前言
中華人民共和國國家標準
氫氣站設計規(guī)范
Design code for hydrogen station
GB 50177-2005
主編部門:中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部
批準部門:中華人民共和國建設部
放行日期:2005年10月1日
中華人民共和國建設部公告
第330號
建設部關于發(fā)布國家標準《氫氣站設計規(guī)范》的公告
現(xiàn)批準《氫氣站設計規(guī)范》為國家標準,編號為GB 50177-2005,自2005年10月1日起實施。其中,第1.0.3、3.0.2、3.0.3、3.0.4、4.0.3(1)、4.0.8、4.0.10、4.0.11、4.0.13、4.0.15、6.0.2、6.0.3、6.0.5、6.0.10、7.0.3、7.0.6、7.0.10、8. 0.2、8.0.3、8.0.5、8.0.6、8.0.7(4)、9.0.2、9.0.4、9. 0.5、9.0.6、9.0.7、11.0.1、11.0.5、11.0.7、12. 0.9、12.0.10(2)(5)、12. 0.12(4)(5)、12.0.13為強制性條文,必須嚴格執(zhí)行。原《氫氧站設計規(guī)范》GB 50177-93及其強制性條文同時廢止。
本標準由建設部標準定額研究所組織中國計劃出版社出版發(fā)行。
中華人民共和國建設部
二00五年四月十五日
前言
本規(guī)范是根據(jù)建設部建標[2002]85號文的要求,具體由中國電子工程設計院會同有關單位共同對《氫氧站設計規(guī)范》GB 50177-93修訂編制而成。
在修訂編制過程中,修訂組結合我國氫氣站、供氫站設計、建造和運行的實際情況,進行了大量的調(diào)查研究,并廣泛向全國有關單位或個人征求意見,最后由我部會同有關部門審查定稿。
本規(guī)范共12章和5個附錄。其主要內(nèi)容有:總則、術語、總平面布置、工藝系統(tǒng)、設備選擇、工藝布置、建筑結構、電氣及儀表控制、防雷及接地、給水排水及消防、采暖通風、氫氣管道等。
本規(guī)范中以黑體字標志的條文為強制性條文,必須嚴格執(zhí)行。本規(guī)范由建設部負責管理和對強制性條文的解釋,中國電子工程設計院《氫氣站設計規(guī)范》管理組負責具體技術內(nèi)容的解釋。在執(zhí)行過程中,請各單位結合工程實踐,認真總結經(jīng)驗,如發(fā)現(xiàn)需要修改或補充之處,請將意見和建議寄至中國電子工程設計院《氫氣站設計規(guī)范》管理組(地址:北京市海淀區(qū)萬壽路27號,郵編:100840,傳真:010-68217842,E-mail:ceedi@ceedi.com.cn),以供今后修訂時參考。
本規(guī)范主編單位、參編單位和主要起草人:
主編單位:中國電子工程設計院
參編單位:西南化工研究設計院 武漢鋼鐵設計研究總院 西南電力設計院
主要起草人:陳霖新 章光護 姚震生 郜豫川 李承蓉 袁柏燕 孟培勤 吳炳成 牛光宏 孫美君
1總則
1.0.1 為在氫氣站、供氫站的設計中正確貫徹國家基本建設的方針政策,確保安全生產(chǎn),節(jié)約能源,保護環(huán)境,滿足生產(chǎn)要求,做到技術先進,經(jīng)濟合理,制定本規(guī)范。
1.0.2 本規(guī)范適用于新建、改建、擴建的氫氣站、供氫站及廠區(qū)和車間的氫氣管道設計。
1.0.3 氫氣站、供氫站的生產(chǎn)火災危險性類別,應為“甲”類。
氫氣站、供氫站內(nèi)有爆炸危險房間或區(qū)域的爆炸危險等級應劃分為1區(qū)或2區(qū),并應符合本規(guī)范附錄A的規(guī)定。
1.0.4 氫氣站、供氫站和氫氣管道的設計,除執(zhí)行本規(guī)范外,尚應符合國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定。
條文說明
1.0.1 本條是本規(guī)范的宗旨。鑒于氫氣是可燃氣體,且著火、爆炸范圍寬,下限低,氫氣站的安全生產(chǎn)十分重要。各種制氫方法均需消耗一定數(shù)量的能量,有的制氫方法需消耗比較多的一次能源或二次能源,如水電解制氫需消耗較多的電能,因此,應十分注意降低能量消耗,節(jié)約能源。氫氣目前主要廣泛應用于冶金、電子、化工、電力、輕工、玻璃等行業(yè),用作保護氣體、還原氣體、原料氣體等,由于在生產(chǎn)過程中的作用不同,對氫氣的質(zhì)量要求也各不相同,應充分滿足生產(chǎn)對氫氣質(zhì)量的要求。氫能被譽為21世紀的“清潔能源”,隨著科學技術的發(fā)展,氫能的應用將會逐步得到推廣。因此,氫氣站、供氫站設計,必須認真貫徹各項方針政策,切實采取防火、防爆安全技術措施;認真分析比較,采用先進、合理的氫氣生產(chǎn)流程和設備;認真執(zhí)行本規(guī)范的各項規(guī)定,使設計做到安全可靠,節(jié)約能源,保護環(huán)境,滿足生產(chǎn)要求,達到技術先進,經(jīng)濟上合理。
1 近年來,國內(nèi)工業(yè)氫氣制取方法主要有:水電解制氫、含氫氣體為原料的變壓吸附法提純氫氣、甲醇蒸氣轉化制氫以及各種副產(chǎn)氫氣的回收利用等。各種制氫方法因工作原理、工藝流程、單體設備的不同,各具特色和不同的優(yōu)勢,各地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)應根據(jù)自身的實際情況和具體條件,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后合理選擇氫氣制取方法。如上海××鋼鐵公司,在一期工程時,采用水電解制氫方法,裝設2臺氫氣產(chǎn)量為200Nm³/h的水電解制氫裝置,由于生產(chǎn)發(fā)展的需要,氫氣需求量大幅度增加,該公司在擴建工程中采用于利用公司內(nèi)焦化廠的副產(chǎn)焦爐煤氣(含氫氣50%~60%)為原料氣的變壓吸附提純氫氣系統(tǒng),氫氣產(chǎn)量為2000Nm³/h、氫氣純度大于99.99%。變壓吸附提純氫氣技不及裝置已在我國石化、冶金、電子等行業(yè)推廣應用,取得了良好的能源效益、經(jīng)濟效益。甲醇蒸氣轉化制氫也在國內(nèi)外得到積極應用,據(jù)了解國內(nèi)有多家制造單位已商品化生產(chǎn),僅北京、天津就有多套500Nm³/h左右的甲醇蒸氣轉化制氫系統(tǒng)正在運行中。
各種制氫方法以不同的規(guī)模在各行業(yè)設計、建造、運行,積累了豐富的經(jīng)驗,制氫以及氫氣純化、壓縮、灌裝技術日臻完善。據(jù)了解,國內(nèi)設計、制造、運行中的產(chǎn)氫量15萬Nm³/h的變壓吸附提純氫氣系統(tǒng)、產(chǎn)氫量350Nm³/h的水電解制氫系統(tǒng)等正在良好地運轉中。實踐證明,采用各種制氫方法的氫氣站在我國已有成熟的設計、建造和運營經(jīng)驗,為此本規(guī)范應該適應這種實際情況和需求,從只適用于水電解制氫的氫氧站擴大為適用于各種制氫方法的氫氣站,并按此要求將各章、節(jié)和條文作相應的修改和補充。
2 本條所指的供氫站是不含氫氣發(fā)生設備,以氫氣鋼瓶或氫氣長管鋼瓶拖車或管道輸送供應氫氣的建筑物、構筑物的統(tǒng)稱。本條所指的氫氣,應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)氫》、《純氫、高純氫和超純氫》中規(guī)定的各項技術指標及要求。據(jù)調(diào)查,目前國內(nèi)電子、冶金、石化、電力、機械、輕工等行業(yè)使用的氫氣,除了工廠自建氫氣站外,瓶裝或鄰近工廠用管道輸送供應的氫氣,均符合現(xiàn)行國家標準的規(guī)定。國家標準的主要技術指標如表1。
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供氫站根據(jù)氫氣來源、規(guī)模、技術參數(shù)的不同,可包括:氫氣匯流排間、實瓶間、空瓶間、氫氣純化間、氫氣加壓間等。
1.0.3 本條規(guī)定的依據(jù)為:
1 氫氣的主要特性。
(1)主要特征數(shù)據(jù):
比重:20℃時(空氣=1)為0.06953;
燃燒溫度;在空氣中為574℃,在氧氣中為560℃;
燃燒界限:在空氣中為4%~75%(體積),在氧氣中為4.5%~94%(體積);
爆轟界限:在空氣中為18.3%~59%(體積),在氧氣中為15%~90%(體積);
不燃范圍:空氣-氫-二氧化碳中O2<8%,空氣—氫—氧中O2<5%;
最大點火能量(大氣壓力):在空氣中為0.000019J,在氧氣中為0.000007J;
最高燃燒溫度(氫氣與空氣的體積比為0.462)為2129℃。
(2)氫氣無色無嗅,人們不能憑感覺發(fā)現(xiàn)。
(3)氫氣比空氣輕,呈上升趨勢。
(4)當氫氣與空氣或氧氣混合時,形成一種混合比范圍很寬的易燃易爆混合物。
(5)點燃爆炸混合物所需能量低,僅為汽油—空氣混合物點火能的1/10。一個看不見的小火花就能引燃。
(6)氫氣易擴散,約比空氣擴散快3.8倍。
(7)氫氣易泄漏,由于分子量小和粘度低,氫氣的泄漏約為空氣的2倍。
2 按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定,氫氣站、供氫站屬于甲類生產(chǎn)。
3 按照《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》中的有關條款規(guī)定,確定氫氣站、供氫站內(nèi)有爆炸危險區(qū)域為1區(qū)或2區(qū)的主要依據(jù)是:
(1)有爆炸危險的制氫間、氫氣純化間、氫氣壓縮機間等的空間都不大,設備布置間距最大僅4m,因此本規(guī)范規(guī)定,建筑物內(nèi)部的爆炸危險區(qū)域范圍,一般以房間為單位。
(2)規(guī)范規(guī)定,“1區(qū):在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的環(huán)境;”并在注中明確:“正常運行是指正常的開車、運轉、停車,易燃物質(zhì)產(chǎn)品的裝卸,密閉容器蓋的開閉,安全閥、排放閥以及所有工廠設備都在其設計參數(shù)范圍內(nèi)工作的狀態(tài)。”氫氣站內(nèi)有爆炸危險的房間內(nèi)的生產(chǎn)設備在開車、停車時,均有可能出現(xiàn)爆炸性混合氣體環(huán)境。
(3)對“第一級釋放源”的規(guī)定是:“預計正常運行時周期或偶爾釋放的釋放源……在正常運行時會釋放易燃物質(zhì)的泵、壓縮機和閥門等的密封處……”鑒于目前閥門等附件的密封性能難以保證易于泄漏的氫氣不外泄,所以,氫氣站有爆炸危險房間內(nèi),在正常運行時,存在著周期或偶爾釋放的釋放源,即屬于第一級釋放源。
(4)根據(jù)規(guī)定,釋放源級別和通風方式與爆炸危險區(qū)域劃分和范圍之間的關系是:在自然通風和一般機械通風的情況下,第一級釋放源可劃為1區(qū);當通風良好時,應降低爆炸危險區(qū)域等級;局部機械通風,在降低爆炸性氣體混合物濃度方面比自然通風和一般機械通風更為有效時,可采用局部機械通風使等級降低。根據(jù)對各種類型氫氣站的調(diào)查了解,有爆炸危險房間內(nèi)均設置自然通風和一般的機械通風,未設局部通風。因此,在氫氣站的制氫間、氫氣純化間、氫氣壓縮機間、氫氣灌裝間等房間內(nèi)爆炸危險物質(zhì)的釋放屬于第一級釋放源,其爆炸危險區(qū)域的劃分應定為1區(qū)。
(5)按照《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》中的有關條款的規(guī)定和對現(xiàn)有氫氣站的調(diào)查了解,本次規(guī)范修訂中,將有爆炸危險為l區(qū)的各類房間的相鄰區(qū)域、空間和氫氣排氣口周圍空間等規(guī)定為2區(qū)有爆炸危險場所。氫氣站室外制氫設備、氫氣罐的周圍空間和氫氣放空管周圍空間規(guī)定為2區(qū)有爆炸危險場所。
(6)本規(guī)范附錄A是根據(jù)前面的敘述和現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》中的有關規(guī)定,對氫氣站爆炸危險區(qū)域的等級范圍劃分作了規(guī)定,并附圖說明。
1.0.4 與本規(guī)范有關的標準、規(guī)范主要有:《建筑設計防火規(guī)范》、《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》、《電力工程電纜設計規(guī)范》、《建筑物防雷設計規(guī)范》、《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》、《10kV及以下變電所設計規(guī)范》、《低壓配電設計規(guī)范》、《工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范》、《氧氣站設計規(guī)范》、《氫氣使用安全技術規(guī)程》、《壓縮空氣站設計規(guī)范》、《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》等。
2術語
2.0.1 氫氣站 hydrogen station
采用相關的工藝(如水電解,天然氣轉化氣、甲醇轉化氣、焦爐煤氣、水煤氣等為原料氣的變壓吸附等)制取氫氣所需的工藝設施、灌充設施、壓縮和儲存設施、輔助設施及其建筑物、構筑物或場所的統(tǒng)稱。
2.0.2 供氫站 hydrogen supply station
不含氫氣發(fā)生設備,以瓶裝或/和管道供應氫氣的建筑物、構筑物、氫氣罐或場所的統(tǒng)稱。
2.0.3 氫氣罐 hydrogen gas receiver
用于儲存氫氣的定壓變?nèi)莘e(濕式儲氣柜)及變壓定容積的容器的統(tǒng)稱。
2.0.4 明火地點 Open flame site
室內(nèi)外有外露的火焰或赤熱表面的固定地點。
2.0.5 散發(fā)火花地點 sparking site
有飛火的煙囪或室外的砂輪、電焊、氣焊(割)等固定地點。
2.0.6 氫氣灌裝站 filling hydrogen gas station
設有灌充氫氣用氫氣壓縮、灌充設施及其必要的輔助設施的建筑物、構筑物或場所的統(tǒng)稱。
2.0.7 水電解制氫裝置 the installation of hydrogen gas produced by electro1ysising water
以水為原料,由水電解槽、氫(氧)氣液分離器、氫(氧)氣冷卻器、氫(氧)氣洗滌器等設備組合的統(tǒng)稱。
2.0.8 水電解制氫系統(tǒng) the system of hydrogen gas produced by electrolysising water
以水電解工藝制取氫氣,由水電解制氫裝置及氫氣加壓、儲存、純化、灌充等操作單元組成的工藝系統(tǒng)的統(tǒng)稱。
2.0.9 變壓吸附提純氫裝置 the installation of hydrogen purification by pressure swing adsorption
以各類含氫氣體為原料,經(jīng)多個吸附塔,采用變壓吸附法,從原料氣中提取氫氣的工藝設備組合的統(tǒng)稱。
