氣象探空水電解制氫中存在的安全隱患及有效防范

供巴塔　　德曲吉

摘要：隨著我國氣象探空水電解氫的逐漸普及，如何安全高效制氫成為首要的技術難題。本文簡述了水電解制氫的原理，然后重點研究分析了水電解制氫存在的安全隱患及其有效的防范措施，希望能夠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點的參考。

關鍵詞：氣象;水電解制氫;安全隱患;防范

引言

隨著社會科技的進步，氫氣的應用領域也越來越多，以往的化學制氫方法已經(jīng)逐步淘汰，現(xiàn)工業(yè)制氫大多數(shù)采用氣象探空水電解制氫的方法。由于該技術對環(huán)境無污染，所以近年來在各個領域加速推展。利用水電解制氫在氣象部門是十分常見的技術，相關原理也較為簡單，對于設備和技術要求也相對較低。利用濃度25.7%的電解質(zhì)與電極想成2個電解室，在接通電源之后，水發(fā)生物理反應，被分離成氧氣和氫氣。利用該技術產(chǎn)生的氫氣純度較高、無公害、綠色環(huán)保。對于設備和空間無特殊要求，適用于各種場合制取氫氣。

一、水電解制氫的原理

隨著水電解制氫在全國各個探空氣象站的廣泛應用，如何安全又高效的制氫成為氣象部門高空業(yè)務與安全生產(chǎn)過程中不容忽視的重要問題。水電解制氫的基本原理[1]試講直流電通入到充滿堿性溶液的電解槽中，使水分子在電極上通過電化學反應分解氧氣與氫氣。在電解液溫度與工作電壓正常的情況下，制氫機每小時會產(chǎn)生2立方米的氫氣。氫氣是無色無味的氣體，其質(zhì)量較輕并且屬于易燃易爆氣體。當空氣中氫氣的濃度位于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備問題也極易導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)成嚴重的威脅。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，盡可能做到防患于未然，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

2.1 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℃以上的物體或設備時將極易發(fā)生燃燒，甚至爆炸現(xiàn)象。盡管可預見內(nèi)的高溫設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，負責為制氫機供電和提供運行動力等的一系列內(nèi)部裝置在停機之后一定時間段內(nèi)的溫度較高，足以將氫氣點燃，最終引發(fā)安全事故。因此，在冷卻水還未完全發(fā)揮作用，制氫設備運行還未完全冷卻之前應當與其保持安全的距離，同時還應當禁止啟動制氫機。

2.2 制氫設備存在質(zhì)量問題

當前，按照操作方式的不同可以將水電解制氫設備分為常壓式、中壓式與高壓式三種類型，一般情況下，根據(jù)氣象制氫要求，國內(nèi)生產(chǎn)裝置要求壓力在0.9Mpa以下，而且氫氣的純度必須達到99.7%，水電解制氫設備的使用年限往往在25-35年之間。就機械式水電解制氫設備[2]而言，要求其壓力為1.73Mpa，與國際設備標準要求依然存在著很大程度的差距。另外，受到設計及設備安裝等因素的影響，導致房間的間隔變小，其通風與散熱條件也變差，未能與相關技術規(guī)定的房間隔離技術標準與要求相適應，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。

2.3 氫氣泄露產(chǎn)生靜電火花

當性質(zhì)不同的兩種物體相互接觸或發(fā)生摩擦時，由于兩種物體對電力的吸引力有所不同，導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了電子而帶有正電，另外一個物體由于獲得電子而帶有負電。如果靜電荷產(chǎn)生的速度大于其泄露的速度或者靜電荷未能及時泄放入大地，則極易造成物體當中聚集大量的靜電荷，進而導致點為較高。而氫氣導電性能較差，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買下巨大安全隱患。

2.4 人提自身攜帶靜電

根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，人在脫毛衣時產(chǎn)生的靜電壓會達到2800V，在脫混紡衣服時產(chǎn)生的靜電達到5000V。當人穿著絕緣膠鞋位于環(huán)境濕度在70%RH以下的環(huán)境當中，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。當人從毛衣外面脫下尼龍衣服時產(chǎn)生的靜電高于10KV，當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)生的靜電壓高達近萬伏。由此產(chǎn)生的靜電放電能量遠遠高于氫氣點燃所需的能量條件[3]，進而為氫氣的制作帶來了極大地安全隱患。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、有效的防范措施

