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0 概述

氫能具有無污染、可持續(xù)、零排放、效率高的優(yōu)點(diǎn)，必然成為能源發(fā)展的重要方向，氫能源的發(fā)展國外起步比較早，尤其是日本，我國在 2010 年后才相繼出臺了一些政策支持氫能源汽車及加氫站的建設(shè)。加氫站的建設(shè)是發(fā)展氫能汽車不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，也是城鎮(zhèn)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)容。2019 年6月5日，全球規(guī)模最大、等級最高的氫燃料電池汽車加氫站在上海化工區(qū)正式落成。該加氫站的建設(shè)標(biāo)志著我國加氫站的建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期。 

1 加氫站工藝及設(shè)施

目前國內(nèi)外已建成的加氫站氣源主要有長管拖車運(yùn)輸提供高壓氣態(tài)氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送目前國內(nèi)外已建成的加氫站氣源主要有長管拖車運(yùn)輸提供高壓氣態(tài)氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送。

加氫站的主要工藝流程如圖1所示: 包含氣源、純化、壓縮、計(jì)量、混合、輸送、儲存和加注工藝。氣源通過上述三種方式取得，氫氣通過純化系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、計(jì)量混合、輸送儲存到儲罐或者氣瓶，最后進(jìn)行加注。 

加氫站主要設(shè)備有質(zhì)量、計(jì)量裝置，壓縮機(jī)，氫氣儲存設(shè)備，加氫機(jī)，氫氣管道及附件。

質(zhì)量、計(jì)量裝置用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)站氫氣符合國家標(biāo)準(zhǔn)和汽車燃料電池氫源標(biāo)準(zhǔn)的要求。氫氣壓縮機(jī)用來實(shí)現(xiàn)氫氣存儲及加注參數(shù)的要求。氫氣儲存設(shè)備用來儲存氫氣，宜選用專用固定式儲氫罐或氫氣儲氣瓶組。加氫機(jī)用來實(shí)現(xiàn)對汽車加注。

2  加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃分

爆炸性氣體環(huán)境根據(jù)爆炸性氣體/蒸氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間把危險(xiǎn)區(qū)域分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。根據(jù)氣體/蒸氣的最大試驗(yàn)安全間隙MESG 和最小點(diǎn)燃電流比MICＲ把爆炸性氣體的級別分為ⅡA、ⅡB、ⅡC。加氫站爆炸性氣體主要為氫氣，氫氣的主要特性如表1所示。 

氫氣極易擴(kuò)散，宜泄露，由于密度比空氣小，一旦發(fā)生泄露，會往上擴(kuò)散。加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃分主要依據(jù)GB 50058《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50516—2010《加氫站技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定進(jìn)行劃分。

2．1 加氫機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域劃分

加氫機(jī)內(nèi)氫氣管道接口的地方可能發(fā)生泄露，以此作為釋放源進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域劃分，考慮到加氫機(jī)內(nèi)部空間相對密閉，故將加氫機(jī)內(nèi)部劃分為1 區(qū)，氫氣較宜向上擴(kuò)散，故將加氫機(jī)外輪廓以4.5m為半徑的區(qū)域以及頂部以上4.5m 為頂面的圓臺形空間化為2區(qū)。如圖 2 所示。

2．2 儲氫裝置危險(xiǎn)區(qū)域劃分 

儲氫裝置內(nèi)部氫氣一直存在，接口部分氫氣泄露的可能性較大，故將裝置輪廓線以內(nèi)劃分為1區(qū)，管路接頭作為釋放源，以設(shè)備外輪廓線為界面，以4.5 m為半徑的地面區(qū)域劃分為 2 區(qū)，以放空管管口為釋放源，以半徑為4．5m的范圍為2區(qū)，管口向上7.5m 的空間區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖 3、圖 4 所示:

2．3 壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃分

壓縮機(jī)房內(nèi)部設(shè)備集中，管道較多，空間相對密封，內(nèi)部區(qū)域劃分為1區(qū)，以壓縮機(jī)房的門窗邊沿作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)4．5m半徑范圍劃分為2區(qū)，壓縮機(jī)房實(shí)體墻部分由于氫氣無法擴(kuò)散故外側(cè)為安全區(qū)。放空管部分以放空管管口為釋放源，以半徑為4.5m的范圍為2區(qū)，管口向上7.5m的空間區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖5所示: 

2．4 撬裝式氫氣壓縮機(jī)組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分

撬裝式氫氣壓縮機(jī)參照壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃分，空間內(nèi)部劃分為1區(qū)，以壓縮機(jī)機(jī)組外輪廓線作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)，4.5 m 半徑范圍劃分為2區(qū)，如圖6所示: 

3 加氫站防爆電力裝置設(shè)計(jì)