2.0.10 變壓吸附提純氫系統(tǒng) hydrogen purification system by pressure swing adsorption
以變壓吸附法從各類含氫氣體中提純制取氫氣,由變壓吸附裝置及氫氣加壓、儲存、純化、灌充等操作單元組成的工藝系統(tǒng)的統(tǒng)稱。
2.0.11 甲醇蒸氣轉化制氫裝置 the installation of hydrogen gas produced by the methanol transforming
以甲醇和水為原料,采用催化轉化工藝,在一定溫度下將甲醇裂解轉化制取氫氣的生產(chǎn)設備組合的統(tǒng)稱。
2.0.12 低壓氫氣壓縮機 the low pressure compressor for the hydrogen gas
輸出壓力小于1.6MPa的氫氣壓縮機。
2.0.13 中壓氫氣壓縮機 the middle pressure compressor for the hydrogen gas
輸出壓力大于或等于1.6MPa,小于10.0MPa的氫氣壓縮機。
2.0.14 高壓氫氣壓縮機 the high pressure compressor for the hydrogen gas
輸出壓力大于或等于10.0MPa的氫氣壓縮機。
2.0.15 鋼瓶集裝格 the bundle of hydrogen gas cylinders
由專用框架固定,采用集氣管將多只氣體鋼瓶接口并連組合的氣體鋼瓶組單元。
2.0.16 氫氣匯流排間 the hydrogen gas manifolds room
設有采用氫氣鋼瓶供應氫氣用的匯流排組等設施的房間。
2.0.17 氫氣灌裝間 the hydrogen gas filling room
設有供灌充氫氣鋼瓶用的氫氣灌充臺或鋼瓶集裝格等設施的房間。
2.0.18 實瓶 solid cylinder
存有氣體灌充壓力氣體的氣瓶,一般水容積為40L、設計壓力為12.0~20.0MPa的氣體鋼瓶。
2.0.19 空瓶 empty cylinder
無內(nèi)壓或留有殘余壓力的氣體鋼瓶。
2.0.20 濕氫 wet hydrogen
在所處溫度、壓力下,水含量達飽和或過飽和狀態(tài)的氫氣。
2.0.21 倒氣用氫氣壓縮機 the hydrogen gas compressor for turning system over
在制氫或供氫系統(tǒng)中,氫氣增壓、儲存或灌充用的氫氣壓縮機。
3總平面布置
3.0.1 氫氣站、供氫站、氫氣罐的布置,應按下列要求經(jīng)綜合比較確定:
1 宜布置在工廠常年最小頻率風向的下風側,并應遠離有明火或散發(fā)火花的地點;
2 宜布置為獨立建筑物、構筑物;
3 不得布置在人員密集地段和主要交通要道鄰近處;
4 氫氣站、供氫站、氫氣罐區(qū),宜設置不燃燒體的實體圍墻,其高度不應小于2.5m;
5 宜留有擴建的余地。
3.0.2 氫氣站、供氫站、氫氣罐與建筑物、構筑物的防火間距,不應小于表3.0.2的規(guī)定。
3.0.3 氫氣站、供氫站、氫氣罐與鐵路、道路的防火間距,不應小于表3.0.3的規(guī)定。
3.0.4 氫氣罐或罐區(qū)之間的防火間距,應符合下列規(guī)定:
1 濕式氫氣罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐(罐徑較大者,下同)的半徑;
2 臥式氫氣罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐直徑的2/3;立式罐之間、球形罐之間的防火間距,不應小于相鄰較大罐的直徑;
3 臥式、立式、球形氫氣罐與濕式氫氣罐之間的防火間距,應按其中較大者確定;
4 一組臥式或立式或球形氫氣罐的總容積,不應超過30000m³。組與組的防火間距,臥式氫氣罐不應小于相鄰較大罐長度的一半;立式、球形罐不應小于相鄰較大罐的直徑,并不應小于10m。
3.0.5 氫氣站需與其他車間呈L形、П形或Ш形毗連布置時,應符合下列規(guī)定:
1 站房面積不得超過1000㎡;
2 毗連的墻應為無門、窗、洞的防火墻;
3 不得同熱處理、鍛壓、焊接等有明火作業(yè)的車間相連;
4 宜布置在廠房的端部,與之相連的建筑物耐火等級不應低于二級。
3.0.6 供氫站內(nèi)氫氣實瓶數(shù)不超過60瓶或占地面積不超過500㎡時,可與耐火等級不低于二級的用氫車間或其他非明火作業(yè)的丁、戊類車間毗連,其毗連的墻應為無門、窗、洞的防爆防護墻,并宜布置在靠廠房的外墻或端部。
3.0.7 氫氣站內(nèi)的氫氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間,宜布置在廠房的邊緣部分。
條文說明
3.0.1 本條規(guī)定是在工廠總平面布置時,確定氫氣站、供氫站、氫氣罐及其附屬構筑物等的位置的基本原則。確定這些原則的目的,是為了確保安全生產(chǎn),保障國家財產(chǎn)和人身安全。
1 根據(jù)現(xiàn)行國家標準《工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范》規(guī)定:“煤氣站和天然氣配氣站宜布置在主要用戶的常年最小風向頻率的下風側,并應遠離有明火或散發(fā)火花的地點”,“乙炔站應位于明火或散發(fā)火花地點常年最小風向頻率的下風側”。
氫氣與煤氣、天然氣、乙炔均屬可燃氣體。為確保工廠的生產(chǎn)安全,所以作本條規(guī)定。
2 按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定:“有爆炸危險的甲、乙類廠房宜獨立設置”。
對運行中的各類制氫方法的氫氣站的調(diào)查了解,基本上為獨立建筑;另對電力部門作為發(fā)電機氫冷用氫,裝設的水電解槽的小型氫氧站的調(diào)查,也都采用獨立建筑,因此,本條的規(guī)定是必要的,也是基本符合實際情況的。
3 《工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范》中規(guī)定:“易燃、易爆、危險品生產(chǎn)設施,應布置在企業(yè)的偏僻地帶”。
《火力發(fā)電廠總圖布置及交通運輸設計規(guī)定》中規(guī)定:“生產(chǎn)過程中有爆炸危險的建筑物、構筑物……一般布置在廠區(qū)的邊緣地段”。
氫氣站、供氫站、氫氣罐可能發(fā)生燃燒和爆炸,為了盡量減少事故的發(fā)生以及避免發(fā)生爆炸等事故造成較大的人身傷亡及經(jīng)濟損失,因此規(guī)定不宜布置在人員密集地段和主要交通要道鄰近處。
4 氫氣站屬于有爆炸和火災危險的場所,是企業(yè)的重要能源供應站之一。有的單位若中斷供氫將會造成較大的經(jīng)濟損失或工廠停產(chǎn)。因此,應作為工廠的重要安全保衛(wèi)場所。據(jù)調(diào)查,設有圍墻者占有較大比例,有的單位在建設過程中未設圍墻,投產(chǎn)運行后,為防止事故的發(fā)生,確保安全生產(chǎn),后增設了圍墻。為此,制定本條規(guī)定。
3.0.2~3.0.4 為明確氫氣站、供氫站、氫氣罐與建筑物、構筑物的防火間距,將現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》中的有關規(guī)定具體化。
表3.0.2的注2規(guī)定:固定容積的氫氣罐,總容積按其水容量(m³)和工作壓力(絕對壓力)的乘積計算。氫氣罐總容積計算時,工作壓力的單位為(kg/c㎡),如某氫氣罐的水容量為4m³、工作壓力為1.5MPa(絕對壓力),則氫氣罐總容積≈4x15≈60m³ 。
3.0.5 在氫氣站設計中,有時受占地面積和具體用地條件的限制,使氫氣站的站區(qū)布置較為困難;有時為了氫氣供應方便,與用氫車間毗連布置。為此,在遵守現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的前提下,且符合本條各款的規(guī)定時,允許氫氣站與其他車間呈L形、П形、Ш形毗連布置。
1 按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定,甲類生產(chǎn)類別、單層廠房、二級耐火等級時,防火分區(qū)的最大允許占地面積為3000㎡??紤]到氫氣的爆炸著火范圍寬,點火能低,爆炸威力大,為了保證氫氣生產(chǎn)的安全和一旦發(fā)生事故后減少損失,本條規(guī)定毗連的氫氣站站房面積不應超過1000㎡,為防火分區(qū)最大允許占地面積的1/3。
2 氫氣生產(chǎn)過程中,有氫氣泄漏的可能,為確保安全生產(chǎn),氫氣站不得同明火或散發(fā)火花的生產(chǎn)車間、場所布置在同一建筑物內(nèi),如:熱處理車間、焊接車間、鍛壓車間、汽車庫、鍋爐房等。與氫氣站毗連的其他車間的建筑耐火等級,應與氫氣站一致,不應低于二級。
3 據(jù)對國內(nèi)已經(jīng)建成投產(chǎn)的氫氣站的調(diào)查,一些單位為了減少占地面積,方便運行和管理,降低基本建設投資,在符合現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定的前提下,經(jīng)有關部門的審查批準,將氫氣站與冷凍站、壓縮空氣站、氮氧站等動力站或其他車間以L形、П形、Ш形毗連布置。
3.0.6 制定本條的依據(jù)是:
1 按現(xiàn)行國家標準《氫氣使用安全技術規(guī)程》中規(guī)定:當氫氣實瓶數(shù)量不超過60瓶時,可與耐火等級不低于二級的用氫廠房毗連;
2 美國防火標準NFPA51中規(guī)定:在建筑物內(nèi)儲存的燃氣氣瓶,除正在使用或連接后準備使用者外,乙炔及非液化氣體的儲存量不應超過2500立方英尺(約70m³);
3 根據(jù)對一些用氫量較小的用氫單位的調(diào)查,許多單位在用氫車間設有氫氣匯流排和儲存少量氫氣鋼瓶,其布置方式是設在廠房端部或靠外墻或與用氫車間毗連的專用房間內(nèi)。
當使用氫氣的工廠采用鄰近工廠管道輸送氫氣供應時,是按供應氫氣和使用氫氣的技術參數(shù),在供氫站內(nèi)設置必要的增壓、儲存、純化裝置。若供氫站的占地面積不超過500㎡時,為了方便管理,減少占地面積,可與耐火等級不低于二級的用氫車間或其他非明火作業(yè)的丁、戊類車間毗連。
由于此類供氫站內(nèi)設備布置較緊湊,廠房不高,一般通風條件較制氫間差,為從嚴控制,本條規(guī)定毗連布置的站房面積不得超過500㎡,比本規(guī)范第3.0.5條減少1/2。據(jù)調(diào)查,國內(nèi)此類供氫站運行中采取如下做法:南京某廠使用鄰近的某化肥廠用管道輸送的氫氣,在廠內(nèi)的用氫車間內(nèi)設有穩(wěn)壓裝置和氫氣壓縮機;自貢某廠從鄰近氯堿廠用管道輸送氫氣,在廠內(nèi)用氫車間設有增壓、凈化裝置的供氫站;北京某廠從鄰近工廠用管道輸送的氫氣,在廠內(nèi)設有氫氣純化裝置等的供氫站。這些供氫站的占地面積均未超過500㎡ 。
4工藝系統(tǒng)
4.0.1 氫氣站制氫系統(tǒng)的類型應按下列因素確定:
1 氫氣站的規(guī)模;
2 當?shù)貧湓礌顩r,制氫用原料及電力的供應狀況;
3 用戶對氫氣純度及其雜質(zhì)含量、壓力的要求;
4 用戶使用氫氣的特性,如負荷變化情況、連續(xù)性要求等;
5 制氫系統(tǒng)的技術經(jīng)濟參數(shù)、特性。
4.0.2 水電解制氫系統(tǒng)應設有下列裝置:
1 設置壓力調(diào)節(jié)裝置,以維持水電解槽出口氫氣與氧氣之間一定的壓力差值,宜小于0.5kPa;
2 每套水電解制氫裝置的氫出氣管與氫氣總管之間、氧出氣管與氧氣總管之間,應設放空管、切斷閥和取樣分析閥;
3 設有原料水制備裝置,包括原料水箱、原料水泵等。原料水泵出口壓力應與制氫系統(tǒng)工作壓力相適應。
4 設有堿液配制、回收裝置。水電解槽入口應設堿液過濾器。
4.0.3 水電解制氫系統(tǒng)制取的氧氣,可根據(jù)需要進行回收或直接排入大氣,并應符合下列規(guī)定:
1 當回收電解氧氣時,必須設置氧中氫自動分析儀和手工分析裝置,并設有氧中氫超濃度報警裝置;
2 電解氧氣回收或直接排入大氣時,均應采取措施保持氧氣與氫氣壓力的平衡。
4.0.4 變壓吸附提純氫系統(tǒng)的設置,應根據(jù)下列因素確定:
1 擬用的原料氣的壓力、組成和雜質(zhì)含量;
2 產(chǎn)品氫氣的壓力、純度和雜質(zhì)含量;
3 氫氣使用的連續(xù)性、負荷變化狀況;
4 技術經(jīng)濟參數(shù)。
4.0.5 變壓吸附提純氫系統(tǒng),應設有下列裝置:
1 原料氣的預處理設施(視原料氣中的雜質(zhì)含量確定);
2 吸附器組及程序控制閥;
3 氫氣的精制(視用戶對氫氣純度及雜質(zhì)含量等要求確定);
4 氫氣和解吸氣的緩沖設施;
5 解吸氣回收利用設施;
6 根據(jù)需要設置原料氣、產(chǎn)品氫氣、解吸氣的增壓設施。
4.0.6 甲醇轉化制氫系統(tǒng),應設有下列裝置:
1 原料甲醇及脫鹽水的儲存、輸送裝置;
2 甲醇轉化反應器及其輔助裝置,如加熱爐或加熱器、熱回收設備等;
3 變壓吸附提純氫裝置。
4.0.7 氫氣壓縮機前應設氫氣緩沖罐。數(shù)臺氫氣壓縮機可并聯(lián)從同一氫氣管道吸氣,但應采取措施確保吸氣側氫氣為正壓。
輸送氫氣用壓縮機后應設氫氣罐,并應在氫氣壓縮機的進氣管與排氣管之間設旁通管。
4.0.8 氫氣壓縮機安全保護裝置的設置,應符合下列規(guī)定:
1 壓縮機出口與第1個切斷閥之間應設安全閥;
2 壓縮機進、出口應設高低壓報警和超限停機裝置;
3 潤滑油系統(tǒng)應設油壓過低或油溫過高的報警裝置;
4 壓縮機的冷卻水系統(tǒng)應設溫度或壓力報警和停機裝置;
5 壓縮機進、出口管路應設有置換吹掃口。
4.0.9 氫氣站、供氫站一般采用氣態(tài)儲存氫氣,主要有高、中、低壓氫氣罐,金屬氫化物儲氫裝置等,通常應符合下列要求:
1 儲氫量應滿足制氫或供氫系統(tǒng)的供氫能力與用戶用氫壓力、流量均衡連續(xù)的要求;
2 采用金屬氫化物儲氫裝置時,應設有氫氣純化裝置、換熱裝置及相應的控制閥門等;
3 供氫站采用高壓氫氣罐儲存時,應設有倒氣用氫氣壓縮機。
4.0.10 氫氣站、供氫站的氫氣罐安全設施設置,應符合下列規(guī)定:
1 應設有安全泄壓裝置,如安全閥等;
2 氫氣罐頂部最高點,應設氫氣放空管;
3 應設壓力測量儀表;
4 應設氮氣吹掃置換接口。
4.0.11 各類制氫系統(tǒng)中,設備及其管道內(nèi)的冷凝水,均應經(jīng)各自的專用疏水裝置或排水水封排至室外。水封上的氣體放空管,應分別接至室外安全處。
4.0.12 各類制氫系統(tǒng)中的氫氣純化設備,應根據(jù)純化前后的氫氣壓力、純度及雜質(zhì)含量和純化用材料的品種、活化與再生方法等確定。
4.0.13 氫氣站應按外銷氫氣量選擇氫氣灌裝方式。氫氣灌裝系統(tǒng)的設置應符合下列規(guī)定:
1 應設有超壓泄放用安全閥;
2 應設有氫氣回流閥,氫氣回流至氫氣壓縮機前管路或氫氣緩沖罐;
3 應設有分組切斷閥、壓力顯示儀表;
4 應設有吹掃放空閥,放空管應接至室外安全處;
5 應設有氣瓶內(nèi)余氣及含氧量測試儀表。
4.0.14 當氫氣用氣設備對氫氣含塵量有要求時,應在送氫管道上設置相應精度的氣體過濾器。
4.0.15 各類制氫系統(tǒng)、供氫系統(tǒng),均應設有含氧量小于0.5%的氮氣置換吹掃設施。
