特嗨氫安全團隊致力于氫安全方向的研究，發現一篇關于氫安全的優秀文獻，特此推薦參閱。我們也為大家解讀文獻中氫安全的關鍵內容，包括氫氣事故調查數據分析、泄漏和擴散、氫氣點火和爆炸等研究。

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統計近20年間發生的120起

氫安全事故分析結果

① 事故地點

實驗室占比最大為38.3%、其次為加氫站為10.6%和儲運設施9.0%。

② 事故設備

管道/配件/閥門占比最大為32.28%，氫氣儲存設備占比為15.51%，車輛和燃油系統占比為12.66%，這些部件易發生事故，在日常巡檢中須重點關注這三大部件。

③ 事故原因

管道/閥門/過濾器故障占比最大為35.7%，人為失誤占比為14.2%，設計缺陷占比為12.07%

④ 傷亡情況

事故致死率為5.32%，是天然氣的2倍。

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氫泄漏和擴散

① 泄漏流程

氫的泄漏和擴散是造成傷害的第一步。通常，微小的泄漏會迅速擴散而不會造成很大的危險，但大量的泄漏可能會產生噴射火焰和爆炸。此外，如果壓縮氫氣突然釋放到空氣中，在沒有明顯點火源的情況下也會自發點燃。下圖展示了從氫氣泄漏到發生危險的流程圖。

② 泄漏擴散的兩種“模式”

氫氣在受限空間內泄漏擴散的兩種“模式”分別為：

“填充”模式：在氫氣在泄漏出口的速度小于聲速時，在到達受限空間的頂部之前，會轉化為羽流，羽流首先在天花板頂部以高濃度聚集，然后再逐漸向下擴散，在天花板頂部和擴散表面之間形成較大的濃度梯度。

“逐漸上升”模式：與“填充”模式相比，從噴嘴泄漏的氫氣在接觸到天花板時不會變成羽流，在天花板下方積聚的氫氣-空氣混合物的濃度持續增加，雖然頂部和底部之間存在濃度梯度，但兩者之間的差距很小，所以當在空氣中超過4%下限時，可燃濃度區顯著增加。

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氫氣的點燃和爆炸

氫氣在空氣中僅需非常低的點火能量就能點燃，當氫氣以低點火能量點燃時，首先發生層流燃燒，之后，由于火焰不穩定性，各種壓力之間的相互作用等原因，火焰會經歷湍流燃燒，最終轉變為爆炸。由于具備極低的最小點火能量的特性，當高壓氫泄漏時很容易發生自爆。

① 最小點火能量(MIE)

氫氣-空氣混合物的最小點火能量(MIE)僅為0.018毫焦耳，而甲烷的MIE約為0.1毫焦耳。當氫氣被混合到富氧環境中(O?/(O?+N?))時，MIE可以低至0.0056毫焦耳。Ono等人使用電容火花放電方法分析了H2-空氣混合物濕度和火花持續時間對MIE的影響，研究結果為H2-空氣混合物濕度沒有顯著影響，當火花持續時間從5納秒變化到1毫秒時，MIE大約為常數。

② 氫氣自燃

氫氣泄漏后的自燃現象歸因于其具有極低的最小點火能量（MIE），根據英國金斯頓大學火災與爆炸研究中心對 676 起氫氣事故的統計，419 起火災和爆炸事故（占事故總數的 62%）的點火源不明確，自燃被認為是可能的原因。

高壓氫氣泄漏自燃的機制主要存在以下主要的假設理論：

1）逆焦耳 - 湯姆遜效應；

2）靜電點火；

3）擴散點火；

4）突然絕熱壓縮；

5）熱表面點火；

6）機械摩擦和沖擊；

③ 爆燃轉爆轟（DDT）過程的模擬

當使用低點火能量點燃氫氣-空氣混合物時，首先會生成層流火焰，在適當條件下，火焰持續加速并產生若干壓縮波，壓縮波的疊加進一步產生沖擊波，最終導致爆轟。爆轟過渡（DDT）發生迅速，通常在幾微秒到幾十微秒內就完成，DDT 的特點是爆燃的持續加速，隨后突然轉變為爆轟。

研究在光滑管中C2H2-O2混合物中爆轟過渡（DDT），弱點火后，首先形成層流火焰，燃燒的膨脹效應增加了背景流速；在邊界層的作用下，流速表現出橫向速度梯度，這導致火焰前沿拉伸并加速；火焰前沿逐漸增大，層流燃燒轉變為湍流燃燒；背景流場流速的增加和湍流燃燒產生正反饋效應，導致火焰速度迅速增加。

Gamezo 等人在有障礙物的通道中對火焰加速和 DDT 的發生進行了模擬，研究發現，當火焰與剪切層相互作用并流回障礙物后方時，火焰表面積顯著增加，且激波經過障礙物時反射會變得更強烈，導致碰撞后形成一個高溫區域。在 0.906毫秒時，由于激波與障礙物的碰撞，溫度超過820開爾文，一個熱點出現，該熱點持續存在并發展成火焰，最終與主火焰合并。

韓等人對薄管和厚管中的火焰加速和爆轟傳播進行了數值模擬，研究結果是，在薄管中，火焰持續加速直至爆轟發生，而在厚管中，火焰加速先增加后減少，最終轉變為爆轟傳播。

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研究總結

由于未來氫氣將在人們的日常生活中大規模應用，氫氣也將從危險化學品轉變為能源載體，研究自燃和爆炸問題變得非常重要。文章通過對氫安全事件進行分析得出，氫系統中管道/閥門/過濾器的故障是氫相關事故中最常見的原因。而氫氣的低最小點火能量和寬廣的可燃濃度范圍，使其有可能自發點燃，通過對五種氫氣自燃機制研究，發現任何由自燃引起的事故都是由兩種或兩種以上這些機制共同作用的結果。雖然目前我們對爆轟傳播的機制已有充分了解，但仍很難詳細預測。同時還要考慮人的安全，人們可能在日常生活中接觸到氫能設備，如加氫槍等，在此過程中可能會產生安全事故，因此還應加強風險監測。

特嗨氫安全團隊在多年涉氫場所安全管理與氫安全咨詢過程中積累了大量氫安全實踐經驗，我們期待與行業同仁開展深度合作，共同推動氫能產業安全發展。