張海龍

摘? 要：氫氣站作為核電廠配套設(shè)施，為電廠各系統(tǒng)和設(shè)備用戶提供正常運(yùn)行所需的氫氣。然而氫氣是一種易燃易爆的氣體，為避免氫氣爆炸事故的發(fā)生，某核電對(duì)氫氣站進(jìn)行了多次設(shè)計(jì)審查及安全排查。本文首先對(duì)排查發(fā)現(xiàn)的氫氣站防爆設(shè)計(jì)問題進(jìn)行梳理，接著對(duì)問題出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并分別明確了處理措施，最后進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可供后續(xù)機(jī)組氫氣站設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：核電廠? 氫氣站? 防爆? 設(shè)計(jì)? 問題

中圖分類號(hào)：TM623.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（a）-0094-03

Abstract： As a supporting facility for nuclear power plants， hydrogen stations provide hydrogen for the normal operation of power plant systems and equipment users. However， hydrogen is a kind of flammable and explosive gas， to avoid the occurrence of hydrogen explosion accidents， a nuclear power plant has carried out several design reviews and safety investigations on hydrogen stations. This article sorts out the explosion-proof design problems of the hydrogen station found in the investigations， then analyzes the reasons for the problems， and clarifies the treatment measures， and finally summarizes the experience， which can be used as a reference for design of the subsequent hydrogen stations.

Key Words： Nuclear power plant; Hydrogen station; Explosion-proof; Design; Problems

1? 概述

該核電廠氫氣站主要包括低壓氫氣站、氫氣升壓站和高壓氫氣站，均以子項(xiàng)形式布置在廠區(qū)。低壓氫氣站為雙堆布置，用于儲(chǔ)存低壓氫氣，并為氫氣升壓站和低壓氫氣用戶提供氫氣。氫氣升壓站為全廠共用，廠房布置在低壓氫氣站內(nèi)，通過氫氣升壓站設(shè)備制備高壓氫氣，并灌充到高壓氫氣瓶，送到高壓氫氣站。高壓氫氣站為單堆布置，為高壓氫氣用戶提供氫氣。然而氫氣易燃易爆，當(dāng)其擴(kuò)散到空氣中的體積濃度達(dá)到爆炸極限4.0%～75.6%[1]，如遇明火、撞擊火花、雷擊火花、靜電火花或電火花就會(huì)導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。國(guó)內(nèi)外多家核電廠都發(fā)生過較為嚴(yán)重的氫氣燃燒爆炸事故，因此，氫氣防爆設(shè)計(jì)非常重要，根據(jù)氫氣的危險(xiǎn)特性，必須做好氫氣站的防爆設(shè)計(jì)。該核電對(duì)氫氣站防爆設(shè)計(jì)問題高度重視，進(jìn)行了多次設(shè)計(jì)審查及安全排查，發(fā)現(xiàn)了一系列問題。

2? 氫氣防爆設(shè)計(jì)的主要措施

氫氣防爆設(shè)計(jì)是通過采取設(shè)計(jì)方面的措施使構(gòu)成氫氣爆炸的因素盡量不發(fā)生，降低構(gòu)成氫氣爆炸的必備條件同時(shí)發(fā)生的概率，從而達(dá)到防止氫氣爆炸的目的。氫氣防爆設(shè)計(jì)措施如下：

（1）針對(duì)明火，控制火源與氫氣潛在泄漏位置的距離[2]。

（2）針對(duì)撞擊火花，采用防撞擊火花設(shè)計(jì)。

（3）針對(duì)雷擊火花，采用建筑物防雷設(shè)計(jì)。

（4）針對(duì)靜電火花，采用設(shè)備接地設(shè)計(jì)。

（5）針對(duì)電火花，采用防爆設(shè)備。

（6）針對(duì)氫氣泄漏，采用密封防泄漏設(shè)計(jì)。

（7）針對(duì)泄漏區(qū)域通風(fēng)不良，采用機(jī)械通風(fēng)措施，保證空氣中氫氣最高含量不超過1%（體積）。

（8）建筑物頂內(nèi)平面應(yīng)平整，防止氫氣在頂部凹處集聚。在氫氣可能集聚處或濃度增加處，應(yīng)設(shè)置固定式氫氣檢測(cè)報(bào)警儀。

3? 氫氣站防爆設(shè)計(jì)的主要問題

氫氣站防爆設(shè)計(jì)問題主要體現(xiàn)為廠房設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)的不完善，具體問題如下。

