加氫站防爆電氣安全設(shè)計(jì)探討

1、加氫站防爆電氣安全設(shè)計(jì)探討概述氫能具有無污染、可持續(xù)、零排放、效率高的優(yōu)點(diǎn)，必然成為能源發(fā) 展的重要方向，氫能源的發(fā)展國外起步比較早，尤其是日本，我國在2010 年后才相繼出臺了一些政策支持氫能源汽車及加氫站的建設(shè)。加氫站的建設(shè)是發(fā)展氫能汽車不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施， 也是城鎮(zhèn)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi) 容。2019年6月5日，全球規(guī)模最大、等級最高的氫燃料電池汽車加氫 站在上?；^(qū)正式落成。該加氫站的建設(shè)標(biāo)志著我國加氫站的建設(shè)進(jìn)入 快速發(fā)展期。1加氫站工藝及設(shè)施目前國內(nèi)外已建成的加氫站氣源主要有長管拖車運(yùn)輸提供高壓氣態(tài) 氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送目前國 內(nèi)外已建成的加氫

2、站氣源主要有長管拖車運(yùn)輸提供高壓氣態(tài)氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送。加氫站的主要工藝流程如圖1所示:包含氣源、純化、壓縮、計(jì)量、 混合、輸送、儲存和加注工藝。氣源通過上述三種方式取得，氫氣通過純 化系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、計(jì)量混合、輸送儲存到儲罐或者氣瓶，最后進(jìn)行加注。氣 源 她化軍統(tǒng) 一4壓編系蛇1仲鼠系統(tǒng)| ，加注一統(tǒng) *一慚存系統(tǒng) 一 輸送】芭 卜一 混伶工藝圖1加氫站工藝流程加氫站主要設(shè)備有質(zhì)量、計(jì)量裝置，壓縮機(jī)，氫氣儲存設(shè)備，加氫機(jī), 氫氣管道及附件。質(zhì)量、計(jì)量裝置用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)站氫氣符合國家標(biāo)準(zhǔn)和汽車燃料電池氫源 標(biāo)準(zhǔn)的要求。氫氣壓縮機(jī)用來實(shí)現(xiàn)氫氣存儲及加注參數(shù)的要

3、求。氫氣儲存 設(shè)備用來儲存氫氣，宜選用專用固定式儲氫罐或氫氣儲氣瓶組。加氫機(jī)用 來實(shí)現(xiàn)對汽車加注。2加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃分爆炸性氣體環(huán)境根據(jù)爆炸性氣體/蒸氣混合物出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間 把危險(xiǎn)區(qū)域分為0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。根據(jù)氣體/蒸氣的最大試驗(yàn)安全間隙 MESG和最小點(diǎn)燃電流比MIC R把爆炸性氣體的級別分為II A、H B、H C。 加氫站爆炸性氣體主要為氫氣，氫氣的主要特性如表1所示。盤I氫氣特性參數(shù)分子式4級別HC口TI密度0.0K9 K最小點(diǎn)火能0. 19 id熄火距離n 6n min著火溫度574 TKG ft5txM 10$ 附 < m/x)爆炸槌限（體積比）4,。% r77.<

4、;J%糙燒溫度2 4R3 K氫氣極易擴(kuò)散，宣泄露，由于密度比空氣小，一旦發(fā)生泄露，會往上擴(kuò)散。加氫站危險(xiǎn)區(qū)域劃分主要依據(jù) GB50058爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置 設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50516 2010加氫站技術(shù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定進(jìn)行劃分。2.1 加氫機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域劃分加氫機(jī)內(nèi)氫氣管道接口的地方可能發(fā)生泄露，以此作為釋放源進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域劃分，考慮到加氫機(jī)內(nèi)部空間相對密閉，故將加氫機(jī)內(nèi)部劃分為 1 區(qū)，氫氣較宜向上擴(kuò)散，故將加氫機(jī)外輪廓以 4.5m為半徑的區(qū)域以及頂 部以上4.5m為頂面的圓臺形空間化為2區(qū)。如圖2所示。圖2加氫機(jī)爆炸危隱區(qū)域劃分2.2 儲氫裝置危險(xiǎn)區(qū)域劃分儲氫裝置內(nèi)部氫氣一直存在，接口部分氫氣泄露的

5、可能性較大，故將裝置輪廓線以內(nèi)劃分為1區(qū)，管路接頭作為釋放源，以設(shè)備外輪廓線為界 面，以4.5m為半徑的地面區(qū)域劃分為2區(qū)，以放空管管口為釋放源，以 半徑為4.5m的范圍為2區(qū)，管口向上7.5m的空間區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖3、 圖4所示：燃?xì)夥鸥焦?4MXi / |受懼】04儲氫罐爆炸危臉區(qū)域劃分2.3 壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃分壓縮機(jī)房內(nèi)部設(shè)備集中，管道較多，空間相對密封，內(nèi)部區(qū)域劃分為1區(qū)，以壓縮機(jī)房的門窗邊沿作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)4.5m半徑范 圍劃分為2區(qū)，壓縮機(jī)房實(shí)體墻部分由于氫氣無法擴(kuò)散故外側(cè)為安全區(qū)。放空管部分以放空管管口為釋放源，以半徑為 4.5m的范圍為2區(qū)，管口 向上7.5m的空間