加氫站內(nèi)主要用電設(shè)備為壓縮機(jī)、加氫機(jī)、計(jì)量設(shè)備、安全檢測設(shè)備等。由于加氫站內(nèi)主要用電設(shè)備均安裝在爆炸危險(xiǎn)場所，供電系統(tǒng)須采用TN－S 型。考慮到加氫站與加油站、加氣站一樣均采用自動控制，數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)量系統(tǒng)需加裝不間斷電源。

3． 1 防爆電氣設(shè)備的選擇

加氫站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆設(shè)備不得低于Ⅱ C級別T1溫度組別。加氫機(jī)內(nèi)部、儲存裝置內(nèi)部、壓縮機(jī)內(nèi)部均為爆炸性氣體環(huán)境1區(qū)，其他區(qū)域?yàn)?2 區(qū)。設(shè)備的選擇可參照表2。

在加氫站防爆電氣設(shè)備選擇中，隔爆型是最常見的防爆型式，站內(nèi)使用的防爆接線箱、防爆接線盒、防爆配電箱均為隔爆型。需要特別說明的是隔爆型ⅡC 級設(shè)備在采購驗(yàn)收過程中要關(guān)注設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在氫氣環(huán)境中隔爆型設(shè)備不允許用平面結(jié)構(gòu)。

3． 2 防爆電氣設(shè)備的安裝

防爆電氣設(shè)備在正確的設(shè)計(jì)、選型后，正確的安裝是保障設(shè)備性能發(fā)揮的基礎(chǔ)。防爆電氣設(shè)備的安裝可依據(jù) GB /T 3836． 15—2017《爆炸性環(huán)境第 15 部分: 電氣裝置的設(shè)計(jì)、選型和安裝》進(jìn)行，需要特別注意以下幾點(diǎn):

(1) 加氫機(jī)不得安裝在室內(nèi)。

(2) 加氫島頂部防爆燈具的線路需采用電纜配線方式。

(3) 壓縮機(jī)房內(nèi)安裝的防爆燈具應(yīng)安裝在較低處，不得安裝在可燃?xì)怏w釋放源的正前方。

(4) 鎧裝電纜引入防爆設(shè)備時(shí)須采用帶鎧裝的電纜密封接頭。

(5) 防爆設(shè)備引入口結(jié)構(gòu)如設(shè)計(jì)為密封結(jié)構(gòu)，則須用設(shè)備自帶的密封裝置進(jìn)行安裝，如引入口處設(shè)計(jì)為防爆結(jié)構(gòu)，則可配接適用規(guī)格的引入裝置。

(6) 加氫站防爆設(shè)備引入口的安裝需符合圖8 所示要求。若電纜引入裝置符合 GB 3836． 2—2010 的要求，并且用特定電纜試樣進(jìn)行試驗(yàn)，在外殼內(nèi)多次點(diǎn)燃可燃性氣體，在外殼外部沒有出現(xiàn)點(diǎn)燃，則不必符合圖 7 要求。

3． 3 電氣線路設(shè)計(jì)

(1) 加氫站防爆設(shè)備用可選用熱塑護(hù)套電纜、熱固護(hù)套電纜、合成橡膠護(hù)套電纜或礦物絕緣金屬護(hù)套電纜，點(diǎn)燃的阻燃性能應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

(2) 1 區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)絡(luò)中的相線及中性線均應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)，并采取適當(dāng)開關(guān)同時(shí)斷開相線和中性線，對3～10KV電纜線路宜裝設(shè)零序電流保護(hù)，在1區(qū)保護(hù)裝置宜動作于跳閘。

(3) 加氫站電纜布線宜采用電纜直埋敷設(shè)，當(dāng)電纜穿越行車道等場所時(shí)，應(yīng)穿鋼管保護(hù)，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)的電纜應(yīng)做好隔離密封措施。尤其是壓縮機(jī)房與控制室之間的電纜需按照規(guī)范要求進(jìn)行隔離。 

(4) 當(dāng)采用電力電纜溝敷設(shè)電纜時(shí)，溝內(nèi)應(yīng)充沙填實(shí)。

(5) 電纜不得與油品管道、氫氣管道、天然氣管道、熱力管道敷設(shè)在同一地溝內(nèi)。

(6) 1 區(qū)內(nèi)電纜線路嚴(yán)禁有中間接頭。

4 小結(jié)

隨著氫能的發(fā)展，加氫站的建設(shè)必將迎來高峰期，氫氣作為爆炸危險(xiǎn)性最高的氣體，加氫站的防爆設(shè)計(jì)至關(guān)重要，應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

編輯：陳丹  校對：楊東川  審核：楊東川

來源：《電氣防爆》  中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司  劉哲，李冬 氫云鏈整理

注：文內(nèi)信息僅為提供分享交流渠道，不代表本公眾號觀點(diǎn)

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