條文說明
4.0.1 本條規(guī)定了確定氫氣站制氫系統(tǒng)類型的主要因素。
1 氫氣廣泛用于電子、冶金、電力、建材、石油化工等行業(yè),由于用途不同,要求供應的氫氣純度、壓力等技術參數(shù)均不相同,表2是各行業(yè)使用氫氣的主要技術參數(shù)。
2 各行各業(yè)使用氫氣的企業(yè),由于產(chǎn)品品種、產(chǎn)能規(guī)模的不同和電力供應、含氫原料氣供應的差異,需要經(jīng)過比較選擇合適的制氫方法和適用的制氫工藝系統(tǒng),所以本條提供了確定制氫工藝系統(tǒng)類型的基本因素,供氫氣站設計人員參照執(zhí)行。如:某用氫企業(yè)地處水力發(fā)電十分豐富的地區(qū)或者當?shù)仉娋W(wǎng)谷段電價低廉,而該單位的氫氣用量不大,若自建氫氣站時,可選用比小時用氫量大的壓力型水電解制氫系統(tǒng),在電網(wǎng)谷段生產(chǎn)氫氣儲存在壓力氫氣罐內(nèi),利用水電價廉或峰谷電價差,降低氫氣成本,經(jīng)技術經(jīng)濟比較可在較短時間回收所增加的建設投資時,宜選用工作壓力大于1.6MPa的壓力型水電解制氫裝置。同上一例,若該用氫企業(yè)鄰近處有豐富、低廉的副產(chǎn)氫氣(焦爐煤氣、氯堿廠副產(chǎn)氫等)時,經(jīng)技術經(jīng)濟比較,也可采用變壓吸附法提純氫獲得所需的氫氣。
目前國內(nèi)商業(yè)化的制氫系統(tǒng)主要有兩大類,一是水電解制氫系統(tǒng),這是采用水電解法制取氫氣、氧氣。此類系統(tǒng)按操作壓力劃分為常壓型、壓力型,按產(chǎn)品氫氣純度劃分為普氣型、純氣型。目前水電解制氫系統(tǒng)氫產(chǎn)量最大為350Nm³/h,但制氣能力可達500Nm³/h。水電解制氫系統(tǒng)具有氫氣純度高、維護操作方便,但電能消耗較大;二是變壓吸附法(簡稱PSA法)提純氫系統(tǒng),這類系統(tǒng)因原料氣的不同,其提純氫系統(tǒng)有不同的設備配置。PSA提純氫系統(tǒng)有普氣型、純氣型,國產(chǎn)PSA提純氫系統(tǒng)的最大處理能力達20萬~30萬Nm³/h。只要需用氫氣的企業(yè)、地區(qū)有合適的原料氣,如煤制合成氣、天然氣、煤層氣、焦爐煤氣、氯堿廠副產(chǎn)氫氣、石油煉廠含氫氣體和甲醇轉化氣等,且氫氣用量較大,均以采用PSA提純氫系統(tǒng)為宜。
鑒于上述兩大類制氫系統(tǒng)的特點,本條規(guī)定:氫氣站的制氫系統(tǒng)類型的選擇,應按氫氣站的規(guī)模;當?shù)氐馁Y源或含氫原料氣狀況;產(chǎn)品氫的純度、雜質(zhì)含量和壓力等要求。經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。
4.0.2 本條是水電解制氫系統(tǒng)應設有的裝置要求。
1 水電解制氫過程中,目前還主要采用石棉隔膜布將氫電解小室和氧電解小室分別制取的氫氣、氧氣分隔,使水電解制氫裝置不會發(fā)生氫氣、氧氣相互摻混形成爆鳴氣。但石棉布必須浸泡在電解液中,呈現(xiàn)濕潤狀態(tài)方能起到分隔氫氣、氧氣的作用。因此,在水電解制氫裝置運行中,必須確保氫、氧側(陰極、陽極側)的壓力差不能過大,若超過某一設定值后,就會造成某一電解小室或多個電解小室的“干槽”現(xiàn)象,從而使氫氣、氧氣互相摻混,降低氫氣或氧氣的純度,嚴重時形成爆炸混合氣。這是十分危險的,極易引起事故的發(fā)生。所以本款規(guī)定:應設置壓力調(diào)節(jié)裝置,以確保氫氣、氧氣之間的壓差設定值。
氫、氧氣之間的壓差值的規(guī)定,與水電解制氫裝置的氣道與隔膜框的結構尺寸有關。我們在調(diào)查統(tǒng)計國內(nèi)外商品化生產(chǎn)的水電解槽有關結構尺寸的基礎上,在本款中規(guī)定水電解槽出口氫氣、氧氣之間的壓差值宜小于0.5kPa。此值均小于現(xiàn)有水電解槽氣道至隔膜框上石棉布的距離,并有一定的富裕度。
2 鑒于水電解制氫裝置在開車、停車或發(fā)生事故時,都應將純度不合格的氣體或置換氣體排入大氣,只有在經(jīng)過取樣分析,氣體純度符合規(guī)定后,才能把氣體送入氣體總管。為此,本款規(guī)定:每套水電解制氫裝置的氫氣、氧氣出氣管與氫氣、氧氣總管之間,應設置放空管、切斷閥和取樣分析閥。
3 本款規(guī)定:在水電解制氫系統(tǒng)中,應設有原料水制備裝置,包括原料水箱、原料水泵等。水電解制氫的原料水系統(tǒng)與其工作壓力有關,常壓水電解制氫系統(tǒng)的原料水都是定期用原料水泵注入高位水箱,再由高位水箱定期或連續(xù)地流入水電解槽,補充原料水;壓力型水電解制氫系統(tǒng)的原料水是定期或連續(xù)(手動或自動)地用原料水泵直接注入或注入平衡水箱,在平衡水箱內(nèi)接有氣體平衡管,使平衡水箱內(nèi)的壓力與制氫系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力一致,確保原料水順利流入水電解槽。致于原料水箱中的原料水從何處引入,則與各企業(yè)的具體條件有關,各行各業(yè)的用氫企業(yè)差異較大,所以本規(guī)范對原料水來源不作規(guī)定。但是無論是何種情況、何種水電解制氫裝置,均需設有原料水箱、原料水泵,而原料水泵出口壓力只與水電解制氫系統(tǒng)的工作壓力有關,為此本條對原料水供應只作基本內(nèi)容的規(guī)定。
4 水電解制氫系統(tǒng)所需堿液(電解液)都是在氫氣站內(nèi)進行配制;在水電解槽檢修時,為減少消耗和改善環(huán)境,都是將水電解槽中的堿液回收后重復使用,因此,本款規(guī)定:水電解制氫系統(tǒng)應設有堿液配制、回收裝置。
水電解槽運行時,電解液(堿液)在水電解槽、分離器、冷卻器之間不斷循環(huán),帶走水電解過程產(chǎn)生的熱量。為避免電解液中過多的雜質(zhì)堵塞進液孔或出氣孔或在電解小室內(nèi)沉積機械雜質(zhì),為提高水電解槽使用壽命和電能效率,在水電解制氫系統(tǒng)的堿液循環(huán)管道上,均設有堿液過濾器。為確保水電解槽的正常運行,本款規(guī)定:“水電解槽入口應設堿液過濾器”。在一些企業(yè)的水電解制氫系統(tǒng)的堿液制備、循環(huán)管路上,不僅在水電解槽入口設有堿液過濾器,還在堿液配制箱出口管路等處設有堿液過濾器。
4.0.3 制定本條的依據(jù)是:
1 水電解制氫系統(tǒng)在制取氫氣的同時也產(chǎn)生氧氣,產(chǎn)量為氫氣量的一半。氧氣若回收使用,可提高氫氣站的經(jīng)濟效益,節(jié)約電能,相應降低氫氣的單位能耗。當氫氣站所在單位使用氧氣時,可采用中壓或低壓氧氣管道輸送;當所在單位不使用或少量使用氧氣時,則需將氧氣加壓灌瓶外銷。據(jù)調(diào)查了解,近年來許多采用水電解制氫的氫氣站都回收氧氣使用或灌瓶外銷。如:上海某廠氫氣站,氫氣生產(chǎn)能力為150m³/h,氧氣生產(chǎn)能力為75m³/h,在進行氫氣站技術改造時,增加了氧氣回收灌瓶系統(tǒng),增加建筑面積300m2和600m³氧氣罐1只、氧氣壓縮機2臺,每天可提供360瓶氧氣,既增加了收入,每年又可節(jié)約電能75萬kW
·h。江蘇XX化工廠氫氣站副產(chǎn)氧氣回收灌瓶多年,氧氣灌瓶可達1500瓶/d,取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。為此本條規(guī)定,可根據(jù)工廠的具體情況,采用不同方式回收利用。
2 目前許多工廠已將氧氣灌瓶外銷,并積累了許多有益的經(jīng)驗。但嚴格控制水電解氧氣的純度至關重要,若純度降低或不穩(wěn)定,將使瓶裝氧氣質(zhì)量下降。嚴重時,還可能造成氧氣純度較大幅度降低,以至形成爆炸混合氣,將會發(fā)生爆炸事故。據(jù)了解,與電解氧回收利用相關的爆炸事故時有發(fā)生。為防止電解氧氣灌瓶及使用中爆炸事故的發(fā)生,本條規(guī)定:當回收電解氧氣時,必須設置氧中氫自動分析和手工分析儀裝置。之所以還須設手工分析裝置,是為了更為嚴格地、可靠地確保安全;定期采用手工分析,既能校核自動儀表可靠性,又可提高操作人員的安全生產(chǎn)意識。同時,還應設氧中氫含量報警裝置。
3 若氧氣不回收直接排入大氣時,對常壓型水電解制氫系統(tǒng)需設置氧氣調(diào)節(jié)水封;利用水封高度,保持氫側、氧側的壓力平衡;壓力型水電解制氫系統(tǒng)可設氧氣排空水封,以便壓力調(diào)節(jié)裝置的正常運行,保持氫側、氧側壓力平衡。水封高度約為1500mm。如:在電力系統(tǒng)用于氫冷火力發(fā)電機組供應氫氣的氫氣站,通常裝設產(chǎn)氫量5~10Nm³/h水電解制氫裝置制取氫氣;氧氣產(chǎn)量較小,各發(fā)電廠氫氣站都不回收電解氧氣,均設有氧氣排空水封,其水封高度約1500mm。
4.0.4 變壓吸附提純氫系統(tǒng)設置通常應根據(jù)下列因素確定:
1 變壓吸附的原理是基于不同的氣體組分在相同的壓力下在吸附劑上的吸附能力有差異,同一氣體組分在不同的壓力下在吸附劑上的吸附能力亦有差異的特性。通常周期性的壓力變化,實現(xiàn)氣體的分離提純和被吸附氣體的解吸。原料氣組成的差異直接影響系統(tǒng)的配置,組成復雜的原料氣,根據(jù)其雜質(zhì)的成分及含量應增設預處理設施,且雜質(zhì)組成將直接影響產(chǎn)品氫的收率。原料氣的壓力、組成決定選用吸附劑的類型、配比及用量。
2 產(chǎn)品氫氣的壓力取決于吸附壓力的選擇,若超出吸附壓力,需增設產(chǎn)品增壓系統(tǒng)。氫氣的純度決定系統(tǒng)設置,一般氫氣純度要求可通過變壓吸附分離直接得到滿足,對雜質(zhì)含量有特殊要求者還應增設產(chǎn)品氫純化系統(tǒng)。如焦爐煤氣變壓吸附制氫裝置的脫氧及干燥系統(tǒng)。
3 氫氣使用的連續(xù)性決定設備的配置,連續(xù)性較強的變壓吸附提純氫氣系統(tǒng)中配置的活塞式壓縮機、真空泵等配套設備均應設備用,吸附器及閥門的配置應實現(xiàn)程序控制閥及儀表等的在線維修。氫氣負荷變化可通過多床吸附器的切換及調(diào)整吸附時間來實現(xiàn)。
4 變壓吸附提純氫系統(tǒng)的配置和壓力的選擇,在一定的范圍內(nèi)吸附壓力高有利于吸附過程向正方向進行,可減少吸附劑的用量,但是增加了設備的成本及能耗。采用抽真空解吸的變壓吸附提氫工藝與常壓解吸工藝比較,前者可增加氫氣的回收率,但同時又增加設備的投資及能耗。所以,變壓吸附提純氫工藝的設置在滿足工藝要求的同時應考慮技術經(jīng)濟因素。
4.0.5 變壓吸附提純氫系統(tǒng),通常應設有下列裝置:
1 原料氣中一些在變壓吸附系統(tǒng)吸附劑上通過常規(guī)降壓手段難于解吸或可使吸附劑中毒失效的雜質(zhì)組分,必須在變壓吸附前增設預處理系統(tǒng)。如通過在變壓吸附前設變溫吸附預處理裝置可脫除高碳烴類的雜質(zhì);增加脫硫工序可脫除原料氣中的硫化物等。
2 變壓吸附提純氫氣的吸附壓力通常為0.7~3.0MPa,若低于0.7MPa,吸附劑吸附雜質(zhì)的能力降低,不能保證提純氫氣的純度及裝置的處理能力,對提高氫氣收率也不利。需增加原料氣增壓設施,以保證吸附壓力,或滿足用戶對氫氣壓力的需求。
3 變壓吸附提純氫氣裝置包括吸附器組、吸附劑、程序控制閥及控制系統(tǒng)。吸附器組及程序控制閥是變壓吸附提純氫裝置的主要組成部分。
4 變壓吸附提純氫裝置氫氣的輸出雖然是連續(xù)的,但隨著時序的變化,每個周期輸出的氫氣氣量和壓力均有一定的波動,故增設氫氣緩沖罐可使輸出氫氣的壓力波動減少、流量穩(wěn)定。每個周期內(nèi)輸出的解吸氣是不連續(xù)的,如果對解吸氣有連續(xù)性和穩(wěn)定性的要求,則應增設解吸氣緩沖罐。
5 視原料氣的組成情況,通常提純氫氣后的解吸氣熱值增高,可通過增壓返回到廠區(qū)燃料氣管網(wǎng)作氣體燃料,回收能量。
4.0.6 甲醇制氫系統(tǒng),通常應設有下列裝置:
1 原料甲醇及脫鹽水的儲存、輸送裝置。甲醇裂解制氫的原料是甲醇和脫鹽水,甲醇儲罐是必不可少的設備。甲醇裂解反應在1.0MPa、220~280℃下,在專用催化劑上進行,所以甲醇或脫鹽水均需通過泵輸送到反應器中;
2 甲醇裂解裝置的主要設備是甲醇轉化反應器,甲醇轉化反應在此進行。根據(jù)反應溫度的要求,外部供熱一般采用加熱導熱油為反應器提供熱量;通過增設換熱器回收轉化器的熱量,以達到熱量的合理利用。因此,甲醇轉化制氫系統(tǒng)應設有甲醇轉化反應器及其輔助裝置,如加熱爐或加熱器、熱回收設備等;
3 甲醇轉化反應的轉化氣組成:H
2為73%~74%,CO2為23%~24.5%,CO為0~1.0%,其余為甲醇及飽和水。為獲得純氫產(chǎn)品應設置變壓吸附裝置,經(jīng)分離可獲得99%~99.999%純度的氫氣。
4.0.7 為防止氫氣壓縮機的吸氣管道產(chǎn)生負壓和制氫裝置出口氫氣壓力波動,并由此引起制氫裝置不能正常運行或發(fā)生空氣滲入氫氣系統(tǒng)形成爆炸混合氣。為此,本條規(guī)定氫氣壓縮機前應設氫氣緩沖罐。
據(jù)調(diào)查了解,氫氣站內(nèi)設有多臺氫氣壓縮機時,許多單位都是采用從同一氫氣管道吸氣,所以本條作了“數(shù)臺氫氣壓縮機可并聯(lián)從同一氫氣管道吸氣”的規(guī)定。同時為確保安全生產(chǎn),本條還規(guī)定凡數(shù)臺氫氣壓縮機經(jīng)同一根吸氣管吸氣時,應裝設確保氫氣保持正壓的措施,如設氫氣壓力報警、回流調(diào)節(jié)裝置、氫氣壓縮機的進氣管與排氣管之間設旁通管等措施。
為了使中、低壓氫氣壓縮機在開車、調(diào)節(jié)負荷時,不會發(fā)生大量氫氣排入大氣,提高運行安全度,減少氫氣排放量,節(jié)約電能。本條規(guī)定在中、低壓氫氣壓縮機的進氣、排氣管之間,應設回流旁通管。回流旁通管上的調(diào)節(jié)閥在氫氣壓縮機正常運轉時,一般適當開啟,氫氣回流以減少氫氣壓縮機的開停次數(shù),有利于氫氣站的安全運行?;亓髋酝ü苌系恼{(diào)節(jié)閥一般采用手動、氣動、自力式等。
4.0.8 氫氣壓縮機的安全保護裝置的設置,是確保其安全、穩(wěn)定、可靠運行的重要保證,也是確保氫氣站安全運行的重要條件,因此本條為強制性條文。
本條第1款的規(guī)定,是對氫氣壓縮機進行超壓保護,確保安全、可靠運行的必須具備措施之一。第2款至第5款都是氫氣壓縮機的安全保護措施。這里特別要強調(diào)說明的是:氫氣壓縮機的進氣氫氣管應設低壓報警和超限停機裝置,由于氫氣為可燃氣體,不允許在氫氣壓縮機進口氫氣壓力的不正常降低,若因操作不慎進口壓力降低以致吸入空氣,形成爆炸混合氣,將可能造成嚴重人身傷亡、設備損壞的事故,所以本條作為強制性條文的規(guī)定,設計時必須遵守。第5款規(guī)定的進口、出口氫氣管路應設有置換吹掃口,這是確保初次投產(chǎn)或氫氣壓縮機檢修前、后的安全保護措施。
本條的第2款至第4款的安全保護裝置一般是由氫氣壓縮機制造廠配套提供。
4.0.9 本條是對氫氣站、供氫站的儲氣設施提出的要求。