6、區(qū)域?yàn)?區(qū)。如圖5所示:發(fā)氣5圈機(jī)叫-增機(jī)由廣圖*用整機(jī)牌爆炸勝雄區(qū)域期分為口卜:淋機(jī)席O?iA ll42.4 撬裝式氫氣壓縮機(jī)組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分撬裝式氫氣壓縮機(jī)參照壓縮機(jī)房危險(xiǎn)區(qū)域劃分，空間內(nèi)部劃分為1區(qū)，以壓縮機(jī)機(jī)組外輪廓線作為氫氣擴(kuò)散的區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)，4.5m半徑范圍劃分為2區(qū)，如圖6所示：裝點(diǎn)式打算機(jī)組播裝式壓爆機(jī)組爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分3加氫站防爆電力裝置設(shè)計(jì)加氫站內(nèi)主要用電設(shè)備為壓縮機(jī)、加氫機(jī)、計(jì)量設(shè)備、安全檢測設(shè)備 等。由于加氫站內(nèi)主要用電設(shè)備均安裝在爆炸危險(xiǎn)場所，供電系統(tǒng)須采用 TN - S型?？紤]到加氫站與加油站、加氣站一樣均采用自動控制，數(shù)據(jù)傳 輸、計(jì)量系統(tǒng)需加裝不間斷電源。3.1

7、 防爆電氣設(shè)備的選擇加氫站爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)防爆設(shè)備不得低于R C級別T1溫度組別。加 氫機(jī)內(nèi)部、儲存裝置內(nèi)部、壓縮機(jī)內(nèi)部均為爆炸性氣體環(huán)境 1區(qū)，其他區(qū) 域?yàn)?區(qū)。設(shè)備的選擇可參照表2。«2劉直站爆蜂龜度區(qū)域防爆時(shí),母才宏程表FF 號區(qū)域省【W(wǎng)城電飛點(diǎn)得防堆罩式叨爆林忐1利機(jī)內(nèi)F 地國箕雪.內(nèi)部 父嚼札眄St 猿賃選典機(jī)內(nèi)扉醫(yī)L頁安全班】En ki淡型5MhM墳E htfl為M也的抬球型Ex /本明女生塑"卜繳】E、lhV.x mil瞬卑暨Eirl埴衣嘲Kmi-iE電外流不Li |n wIa it油祝不E* u充砂里向q2話的卜闈 Mi話年1區(qū)的斯寺總鈍»55l,A

8、雇+卜k 心Ll ilREi uL歪壓井光型Ll |U：本于安全典仙班JKx洗H型（血爆E、m為2區(qū)碾料的轉(zhuǎn)昧型Em J在加氫站防爆電氣設(shè)備選擇中，隔爆型是最常見的防爆型式，站內(nèi)使用的防爆接線箱、防爆接線盒、防爆配電箱均為隔爆型。需要特別說明的是隔爆型n C級設(shè)備在采購驗(yàn)收過程中要關(guān)注設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在氫氣環(huán)境中隔爆型設(shè)備不允許用平面結(jié)構(gòu)。3.2 防爆電氣設(shè)備的安裝防爆電氣設(shè)備在正確的設(shè)計(jì)、選型后，正確的安裝是保障設(shè)備性能發(fā) 揮的基礎(chǔ)。防爆電氣設(shè)備的安裝可依據(jù) GB/T3836.15 2017爆炸性環(huán) 境第15部分:電氣裝置的設(shè)計(jì)、選型和安裝進(jìn)行，需要特別注意以下幾 點(diǎn)': 八、(1)加氫

9、機(jī)不得安裝在室內(nèi)。(2)加氫島頂部防爆燈具的線路需采用電纜配線方式。(3)壓縮機(jī)房內(nèi)安裝的防爆燈具應(yīng)安裝在較低處，不得安裝在可燃?xì)怏w釋放源的正前方。(4)鎧裝電纜引入防爆設(shè)備時(shí)須采用帶鎧裝的電纜密封接頭。(5)防爆設(shè)備引入口結(jié)構(gòu)如設(shè)計(jì)為密封結(jié)構(gòu)，則須用設(shè)備自帶的密封裝 置進(jìn)行安裝，如引入口處設(shè)計(jì)為防爆結(jié)構(gòu)，則可配接適用規(guī)格的引入裝置。(6)加氫站防爆設(shè)備引入口的安裝需符合圖8所示要求。若電纜引入裝置符合GB3836.2 2010的要求，并且用特定電纜試樣進(jìn)行試驗(yàn)，在 外殼內(nèi)多次點(diǎn)燃可燃性氣體，在外殼外部沒有出現(xiàn)點(diǎn)燃，則不必符合圖7要求。7祐舞曲第電晚引入口支苴*使用含 壯的曲 cr T-¥B 1式 引入較3.3 電氣線路設(shè)計(jì)加氫站防爆設(shè)備用可選用熱塑護(hù)套電纜、熱固護(hù)套電纜、合成橡膠護(hù)套電纜或礦物絕緣金屬護(hù)套電纜，點(diǎn)燃的阻燃性能應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要 求。(2)1區(qū)內(nèi)單相網(wǎng)絡(luò)中的相線及中性線均應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)，并采取適當(dāng)開關(guān)同時(shí)斷開相線和中性線，對310KV電纜線路宜裝設(shè)零序電流保護(hù)， 在1區(qū)保護(hù)裝置宜動作于跳閘。(3)加氫站電纜布線宜采用電纜直埋敷設(shè)，當(dāng)電纜穿越行車道等場所 時(shí)，應(yīng)穿鋼管保護(hù)，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)敷設(shè)的電纜應(yīng)做好隔離密封措施。 尤其是壓縮機(jī)房與控制室之間的電纜需按照規(guī)范要求進(jìn)行隔離。