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摘要：对临时加氢站的火灾爆炸危险性进行分析，辨识场站的重大危险源，对移动加氢车和氢气长管拖车上的高压氢气集装管束进行火灾爆炸事故后果模拟分析。计算得到临时加氢站发生蒸气云爆炸和喷射火事故的死亡半径、重伤半径和轻伤半径，提出临时加氢站的重点防范区域，以弥补因临时加氢站选址和防火间距不足带来的火灾隐患和先天缺陷，为减少或降低临时加氢站发生火灾爆炸对人员和财产的危害提供技术依据。
深圳2011年第26届世界大学生夏季运动会期间共投入62辆燃料电池车辆，其中场地观光车60辆，大巴车2辆。燃料电池车辆投放使用是大运会新能源汽车示范运行的重要组成部分。为给燃料电池车辆加注氢气，需建设临时加氢站。临时加氢站位于深圳市宝龙大道和宝龙一路的交叉路口附近，占地面积1332m2。南侧和西侧部分区域设有防爆墙，其余外墙均为铁丝网围护隔墙。
临时加氢站包括一辆氢气长管拖车（设计压力为20MPa）、一辆移动加氢车（设计压力为45MPa）、两台隔膜式压缩机（设计压力为45MPa，单台流量90m3/h）、一台双枪加气机（设计压力为35MPa）以及一台卸气柱（设计压力为25MPa），还设有氮气集装格、氮气泄气管、氢气卸车软管、冷却器、空气压缩机、氢气放散管和电气控制设备等。其中，工艺管道主要包括氢气加注管道、氮气吹扫和自控气管道、氢气放散管道和空气正压吹扫管道。
站场内不设置氢气储罐，氢气通过氢气长管拖车从工厂运送至临时加氢站的指定区域。车辆加氢时由压缩机将管束车中输出的氢气加压到35MPa，通过加氢机充装到燃料电池汽车的车载储氢瓶中，或加压到43.8MPa，通过加氢机充装到移动加氢车的储氢瓶组中。
临时加氢站在城市干道的交叉路口附近，加氢站东侧和北侧为停车场，站场属二类保护物，站内的设施与停车场的防火间距不足，且北侧未采用实体墙进行分隔，这些均不符合现行国家标准GB50516-2010《加氢站技术规范》的相关规定。同时，氢气为易燃易爆气体，火灾爆炸的危险性高，为确保临时加氢站在大运会期间的安全使用和运营，对临时加氢站可能存在的火灾爆炸风险进行评估并提出相关防范对策具有重要的现实意义。
1、临时加氢站火灾爆炸危险性分析
1.1重大危险源辨识
临时加氢站内贮存的化学危险品为氢气。依据现行国家标准GB18218-2009《重大危险源辨识》和安监管协调字[2004]56号《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》文件规定，生产场所危险物质的临界量为1t，贮存区为10t。同时，属下列条件之一的压力容器构成重大危险源：介质毒性程度为极度、高度或中度危害的三类压力容器；易燃介质，最高工作压力≥0.1MPa，且PV≥100MPa·m3的压力容器（群）。
临时加氢站内的氢气长管拖车采用9瓶559集装管束，设计压力25MPa，最高承压23MPa，容积为20.25m3；移动加氢车采用7瓶406集装管束，工作压力为45MPa，容积为3.64m3。因此，临时加氢站内的移动加氢车和氢气长管拖车均构成重大危险源。
1.2氢气固有的火灾爆炸危险因素分析
（1）易燃性。氢气属2.1类易燃气体，点火能量很低，在空气中的最小点火能为0.019mJ，在氧气中的最小点火能为0.007mJ，一般撞击、摩擦、不同电位之间的放电、各种爆炸材料的引燃、明火、热气流、高温烟气、雷电感应、电磁辐射等都可点燃氢-空气混合物；氢气燃烧时的火焰无颜色，肉眼不易察觉，具有较大的火灾危险性。
（2）易爆性。氢气在空气中的爆炸范围较宽，为4%~75%（体积分数），在氧气中的爆炸范围为4.5%~95%（体积分数），因此氢气-空气混合物很容易发生爆燃，爆燃产生的热气体迅速膨胀，形成的冲击波会对人员造成伤亡，对周围设备及附近的建筑物造成破坏。
（3）毒性。氢气无色、无味，为无毒性物质，空气中高浓度氢气易造成缺氧，会使人窒息。氢气比空气密度小，相对密度0.07，泄漏后会迅速向高处扩散；与空气混合容易形成爆炸性混合物。氢气的化学活性很大，与空气、氧、卤素和强氧化剂能发生剧烈反应，有燃烧爆炸的危险，而金属催化剂如铂和镍等会促进上述反应。
（4）热膨胀性。氢气的体积会随着温度的升高而明显膨胀，如果高压储存管道或容器遭受暴晒或靠近高温热源，容器内的介质受热膨胀造成容器内压增大而膨胀，可能发生压力容器爆炸，引起氢气泄漏。
1.3临时加氢站火灾爆炸危险因素分析
临时加氢站的整个工艺流程在无泄漏的条件下进行，当发生泄漏并达到燃烧浓度或爆炸浓度范围，同时有大于最小点火能的点火源存在时会引发火灾爆炸事故。因此，在对临时加氢站火灾爆炸危险因素进行分析时，应从氢气的泄漏和点火源两个角度加以考虑。