1 氫氣站、供氫站一般設有一定儲量的儲氣設施,目前氫氣儲氣設施主要有兩類:一是高、中、低壓氫氣罐,氫氣罐的儲氫壓力、儲氫能力應按制氫設備(或供氫裝置)的壓力、氫氣用戶的用氫壓力、用氫量及其負荷變化狀況等因素確定。高壓氫氣罐(壓力大于15MPa),具有儲氫能力大、能滿足各類用戶的需求;中壓(壓力大于1.6MPa)、低壓(壓力小于或等于1.6MPa)氫氣罐的儲氫能力主要根據(jù)制氫或供氫壓力、用氫壓力和均衡連續(xù)供氫要求確定。二是金屬氫化物儲氫材料,它是依據(jù)金屬氫化物在不同壓力、不同溫度下的吸氫、放氫特性儲存氫氣。目前一些科研單位正研制儲氫性能優(yōu)良的儲氫材料和裝置,但由于儲氫能力尚不理想,還不能滿足實際應用的要求,但是這種儲氫方法將是未來氫能應用中具有巨大競爭力的儲氫方法。
2 在供氫站或燃料電池汽車用加氫站中,為了滿足灌充高壓氫氣或汽車加氫的需要,一般應設置高壓(如壓力大于40MPa)氫氣罐。對這種高壓氫氣罐升壓充氫或接收外部供應的氫氣進行升壓,需設置增壓用氫氣壓縮機;這種增壓氫氣壓縮機可采用膜式壓縮機或氣動/液動增壓機。
4.0.10 本條第1款是氫氣罐的超壓保護裝置,是確保氫氣罐安全、可靠運行必須具備的基本技術措施。第2款的規(guī)定是氫氣站設計、運行的經(jīng)驗教訓總結,由于氫氣比重僅為0.069(空氣為1.0時),在使用氮氣吹掃置換時,若系統(tǒng)的最高點或氫氣罐的最高點未設放空管,則很難將系統(tǒng)內(nèi)的氫氣吹掃置換干凈,有時甚至吹掃數(shù)天也不能達到規(guī)定值。如某研究所的一座濕式氫氣罐,為檢修動火,打開氫氣罐放空管排放氫氣達7d,因未用氮氣吹掃置換,仍發(fā)生了氫氣罐爆炸事故,造成設備損壞,3人死亡。為此,本條規(guī)定,在氫氣罐頂部最高點必須裝設放空管。
4.0.11 各種制氫系統(tǒng)的氫氣中冷凝水排放過程中將不可避免地有少量氫氣同時排出.若操作不當或操作人員未及時關好冷凝水排放閥,使氫氣排入房間內(nèi)或在排水管(溝)中形成爆炸混合物,將會造成爆炸事故等嚴重后果。據(jù)調(diào)查,曾在一些工廠多次發(fā)生此類事故。如:上海某廠氫氣管道積水,在氣水分離器處向房間內(nèi)直接排水,曾在一次排放冷凝水過程中,操作人員違章離開現(xiàn)場,致使氫氣排入房間內(nèi),氫氣濃度達到了爆炸極限,當操作人員開燈時,發(fā)生爆炸,塌房2間,燒傷2人;另一工廠,在排放氫氣管道積水時,用膠管接至室外,因膠管脫落,氫氣泄漏到房間內(nèi),形成了爆炸混合氣,在操作人員下班關燈時,發(fā)生爆炸,炸壞房屋,2人輕傷。鑒于上述情況,為杜絕此類事故的發(fā)生,本條規(guī)定冷凝水應經(jīng)疏水裝置或排水水封排至室外。這樣的裝置已在許多工廠使用,做到了在氫氣沒備及管道內(nèi)的冷凝水排放過程中,沒有氫氣泄漏到房間內(nèi)。
水電解制氫系統(tǒng)中的氧氣中冷凝水排出時,與氫氣一樣也有氧氣泄漏到房間內(nèi)的情況,氧氣比空氣重,又為助燃氣體,為了確保安全生產(chǎn),防止因氧氣泄漏、積存引起的著火事故的發(fā)生,氧氣設備及管道內(nèi)的冷凝水排放也應經(jīng)單獨設置的疏水裝置或氧氣排水水封排至室外。這里要強調(diào)的是氫氣、氧氣中冷凝水疏水裝置或排水水封應各自設置,不得合用一個疏水裝置或排水水封,這是為了避免形成氫氣、氧氣爆炸混合氣。所以,本條規(guī)定:“應經(jīng)各自的專用疏水裝置或排水水封排至室外”。
4.0.12 按表2所列,各行業(yè)對氫氣純度和雜質(zhì)含量的要求是不相同的。為了采用技術先進、經(jīng)濟合理、操作管理方便、建設投資少的氫氣純化方法和裝置,應根據(jù)具體工程原料氫氣的條件、技術參數(shù)和用氫設備對產(chǎn)品氫氣所需的純度和雜質(zhì)含量,進行技術經(jīng)濟比較后選用合適的氫氣純化系統(tǒng)。如:常壓型水電解制氫裝置制取的氫氣經(jīng)加壓后,可采用加熱再生或無熱再生的氫氣純化系統(tǒng);壓力型水電解制氫裝置制取的氫氣,可采用自身工作氣再生或兩級氫氣純化系統(tǒng)。對半導體集成電路工廠為制取高純氫氣,可采用催化吸附凈化裝置作為初級純化,而以低溫吸附或吸氣劑型純化裝置為末端氫氣純化。
4.0.13 為確保氫氣灌裝系統(tǒng)安全、可靠的運行,應設置相應的安全裝置,這是因為:一是氫氣為易燃、易爆和易泄漏的氣體;二是灌裝系統(tǒng)為高壓運行,一般氫氣灌裝壓力大于15MPa;三是氫氣灌裝容器均為高壓氣瓶。本條規(guī)定,氫氣灌裝系統(tǒng)應設有超壓泄放用安全閥、分組切斷閥、壓力顯示儀表,避免發(fā)生超壓事故和分組管理灌裝氣瓶;應設有氫氣回流閥、吹掃放空閥;氫氣放空管接至室外安全處,正常情況下,氫氣回流利用,減少排放大氣的氫氣量,既有利安全也減少浪費,但在不正常情況或開車、停車時,則應對系統(tǒng)進行放空和吹掃置換。
4.0.14 氫氣系統(tǒng)中的含塵量與制氫系統(tǒng)的設備選型、設備和管道的材質(zhì)、氫氣純度等因素有關。據(jù)調(diào)查測定,未經(jīng)過濾的氫氣系統(tǒng)中粒徑大于0.5/μm的塵粒含量達每升數(shù)千到數(shù)萬粒,因此當用戶對氫氣中的塵粒粒徑和塵粒濃度有要求時,應設置不同過濾精度的過濾器。
4.0.15 各類制氫系統(tǒng)在檢修、開車、停車時,都應進行吹掃置換,將系統(tǒng)中的殘留氫氣或空氣吹除干凈,尤要注意死角末端殘留氣,并分析系統(tǒng)內(nèi)氫中氧的含量,達到規(guī)定值,方可進行檢修動火、開車、停車。按現(xiàn)行國家標準《氫氣使用安全技術規(guī)程》規(guī)定,置換氮氣中含氧量不得超過0.5%。
5設備選擇
5.0.1 氫氣站的設計容量,應根據(jù)氫氣的用途、使用特點,宜按下列因素確定:
1 各類用氫設備的晝夜平均小時耗量或班平均小時耗量;
2 連續(xù)用氫設備的最大小時耗量與其余用氫設備的晝夜平均小時耗量或班平均小時耗量之和;
3 外銷氫氣的氫氣站,應根據(jù)外供氫氣量或市場需求狀況和商業(yè)的經(jīng)濟規(guī)模確定。
5.0.2 水電解制氫裝置的型號、容量和臺數(shù),應根據(jù)下列因素經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定:
1 根據(jù)氫氣耗量、使用特點等合理選用電耗小、電解小室電壓低、價格合理、性能可靠的水電解制氫裝置;
2 新建氫氣站設置2臺及以上水電解制氫裝置時,其型號宜相同;
3 水電解制氫裝置宜設備用,當采取儲氣等措施確保不中斷供氣或與用氣設備同步檢修時,可不設備用。
5.0.3 水電解制氫裝置所需的原料水制備、堿液制備等輔助設備,宜按下列要求選用:
1 原料水制取裝置的容量,不應小于4h原料水耗量;原料水儲水箱容積不應小于8h原料水耗量;原料水泵供水壓力,應大于制氫裝置工作壓力。
2 原料水制取裝置、儲水箱及其水泵的材質(zhì),應采用不污染原料水水質(zhì)和耐腐蝕的材料制作。
3 堿液箱容積,應大于每套水電解制氫裝置及堿液管道的全部體積之和;堿液泵的流量,可按每套水電解制氫裝置所需堿液量和灌注時間確定。
5.0.4 變壓吸附提純氫系統(tǒng)的吸附器組的容量和吸附器數(shù)量,應根據(jù)下列因素經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定:
1 原料氣的壓力、組成和產(chǎn)品氫氣的純度、雜質(zhì)含量、壓力;
2 產(chǎn)品氫氣的耗量和用氫特點;
3 氫氣回收率。
5.0.5 甲醇轉化制氫系統(tǒng)的容量,應按下列因素確定:
1 產(chǎn)品氫氣的耗量和用氫特點;
2 產(chǎn)品氫氣的純度、雜質(zhì)含量和壓力;
3 氫氣回收率;
4 甲醇的儲存、輸送應符合相關國家標準的規(guī)定;
5 現(xiàn)場工作條件。
5.0.6 氫氣儲存方式,應根據(jù)下列因素經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定:
1 氫氣站規(guī)模、用氫設備耗量和使用特性;
2 儲氫系統(tǒng)輸入壓力、供氫壓力;
3 現(xiàn)場工作條件。
5.0.7 氫氣罐的形式,應根據(jù)所需儲存的氫氣容量、壓力狀況確定。當氫氣壓力小于6kPa時,應選用濕式儲氣罐;當氫氣壓力為中、低壓,單罐容量大于或等于5000Nm3時,宜采用球形儲罐;當氫氣壓力為中、低壓,單罐容量小于5000Nm3時,宜采用筒形儲罐;氫氣壓力為高壓時,宜采用長管鋼瓶式儲罐等。
5.0.8 氫氣壓縮機的選型、臺數(shù),應根據(jù)進氣壓力、排氣壓力、氫氣純度和用戶最大小時氫氣耗量或用戶使用特性等確定。氫氣壓縮機臺數(shù)不宜少于2臺。連續(xù)運行的往復式氫氣壓縮機應設備用。
5.0.9 氫氣灌裝用壓縮機的型號、排氣量,應根據(jù)充灌臺或充裝容器的規(guī)格、數(shù)量,充裝時間和進氣壓力、排氣壓力等確定。灌裝用氫氣壓縮機,可不設備用。
5.0.10 當純化后的氫氣灌瓶時,應采用膜式壓縮機,并宜設置空鋼瓶處理系統(tǒng),包括鋼瓶抽真空設備和鋼瓶加熱裝置。
5.0.11 氫氣灌裝用充灌臺應設兩組或兩組以上,一組灌裝、一組倒換鋼瓶。每組鋼瓶的數(shù)量,應以外銷氫氣量或灌裝用氫氣壓縮機的排氣量、氫氣充裝時間確定。
氫氣灌裝用鋼瓶集裝格通常設兩組以上,鋼瓶集裝格的數(shù)量和每格的鋼瓶數(shù)量,應根據(jù)外銷氫氣量和方便運輸或吊裝等因素確定。
氫氣長管鋼瓶拖車的鋼瓶規(guī)格、數(shù)量,應按用戶的氫氣用量、供應周期等確定。
5.0.12 氫氣匯流排應設兩組或兩組以上,一組供氣、一組倒換鋼瓶。每組鋼瓶的數(shù)量,應按用戶最大小時耗量和供氣時間確定。
5.0.13 氫氣站、供氫站內(nèi)具有下列情況之一時,宜設起吊設施:
1 站內(nèi)設備需要吊裝時;
2 氫氣的灌裝、儲運采用鋼瓶集裝格。
起吊設施的起吊重量,應按吊裝件的最大荷重確定。
條文說明
5.0.1 氫氣站設計容量通常是根據(jù)用戶氫氣耗量和使用氫氣的特點確定,當氫氣用戶為三班均勻使用氫氣時,設計容量按班平均小時耗量計算。若氫氣用戶為三班使用氫氣,且各班用氫負荷差異較大,或者一班(二班)用氫,可按晝夜平均小時耗量計算。在用氫量高于或低于晝夜平均小時耗量時,以用氫氣罐儲氣進行調(diào)節(jié)。但是電力部門計算設計容量是按全部氫冷發(fā)電機的正常消耗量,以及能在大約7d的時間內(nèi)積累起相當于最大一臺氫冷發(fā)電機的一次啟動充氫量之和考慮。本條第3款是對外銷的商用型氫氣站的設計容量的規(guī)定,應十分重視對市場需求的調(diào)查分析,否則將會因設計容量過大,設備得不到發(fā)揮,造成虧損。
5.0.2 水電解制氫過程要消耗較多的電能,所以人們都以水電解制氫裝置的單位氫氣電能消耗(kW·h/Nm3·H2)作為此類設備的性能參數(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量的主要體現(xiàn),也是評價這類裝置先進性的主要標志。近年來各國的科技工作者、制造廠家經(jīng)過研究開發(fā),改進制造工藝或槽體結構,使水電解制氫裝置的單位氫氣電能消耗得到了降低。 日本研制的離子膜水電解制氫裝置(實驗型),單位氫氣電能消耗僅3.8kW·h/Nm3·H2;國內(nèi)研制的新型壓力水電解制氫裝置可達4.2~4.5kW·h/Nm3·H2。表3列出文獻報道的國內(nèi)外一些水電解制氫裝置的主要性能參數(shù)。
鑒于以上情況,在本條中規(guī)定:“選用電耗小、電解小室電壓低、價格合理、性能可靠的水電解制氫裝置。”
新建氫氣站設置2臺及以上水電解制氫裝置時,宜選用同一型號、同一規(guī)格的水電解制氫裝置,以便于操作管理及備品、備件的統(tǒng)一。
水電解制氫裝置是否設備用,根據(jù)用戶的用氣情況而定。因為水電解槽槽體不易損壞,根據(jù)生產(chǎn)實踐,常壓型一般4年以上才需對槽體進行大修,檢修時間根據(jù)設備的復雜程度、用戶的檢修水平和能力確定;壓力型水電解制氫裝置使用年限20~30年。又因各廠在停產(chǎn)后對全廠的經(jīng)濟效益影響也不一樣,因此本條規(guī)定宜設備用。但當水電解制氫裝置檢修能與用戶檢修同步進行,或利用節(jié)、假日進行檢修,不中斷供氣,或用戶有其他臨時氫氣源能滿足用氫設備的用氣,或氫氣站內(nèi)設置有足夠大容量的氫氣罐儲存氫氣而不影響用戶使用氫氣時,則可不設備用。如電力部門采用氫氣罐儲存氫氣,可以滿足水電解制氫裝置檢修時用氫,一般都不設備用。
5.0.3 制定本條的依據(jù)是:
1 水電解制氫所需的原料水實際耗量一般按850~1000g/Nm3·H2計,即0.85~1.00L/Nm3·H2。規(guī)定原料水制備能力不宜小于4h原料水耗量是能滿足生產(chǎn)需要的。規(guī)定儲水箱容積不宜小于8h原料水消耗量,是考慮制水裝置一班或兩班生產(chǎn),供全天使用。
2 原料水制取裝置、儲水箱及其水泵的材質(zhì),應采用不污染原料水質(zhì)和耐腐蝕的材料制作;目前國內(nèi)采用如下幾種:不銹鋼、鋼板內(nèi)襯聚乙烯、鋼板內(nèi)涂耐腐蝕漆或全部為聚氯乙烯塑料板。設計時可根據(jù)水箱容積、制作條件和經(jīng)濟條件等因素確定。
3 據(jù)調(diào)查,水電解制氫裝置是根據(jù)水電解槽槽體壽命和實際使用狀況,逐臺進行檢修。檢修時都是將水電解槽及其附屬設備內(nèi)的電解液全部返回至堿液收集箱內(nèi),待設備檢修任務完成后重復使用,所以堿液收集箱的容積應大于每套水電解制氫裝置及堿液管道的全部體積之和。目前,國內(nèi)各種水電解制氫裝置電解液充裝量差別較大,表4為部分水電解槽電解液充裝量。
5.0.4 吸附器組是變壓吸附提純氫系統(tǒng)的主體設備,吸附器的性能參數(shù)將決定PSA系統(tǒng)的技術性能——處理能力、產(chǎn)品氫氣純度和雜質(zhì)含量、產(chǎn)品氫氣產(chǎn)量等。我國在PSA制氫技術的研究開發(fā)和設計、制造、實際運行方面的經(jīng)驗表明:吸附器組的規(guī)格尺寸、內(nèi)部構件應以提高氫回收率、減少制造成本為基本原則。吸附器組的吸附器數(shù)量,應根據(jù)變壓吸附提純氫系統(tǒng)的原料氣組成、壓力(即吸附壓力)、吸附劑的吸附容量、產(chǎn)品氫氣的產(chǎn)量和純度、氫回收率等因素確定。在一定的范圍內(nèi)吸附壓力高對吸附有利,吸附劑用量減少;原料氣組成不同,吸附劑類型及用量亦不相同;吸附塔數(shù)量與工藝時序和氫回收率有關,為滿足較高的氫氣回收率,應增加工藝過程的均壓次數(shù),多次均壓需要通過數(shù)臺吸附器來完成;對用氫要求連續(xù)供應的裝置,應設多床吸附,以實現(xiàn)在線切換。所以,本條規(guī)定:變壓吸附提純氫系統(tǒng)的吸附器組的容量和吸附器數(shù)
量,應按條文列出的各種因素,經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。
5.0.5 甲醇轉化制氫系統(tǒng)的容量和配置與氫氣的純度及消耗量有關,根據(jù)用戶用氫量的要求,甲醇轉化制氫系統(tǒng)的容量可以從幾十標方到幾千標方。氫氣的純度越高,同樣產(chǎn)氫量裝置的容量就越小。
甲醇轉化制氫反應的壓力通常為1.0MPa,若用氫壓力超出1.0MPa,則必須設置氫氣增壓系統(tǒng)。如氫氣用于灌充鋼瓶,則需在變壓吸附裝置后面設氫氣壓縮機。
甲醇轉化制氫系統(tǒng)所需熱量與現(xiàn)場工作條件有關,如現(xiàn)場有中壓蒸氣供應可直接用于加熱。對沒有熱源的場合可通過設置加熱爐進行加熱,視現(xiàn)場條件選擇油、煤、天然氣作為燃料來加熱熱載體導熱油。
