产生火花，将放空氢气引燃，造成1施工人员手背轻度烧伤，另一人眉毛烧焦。由于发现及时，处理措施得当，火灾被及时扑灭，未影响到生产装置正常生产和其他人员受伤等损失。及时打开接在氢气放空管的蒸汽阀门，向氢气放空管中通入蒸汽，并调集人员接通就近楼层的两路消防水带，一路水对氢气管进行降温，另一路喷向附近设备防止被烧坏；通过水和蒸汽的双重作用，15分钟后火被扑灭。

4.沈阳东进环保产业股份公司氢气瓶着火事故

2001年8月16日10时至11时20分，沈阳东进环保产业股份公司将280瓶满瓶氢气在汇流排（装置）平台卸完，并将400瓶空瓶运走。汇流排（装置）大组长张某与当班操作者在平台下拔草，代班长沈某在平台上进行操作；12时，操作者汪某吃完饭后到平台上进行作业，由于西侧汇流排（装置）接近充完，汪某与张某将东侧汇流排（装置）安上满瓶（将夹具有与瓶嘴固定）；安完满瓶后，张某站在平台中部观看，汪某将西侧汇流排（装置）切换到东侧汇流排（装置），并对东侧汇流排（装置）2０个满瓶从西向东（1号至20号）逐个打开瓶嘴，当打到13号时（时间大约在12时15分），突然“嘭”的一声响，氢气瓶嘴与夹具间起火，汪某喊着“着火了”，张某与沈某冲上前去用干粉灭火器进行扑救，迟某跑到后边东港和丙炔醇公司气库处，与当班工人将通往气库的6个阀门全部关闭；但由于火焰温度非常高，不能靠近，便打报警电话；仓储处30多名同志得知消息后奔赴现场进行抢救，将火扑灭。相消防队赶到后对氢气瓶进行了喷水降温措施。

二、氢气的主要理化性质

氢是主要的工业原料，也是重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。

氢气是化肥工业的重要原料。据估计，全球用于合成氨的氢气，约占氢气总量的一半左右。氢气大量用于燃料加工工业。如把煤加压加氢，能制造人造石油。石油的裂解脱硫，煤的地下气化等，也需要使用大量的氢气。氢气还用于油脂氢化（制造人造油脂、人造奶油等），和其他含有不饱和键物质的催化加氢、一氧化碳合成甲醇和合成盐酸等工业。 1.物理性质 分子式：H2

沸点：－252.77℃（20.38K） 密度：0.09kg/m3

相对分子质量：2.016

生产方法：电解，裂解，煤制气等

氢气是一种无色、无嗅、无毒并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下,1L氢气的质量是0.0899g，比空气轻得多）。氢气是世界上最轻的气体，只有空气的1/14。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101KPa压强下，温度-252.87℃时，氢气可变为无色的液体；-259.1℃时，变成雪状固体。常温下氢气的性质很稳定，不容易跟其他物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。

氢气虽然无毒，在生理学上为惰性气体，仅在高浓度时，由于空气中氧分压降低才引起窒息。与所有低温液体一样，直接接触液氢引起冻伤。液氢外溢并突然大面积蒸发还会造成环境缺氧。 2.燃烧和爆炸特性

氢气是易燃易爆气体，和氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险。氢气在空气里的燃烧，实际上是与空气里的氧气发生反应，生成水。这一反应过程中大量热放出，是相同条件下汽油的3倍。不纯的氢气点燃时会发生爆炸。当空气中所含氢气的体积占混合体积的4.0％～74.2％时，点燃都会产生爆炸。氢气的点火能量很小，只要0.019mJ。与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即爆炸。氢气比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇明火，火星会引起爆炸。氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。

其中，氢与氟的混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸，与氯的混合比为1：1时，在光照下也可爆炸。氢由于无色无味，燃烧时火焰是透明的，因此其存在不易被感观发现，在许多情况下向氢气中加入乙硫醇，以便感官察觉，并可同时赋予火焰以颜色。氢氧火焰的温度可高达2500℃～3000℃，就连熔点很高的石英（熔点在1715℃）也能在氢氧焰灼烧下熔融。 三、氢气系统的安全防护要求和措施 1.对氢气系统设施的安全防护要求 ⑴氢气瓶