3.1 規(guī)范化啟動生產(chǎn)

在將水電解制氫設備啟動之前，應當定期對各種生產(chǎn)設備進行巡視和檢查，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的人員停留等等。當設備啟動之后，還要檢查各指示燈是否正常顯示。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)所有儀器設備都能正常運行之后，再對設備進行增壓處理，并且還要適當提高電壓（最高電壓不能超過65V）。之后應當對設備工作壓力表與水溫表進行仔細觀察，當主機的工作壓力達到一定數(shù)值之后應當將增壓器關閉以確保壓力恒定不變。

3.2 采用標準化的生產(chǎn)操作

負責制作氫氣的相關部門每月都必須做好各項設備的檢修與維護工作[4]，并認真在值班日記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再案，為今后的查詢提供方便。此外，一旦發(fā)現(xiàn)磨損及老化儀器設備必須立即進行更換，且在水電解制氫作業(yè)開展過程中應當確保最少兩名工作人員同時進行作業(yè)，以防發(fā)生安全事故。另外，還要嚴格控制電解溶液的配制，切忌不能混用氫氧化鈉與氫氧化鉀，以免電解槽電流與電壓發(fā)生變化，進而引發(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，不應當穿化纖類衣服。若條件充足還應該為工作人員配備防靜電服裝，以確保安全。

3.3 對氫氣進行合理存儲

合理存儲氫氣也是確保氫氣安全性的一項重要措施，在對氫氣進行存儲時，應當先將儲氣閥門打開，待氫氣進入到儲氣艙體之前要仔細對艙體進行檢查，查看艙體內(nèi)的氣體氣壓是否符合標準要求，并檢查艙體內(nèi)是否存在裂痕或漏液現(xiàn)象。而且還應當打開氣體含量表，并對艙體內(nèi)氣體含量的變化狀況進行實時監(jiān)測。經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)一切正常后再將進氣閥門打開，并對相關數(shù)據(jù)進行記錄。在此過程中必須嚴禁儲氣艙周圍出現(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。

3.4 強化安全知識的宣傳，提高工作人員專業(yè)素質(zhì)

首先，相關氣象主管部門應當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規(guī)范，提高工作人員對制氫危險性的認識。其次，應當加大對設備操作人員的培訓力度，既要開展專項專練，還應當適時進行多元化培訓，提高工作人員的專業(yè)知識與技能水平，使其能夠科學、有效的應對各種突發(fā)狀況。最后，還應該嚴格執(zhí)行持證上崗制度，經(jīng)過培訓的操作人員只有通過考試，并獲取相應的合格證書之后，才能參與到水電解制氫的工作當中，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。

結(jié)語

氣象探空水電解制氫是目前較為常見的制氫方式，而氫氣在我國國民生產(chǎn)當中也占據(jù)著重要的地位。氫氣雖然性質(zhì)不穩(wěn)定，但是只要了解和掌握其特性，充分考慮相關因素，使人們樹立安全意識，建立起一套行之有效的方法制度，就能夠在安全的前提下，高效的實行氣象探空水電解制氫的生產(chǎn)。

參考文獻

[1]孫海燕. 氣象探空水電解制氫安全防范措施和注意要點[J]. 農(nóng)業(yè)與技術， 2018， 038（008）：228.

[2]王建輝. QDQ2-1型水電解制氫設備的安全與維護[J]. 新疆氣象， 2006， 29（1）：36.

[3]王振升， 王莉莉， 張琳葉， et al. 水電解制氫站工程設計中安全問題的探討[J]. 煤炭與化工， 2012， 35（3）：73-75.

[4]張偉， 巨秉中. 氣象水電解制氫設備的維護與維修[J]. 青海氣象， 2019， 000（001）：P.60-61.

作者簡介：供巴塔（1992-），男，藏族，四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣人，本科學歷，助理工程師，從事氣象綜合觀測業(yè)務工作。