甲醇轉化制氫系統(tǒng)的容量確定時,還應根據(jù)現(xiàn)場工作條件,擬建中的甲醇轉化制氫系統(tǒng)及其甲醇的儲存、輸送應符合相關的國家標準,如《建筑設計防火規(guī)范》、《石油化工設計防火規(guī)范》等。
5.0.7 氫氣罐的形式有濕式和固定容積兩種,根據(jù)所儲存氫氣壓力和所需儲存容量選擇。常壓水電解制氫裝置供氫壓力都小于6 kPa,一般采用濕式氫氣罐。固定容積氫氣罐有筒形、球形和長管鋼瓶三類,由于球形儲罐最小結構容積為300m3,儲存壓力為1.6MPa,儲存容量為5000Nm3,所以氫氣壓力為中、低壓,容量大于或等于5000Nm3,宜采用球形儲罐。氫氣壓力為高壓(壓力大于20MPa)時,一般可采用長管鋼瓶等儲存高壓氫氣。
5.0.8 中、低壓氫氣壓縮機的選擇是根據(jù)進氣壓力、工藝用氫壓力、氫氣純度要求和最大小時耗量確定的。若對要求不中斷供氫設保安儲氣者,則根據(jù)儲氣壓力、吸氣壓力選擇壓縮機。純化后的氫氣壓縮要考慮壓縮后氣體不受油的污染和避免純度降低等因素,應采用無油潤滑壓縮機或膜式壓縮機。如某廠純化后氫氣需設保安儲氣,氫氣壓縮機采用無油潤滑氫氣壓縮機,吸氣壓力0.15MPa,儲氣壓力1.2MPa。
由于活塞式壓縮機運動部件易出故障,設置備用是目前常用的習慣做法,以保證不中斷供氣。
5.0.9 高壓氫氣壓縮機作為氫氣灌瓶用,因瓶裝氫主要是外供,因此,一般不設備用。據(jù)調(diào)查,各單位亦是這樣配置的。但專業(yè)氣體廠,為保證連續(xù)對外供氣,均設備用機組。
5.0.10 純化氫氣灌瓶,為防止壓縮過程中對氫氣的污染,規(guī)定采用膜式壓縮機。據(jù)調(diào)查,各單位亦是這樣配置的。
設置空鋼瓶抽真空設備和鋼瓶加熱裝置,在灌充純化氫氣時是對鋼瓶灌充前的預處理,以確保純化氫氣在鋼瓶中純度不會降低;對普氫鋼瓶的空鋼瓶進行抽真空,則是從安全生產(chǎn)出發(fā),避免空鋼瓶余氣壓力過低或余氣不純時的一種安全措施,并應認真進行余氣純度的分析。
5.0.11 氫氣灌裝用充灌臺的氫氣充裝過程包括鋼瓶倒換(卸下、裝上空瓶)、充裝氫氣,由于鋼瓶倒換時間因具體條件、操作人員的熟練程度不同而不同,一般氫氣鋼瓶充裝時間為5~15min(僅為充裝氫氣的時間,不包括鋼瓶倒換時間)。長管鋼瓶拖車的充裝時間與此類似,一般長管鋼瓶拖車的充裝時間不少于30min,也沒有包括更換拖車充裝用卡具和吹掃置換時間。
5.0.13 氫氣站設置起吊設施是為了便于站內(nèi)需要吊裝重量重或外形尺寸大的設備安裝、維修時使用。另據(jù)調(diào)查,采用鋼瓶集裝格進行氫氣灌充、儲運的氫氣站、供氫站內(nèi)均設有起吊設施。為此本條規(guī)定,具有兩種情況之一的宜設起吊設施。
《氫氣站設計規(guī)范[附條文說明]》GB 50177-20056工藝布置
6.0.1 當氫氣站內(nèi)的制氫裝置、儲氫裝置等設備為室外布置時,可將氫氣站內(nèi)的建筑物、構筑物和室外設備視為一套工藝裝置。在裝置內(nèi)部,根據(jù)氫氣生產(chǎn)工藝需要將其分隔為設備區(qū)、建筑物區(qū)等。
6.0.2 氫氣站工藝裝置內(nèi)的設備、建筑物平面布置的防火間距,不應小于表6.0.2的規(guī)定。
6.0.3 氫氣站工藝裝置內(nèi)兼作消防車道的道路,應符合下列規(guī)定:
1 道路應相互貫通。當裝置寬度小于或等于60m,且裝置外兩側設有消防車道時,可不設貫通式道路;
2 道路的寬度不應小于4m,路面上的凈空高度不應小于4.5m。
6.0.4 當同一建筑物內(nèi),布置有不同火災危險性類別的房間時,其間的隔墻應為防火墻。
同一建筑物內(nèi),宜將人員集中的房間布置在火災危險性較小的一端。
6.0.5 氫氣站內(nèi)應將有爆炸危險的房間集中布置。有爆炸危險房間不應與無爆炸危險房間直接相通。必須相通時,應以走廊相連或設置雙門斗。
6.0.6 制氫間、氫氣純化間、氫氣壓縮機間的電氣控制盤、儀表控制盤的布置,應符合下列規(guī)定:
1 宜布置在相鄰的控制室內(nèi);
2 控制室應以防火墻與上述房間隔開。
6.0.7 當氫氣站內(nèi)同時灌充氫氣和氧氣時,灌瓶間等的布置應符合下列規(guī)定:
1 應分別設置氫氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間及氧氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間;
2 灌瓶間可通過門洞與空瓶間和實瓶間相通,并均應設獨立的出入口。
6.0.8 當氫氣實瓶數(shù)量不超過60瓶時,實瓶、空瓶和氫氣灌充器或氫氣匯流排,可布置在同一房間內(nèi),但實瓶、空瓶必須分開存放。
6. 0.9 在同一房間內(nèi),可設置制氫裝置、氫氣純化裝置或各種型號的氫氣壓縮機。
6.0.10 當氫氣站內(nèi)同時設有氫氣壓縮機和氧氣壓縮機時,不得將氧氣壓縮機與氫氣壓縮機設置在同一房間內(nèi)。
6.0.11 水電解制氫間內(nèi)的主要通道不宜小于2.5m;水電解槽之間的凈距不宜小于2.0m;水電解槽與墻之間的凈距不宜小于1.5m。水電解槽與其輔助設備及輔助設備之間的凈距,應按技術功能確定。
常壓型水電解制氫裝置的平面布置間距,應視規(guī)格、尺寸和檢修要求確定。
6.0.12 氫氣壓縮機之間的凈距不宜小于1.5m,與墻之間的凈距不宜小于1.0m。當規(guī)定的凈距不能滿足零部件抽出時,則凈距應比抽出零部件的長度大0.5m。
氫氣壓縮機與其附屬設備之間的凈距,可按工藝要求確定。
6.0.13 氫氣純化間主要通道凈寬度不宜小于1.5m。純化設備之間及其與墻之間的凈距均不宜小于1.0m。
6.0.14 氫氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間和匯流排間的通道凈寬度,應根據(jù)氣瓶運輸方式確定,但不宜小于1.5m,并應有防止瓶倒的措施。
6.0.15 氫氣壓縮機和電動機之間聯(lián)軸器或皮帶傳動部位,應采取安全防護措施。當采用皮帶傳動時,應采取導除靜電的措施。
6.0.16 氫氣罐不應設在廠房內(nèi)。在寒冷地區(qū),濕式氫氣罐和固定容積含濕氫氣罐底部,應采取防凍措施。
條文說明
6.0.1、6.0.2 這兩條制定的依據(jù)是:
1 設有各類制氫裝置的氫氣站的生產(chǎn)過程、化工單元設備與各種化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程相似,因此參照國家標準《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》的規(guī)定,當氫氣站內(nèi)的制氫裝置、儲氫裝置等設備室外布置時,可將氫氣站內(nèi)的建筑物、構筑物和室外布置的單元設備視為一套工藝裝置。
2 在氫氣站工藝裝置內(nèi)的設備、建筑物平面布置的防火間距,是參照國家標準《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB 50160中表4.2.1的有關規(guī)定,并結合氫氣站的特點制定的?,F(xiàn)將該標準的表4.2.1摘錄于表5。
6.0.5 制定本條的依據(jù)是:
1 在現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》中規(guī)定有爆炸危險的甲、乙類生產(chǎn)部位,宜設在單層廠房靠外墻或多層廠房的最上一層靠外墻處。若必須在甲、乙類廠房內(nèi)貼鄰設置辦公、休息室、控制室時,應采用耐火極限不低于3h的非燃燒體防護墻隔開。為此,本條規(guī)定,有爆炸危險房間不應與無爆炸危險房間直接相通。根據(jù)既要確保安全,又要適應生產(chǎn)要求的原則,若工藝布置確實需要時,有爆炸危險房間與無爆炸危險房間之間,應以走廊相連或設置雙門斗隔開。實際使用中,經(jīng)常保持一樘門處于關閉狀態(tài),避免氫氣竄入無爆炸危險房間。
2 據(jù)調(diào)查,現(xiàn)正運行的各種規(guī)模的氫氣站中,有爆炸危險房間——水電解制氫間、氫氣純化間、氫氣壓縮機間等,與無爆炸危險房間——堿液間、儲存間、配電間、控制室、直流電源室及其變電站等均布置在同一建筑物內(nèi),有爆炸危險房間與無爆炸危險房間之間不直接相通,以防護墻相隔或經(jīng)走廊或以雙門斗相通。經(jīng)多年的實際生產(chǎn)運行,證明這是可行的。
6.0.7 制定本條的依據(jù)是:
1 氫氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間與氧氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間鑒于下列因素應分別設置:
(1)氫氣灌瓶間、實瓶間、空瓶間屬于有爆炸危險房間;
(2)采用水電解制氫的氫氣站灌充的電解氫氣鋼瓶或電解氧氣鋼瓶在使用中,時有事故發(fā)生。為確保安全生產(chǎn),嚴格管理,避免氫氣鋼瓶、氧氣鋼瓶的錯灌和實瓶、空瓶的混雜,防止事故的發(fā)生;
(3)氫氣、氧氣灌充過程中,時有事故發(fā)生。例如,北京某廠高壓高純氫氣管破裂,發(fā)生著火事故,將鋁板地面燒毀;寶雞某廠,氫氣灌瓶時,瓶閥漏氣、著火,將其銅管燒毀,灌瓶間的窗玻璃震碎。
2 灌瓶間與實瓶間、空瓶間之間的氣瓶運輸頻繁,為方便操作、運輸,運行中的氫氣灌瓶間與實瓶、空瓶間之間大部分是以門洞相通。所以規(guī)定灌瓶間可通過門洞與實瓶間、空瓶間相通。
6.0.8 按美國NFPA50A(1999年版)中表3.2.1規(guī)定,氫系統(tǒng)總容量不超過15000ft3(425m³)可設在專用房內(nèi),相當于壓力為15MPa的氣瓶71瓶。
按現(xiàn)行國家標準《氫氣使用安全技術規(guī)程》的規(guī)定,氫氣實瓶數(shù)量不超過60瓶的可與耐火等級不低于二級的用氫廠房毗連。
現(xiàn)行國家標準《乙炔站設計規(guī)范》中規(guī)定,當實瓶數(shù)量不超過60瓶時,空、實瓶和灌充架(匯流排)可布置在同一房間內(nèi)。
鑒于上述各標準、規(guī)范的規(guī)定,特作本條規(guī)定。
6.0.10 本條制定的依據(jù)是:
1 氫氣壓縮機間為有爆炸危險房間,電氣設施均按1區(qū)爆炸危險環(huán)境進行設防;
2 據(jù)調(diào)查,氫氣壓縮機、高壓氫氣管道及氧氣壓縮機都是氫氣站易發(fā)生事故的部位。如:某廠氫氣壓縮機,因高壓壓力表堵塞,清理不當,發(fā)生高壓氫氣著火事故;北京某廠氫氣站,氫氣壓縮機三級排氣安全閥動作,氫氣外溢,室內(nèi)發(fā)生燃燒著火;某廠氫氣站,氧氣壓縮機的潤滑用水中斷,汽缸發(fā)生燃燒,引起著火事故。
鑒于上述情況,本條規(guī)定:不得將氧氣壓縮機與氫氣壓縮機設置在同一房間內(nèi)。
6.0.11 本條是在對正在運行中部分采用水電解制氫的氫氣站進行調(diào)查分析的基礎上制定的。近年來,國內(nèi)已有多種壓力型水電解槽投入生產(chǎn)運行,由于此類水電解槽體積較小,目前容量最大的壓力型水電解槽直徑小于2.0m,并在制造廠出廠前已將各電解小室組裝為整體,在現(xiàn)場進行整體安裝。水電解槽檢修時,可將槽體運送至檢修場所進行檢修。為此,本條規(guī)定:水電解制氫間的主要通道不宜小于2.5m;水電解槽之間的凈距不宜小于2.0m,已能滿足需要。
由于常壓水電解制氫裝置仍有使用,對此本條建議“視規(guī)格、尺寸和檢修要求確定。
6.0.14 氫氣鋼瓶在儲存、運輸過程中發(fā)生瓶倒事故。不僅會造成操作人員受傷,而且還會誘發(fā)著火、爆炸,損壞房屋等嚴重后果。如:北京某廠曾發(fā)生一個氫氣實瓶倒下,瓶閥被打斷并飛出3m左右把墻打壞,鋼瓶沖出1m多遠;上海某廠曾發(fā)生氫氣鋼瓶瓶倒事故,瓶閥損壞漏出氫氣,發(fā)生氫氣著火;咸陽某廠在氫氣灌充時,未將鋼瓶固定,引起瓶倒,發(fā)生氫氣著火事故;寶雞某廠也因氫氣鋼瓶倒下,瓶嘴漏氣,發(fā)生著火爆炸,玻璃窗被震碎。為此,為確保氫氣鋼瓶灌充、儲存、運輸中的安全,本條規(guī)定應有防止瓶倒的措施。
6.0.15 制定本條的依據(jù)是:
1 國家標準《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》中規(guī)定:輸送可燃氣體、易燃和可燃液體的壓縮機和泵,不得使用平皮帶或三角皮帶傳動,若在特殊情況下需要使用皮帶傳動,應采取防止靜電火花的安全措施。
2 據(jù)調(diào)查,國內(nèi)氫氣站中氫氣灌瓶用的高壓氫氣壓縮大部分采用3JY-0.75/150型壓縮機,該設備為皮帶傳動,均采取了防靜電接地措施。例如,北京某廠3JY-0.75/150型氫壓機采取了壓縮機與壓縮機用電機分別接地,在壓縮機旁打入2.5m長的3根相連的鋼管與壓縮機連接;另一工廠則采用室外埋設接地板和廠房內(nèi)鋁板相連,鋁板與氫壓機相連接的措施。
為此,制定本條規(guī)定是必要的,也是可以做到的。
6.0.16 制定本條的目的是為了確保氫氣站的安全生產(chǎn)。
1 氫氣罐,不論是濕式或固定容積式都用作制氫系統(tǒng)的負荷調(diào)節(jié)和儲存,一旦發(fā)生事故,將會造成嚴重后果。如北京某研究所150m³濕式氫氣罐,檢修時發(fā)生爆炸事故,其鐘罩整體沖上空中然后落到離原地數(shù)米處,部分金屬、混凝土配重飛至數(shù)百米處。又如天津某電廠設有6臺容積為10m³、壓力為小于等于0.8MPa的固定容積氫氣罐,1989年9月在倒罐操作過程中因氫氣純度不合格,1號罐發(fā)生爆炸事故,罐體炸成3塊,底部一塊重約1000kg,飛到29m處,上半部就地倒下,另一塊重約260kg,爆炸后擊破鄰近水塔,落入150m遠的燃油車間罐區(qū),當場炸死值班人員1名。再如某廠8m³氫氣罐,檢修時發(fā)生爆炸事故,大碎片飛出20m,小碎片飛出40m以外。
鑒于以上實例,為了確保氫氣站的安全生產(chǎn),本條規(guī)定:“氫氣罐不應設在廠房內(nèi)。
2 為防止?jié)袷綒錃夤薜乃蹆?nèi)水結凍,引起鐘罩升降不暢,以至卡死,造成氫氣罐損壞,應設有防凍措施。據(jù)調(diào)查,在我國采暖計算溫度低于0℃的地區(qū),濕式氫氣罐均設有防凍措施,通常是采用蒸汽通入水槽進行保溫防凍。
3 《火力發(fā)電廠建筑設計技術規(guī)定》中規(guī)定:“制氫站的儲氣罐應設在室外,在寒冷地區(qū)為防止閥門凍結,可將儲氣罐的下半部做成封閉式,室內(nèi)凈高不低于2.6m,其防爆要求同電解間”。如吉林某廠,設有12只10m³氫氣罐,罐下部2.8m以下全封閉,做成閥門室。
7建筑結構
7.0.1 氫氣站、供氫站的耐火等級不應低于二級,并宜為單層建筑。
7.0.2 有爆炸危險房間,宜采用鋼筋混凝土柱承重的框架或排架結構。當采用鋼柱承重時,鋼柱應設防火保護,其耐火極限不得低于2.0h。
7.0.3 氫氣站、供氫站內(nèi)有爆炸危險房間應按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》GBJ 16的規(guī)定,設置泄壓設施。
7.0.4 氫氣站、供氫站有爆炸危險房間的泄壓設施的設置,應符合下列規(guī)定:
1 泄壓設施宜采用非燃燒體輕質(zhì)屋蓋作為泄壓面積,易于泄壓的門、窗、輕質(zhì)墻體也可作為泄壓面積;