氢气瓶的设计、制造和检验应符合《气瓶安全监察规程》的要求。多层建筑内使用气瓶，除生产特殊需要外，一般宜布置在顶层靠外墙处。使用气瓶，禁止敲击、碰撞；不得靠近热源；夏季应防止曝晒。必须使用专用的减压器，开启时，操作者应站在阀门的侧后方，动作要轻缓。阀门或减压器泄漏时，不得继续使用；阀门损坏时，严禁在瓶内有压力的情况下更换阀门。瓶内气体严禁用尽，应保留0.5kg/cm2以上的余压。因生产需要，必须在现场（室内）使用气瓶，其数量不得超过5瓶，并应符合下列要求：

①室内必须通风良好，保证空气中氢气最高含量不超过1％（v/v,下同）。建筑物顶部或外墙的上部设气窗（楼）或排气孔。排气孔应朝向安全地带，室内换气次数每小时不得低于3次，事故通风每小时换气次数不得少于7次。

②氢气瓶与盛有易燃、易爆、可燃物质及氧化性气体的容器和气瓶的间距不应小于8m。 ③与明火或普通电气设备的间距不应小于10m。

④与空调装置、空气压缩机和通风设备等吸风口的间距不应小于20m。 ⑤与其他可燃性气体贮存地点的间距不应小于20m。 ⑥设有固定气瓶的支架。 ⑵集装瓶

每单元总重不得超过2t。集装夹具、吊环的安全系数不得小于9。气瓶、管路、阀门和接头应予以固

定，不得松动位移，管路和阀门应有防止碰撞的防护装置。总管路应有2只阀门串联，每组气瓶应有分阀门。

⑶固定容积贮气罐

贮气罐应设有放空阀、安全阀和压力表。凡最高工作压力大于或等于1kg/cm2时，其设计、制造和检验应符合《压力容器安全监察规程》的要求。贮气罐的基础和支承必须牢固，且为非燃烧体。贮气罐的地面应高于相邻散发可燃气体、可燃蒸汽的甲、乙类生产单元的地面，否则应设高度不低于1m的实体围墙予以隔离。贮气罐平面布置的防火间距的有关规定执行。 ⑷管道

管道和附件应选用符合国家标准规格的产品，并应适合氢气工作压力、温度的要求。氢气管道应采用无缝金属管道，禁止使用铸铁管道。管道的连接一般应采用焊接或其他有效防止漏气的连接方式。管道应设有放空管、取样口和吹扫口，其位置应能满足管道内气体吹扫、置换的要求。当氢气作焊接、切割、燃料和保护气等使用时，每台（组）用氢设备的支管上应设有阻火器。 管道敷设应符合下列要求： ①氢气管道宜采用架空敷设，其支架应为非燃烧体。架空管道不应与电缆、导电线敷设在同一支架上。氢气管道与燃气管道、氧气管道平行敷设时，中间宜有不燃物料管道隔开，或间距不小于250mm。分层敷设时，氢气管道应为于上方。氢气管道与建筑物、构筑物或其他管线的最小间距可参照有关规定执行。

②室内管道不应敷设在地沟中或直接埋地，室外地沟敷设的管道，应有防止氢气泄漏、积聚或窜入其他沟道的措施。埋地敷设的管道埋深不宜小于0.7m。含湿氢气的管道应敷设在冰冻层以下。

③管道穿过墙壁或楼板处，应设套管。套管内的管段不应有焊缝，管道和套管之间应用不燃材料材料填塞。

④管道应避免穿过地沟、下水道及铁路汽车道路等，当必须穿过时应设套管。

⑤管道不得穿过生活间、办公室、配电室、仪表室、楼梯间和其他不使用氢气的房间。不宜穿过吊顶、技术（夹）层，当必须穿过吊顶或技术（夹）层时，应采取安全措施。

⑥室内外架空或埋地敷设的管道和汇流排及其连接的气瓶均应互相跨接和接地，跨接和接地措施按国家现行的有关规定执行。 ⑸放空管

氢气贮罐的放空阀、安全阀和管道系统均应设有放空管。放空管应采取金属材料，不准使用塑料管或橡皮管。放空管应设有阻火器，凡条件允许，可与灭火蒸汽或惰性气体管线连接，以防着火。室内放空管的出口，应高出屋顶2m以上。室外设备的放空管应高于附近有人操作的最高设备2m以上。放空管应采取静电接地，并在避雷保护范围之内。应有防止雨雪浸入和外来异物堵塞放空管的措施。 1. 氢气系统运行安全措施

