摘要：源作為典型的清潔能源在社會(huì )中的應用越來(lái)越廣泛，但是由于氫元素本身化學(xué)性質(zhì)的原因，氫能源又有較高的爆炸和火災危險性，做好氫能源企業(yè)的消防安全工作可以保障社會(huì )發(fā)展需要，確保人民安全生產(chǎn)生活，本文從氫能源的火災危險性入手，通過(guò)事故樹(shù)分析法分析了火災風(fēng)險，最后提出了相應的對策和措施，對氫能源的生產(chǎn)和監管單位有一定的借鑒價(jià)值和參考意義。
關(guān)鍵詞：氫能源； 消防； 火災危險性
可再生能源具有環(huán)境危害小、資源分布廣、可重復循環(huán)使用等特點(diǎn)，已經(jīng)進(jìn)入到了千家萬(wàn)戶(hù)。其中，氫能是社會(huì )公認的清潔能源，是宇宙中含量最豐富的資源，具有熱量高、無(wú)污染、分布廣等特點(diǎn)，世界上多個(gè)國家已經(jīng)出臺了氫能的發(fā)展規劃，并且在氫能的生產(chǎn)制備上的研究取得了一定進(jìn)展。
在我國，目前氫能主要被運用在汽車(chē)、電池、航空航天等領(lǐng)域。氫能源是一種二次能源，通過(guò)一定的方法利用其他能源制取而來(lái)。由于氫能源和氧氣作用燃燒后的主要產(chǎn)物為水，因此，氫能源被譽(yù)為“21世紀最具發(fā)展潛力的清潔能源”。但是，我們必須認識到氫具有較強的化學(xué)活潑性，與空氣和火源接觸后極易發(fā)生爆照，而且爆炸能量高、預混時(shí)間短、災害損失大。因此，做好氫能源各環(huán)節的消防安全工作，預防火災的發(fā)生極為重要。
1 氫能源的火災危險性概述
1.1 氫元素本身的火災危險
氫是一種活潑元素，在常溫常壓下為氣態(tài)，具有可燃性，純凈的氫氣在空氣中燃燒會(huì )產(chǎn)生藍色火焰，燃點(diǎn)較低。同時(shí)，氫氣具有較強的爆炸性，氫氣在氧氣中的比例到達4.5%—45%時(shí)，或者氫氣在空氣中比例達到4%—74.2%時(shí)就能發(fā)生爆炸。正因氫氣具有高反應能量，將氫氣液化后常用作航天飛機的燃料。在《建筑設計防火規范》（GB50016—2018）中，無(wú)論是氫氣的生產(chǎn)廠(chǎng)房還是儲存庫房，均被劃分為甲類(lèi)火災危險性物質(zhì)。
1.2 生產(chǎn)環(huán)節的火災危險
氫元素雖然在自然界中含量巨大，但是應用到民用生產(chǎn)生活中的氫能源都是通過(guò)化學(xué)制取而來(lái)。我們常用的制取氫的方法有化石燃料制氫、水電解制氫、生物質(zhì)制氫和太陽(yáng)能制氫。其中，最為常見(jiàn)也是效果最好的制氫方法是化石燃料制氫。目前，全球氫產(chǎn)量大約每年在5000萬(wàn)噸左右，其中96%的商業(yè)用氫是由煤、石油、天然氣等不可再生的傳統能源制備而成的。而且，通過(guò)化石燃料制氫成本低廉、方法成熟。采用化石燃料制氫的主要方法有甲烷重整、天然氣熱解、煤氣化、重油部分氧化四種。
針對氫能源生產(chǎn)環(huán)節的火災危險性來(lái)說(shuō)，首先四種方法所使用的原材料均是可燃、易燃物質(zhì)，按照生產(chǎn)物質(zhì)的火災危險性劃分標準劃分，甲烷、天然氣和重油屬于甲類(lèi)火災危險物質(zhì)，煤屬于丙類(lèi)火災危險性物質(zhì)，這些物質(zhì)無(wú)論是生產(chǎn)還是儲存都具有一定的火災危險性。其次，在生產(chǎn)過(guò)程中，氫能源的制取需要經(jīng)過(guò)的流程較多，所使用的設施也比較復雜，在加工制備過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)由氣態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)的多種狀態(tài)轉化，一旦管道或容器日常維護保養不到位容易發(fā)生泄漏事故，加之工廠(chǎng)中的環(huán)境溫度較高，極易引發(fā)爆炸。最后，在回收過(guò)程中，氫能源的制取所使用的化學(xué)反應除了會(huì )產(chǎn)生氫氣外，還會(huì )產(chǎn)生一些附加產(chǎn)物，例如一氧化碳、二氧化碳等。這些產(chǎn)物往往是通過(guò)火炬點(diǎn)燃的方式銷(xiāo)毀，需要動(dòng)火作業(yè)，具有一定的火災風(fēng)險。