2 泄壓面積的計算應符合現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》GBJ 16的要求;
3 泄壓設施的設置應避開人員密集場所和主要交通道路,并宜靠近有爆炸危險的部位;
4 氫氣壓縮機間宜采用半敞開或敞開式的建筑物。
7.0.5 有爆炸危險房間的安全出入口,不應少于2個,其中1個應直通室外。但面積不超過100m2的房間,可只設1個直通室外出入口。
7.0.6 有爆炸危險房間與無爆炸危險房間之間,應采用耐火極限不低于3.0h的不燃燒體防爆防護墻隔開。當設置雙門斗相通時,門的耐火極限不應低于1.2h。
有爆炸危險房間與無爆炸危險房間之間,當必須穿過管線時,應采用不燃燒體材料填塞空隙。
7.0.7 有爆炸危險房間的門窗均應向外開啟,并宜采用撞擊時不產(chǎn)生火花的材料制作。
7.0.8 氫氣灌瓶間、空瓶間、實瓶間和氫氣匯流排間,應設置氣瓶裝卸平臺,其寬度不宜小于2m,高度應按氣瓶運輸工具高度確定,宜高出室外地坪0.6~1.2m,氣瓶裝卸平臺,應設置大于平臺寬度的雨篷,雨篷及其支撐材料應為不燃燒體。
7.0.9 氫氣灌瓶間內(nèi),應設置高度不低于2m的防護墻。
氫氣灌瓶間、氫氣匯流排間和實瓶間,應采取防止陽光直射氣瓶的措施。
7.0.10 有爆炸危險房間的上部空間,應通風良好。頂棚內(nèi)表面應平整,避免死角。
7.0.11 制氫間、氫氣壓縮機間、氫氣純化間、氫氣灌瓶間等的廠房跨度大于9.0m時,宜設天窗。天窗、排氣孔應設在最高處。
7.0.12 制氫間的屋架下弦的高度,應滿足設備安裝和排熱的要求,并不得低于5.0m。
氫氣壓縮機間、氫氣純化間屋架下弦的高度,應滿足設備安裝和維修的要求,并不得低于4.5m。
氫氣灌瓶間、氫氣匯流排間屋架下弦的高度,不宜低于4.5m。氫氣集裝瓶間屋架下弦的高度,應按起吊設備確定,并不宜低于6m。
條文說明
7.0.1 氫氣站、供氫站有爆炸危險房間,在生產(chǎn)過程中散發(fā)、泄漏氫氣,易形成爆炸混合氣,發(fā)生火災和爆炸事故。爆炸混合氣的燃燒、爆炸擴散速度快,發(fā)生事故時疏散和搶救較困難,將會造成較大的傷亡和損失。據(jù)調(diào)查大部分的氫氣站均為單層建筑。為減少發(fā)生事故時的損失和傷亡,故本條規(guī)定氫氣站宜為單層建筑。
7.0.2~7.0.4 這三條是按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》中有關甲類生產(chǎn)和廠房防爆的規(guī)定制定的。
1 國家標準《建筑設計防火規(guī)范》正在修訂中,據(jù)了解該規(guī)范的修訂“報批稿”已完成,在該修訂稿中對甲類生產(chǎn)建筑防爆泄壓面積的規(guī)定和計算方法作了修改,因此本規(guī)范規(guī)定:氫氣站、供氫站有爆炸危險房間泄壓面積的計算應符合現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定。
2 我國南方地區(qū),冬季最低室外氣溫也在0℃以上,對采用變壓吸附提純氫的氫氣站中的氫氣壓縮機間,由于面積不大,推薦采用半敞開式或敞開式的建筑物。
7.0.6 按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定,若必須貼鄰設置車間辦公室、休息室等,應以耐火極限不低于3.0h的非燃燒體墻隔開。按此要求,本條規(guī)定有爆炸危險房間與無爆炸危險房間之間采用耐火極限不低于3.0h的非燃燒體墻分隔。若當設置雙門斗相通時,應采用甲級防火門窗。為此本條規(guī)定門的耐火極限不低于1.2h。
7.0.7 為防止爆炸著火事故的發(fā)生,本條規(guī)定在有爆炸危險房間的門窗宜采用撞擊時不起火花的材料制作。撞擊時不起火花的門窗材料有木材、鋁、橡膠、塑料等。亦可以僅在門窗經(jīng)常開啟部分采用不起火花材料制作,以防止鐵制窗框直接撞擊。
7.0.8 為方便氫氣鋼瓶的裝卸,減少勞動強度,應設氣瓶裝卸平臺。因平臺上來往操作和氣瓶運輸頻繁,應設置大于平臺寬度的雨篷,用以遮陽和遮雨雪。由于氫氣屬甲類生產(chǎn),雨篷及其支撐材料應為不燃材料。
7.0.9 氫氣灌瓶間設置防護墻,是為減少灌瓶過程中由于管理不嚴和操作失誤造成的爆炸事故所帶來的損失和影響,保護操作人員人身安全。一些工廠氫氣站在操作規(guī)程中規(guī)定,當氣瓶灌充支管、夾子連接后,操作人員走到防護墻外面打開充氣總閥進行灌充。為此,本條規(guī)定應設2m高的防護墻,其墻體材料宜采用鋼筋混凝土。
氣瓶受日光強烈直射后,瓶內(nèi)氣體壓力隨溫度升高而升高,會引起超壓的不安全性,為此規(guī)定應采取防止陽光直射氣瓶的措施,一般采用窗玻璃涂白、磨砂玻璃以及遮陽板等方法。
7.0.10 氫氣輕,易聚積在房屋上方。屋蓋下表面的構造要有利于氫氣的排出,屋蓋頂部一般設自然通風帽、通風屋脊、天窗或老虎窗等,以保持通風良好,使氫氣能從最高通風裝置導出。為此,本條規(guī)定有爆炸危險房間上部空間應自然通風良好,頂棚平整,避免死角。
7.0.11 氫氣站的水電解制氫間室溫較高,設置天窗不但通風好且利于排熱,當跨度大于9m時,宜設天窗。為排凈氫氣,天窗、排氣孔應設在最高處。
7.0.12 據(jù)調(diào)查,即使在我國北方,氫氣站的水電解制氫間內(nèi)如果自然通風不好,室溫也可達40~50℃。為改善通風,加強排熱,對水電解制氫的屋架下弦高度作了不得低于5.0m的規(guī)定。此規(guī)定與目前各行業(yè)正運行中的氫氣站的水電解制氫間的屋架下弦高度基本一致;氫氣站采用變壓吸附提純氫裝置設在室內(nèi)的制氫間,一般均為小型的PSA裝置,此類制氫間的屋架下弦高度不得低于5.0m,可滿足要求。
對氫氣壓縮機間、氫氣純化間、氫氣灌瓶間、氫氣集裝瓶間等的屋架下弦高度均規(guī)定了下限值,具體執(zhí)行中應視設備外形尺寸和設備檢修需要確定。
8電氣及儀表控制
8.0.1 氫氣站、供氫站的供電,按現(xiàn)行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50052規(guī)定的負荷分級,除中斷供氫將造成較大損失者外,宜為三級負荷。
8.0.2 有爆炸危險房間或區(qū)域內(nèi)的電氣設施,應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的規(guī)定。
8.0.3 有爆炸危險環(huán)境的電氣設施選型,不應低于氫氣爆炸混合物的級別、組別(ⅡCT1)。有爆炸危險環(huán)境的電氣設計和電氣設備、線路接地,應按現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的規(guī)定執(zhí)行。
8.0.4 有爆炸危險房間的照明應采用防爆燈具,其光源宜采用熒光燈等高效光源。燈具宜裝在較低處,并不得裝在氫氣釋放源的正上方。
氫氣站內(nèi)宜設置應急照明。
8.0.5 在有爆炸危險環(huán)境內(nèi)的電纜及導線敷設,應符合現(xiàn)行國家標準《電力工程電纜設計規(guī)范》GB 50217的規(guī)定。敷設導線或電纜用的保護鋼管,必須在下列各處做隔離密封:
1 導線或電纜引向電氣設備接頭部件前;
2 相鄰的環(huán)境之間。
8.0.6 有爆炸危險房間內(nèi),應設氫氣檢漏報警裝置,并應與相應的事故排風機聯(lián)鎖。當空氣中氫氣濃度達到0.4%(體積比)時,事故排風機應能自動開啟。
8.0.7 氫氣站應根據(jù)氫氣生產(chǎn)系統(tǒng)的需要設置下列分析儀器:
1 氫氣純度分析儀(連續(xù));
2 純氫、高純氫氣中雜質(zhì)含量分析;
3 原料氣純度或組分分析;
4 對水電解制氫裝置,應設置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀;當回收氧氣時,應設氧中氫含量超量報警裝置。
5 根據(jù)需要設制氫過程分段氣體濃度分析儀。
8.0.8 氫氣站、供氫站應根據(jù)需要設置下列計量儀器:
1 原料氣體流量計;
2 產(chǎn)品氫氣或對外供氫的氫氣流量計。
8.0.9 氫氣站采用水電解制氫裝置時,水電解槽的直流電源的配置,應符合下列規(guī)定:
1 每臺水電解槽,應采用單獨的晶閘管整流器或硅整流器供電。整流器應有調(diào)壓功能,并宜具備自動穩(wěn)流功能;
2 整流器應配有專用整流變壓器。三相整流變壓器繞組的一側,應按三角形(△)接線;
3 整流裝置對電網(wǎng)的諧波干擾,應按國家限制諧波的有關規(guī)定執(zhí)行。
8.0.10 水電解制氫系統(tǒng)的直流電源的設置,應符合下列規(guī)定:
1 高壓整流變壓器和飽和電抗器,應設在單獨的變壓器室內(nèi)。變壓器室的設計,應符合現(xiàn)行國家標準《10kV及以下變電所設計規(guī)范》GB 50053的規(guī)定;
2 整流變壓器室遠離高壓配電室時,高壓進線側宜設負荷開關或隔離開關;
3 整流器或成套低壓整流裝置,應設在與電解間相鄰的電源室內(nèi)。電源室的設計,應符合現(xiàn)行國家標準《低壓配電設計規(guī)范》GB 50054的規(guī)定;
4 直流線路應采用銅導體,宜敷設在較低處或地溝內(nèi)。當必須采用裸母線時,應有防止產(chǎn)生火花的措施;
5 電解間應設置直流電源的緊急斷電按鈕,按鈕宜設在便于操作處。
8.0.11 氫氣灌瓶間與氫氣壓縮機間之間,應設聯(lián)系信號。
8.0.12 氫氣站、供氫站,應設下列主要壓力檢測項目:
1 站房出口氫氣壓力;
2 氫氣罐壓力;
3 制氫裝置出口壓力顯示、調(diào)節(jié);
4 水電解制氫裝置的氫側、氧側壓力和壓差控制、調(diào)節(jié);
5 變壓吸附提純氫系統(tǒng)的每個吸附器的壓力顯示、吸附壓力調(diào)節(jié);
6 氫氣壓縮機進氣、排氣壓力。
根據(jù)氫氣生產(chǎn)工藝要求,尚需設置壓力調(diào)節(jié)裝置。
8.0.13 氫氣站、供氫站,應設下列主要溫度檢測項目:
1 制氫裝置出口氣體溫度顯示;
2 水電解槽(分離器)溫度顯示、調(diào)節(jié);
3 變壓吸附器入口氣體溫度顯示;
4 氫氣壓縮機出口氫氣溫度顯示。
8.0.14 氫氣站、供氫站應設自動控制系統(tǒng);需要時可按無人值守要求配置。
條文說明
8.0.1 氫氣站、供氫站的各類設備,停電后自身不致?lián)p壞,按現(xiàn)行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》規(guī)定的負荷分級,為三級負荷。
發(fā)電廠氫氣站生產(chǎn)的氫氣是供冷卻發(fā)電機使用,如停止供應氫氣將使發(fā)電機不能正常運行,但其氫氣罐儲量大,設計儲存期達7~10d,制氫設備短時中斷供電,對發(fā)電機運行不致產(chǎn)生較大影響。當氫氣站、供氫站作為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的動力供應源時,其負荷等級與中斷供氫所造成的損失直接有關。如浮法玻璃生產(chǎn)線,用氫量大,而氫氣罐儲量小,有的工廠甚至未設氫氣罐,一旦停止供氣,將造成玻璃和錫槽上層錫液報廢,經(jīng)濟損失較大。而熔煉玻璃的窯爐又屬一級負荷,此類氫氣站供電負荷等級要相應提高。所以本條規(guī)定,除中斷供氫將造成較大損失者外,宜為三級負荷。
8.0.4 氫氣是易燃易爆氣體,爆炸范圍寬、點火能量低,比重又小,極易向上擴散。為了安全,規(guī)定燈具宜在低處安裝,并不得在氫氣釋放源正上方布燈。
在相同照度下,采用熒光燈等高效光源,可以減少燈數(shù),降低造價。此外,熒光燈等高效光源使用壽命長,燈具表面溫度低,受電壓波動影響小,維修工作量少。
制氫間等是有爆炸危險的生產(chǎn)過程,多為三班制運行,一旦中斷照明,影響較大。因此,氫氣站內(nèi)一般宜設應急照明。
8.0.5 氫氣站內(nèi)有爆炸危險環(huán)境內(nèi)的電纜及電纜敷設應符合現(xiàn)行國家標準。敷設的導線和電纜用鋼管保護時,應按本條規(guī)定進行隔離密封。
8.0.6 為保證在有爆炸危險房間內(nèi)的生產(chǎn)設備及人身安全,應設氫氣檢漏報警裝置。目前國內(nèi)生產(chǎn)的氫氣檢漏報警裝置,按檢測原理劃分有接觸燃燒式、熱化學式、氣敏半導體式和鈀柵場效應晶體式4種。這4種各有優(yōu)缺點,其中,鈀柵場效應晶體式應用的較多。據(jù)調(diào)查,使用該產(chǎn)品的用戶均表示滿意。其優(yōu)點是靈敏度和選擇性好,只對氫氣報警,探頭使用壽命約10000h。
將超限報警觸點接入事故排風機控制回路進行聯(lián)鎖后,當氫氣超量形成隱患或事故發(fā)生時,能及時自動開啟風機進行排除。
8.0.7 制定本條的依據(jù):
1 為確保氫氣站生產(chǎn)的氫氣質(zhì)量和純度以及生產(chǎn)安全,在運行中應按規(guī)定進行純度分析,因此要配置氫氣純度分析儀、高純氫氣中雜質(zhì)含量分析儀。據(jù)調(diào)查,現(xiàn)在運行中的氫氣站一般采用人工分析和自動分析。人工分析所用儀器簡單,價格低。自動分析儀器,國內(nèi)已有定型產(chǎn)品生產(chǎn)。已在一些制氫裝置中成套供應,提供自動分析儀表。對變壓吸附提純氫系統(tǒng),為使系統(tǒng)穩(wěn)定運行,還應對原料氣純度或組分進行分析。
2 在水電解制氫系統(tǒng)生產(chǎn)氫氣的同時,有副產(chǎn)品氧。氧氣回收利用,相應降低氫氣的單位能耗,以取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。為確保安全,此類水電解制氫裝置,應設置本條規(guī)定的分析儀器和報警裝置,可參見本規(guī)范第4.0.3條的說明。
8.0.9 制定本條的依據(jù)是:
1 水電解槽是以電阻為主的非線性負荷,水電解槽常溫狀態(tài)開車時,需要調(diào)節(jié)電壓,使電流逐步升高,直至達到額定電流,歷時數(shù)小時。正常生產(chǎn)時,為控制產(chǎn)氣量,也要調(diào)節(jié)電解電壓。停車時有一定的反電勢,停車電壓高,反電勢也高,停車電壓低,反電勢也低。因此,停車時要適時調(diào)節(jié)電壓,緩慢降低電流到額定電流的20%~30%時,再切斷電源。由于每臺水電解槽的參數(shù)不同,開、停車和正常生產(chǎn)時需要調(diào)壓的高低有差異,因此每臺水電解槽應配置單獨整流設備供電,以便按照需要進行調(diào)節(jié)。更重要的是,采用單獨整流設備供電,可以防止多臺水電解槽共用同一直流電源可能產(chǎn)生的環(huán)流現(xiàn)象.有利于保證水電解制氫系統(tǒng)安全運行和延長水電解槽使用壽命。
目前,可供水電解槽使用的性能優(yōu)良的直流電源是晶閘管整流器和硅整流器。
晶閘管整流器具有體積小、效率高、調(diào)節(jié)方便和易于實現(xiàn)自動穩(wěn)流、穩(wěn)壓等優(yōu)點。隨著晶閘管質(zhì)量和容量的提高,觸發(fā)線路抗干擾性能和保護環(huán)節(jié)的不斷改善,使用范圍正逐步擴大。不足之處是選用或運行不當時,回路中出現(xiàn)高次諧波,引起損耗加大,甚至使網(wǎng)絡波形畸變。
硅整流器具有輸出波形好、工作可靠和維修方便、可自動穩(wěn)定電流等優(yōu)點,使用比較廣泛,但采用飽和電抗器調(diào)壓和自動穩(wěn)流噪聲大,整流效率低。