⑴输入系统的氢气含氧量不得超过0.5％。

⑵氢气系统运行时，不准敲击，不准带压修理和紧固，不得超压，严禁负压。

⑶管道、阀门和水封装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻，严禁使用明火烘烤。

⑷设备、管道和阀门等连接点泄漏检查，可采用肥皂水或携带式可燃性气体防爆检测仪，禁止使用明火。 ⑸不准在室内排放氢气。吹洗置换，放空降压，必须通过放空管排放。

⑹当氢气发生大量泄漏或积聚时，应立即切断气源，进行通风，不得进行可能发生火花的一切操作。 ⑺新安装或大修后的氢气系统必须做耐压试验、清洗和气密试验，符合有关的检验要求，才能投入使用。 ⑻氢气系统吹洗置换，一般可采用氮气（或其他惰性气体）置换法或注入排气法。氮气置换法应符合下列要求：

① 氮气中含氧量不得超过3％。

② 置换必须彻底，防止死角末端残留余气。

③ 置换结束，系统内氧或氢的含量必须连续3次分析合格。

④ 氢气系统动火检修，必须保证系统内部和动火区域氢气的最高含量不超过0.4％。

⑤ 防止明火和其他激发能源。禁止使用电炉、电钻、火炉、喷灯等一切产生明火、高温的工具与热物体；

不得携带火种进入禁火区；选用铜质或铍铜合金工具； ⑥ 穿棉质工作服和防静电鞋。

⑼消防安全措施：供氢站应按国家标准《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的规定，在保护范围内设置消火栓，配备水带和水枪。并应根据需要配备“干粉”、“1211”和“二氧化碳”等轻便灭火器材或氮气、蒸汽灭火系统。

⑽输送氢气的管道法兰盘、阀门等连接处，应采用金属线跨接，以便静电的导出。接地铝板进行定期冲洗和清扫，保持洁净，经常检查连接点的完好情况，保证静电有效导出，有条件应更换铜板，接电采用焊接方式，确保静电导出效果。 ⑾操作处置注意事项：

① 必须配齐个体防护器具，如：正压式空气呼吸器、耐高温面罩、石棉手套和石棉布等；操作人员

会使用，存放位置合理，取用方便。

② 密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训持证上岗，严格遵守工艺流程和岗位操作法。

建议操作人员穿防静电工作服。

③ 远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。 ④ 防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、卤素接触。

⑤ 在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件

破损。现场配备消防器材及泄漏应急处理工具、装备。 ⑥ 进入罐、限制性空间或其他高浓度区作业，须有人监护。

⑿储存注意事项：储存于阴凉，通风的库房。远离火种、热源。库内温度不超过30℃，相对温度不宜超过80%。应与氧化剂，卤素分开存放，切忌混储。采用防爆型照明，通风设置。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理工具、装备。 ⒀运输注意事项：

① 采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。

② 钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木

垫卡捞，防止滚动。

③ 运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。转运车辆排气管尾端必须配备完好的火星熄

灭器，禁止使用易产生火花的机械设备和防护工具装卸。

④ 严禁与氧化剂、卤素等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热

源。

⑤ 公路运输时应按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。 二、应急处理处置方式 1.应急个体防护器具

⑴呼吸系统防护：一般不需要特别防护，高浓度接触时，应急处理人员应戴自给正压式空气呼吸器。 ⑵面部防护：耐高温面罩。

⑶身体防护：穿消防防护服和防静电工作服及防静电鞋。 ⑷手部防护：石棉手套和石棉布等。 2.泄漏应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。氢气着火应采取下列措施： ⑴切断气源；

⑵冷却、隔离，防止火灾扩大；

⑶保持氢气系统正压状态，以防回火；

⑷氢火焰不易察觉，救护人员防止外露皮肤烧伤。 2. 灭火方法

切断气源：若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。喷水冷却容器：若有可能，需将容器从火场移至空旷处。灭火剂：雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉。 3. 急救措施

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