氢气的泄漏包括集装管束泄漏、压缩机泄漏、加气机泄漏，以及设计不合理、施工质量问题、连接处疲劳失效、腐蚀性危害、外力作用、违章作业、管理不到位等造成的高压管线系统泄漏。产生点火源的原因包括违章动火作业、现场吸烟、机动车辆排烟带来的明火，以及由于电气设备缺陷及故障、静电、雷击及杂散电流、机器通风散热不良、手机电磁火花、撞击火花等及高温物质。
2、临时加氢站火灾爆炸事故后果模拟分析
临时加氢站内移动加氢车和氢气长管拖车上的高压氢气集装管束具有高压、易燃易爆的特点，火灾爆炸是高压氢气集装管束的主要危险因素。若发生火灾爆炸事故，将造成严重人员伤亡和巨大财产损失，影响社会安定。因此，对高压氢气集装管束进行火灾爆炸事故后果模拟分析，了解火灾爆炸事故后果的严重情况及影响范围，针对性地采取火灾爆炸事故防范措施，具有重要意义。
高压氢气集装管束作为压力容器，有可能发生的事故有泄漏、火灾、爆炸。高压氢气集装管束可能因超压引起集装管束破裂而发生物理性爆炸，同时，可能由于物理性爆炸引发二次化学爆炸，引起蒸气云爆炸。一般情况下，蒸气云爆炸比物理性爆炸严重得多。另外，当高压氢气集装管束由于管束破裂、管束阀门、管束或其他元器件接头处损坏等原因造成泄漏，当为有限孔洞的泄漏时，在泄漏口形成射流，遇点火源则可产生喷射火；当发生大面积的破裂时，泄漏的氢气有可能形成气云团，遇点火源时有可能形成蒸气云爆炸。因此，高压氢气集装管束可能发生的较为严重的事故有蒸气云爆炸和喷射火事故。
氢气长管拖车和移动加氢车上分别采用两种不同的高压氢气集装管束，笔者分别对这两种高压氢气集装管束进行火灾爆炸事故后果模拟分析。
2.1高压氢气集装管束蒸气云爆炸模型
蒸气云爆炸（Vapor Could Explorsion，简称“VCE”）是一类经常发生且后果十分严重的爆炸事故。在蒸气云爆炸情况下，爆炸波致死半径、重伤半径、轻伤半径均大于热辐射致死半径、重伤半径、轻伤半径。
2.2高压氢气集装管束喷射火模型
喷射火由加压的可燃物泄漏时所形成射流在泄漏口处被点燃形成。氢气集装管束中气瓶压力高，一旦发生喷射火事故，会对周围人员和财产安全构成极大威胁。
2.3临时加氢站火灾爆炸事故后果分析结果
运用物理爆炸模型、蒸气云爆炸模型和喷射火模型，对氢气长管拖车和加氢车配备的高压氢气集装管束进行火灾爆炸事故后果分析，结果如表3所示。
3、临时加氢站火灾爆炸防范对策
由于临时加氢站作为大运会临时设施仅在深圳大运会期间使用，为防范临时加氢站发生火灾爆炸对周边人员和财产造成损伤，同时，为弥补因临时加氢站选址和防火间距不足带来的火灾隐患和先天缺陷，结合表3火灾爆炸事故后果模拟分析所得到对人员的伤害范围，将重伤半径范围内的区域作为重点防范区域，建议在重点防范区域范围设置警戒标志，加强管理，严禁人员随意进入该区域。
由表3可得，氢气长管拖车的重点防范半径为15.9m，移动加氢车的重点防范半径为17.9m，同时，结合规范对加氢站防火间距的要求，得到临时加氢站所要设置的警戒区域，具体的警戒范围如图1所示。
4、结束语
临时加氢站的建设是深圳第26届大运会新能源汽车的动力保证。氢气是易燃易爆气体，加氢站内的高压氢气集装管束最高压力达45MPa，火灾爆炸是高压氢气集装管束的主要危险因素。同时，临时加氢站选址在城市干道的交叉路口附近，站内设施与周边的防火间距不足，站场北侧未采用实体墙实施分隔，不符合国家现行标准的规定。因此，笔者对临时加氢站进行火灾爆炸风险评估，并提出相关防范对策以减少或降低临时加氢站发生火灾爆炸对人员和财产的危害。
（1）通过对临时加氢站进行重大危险源辨识，确定临时加氢站内的移动加氢车和氢气长管拖车上的高压氢气集装管束为重大危险源。同时，从氢气固有的火灾爆炸危险因素和站内设备设施存在的火灾爆炸危险因素对临时加氢站的火灾爆炸危险性进行分析。
（2）为了解临时加氢站发生火灾爆炸所产生的后果严重情况及影响范围，对移动加氢车和氢气长管拖车上的高压氢气集装管束进行火灾爆炸事故后果模拟分析。分别计算移动加氢车和氢气长管拖车发生蒸气云爆炸事故和喷射火事故的死亡半径、重伤半径和轻伤半径。
（3）为防范临时加氢站发生火灾爆炸对周边人员和财产造成损伤，并弥补因临时加氢站选址和防火间距不足所带来的火灾隐患和先天缺陷，由临时加氢站火灾爆炸事故后果分析结果，将重伤半径范围内的区域作为重点防范区域，结合规范对加氢站防火间距的要求，得到临时加氢站所要设置的警戒区域，建议在该区域内设置警戒标志，加强管理，严禁人员随意进入该区域，对确需进入此区域的工作人员配备必要的防护设施。