2 整流器配置專用整流變壓器后,可防止環(huán)流和整流器輸出的偏流現(xiàn)象,起到電氣隔離作用,有利于保證生產(chǎn)安全、節(jié)能和延長水電解槽使用壽命。
將三相整流變壓器繞組中的一側按三角形(△)接線,可消除.三次諧波電流對電網(wǎng)的干擾。
3 晶閘管和硅整流設備是諧波發(fā)生源,能向電網(wǎng)注入諧波電流,造成電網(wǎng)電壓正弦波畸變,電能質(zhì)量下降。按原電力部頒發(fā)的《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》,整流裝置對電網(wǎng)的諧波干擾應限制在允許的范圍內(nèi),方能接電運行。
8.0.10 本條制定的依據(jù)是:
1 高壓整流變壓器室的設計要求與配電變壓器室相同。因此設計時,應按《10kV及以下變電所設計規(guī)范》執(zhí)行。
2 當整流變壓器室遠離高壓配電室時,為了保證維修人員的安全,在高壓側要有直觀的斷電點。為此,規(guī)定在高壓進線側宜設負荷開關或隔離開關。
3 采用水電解制氫的氫氣站電解間應為有爆炸危險房間,但由于設備特點,當采用裸母線時,應防止因金屬導體短接、撞擊或母線連接不良而產(chǎn)生火花,一般應采用以下措施:
(1)母線在地溝內(nèi)敷設,且地溝設蓋板;
(2)母線明敷時要有保護網(wǎng)罩,如金屬網(wǎng)罩等;
(3)母線連接采用焊接;
(4)螺栓連接(母線與設備間)時,母線連接處應蘸錫,連接要可靠,并防止自動松脫。
8.0.11 氫氣壓縮和灌瓶操作的關系十分密切,兩處又都是有爆炸危險環(huán)境,為便于協(xié)調(diào)生產(chǎn),規(guī)定應設置聯(lián)系信號。
8.0.12、8.0.13 這兩條是規(guī)定氫氣站、供氫站在通常情況下,為了安全、穩(wěn)定的運行和方便進行管理,應設置的壓力檢測、溫度檢測項目。
8.0.14 氫氣站、供氫站通常情況下均應設自動控制系統(tǒng),近年來建設的站房都是這樣做的,只不過自控范圍、內(nèi)容有所不同。氫氣站無人值守的全自動控制系統(tǒng),國內(nèi)已有實例,但因造價較高,應按業(yè)主需要確定。
9防雷及接地
9.0.1 氫氣站、供氫站的防雷,應按現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057、《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的要求設置防雷、接地設施。
9
.0.2 氫氣站、供氫站的防雷分類不應低于第二類防雷建筑。其防雷設施應防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入。防直擊雷的防雷接閃器,應使被保護的氫氣站建筑物、構筑物、通風風帽、氫氣放空管等突出屋面的物體均處于保護范圍內(nèi)。
9.0.3 氫氣站、供氫站內(nèi)按用途分有電氣設備工作(系統(tǒng))接地、保護接地、雷電保護接地、防靜電接地。不同用途接地共用一個總的接地裝置時,其接地電阻應符合其中最小值。
9.0.4 氫氣站、供氫站內(nèi)的設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風管等應接到防雷電感應接地裝置上。管道法蘭、閥門等連接處,應采用金屬線跨接。
9.0.5 室外架空敷設氫氣管道應與防雷電感應的接地裝置相連。距建筑100m內(nèi)管道,每隔25m左右接地一次,其沖擊接地電阻不應大于20Ω。埋地氫氣管道,在進出建筑物處亦應與防雷電感應的接地裝置相連。
9.0.6 有爆炸危險環(huán)境內(nèi)可能產(chǎn)生靜電危險的物體應采取防靜電措施。在進出氫氣站和供氫站處、不同爆炸危險環(huán)境邊界、管道分岔處及長距離無分支管道每隔50~80m處均應設防靜電接地,其接地電阻不應大于10Ω。
9.0.7 氫氣罐等有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉容器,當其壁厚大于4mm時可不裝設接閃器,但應有可靠接地,接地點不應小于2處:兩接地點間距不宜大于30m,沖擊接地電阻不應大于10Ω。氫氣放散管的保護應符合現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057的要求。
9.0.8 要求接地的設備、管道等均應設接地端子。接地端子與接地線之間,可采用螺栓緊固連接;對有振動、位移的設備和管道,其連接處應加撓性連接線過渡。
條文說明
9.0.2 根據(jù)現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》及本規(guī)范第1.0.3條的規(guī)定,氫氣站、供氫站內(nèi)部分房間以及氫氣罐為1區(qū)爆炸危險環(huán)境。按現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》規(guī)定,凡屬于1區(qū)爆炸危險環(huán)境為第一或第二類防雷建筑,因此本條規(guī)定:“氫氣站、供氫站的防雷分類不應低于第二類防雷建筑。”應設有防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的措施。通風風帽、氫氣放散管等突出屋面的物體均應按現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》的有關規(guī)定執(zhí)行。
9.0.3 Ⅰ類防雷建筑物應設獨立避雷針、架空避雷線或架空避雷網(wǎng),并應有獨立的接地裝置。除此類建筑外的不同用途接地可共用一個總的接地裝置,其接地電阻應符合其中最小值。因此,作了本條的規(guī)定。
9.0.4 有爆炸危險房間內(nèi)的較大型金屬物(如設備、管道、構架等)應進行良好的接地處理,是防雷電感應的主要措施。在正常環(huán)境無銹的情況下,管道接頭、閥門、法蘭盤等接觸電阻一般均在0.03Ω以下。但若管道接頭生銹,會使接觸電阻增大。根據(jù)試驗,螺栓連接的法蘭盤之間如生銹腐蝕,在雷電流幅值相當?shù)?10.7kA)的情況下,法蘭盤間也能發(fā)生火花。氫氣站如不注意經(jīng)常檢查并測試管道接頭等的過渡電阻,一旦接頭處生銹,則十分危險。為此,規(guī)定所有管道,包括暖氣管及水管法蘭盤、閥門接頭等均應采用金屬線跨接。
9.0.5 本條是參照現(xiàn)行國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》中有關第一類防雷建筑物防止雷電波侵入措施“架空金屬管道,在進出建筑物處應與防雷感應的接地裝置相連。距離建筑物100m內(nèi)的管道,應每隔25m左右接地一次,其沖擊接地電阻不應大于20Ω”等規(guī)定制定。
9.0.6 為加速管道上靜電荷釋放而制定,并參考《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)程》中的有關規(guī)定和要求制定本條。
9.0.7 本條的制定根據(jù)是:多年來大部分室外氫氣罐等封閉式容器的防雷均采用容器外壁作為“接閃器”保護方式,已有多年的運行實踐經(jīng)驗。9.0.8 凡需接地的設備、管道設接地端子,接地端子與接地線之間采用螺栓緊固連接以便于平時檢修。為了接地連接可靠,對有振動、位移的設備和管道采用撓性過渡連接是必要的。
10給水排水及消防
10.0.1 氫氣站、供氫站內(nèi)的生產(chǎn)用水,除中斷供氫將造成較大損失者外,可采用一路供水。
10.0.2 氫氣站、供氫站內(nèi)的冷卻水系統(tǒng),應符合下列規(guī)定:
1 冷卻水系統(tǒng),宜采用閉式循環(huán)水;
2 冷卻水供水壓力宜為0.15~0.35MPa。水質(zhì)及排水溫度,應符合現(xiàn)行國家標準《壓縮空氣站設計規(guī)范》GB 50029的要求;
3 應裝設斷水保護裝置。
10.0.3 氫氣站的冷卻水排水,應設水流觀察裝置或排水漏斗。
10.0.4 氫氣站排出的廢液,應符合現(xiàn)行國家標準《污水綜合排放標準》GB 8978的規(guī)定。
10.0.5 有爆炸危險房間、電器設備間,可根據(jù)建筑物大小和具體情況配備二氧化碳、“干粉”等滅火器材。
10.0.6 氫氣站、供氫站的室內(nèi)外消防設計,應符合現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》GBJ 16的規(guī)定。
條文說明
10.0.1 電子、冶金、電力、石油化工等行業(yè)的氫氣站均設有一定容積的氫氣罐,當暫時中斷供水,各類制氫裝置停止運行,也不會影響供氫及制氫設備的安全,氫氣站用水采用一路供水。但玻璃等行業(yè)部分氫氣站無氫氣罐,若制氫設備停止運行,中斷供氫,使浮法玻璃生產(chǎn)用錫槽的錫液氧化,將會造成較大損失,該類工廠冷卻水均為兩路供水。
10.0.2 制定本條的依據(jù)是:
1 根據(jù)國家節(jié)約用水政策及供水日趨緊張的狀況,應對直流供水進行限制,所以規(guī)定冷卻水宜為循環(huán)水。
氫氣站、供氫站冷卻水宜與全廠循環(huán)冷卻水統(tǒng)一考慮,有的站自行設置時,宜采用閉式循環(huán)系統(tǒng)。
2 據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有氫氣站冷卻水水壓一般在0.15~0.35MPa范圍,已滿足需要。冷卻水水質(zhì)及排水溫度按《壓縮空氣站設計規(guī)范》的有關要求確定。對冷卻水的熱穩(wěn)定性的要求是防止結垢,部分工廠采用軟水復用或循環(huán)。
3 氫氣站、供氫站裝設斷水保護裝置是十分必要的,否則水壓不夠,造成制氫設備、氫氣壓縮機等運行不正常,甚至發(fā)生事故。冷卻水中斷后還會使氣體溫度升高,影響制氫、供氫系統(tǒng)正常運行。因此,本條規(guī)定應設斷水保護裝置。
10.0.5 已調(diào)查的氫氣站、供氫站有爆炸危險房間及電氣設備房間,如變壓器間、直流電源室、配電間、控制室,均設有二氧化碳、“干粉”等滅火裝置;電氣設備房間不得采用水消防。
《氫氣站設計規(guī)范[附條文說明]》GB 50177-200511采暖通風
11.0.1 氫氣站、供氫站嚴禁使用明火取暖。當設集中采暖時,應采用易于消除灰塵的散熱器。
11.0.2 集中采暖時,室內(nèi)計算溫度應符合下列規(guī)定:
1 生產(chǎn)房間不應低于15℃;
2 空瓶、實瓶間不應低于10℃;
3 氫氣罐閥門室不應低于5℃;
4 值班室、生活間等應按現(xiàn)行國家標準《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》GBZ 1的規(guī)定執(zhí)行。
11.0.3 在計算采暖、通風熱量時,應計入制氫裝置散發(fā)的熱量。
11.0.4 氫氣灌瓶間、氫氣匯流排間和空瓶、實瓶間內(nèi)的散熱器,應采取隔熱措施。
11.0.5 有爆炸危險房間的自然通風換氣次數(shù),每小時不得少于3次;事故排風裝置換氣次數(shù)每小時不得少于12次,并與氫氣檢漏裝置聯(lián)鎖。
11.0.6 自然通風帽應設有風量調(diào)節(jié)裝置和防止凝結水滴落的措施。
11.0.7 有爆炸危險房間,事故排風機的選型,應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的規(guī)定,并不應低于氫氣爆炸混合物的級別、組別(ⅡCT1)。
條文說明
11.0.1 可燃氣體燃燒、爆炸的條件:一是達到一定的濃度范圍,二是有明火。所以“嚴禁明火”是氫氣站、供氫站至關重要的安全措施之一,而且,不得采用電爐、火爐等明火取暖。
要求選用易于清除灰塵的散熱器,如柱型、光管、鋼制板式換熱器等,是為了保持清潔,防止因積灰揚塵而引起爆炸,以確保安全。
11.0.2 生產(chǎn)房間采暖計算溫度不低于15℃是按照《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》的規(guī)定。空、實瓶間內(nèi)不是經(jīng)常有人值班、作業(yè),所以將采暖計算溫度降為10℃。
氫氣罐閥門室溫度要求不低于5℃,是為了防止室內(nèi)結冰,凍裂管道、閥門而泄漏氫氣。
11.0.3、11.0.4 由于氫氣鋼瓶是灌充氫氣(壓力大于或等于15MPa)的高壓容器,為防止氫氣鋼瓶受熱超壓,所以制定本條規(guī)定。對條文中規(guī)定的房間內(nèi)的散熱器,應采取隔熱措施。
11.0.5 制定本條的依據(jù)是:
1 如果室內(nèi)通風不良,外泄的氫氣積聚到爆炸極限范圍時,一旦遇火花,就會立即引起爆炸事故。氫氣比重僅為空氣的1/14,極易擴散,所以只要廠房高處設風帽或天窗,靠自然風力或溫差的作用,新鮮空氣置換含氫空氣,氫氣濃度就會大大低于爆炸極限。自然通風,無疑是安全防爆的有效措施之一。
現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》中規(guī)定:“當通風良好時,應降低爆炸危險區(qū)域等級;當通風不良時,應提高爆炸危險區(qū)域等級。”
事故排風裝置,是針對制氫系統(tǒng)一旦發(fā)生大量氫氣泄漏事故時,自然通風的換氣次數(shù)不能適應緊急置換、氫氣擴散的要求而設置并即時啟動。
2 據(jù)調(diào)查,現(xiàn)運行中的氫氣站內(nèi)有爆炸危險房間每小時自然換氣次數(shù)和事故排風換氣次數(shù),均分別按3次和小于12次設計,已安全運行幾十年,未曾發(fā)現(xiàn)因換氣次數(shù)選用不當而釀成事故。
12氫氣管道
12.0.1 碳素鋼管中氫氣最大流速,應符合表12.0.1的規(guī)定。
12.0.2 氫氣管道的管材應采用無縫鋼管。對氫氣純度有嚴格要求時,其管材、閥門、附件和敷設,應按現(xiàn)行國家標準《潔凈廠房設計規(guī)范》GB 50073中有關規(guī)定執(zhí)行。
12.0.3 氫氣管道閥門的采用,應符合下列規(guī)定:
1 氫氣管道的閥門,宜采用球閥、截止閥;
2 閥門的材料,應符合表12.0.3的規(guī)定。
12.0.4 氫氣管道法蘭、墊片的選擇,宜符合表12.0.4的規(guī)定。
12.0.5 氫氣管道的連接,應采用焊接。但與設備、閥門的連接,可采用法蘭或錐管螺紋連接。螺紋連接處,應采用聚四氟乙烯薄膜作為填料。
12.0.6 氫氣管道穿過墻壁或樓板時,應敷設在套管內(nèi),套管內(nèi)的管段不應有焊縫。管道與套管間,應采用不燃材料填塞。
12.0.7 氫氣管道與其他管道共架敷設或分層布置時,氫氣管道宜布置在外側并在上層。
12.0.8 輸送濕氫或需做水壓試驗的管道,應有不小于3‰的坡度,在管道最低點處應設排水裝置。
12.0.9 氫氣放空管,應設阻火器。阻火器應設在管口處。放空管的設置,應符合下列規(guī)定:
1 應引至室外,放空管管口應高出屋脊1m;
2 應有防雨雪侵入和雜物堵塞的措施;
3 壓力大于0.1MPa時,阻火器后的管材,應采用不銹鋼管。
12.0.10 氫氣站、供氫站和車間內(nèi)氫氣管道敷設時,應符合下列規(guī)定:
1 宜沿墻、柱架空敷設,其高度不應防礙交通并便于檢修。與其他管道共架敷設時,應符合本規(guī)范附錄B的要求;
