氢能作为一种绿色、高效、安全、可持续的二次能源,被视作21世纪最具发展潜力的清洁能源。
但是,由于氢气瓶使用不当造成很多的悲惨事故,如:
2014年1月15日,一辆载着用于充气球的氢气瓶的摩托车,由于氢气瓶爆炸造成路过的中学生一死一伤;
2015年12月18日,随着清华大学某实验楼一次爆炸声,多间实验室瞬间火烟四起,造成一起令人惨痛的教训,当场导致某博士遇难身亡。最终调查事故显示:因实验室所用氢气钢瓶意外爆炸、起火。爆炸后原有1米高钢瓶仅剩40cm高,而其使用的钢瓶壁厚10mm,可见当时爆炸威力巨大,每年有关氢气瓶爆炸的事故层出不穷,使得人们不得不警惕使用氢气瓶的安全性。
2021年湖南马田镇同样因为勿使用氢气储罐,爆炸造成1人死亡的悲惨事故。
此类由于氢气瓶爆炸导致的事故比比皆是,由于没有更好的高压制氢设备,想要使用高压氢气,最好的方式就是电解纯水产生的低压氢气,然后使用氢气专用压缩机加压到需求压力。而氢气专用压缩机费用太贵,造成各实验室原采用风险很高的高压氢气钢瓶以满足高压应用场景。
而为什么高压氢气会如此危险?我们在此做一简要说明:氢气作为易燃易爆物质,大多数氢气气瓶爆炸往往是因泄漏导致的化学爆炸居多数,或是因物理爆炸引发的更具威力的化学爆炸,氢气在空气中点燃可能发生爆炸,按理论计算,氢气爆炸极限是4.0%~75.6%(体积浓度),也就是说,若氢气在空气中的体积浓度在4.0%~75.6%之间时,遇火源就会爆炸,而当氢气浓度小于4.0%或大于75.6%时,即使遇到火源,可能会发生燃烧但是不会剧烈爆炸)。而氢气的点火能极低,仅需0.02mJ(化纤衣服摩擦产生的静电、烟花爆竹、未熄灭的烟蒂甚至汽车尾气等,其能量都可能超过这一数值)。只要满足最小点火能和爆炸极限这两个条件,氢气就有可能发生化学爆炸。
虽然对于氢气瓶以及其使用有如《TSG R0006-2014 气瓶安全技术监察规程》、《TSG RF001-2009 气瓶附件安全技术监察规程》、《GB 4962-85 氢气使用安全技术规程》等各种标准和规范要求,但是一些实验室或科研单位等往往很难满足场地和规范要求,而这些不合规的环境极易造成氢气的爆炸风险。因此,现在很多实验室和科研单位禁止将氢气瓶放置在工作场所。
为此,华弗科技通过对电解池以及相关部件进行特殊设计,并采用进口的质子交换膜电解纯水技术研发了Hy-Genie高压制氢系统,可以制取高纯、高压氢气以替代氢气钢瓶,相较氢气钢瓶,实现了实验室中高压、高纯氢气的随用随制,保证了实验室中氢气的安全使用。其具有以下几个特点:
w 高压稳定输出:输出压力0.1-10MPa可调,压力波动小于1%;
w 多参数安全监测:工作压力、温度、水位、氢气浓度等实时监测;
w 工艺简单:电解纯水制氢,无需任何催化剂;
w 产氢纯度高:采用多级除水系统,氢纯度可达99.999%;
w 高电解效率:采用进口质子交换膜,降低制氢成本;
w 多项安全报警功能:缺水报警、超温报警、氢泄漏报警、超压报警;
w 多参数数字显示:输出压力数字显示,多种单位可切换,产氢速率、工作压力实时数字显示。
华弗科技将Hy-Genie 1000(10MPa、1L/min)和传统的氢气钢瓶(40L,15MPa)的安全性(爆炸风险)对比如下,计算标准为理想气体状态方程PV=nRT,实验室面积100m2(层高3m,体积300m3,氢气爆炸下限为12m3):
类 别
| Hy-Genie 1000 | 高压钢瓶(40L) |
储氢量 / L
| 0.05-0.1(50-100mL) | 40 |
氢气状态
| 随制随有,关闭时无氢气 | 只要有压力,即一直存在 |
压 力 / MPa
| 压力0-10MPa可调整,关闭后压力为0
| 装满时15MPa |
占地面积
| <300*400*400mm(电脑主机大小) | >1000*400*2000mm(需用专用气瓶柜) |
运输、更换、操作 | 无需任何操作,仅加水即可
| 都存在泄漏风险 |
规范性及标准 | 无过多约束条件 | 需要满足各类法律规定和标准规范要求
|
达到爆炸下限(4%)所需时间 | 8.3 天(完全泄漏)
| 5-10min(完全泄漏) |