3.1 廠房設(shè)計(jì)不完善的問題

（1）觸摸式人體靜電消除器設(shè)置的問題。近年來由于人體靜電造成的爆炸事故比較常見，HG/T 20675-1990中有利用接地金屬體消除靜電的規(guī)定。觸摸式人體靜電消除器作為專用的接地金屬體，能改善人體靜電的管理水平，抑制事故頻發(fā)的趨勢(shì)。該核電廠低壓氫氣站和高壓氫氣站在施工圖中均缺少觸摸式人體靜電消除器的設(shè)置[3]。

（2）低壓氫氣站氣瓶拖車間氫氣濃度監(jiān)測(cè)的問題。

低壓氫氣站氣瓶拖車間上方存在通風(fēng)死角，存在氫氣集聚的可能性，然而設(shè)計(jì)方在施工圖中僅給出了布置位置要求，但未對(duì)氫氣探頭布置的詳細(xì)安裝方式進(jìn)行明確，導(dǎo)致施工單位不能按照設(shè)計(jì)的意圖完成探頭安裝，氫氣探頭未安裝在氫氣可能集聚處或氫氣濃度可能增加處，違反國(guó)標(biāo)GB4962-2008[4]中“氫氣使用區(qū)域應(yīng)通風(fēng)良好，保證空氣中氫氣最高含量不超過1%（體積）。建筑物頂內(nèi)平面應(yīng)平整，防止氫氣在頂部凹處集聚。在氫氣可能集聚處或氫氣濃度可能增加處，宜設(shè)置固定式氫氣檢測(cè)報(bào)警儀”的規(guī)定。

（3）密封防泄漏的問題。

低壓氫氣站值班室和壓縮機(jī)間隔墻上有若干貫穿孔，用于電纜、儀表接線的穿墻布置，在電纜、儀表接線施工完成后，仍存留有貫穿孔，未進(jìn)行封堵，違反GB4962-2008中相關(guān)規(guī)定，如果氫氣擴(kuò)散至值班室，與非防爆電氣設(shè)備產(chǎn)生的火花等接觸就可能發(fā)生爆炸。

（4）氣瓶間天窗防曬的問題。

高壓氫氣站上方采用透明玻璃鋼采光板，夏天太陽(yáng)易直曬氣瓶，違反國(guó)標(biāo)GB4962-2008中“儲(chǔ)存和使用氫氣瓶的場(chǎng)所應(yīng)通風(fēng)良好，不得靠近火源、熱源及在太陽(yáng)下暴曬”的規(guī)定。

3.2 設(shè)備設(shè)計(jì)不完善的問題

（1）高壓氫氣站內(nèi)氫氣設(shè)備與管道法蘭之間未設(shè)置跨接線的問題。

高壓氫氣站內(nèi)氫氣設(shè)備與管道法蘭之間未設(shè)置跨接線，跨接電阻為0.1Ω，不符合國(guó)標(biāo)GB50177-2005[5]中“氫氣站、供氫站內(nèi)的管道法蘭、閥門等連接處，應(yīng)采用金屬線跨接”和GB4962-2008中“氫氣設(shè)備與管道上法蘭間的跨接電阻應(yīng)小于0.03 Ω”的要求。

（2）高壓氫氣瓶?jī)?chǔ)存的問題。

氫氣升壓站設(shè)備會(huì)將制備好的氫氣灌充到高壓氫氣瓶中，并在氫氣升壓站房間進(jìn)行臨時(shí)儲(chǔ)存，然而設(shè)計(jì)方并未為高壓氫氣瓶考慮儲(chǔ)存支架，存在較大的安全隱患[6]。

（3）高壓氫氣瓶運(yùn)輸?shù)膯栴}。

氫氣升壓站到高壓氫氣站都有一定距離，而且單個(gè)氣瓶較重（約121kg），而設(shè)計(jì)方最初設(shè)計(jì)時(shí)未考慮運(yùn)輸方案和運(yùn)輸工具，無法滿足高壓氫氣瓶頻繁人工運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

4? 原因分析

一期工程氫氣站防爆設(shè)計(jì)出現(xiàn)上述問題，經(jīng)分析，主要原因有如下幾點(diǎn)。

（1）設(shè)計(jì)人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范理解不夠準(zhǔn)確和透徹，對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)關(guān)注不夠。比如觸摸式人體靜電消除器的設(shè)置、氫氣設(shè)備與管道法蘭之間跨接線的設(shè)置、氣瓶?jī)?chǔ)存場(chǎng)所屋面材料的選擇等。

（2）設(shè)計(jì)遺漏。如觸摸式人體靜電消除器的設(shè)置、貫穿孔有效處理措施和高壓氫氣瓶?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求等，在設(shè)計(jì)初始階段并未明確。