2 嚴禁穿過生活間、辦公室,并不得穿過不使用氫氣的房間;
3 車間人口處應設切斷閥,并宜設流量記錄累計儀表;
4 車間內(nèi)管道末端宜設放空管;
5 接至用氫設備的支管,應設切斷閥,有明火的用氫設備還應設阻火器。
12.0.11 廠區(qū)內(nèi)氫氣管道架空敷設時;應符合下列規(guī)定:
1 應敷設在不燃燒體的支架上;
2 寒冷地區(qū),濕氫管道應采取防凍設施;
3 與其他架空管線之間的最小凈距,宜按本規(guī)范附錄B的規(guī)定執(zhí)行;與建筑物、構筑物、鐵路和道路等之間的最小凈距,宜按本規(guī)范附錄C的規(guī)定執(zhí)行。
12.0.12 廠區(qū)內(nèi)氫氣管道直接埋地敷設時,應符合下列規(guī)定:
1 埋地敷設深度,應根據(jù)地面荷載、土壤凍結深度等條件確定,管頂距地面不宜小于0.7m。濕氫管道應敷設在凍土層以下;當敷設在凍土層內(nèi)時,應采取防凍措施;
2 應根據(jù)埋設地帶的土壤腐蝕性等級,采取相應的防腐蝕措施;
3 與建筑物、構筑物、道路及其他埋地敷設管線之間的最小凈距,宜按本規(guī)范附錄D、附錄E的規(guī)定執(zhí)行;
4 不得敷設在露天堆場下面或穿過熱力溝。當必須穿過熱力溝時,應設套管。套管和套管內(nèi)的管段不應有焊縫;
5 敷設在鐵路或不便開挖的道路下面時,應加設套管。套管的兩端伸出鐵路路基、道路路肩或延伸至排水溝溝邊均為1m。套管內(nèi)的管段不應有焊縫;套管的端部應設檢漏管;
6 回填土前,應從溝底起直至管頂以上300mm范圍內(nèi),用松散的土填平夯實或用砂填滿再回填土。
12.0.13 廠區(qū)內(nèi)氫氣管道明溝敷設時,應符合下列規(guī)定:
1 管道支架應采用不燃燒體;
2 在寒冷地區(qū),濕氫管道應采取防凍措施;
3 不應與其他管道共溝敷設。
12.0.14 氫氣管道設計對施工及驗收的要求,應符合下列規(guī)定:
1 接觸氫氣的表面,應徹底去除毛刺、焊渣、鐵銹和污垢等,管道內(nèi)壁的除銹應達到出現(xiàn)本色為止;
2 碳鋼管的焊接,宜采用氬弧焊作底焊;不銹鋼管應采用氬弧焊;
3 管道、閥門、管件等在安裝過程中及安裝后,應采用嚴格措施防止焊渣、鐵銹及可燃物等進入或遺留在管內(nèi);
4 管道的試驗介質(zhì)和試驗壓力,應符合表12.0.14的規(guī)定;
5 泄漏量試驗合格后,必須用不含油的空氣或氮氣,以不小于20m/s的流速進行吹掃,直至出口無鐵銹、無塵土及其他臟物為合格。
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條文說明
12.0.1 氣體的流速有經(jīng)濟流速和安全流速之分,對可燃性氣體主要應著眼于安全流速。氫氣具有著火能量低,與空氣、氧混合燃燒和爆炸極限寬,燃燒速度快等特點,所以在生產(chǎn)和使用過程中的燃燒、爆炸問題應特別注意。氫與空氣或與氧混合形成處于爆炸極限范圍內(nèi)的可燃性混合物和著火源同時存在,是燃燒和爆炸的兩個基本條件。為此,應管理好可燃燒性物質(zhì),防止氫氣泄漏、逸出和積累,注意系統(tǒng)的密封、抑制和監(jiān)視爆炸性混合物的形成。同時要管理好著火源。著火源分自燃和外因點燃兩大類。火源的形成和性質(zhì)見表6。
氫氣在管道內(nèi)流動,當流速大,與管壁摩擦增強,特別是管道內(nèi)含有鐵銹雜質(zhì)時,形成靜電火花。據(jù)美國宇航局統(tǒng)計的96次氫氣事故中,氫氣釋放到大氣與空氣混合后著火事故占62%,靜電引起的著火事故占17.2%。多年以來,氫氣管道設計中控制流速為8m/s,本規(guī)范修訂前,規(guī)定碳鋼管中氫氣最大流速:當壓力大于1.6MPa時為8m/s,0.1~1.6MPa為12m/s;不銹鋼管為15m/s。原規(guī)范執(zhí)行中一些單位詢問和提供超過規(guī)定最大流速的有關問題和情況,如揚子石化一巴斯夫公司提供,該公司相關石化裝置的氫氣流速采用小于20m/s。近年來,隨著我國引進技術、設備和技術交往,許多單位實際又突破原規(guī)范的規(guī)定流速。國內(nèi)已建部分氫氣管道流速見表7。
從表7可見,氫氣流速比修訂前規(guī)定流速有所提高是可行的。為確保安全生產(chǎn),應在接地、防泄漏方面加強技術措施。隨著技術、材料及施工管理水平的提高,這是完全可以做到的,如:管道內(nèi)壁除銹至本色;碳鋼管氬弧焊作底焊,防焊渣落入管道中;安裝過程中和安裝后防止焊渣、鐵銹遺留在管內(nèi)并進行吹掃;泄漏量試驗要求泄漏率以小于0.5%為合格;室外管道接地,閥門、法蘭金屬線跨接,設備、管道設接地端頭等。
在國家標準《氧氣及相關氣體安全技術規(guī)程》GB 16912-1997中規(guī)定管道中氧氣的最高允許流速為:工作壓力大于0.1小于或等于3.0MPa時,碳鋼15m/s、不銹鋼25m/s;工作壓力大于3.0小于10MPa時,不銹鋼10m/s。本次修訂參考此規(guī)定對氫氣最大流速作了適當修改。
12.0.2 為避免因氫氣泄漏造成燃燒和爆炸事故的發(fā)生,規(guī)定氫氣管道的管材應采用無縫鋼管,不采用具有焊縫的焊接鋼管、電焊鋼管等。
12.0.4 法蘭和墊片的選用按工作介質(zhì)的壓力、溫度和需要密封程度確定。由于氫氣易泄漏,密封程度要求高,規(guī)定壓力大于2.5MPa采用凹凸式或榫槽式或梯形槽法蘭。
根據(jù)實際使用情況和保證氫氣管道連接部位的密封,規(guī)定工作壓力小于10MPa,氫氣管道墊片采用聚四氟乙烯或金屬纏繞式墊片;壓力大于等于10MPa,墊片采用硬鋼紙板或退火紫銅板。
12.0.5 氫氣是易燃易爆氣體,管道應采用焊接,以防止產(chǎn)生泄漏。與設備、閥門連接處允許采用法蘭或絲扣連接,是因受閥門、設備本身連接方式的限制,從國內(nèi)外氫氣管道敷設情況看,幾乎全是采用這種方法。
絲扣連接處采用聚四氟乙烯薄膜作填料,具有清潔、施工方便,安全性、密封性好的優(yōu)點,目前國內(nèi)外應用較為普遍,可以替代以往常用的涂鉛油的麻或棉絲。
12.0.6 管道穿過墻壁或樓板時,為使管道不承受外力作用并能自由膨脹及施工檢修方便,故要求敷設在套管內(nèi);套管內(nèi)的管段不得有焊縫,是為了避免因有焊縫不便檢查而無法發(fā)現(xiàn)泄漏氫氣所帶來的不安全性。此外,為防止氫氣漏人到其他房間引起意外事故,故要求在管道與套管的間隙應用不燃材料填堵。
12.0.7 為防止檢修其他管道時,焊渣火花落在氫氣管道上發(fā)生危險,也為了防止氫氣管道發(fā)生事故時影響其他管道;又因氫氣輕,極易向上擴散,所以規(guī)定氫氣管道布置在其他管道外側和上層。
12.0.8 輸送濕氫及需做水壓試驗的管道,因有積水、排水問題,規(guī)定管道坡度不小于3‰ ,并在最低點處設排水裝置排水,防止排水時氫氣泄漏。
12.0.9 氫氣放空管設阻火器,是為了在氫氣放空時,一旦雷擊引起燃燒爆炸事故時起阻止事故蔓延作用。阻火器位置以往有的設在室內(nèi),以便于維修;也有的設在室外,利于防雷擊。本條規(guī)定,應設在管口處。氫氣放空管高出屋脊1m是為使氫氣排空時,不倒灌入室內(nèi)。
壓力大于0.1MPa氫氣放空管,為防止氫氣放空時流速過大,并考慮放空管設在室外被雨水、濕空氣腐蝕產(chǎn)生鐵銹引起放空時氫氣的燃燒、爆炸事故,本條規(guī)定放空管在阻火器后的管材應采用不銹鋼管。
12.0.10 本條制定的依據(jù)是:
1 氫氣站、供氫站和車間內(nèi)氫氣管道,為便于施工和操作維修,避免或減少泄漏時的不安全性,規(guī)定宜沿墻、柱架空敷設。
2 為避免因氫氣泄漏造成不必要的人身和國家財產(chǎn)的損失,規(guī)定氫氣管道不準穿過生活間、辦公室和穿過不使用氫氣的房間。
3 進入用戶車間設切斷閥,是為便于車間管理,安全生產(chǎn)。一旦事故發(fā)生時,切斷氣源。設流量記錄累計儀表,便于車間獨立經(jīng)濟核算。
4 氫氣系統(tǒng)在投入使用前或者需要動火檢修時,均需以氮氣或其他惰性氣體進行系統(tǒng)的吹掃置換,因此規(guī)定管道末端設放空管。
5 氫氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?,一旦回火便迅速傳至整個系統(tǒng),后果嚴重。接至有明火的用氫設備的支管上裝設阻火器,是為了在一臺用氫設備出事故產(chǎn)生回火時不影響或盡量減少影響其他使用點的一項安全措施,以達到安全生產(chǎn)。
12.0.11 本條制定的依據(jù)是:
1 氫氣為易燃易爆氣體,為防止氫氣管道火災事故擴大,故規(guī)定支架采用不燃材料制作;
2 為防止?jié)駳涔艿涝诤涞貐^(qū)結凍堵塞,規(guī)定采取防凍措施。一般采取管道保溫或采用不超過70℃的熱水管伴隨保溫。
12.0.12 本條制定的依據(jù)是:
1 埋地敷設深度,按現(xiàn)行國家標準《工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范》規(guī)定。
2 土壤腐蝕性等級分為低、中、高三級,防腐層分別采用普通、加強及特加強三個等級。各級防腐層結構見表8。
一般情況下埋地氫氣管道采用加強級防腐層。
3 按現(xiàn)行國家標準《工礦企業(yè)總平面設計規(guī)范》中有關管線綜合和綠化布置的規(guī)定。當必須穿過熱力地溝時,加設套管。規(guī)定套管和套管內(nèi)的管段不應有焊縫,是為了防止氫氣泄漏進入地溝甚至竄人建筑物、構筑物內(nèi),形成氫氣爆炸混合物,引起事故的發(fā)生。
4 敷設在鐵路和不便開挖的道路下面的管道設套管,主要考慮到便于氫氣管檢修,同時避免使氫氣管道承受外力作用。套管內(nèi)的管段應是無焊縫的。
5 為防止從管底到管子上部以上300mm范圍內(nèi)回填土塊、石頭等雜物形成空洞,一旦氫氣泄漏時,積聚形成爆炸性氣體,故回填土前應在管子上部300mm范圍內(nèi),用松散土填平夯實或填滿砂子后才可再回填土。
12.0.13 明溝敷設在電力部門應用較多,實質(zhì)上是一種低架空敷設,其要求與架空敷設相同。為確保安全,本條作了較嚴格的規(guī)定。
12.0.14 氫氣管道能否安全運行,施工條件和施工質(zhì)量起著很重要的作用,必須引起重視。目前國內(nèi)現(xiàn)行國家標準對所有各種工業(yè)管道作出的規(guī)定具有通用性、普遍性。對氫氣管道來說,因它是易燃易爆氣體,具有危險性,從安全角度需要作補充規(guī)定。本條就是根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗提出的氫氣管道設計對施工及驗收的要求。
1 氫氣管道引起燃燒爆炸的條件有兩個:一是形成氫氣與空氣或氧氣的爆炸混合氣;二是有火源。為防止氫氣事故的發(fā)生,必須要千方百計地消除或防止產(chǎn)生上述兩個條件。根據(jù)這一基本點,氫氣管道中如有鐵銹、焊渣等雜物時,被高速氫氣流帶動與管壁摩擦容易產(chǎn)生火源,特別是管道內(nèi)壁有毛刺、焊渣突出物時更增加碰撞起火的危險,所以應比其他管道要求嚴格。
2 碳鋼管焊接采用氬弧焊作底焊,是防止焊渣進入管道內(nèi)的一項安全技術措施,但施工費用增加,以往氫氣管道并未這樣做,為此,本條規(guī)定宜采用氬弧焊作底焊。
3 為確保氫氣管道系統(tǒng)安全運行,在安裝過程中每個環(huán)節(jié)每個步驟均要采取措施防止焊渣、鐵屑、可燃物等進入,否則在管道安裝完畢再來檢查和消除是十分麻煩、十分困難的,不易徹底清除于凈。為此,規(guī)定應采取措施,防止焊渣等進入管內(nèi)。
4 氫氣管道強度試驗、氣密性試驗和泄漏量試驗是檢驗施工安裝最終質(zhì)量的重要手段,為統(tǒng)一標準制定本條。
一般管道強度試驗以液壓進行,考慮到液壓試驗后,水分除去很困難,易使管道內(nèi)壁產(chǎn)生銹蝕,影響安全運行。為此,規(guī)定對壓力小于3.0MPa的氫氣管道做氣壓強度試驗;對壓力大于等于3.0MPa的管道,為了安全,采用水壓強度試驗。以氣壓做強度試驗時,應制定嚴密的安全措施,防止意外事故的發(fā)生。
氣密性試驗一般管道按工作壓力進行,考慮到氫氣滲透性強,為防止泄漏,按照現(xiàn)行國家標準《鋼制壓力容器》規(guī)定的氣密性試驗壓力,規(guī)定為1.05P。
對泄漏量試驗合格的泄漏率規(guī)定,是根據(jù)氫氣滲透性強的特性,經(jīng)國內(nèi)多年實踐證明可行,并符合安全要求。泄漏率可按下列計算方法進行:
當氫氣管道公稱直徑小于或等于300mm時:
附錄A氫氣站爆炸危險區(qū)域的等級范圍劃分
A.0.1 爆炸危險區(qū)域的等級定義應符合現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058的規(guī)定。
A.0.2 氫氣站廠房內(nèi)爆炸危險區(qū)域的劃分,應符合下列規(guī)定(圖A.0.2):
1 制氫間、氫氣純化間、氫氣壓縮機間、氫氣灌瓶間等爆炸危險房間為1區(qū);
2 從上述各類房間的門窗邊沿計算,半徑為4.5m的地面、空間區(qū)域為2區(qū);
3 從氫氣排放口計算,半徑為4.5m的空間和頂部距離為7.5m的區(qū)域為2區(qū)。
A.0.3 氫氣站內(nèi)的室外制氫設備、氫氣罐爆炸危險區(qū)域劃分,應符合下列規(guī)定(圖A.0.3):
1 從室外制氫設備、氫氣罐的邊沿計算,距離為4.5m,頂部距離為7.5m的空間區(qū)域為2區(qū);
2 從氫氣排放口計算,半徑為4.5m的空間和頂部距離為7.5m的區(qū)域為2區(qū)。
條文說明
A.0.1 氫氣站爆炸危險區(qū)域的等級范圍劃分,是以現(xiàn)行國家標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058中的有關規(guī)定和氫氣站設計的特點制定。
A.0.2 氫氣密度小、易擴散,參照GB 50058中對比空氣輕的可燃氣體的生產(chǎn)、儲存、使用場所的有關規(guī)定,本標準規(guī)定:氫氣站內(nèi)制氫間等有爆炸危險房間為1區(qū);從這類房間的門窗邊沿計算的房間外,半徑為4.5mm的地面、空間區(qū)域為2區(qū);氫氣站的室外制氫設備、氫氣罐等,從設備邊沿計算,距離為4.5m、頂部距離為7.5m的區(qū)域為2區(qū);對氫氣排放口,從排放口計算,半徑為4.5m的空間和頂部距離為7.5m的區(qū)域為2區(qū)。
附錄B廠區(qū)、氫氣站及車間架空氫氣管道與其他架空管線之間的最小凈距
附錄C廠區(qū)架空氫氣管道與建筑物、構筑物之間的最小凈距
附錄D廠區(qū)直接埋地氫氣管道與其他埋地管線之間的最小凈距
附錄E廠區(qū)直接埋地氫氣管道與建筑物、構筑物之間最小凈距
本規(guī)范用詞說明
1 為便于在執(zhí)行本規(guī)范條文時區(qū)別對待,對要求嚴格程度不同的用詞說明如下:
1)表示很嚴格,非這樣做不可的用詞:
正面詞采用“必須”,反面詞采用“嚴禁”。
2)表示嚴格,在正常情況下均應這樣做的用詞:
正面詞采用“應”,反面詞采用“不應”或“不得”。
3)表示允許稍有選擇,在條件許可時首先應這樣做的用詞:
正面詞采用“宜”,反面詞采用“不宜”;
表示有選擇,在一定條件下可以這樣做的用詞,采用“可”。
2 本規(guī)范中指明應按其他有關標準、規(guī)范執(zhí)行的寫法為“應符合……的規(guī)定”或“應按……執(zhí)行”。