1.3 儲存環(huán)節的火災危險性
氫氣的儲存方式有四種，分別為壓縮儲存、液化儲存、金屬氧化物儲存和碳質(zhì)吸附儲存。其中，技術(shù)較為成熟、使用較為廣泛的儲存方式為壓縮儲存和液化儲存。壓縮儲存是將氫氣直接以氣態(tài)的形式壓縮進(jìn)入鋼瓶進(jìn)行儲存，這種儲存方式使得氫氣的壓力過(guò)于集中于鋼瓶的一點(diǎn)，超過(guò)剛的強度承受極限，最后形成小裂紋，又稱(chēng)氫脆。氫脆一旦形成會(huì )使得鋼瓶的儲存安全性能降低，更嚴重的會(huì )最終導致氫氣的泄漏，最后造成火災的發(fā)生。因此，通過(guò)壓縮儲存氫氣的方式雖然經(jīng)濟簡(jiǎn)單，但是火災危險性大。液化儲存的方式將氫氣在零下253度的臨界溫度下進(jìn)行液化儲存，此方法相較壓縮儲存來(lái)說(shuō)不會(huì )有過(guò)于集中的壓力，不會(huì )產(chǎn)生氫脆，但是液化儲存必須隨時(shí)都屬于低溫環(huán)境中，一旦周?chē)貙悠茐氖沟铆h(huán)境溫度升高，會(huì )導致儲存容器內部的液化氫快速氣化，瞬間產(chǎn)生強大的壓力，發(fā)生爆炸?？偠灾?，在氫能源的儲存環(huán)節中無(wú)論是通過(guò)壓縮儲存還是液化儲存都有極高的火災危險和爆炸的可能性，需要引起高度重視。
1.4 運輸環(huán)節的火災危險性
氫能源的運輸主要是通過(guò)將氫氣壓縮或者液化后通過(guò)槽罐車(chē)進(jìn)行運輸，其火災危險主要表現在兩方面。一方面是車(chē)輛上儲存氫的儲罐或相應的閥門(mén)設施是否保證完好有用，不會(huì )在道路行駛過(guò)程中發(fā)生泄漏。另一方面是道路交通安全方面，駕駛員在行駛過(guò)程中有沒(méi)有按照道路交通的相關(guān)規章規定和行駛規則駕駛車(chē)輛，氫能源在運輸環(huán)節的火災危險大多是次生風(fēng)險。往往是由交通事故造成的槽罐車(chē)內氫氣泄漏，最后引發(fā)火災。
2 基于事故樹(shù)分析法的火災危險性分析
事故樹(shù)分析法是系統安全工程中常用的分析法之一，是一種由事故樹(shù)演繹推理事故過(guò)程和原因的分析方法。通過(guò)定性和定量分析，可以找出事故發(fā)生的主要原因，為之后事故的預防提供參考。軌跡交叉理論中事故的發(fā)生是由兩種因素共同作用完成的，分別是人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)，當兩種因素在一個(gè)過(guò)程或環(huán)節中共同作用時(shí)，事故就會(huì )發(fā)生。
通過(guò)前文對氫能源各個(gè)環(huán)節的火災危險性概述，通過(guò)定性分析的方法可以繪出氫能源的事故樹(shù)圖。
在事故樹(shù)分析法中，當所有基本事件都不發(fā)生時(shí)，事故就不會(huì )發(fā)生，這些不發(fā)生的基本事件的集合叫做徑集，在事故樹(shù)中不包含其他徑集的徑集叫做最小徑集，如果去掉徑集中的任意一個(gè)基本事件，事故就不會(huì )發(fā)生，所以最小徑集是事故不發(fā)生的充分必要條件。依據事故樹(shù)分析法進(jìn)行火災預防時(shí)，只要集中控制住最小徑集的任意一個(gè)徑集，事故就不會(huì )發(fā)生。在氫能源的事故樹(shù)中，最小徑集共有四組，分別為（X1 X2 X3 X4）、（X5 X6 X7）、（X8 X9 X10）、（X11 X12）。通過(guò)事故樹(shù)分析法找到預防事故發(fā)生的主要因素，可以為之后更為準確的展開(kāi)火災預防工作打下基礎、提供思路。