（3）設(shè)計(jì)意圖未得到充分理解。比如設(shè)計(jì)方在設(shè)計(jì)中設(shè)置了氫氣探頭，但由于施工圖未明確安裝位置和安裝方式，導(dǎo)致了氫氣探頭實(shí)際安裝位置不滿足要求。

5? 處理措施

對(duì)于上述氫氣站防爆設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題，具體處理措施如下。

（1）對(duì)于觸摸式人體靜電消除器設(shè)置的問題，設(shè)計(jì)上為低壓氫氣站和高壓氫氣站在大門外增設(shè)了觸摸式人體靜電消除器，便于作業(yè)人員工作前完成靜電釋放，避免因人員帶電作業(yè)而導(dǎo)致氫氣爆炸事故的發(fā)生。

（2）對(duì)于低壓氫氣站氣瓶拖車間氫氣濃度監(jiān)測(cè)的問題，增加了在房梁上安裝支架方式的設(shè)計(jì)要求，以滿足氫氣泄漏監(jiān)測(cè)的要求。

（3）對(duì)于密封防泄漏的問題，經(jīng)確認(rèn)，上述貫穿孔屬于多余的，設(shè)計(jì)方未對(duì)其用途和處理措施進(jìn)行明確。為此，設(shè)計(jì)上明確了采用細(xì)石混凝土對(duì)此洞進(jìn)行封堵，以避免氫氣泄漏到易爆環(huán)境中，從根源上杜絕爆炸的隱患。

（4）對(duì)于氣瓶間天窗防曬的問題，設(shè)計(jì)改進(jìn)建議在采光板表面粘貼深色防曬貼膜（如灰色、藍(lán)色），以避免因暴曬而導(dǎo)致氫氣爆炸事故的發(fā)生。

（5）對(duì)于高壓氫氣站內(nèi)氫氣設(shè)備 與管道法蘭之間未設(shè)置跨接線的問題，要求對(duì)該法蘭兩端采用不小于BVR-6mm2的金屬接地線按國(guó)標(biāo)要求跨接，以滿足“氫氣設(shè)備與管道上法蘭間的跨接電阻應(yīng)小于0.03 Ω”的要求。

（6）對(duì)于高壓氫氣瓶?jī)?chǔ)存的問題，經(jīng)協(xié)調(diào)增加了相應(yīng)設(shè)計(jì)，并增加了防爆設(shè)計(jì)方面的要求。針對(duì)高壓氫氣瓶的特殊屬性，對(duì)氣瓶固定支架采取了多項(xiàng)防爆設(shè)計(jì)措施，可以很好地保證高壓氫氣瓶?jī)?chǔ)存的安全性，具體要求包括“在固定架上與氣瓶接觸的位置全部貼有絕緣橡膠;氣瓶固定架外表面全部進(jìn)行噴塑處理;在氣瓶底部鋪設(shè)導(dǎo)電橡膠;所有氣瓶固定架的鎖緊鏈外部全部包裹熱塑管;對(duì)于氣瓶固定支架也預(yù)留了接至廠房接地網(wǎng)的接地線”。

（7）對(duì)于高壓氫氣瓶運(yùn)輸?shù)膯栴}，最終確定短距離采用氣瓶手推車和長(zhǎng)距離采用防爆電瓶搬運(yùn)車的運(yùn)輸方案。為保證氣瓶手推車運(yùn)輸?shù)陌踩裕鞔_氣瓶推車采用四輪結(jié)構(gòu)，具有鎖緊裝置和防靜電措施，以避免手推車傾翻或產(chǎn)生靜電火花。對(duì)于防爆電瓶搬運(yùn)車，為避免氣瓶從地面搬運(yùn)至電瓶車車廂時(shí)發(fā)生滑動(dòng)或傾倒，明確“設(shè)置升降式尾板，尾板載荷1 t;車廂設(shè)置氣瓶防震措施和固定裝置;通過防爆安全認(rèn)證，并滿足GB 4962-2008等規(guī)范中對(duì)氫氣瓶運(yùn)輸?shù)南鄳?yīng)要求”。如此，可從設(shè)計(jì)上保證高壓氫氣瓶在氫氣站間運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

6? 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于氫氣相關(guān)高風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是涉及安全性的設(shè)計(jì)要給予高度重視。設(shè)計(jì)管理人員可組織安全專項(xiàng)審查，確保設(shè)計(jì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全規(guī)定;工程管理人員對(duì)施工方要加強(qiáng)監(jiān)管，確?？⒐さ南到y(tǒng)、設(shè)備和子項(xiàng)滿足設(shè)計(jì)要求，最終確保整個(gè)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。希望本文能為后續(xù)項(xiàng)目氫氣站的設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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