3 氫能源的火災預防措施
3.1 堅決貫徹落實(shí)消防安全責任制
對于氫能源的生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，無(wú)論是消防安全責任人，還是消防安全管理人，還是企業(yè)的員工，都有義務(wù)和責任接受消防安全培訓，只有在“人”的層面主動(dòng)重視消防安全工作，堅決落實(shí)消防安全責任，企業(yè)的消防安全氛圍才可能形成，火災事故就不會(huì )發(fā)生。因此，氫能源企業(yè)的消防安全責任人應按照國務(wù)院頒布的《消防安全責任制實(shí)施辦法》中的相關(guān)規定，認真貫徹落實(shí)法律和規章制度要求的各項責任，組織制定企業(yè)的消防安全管理規定，統籌和計劃消防安全的經(jīng)費，從上層領(lǐng)導開(kāi)始重視消防安全工作。消防安全管理人應當主抓單位消防安全的落實(shí)工作，按照公安部61號令中的相關(guān)要求定期組織開(kāi)展防火檢查和防火巡查，確保廠(chǎng)區內的消防設施完整好用，定期開(kāi)展消防安全培訓教育和消防演練，使所有員工認識到火災的危險性和法律賦予自己的安全責任。
3.2 提升氫能源安全工程消防技術(shù)水平
氫能源在常溫常壓下是氣體狀態(tài)，屬于C類(lèi)火災，在超低溫狀態(tài)下成液體狀態(tài)，屬于B類(lèi)火災。在對B、C類(lèi)火災進(jìn)行撲救時(shí)只能選用氣體滅火劑進(jìn)行撲救。我國目前常用的氣體滅火劑有二氧化碳滅火劑和IG541滅火劑，這兩種滅火器都存在儲存容量小、滅火效率低等問(wèn)題。
可以預想到的是，伴隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，氫能源這種可再生能源會(huì )被廣泛運用到各個(gè)領(lǐng)域當中，一些儲存容量大的加氫站也會(huì )不斷建設，僅僅依靠現有的傳統滅火劑很難應對未來(lái)的新能源火災，一旦大規模的氫能源生產(chǎn)廠(chǎng)房發(fā)生火災，目前常用的氣體滅火裝置難免會(huì )出現“杯水車(chē)薪”的局面。同時(shí)，在火災探測方面也存在同樣的問(wèn)題。所以，相關(guān)的滅火劑生產(chǎn)廠(chǎng)家和消防科研機構應將研發(fā)的重點(diǎn)放在大規模的氫能源滅火劑和氣體火災探測器的研發(fā)上來(lái)。
3.3 加大氫能源安全相關(guān)法規、標準的制定
目前，我國無(wú)論是在法律法規、部門(mén)規章還是標準上，都缺乏對氫能源的相應規定。各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中都是處于各自為戰的狀態(tài)下，具有極大的安全隱患。相關(guān)部門(mén)應該積極推動(dòng)制定氫能源的國家標準或者是行業(yè)標準，從氫能源的廠(chǎng)房選址、制備規程、儲存、運輸和消防設施等環(huán)節規范企業(yè)的生產(chǎn)行為，消防部門(mén)應制定氫能源廠(chǎng)房和庫房的設計防火規范，規定其內部消防設施的設置、固定消防設施的選擇和布置、原材料的中間材料儲存數量、建筑防火防爆等內容。監管單位應制定氫能源企業(yè)日常安全檢查內容，建立企業(yè)的安全評估體系，通過(guò)定時(shí)的安全評估和檢查提升企業(yè)的安全生產(chǎn)水準。
作者簡(jiǎn)介：
劉松（1986-），男，天津寶坻人，天津消防救援總隊北辰支隊助理工程師，一級消防指揮員，研究方向：滅火救援與應急管理。
許文杰（1993-），男，山西太原人，山西省消防救援總隊太原支隊助理工程師，在讀碩士研究生，研究方向：應急管理。
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