氢气爆炸事例

事故调查

Muskingum River电厂爆炸事故发生之后，AEP员工对爆炸原因进行了自行检查。因电厂员工伤亡情况一直持续，美国职业安全和保健管理总署（OSHA）也对涉及此次事故的所有相关单位进行了调查。

“调查结果表明，本次事件所涉及的减压设备是一个爆破片，通常用来减轻氢气罐压力以防止发生灾难性故障，”McCullough说。“通常，该设备带有一个易熔铋塞，在温度超过180度之前，易熔铋塞将使硬币状的爆破片一直处于合适的位置。几个月前，当供货商对一个显著的泄露进行现场维修的时候，已经更换了减压设备。更换的减压装置组件没有配有用来支持爆破片的易熔塞。”

爆破片发生故障是因为在爆炸发生前几个月的设备更换过程中落入通气管中的爆破片或易熔塞插到了管子弯曲处，造成氢气向罐底和正常出气口处泄漏，McCullough描述。

OSHA依据所获得的爆炸事故调查结果，对相关个体施加了强制措施。这些措施起初包括18条责任，氢气供货商和俄亥俄州电厂各负一半责任。但是，通过一次非正式会议商定之后，改为双方各负责任为8条。其中大多数责任都直接与氢气系统的设计和构造有关。

降低风险

此次爆炸事故发生之后，AEP采用了改进措施来预防电厂内氢气运送可能出现的问题。

图3  爆炸发生后，防火水龙头向氢气运送卡车及附近建筑进行喷水降温

“Muskingum River电厂员工、俄亥俄州发电公司电厂所有员工，以及其姐妹公司（AEP雇员）立即采取行动防止此类事故的再次发生”McCullough说。“剩余的所有减压设备都进行了检验，保证设计正确，并安装了易熔塞。

氢气供货商也被限定只能向事故发生地运送2100 psi氢气（标准运送量为2400 psi），另外，AEP雇员使用定义程序（工作危险分析和工作安全评估检查表）对供货商雇员进行观察，McCullough说。

AEP针对工厂作业也做了一些其他的改变，以确保将来工厂不会再发生此类危险事故。“除了对工厂作业进行了一些改变，也对氢气系统进行了重新设计和重新修建，避免使用爆破片类型的减压装置，”McCullough说。“目前已经使用了一种减压阀系统，一旦压力降低，该系统就会重置。氢气罐已移离了员工所在地，整个安排避免了车辆的进入和远离点火源。

重要安全经验

2005年9月，CIGRE（国际大型电气设备委员会）工作小组预计，全世界大约有4万多台服役的氢冷发电机。一般来讲，尽管大量系统使用氢气对发电机进行制冷，但很少发生事故或出现问题。然而，考虑到氢气固有的危险特征，与这种易燃物质打交道的员工需要对设备和处理程序进行定期检查，以确定不会发生任何问题。

图4  爆炸发生后，一名消防人员经过氢气运送卡车附近的残骸。当地消防局人员快速抵达事故现场并协助其他紧急响应小组人员灭火和救助伤员

该案例对那些需要使用氢气来冷却电厂发电机的员工具有很好的指导价值。正确的管理可以保证在处理这些有用物质的时候不会出现问题。其中包括安全的设备设计和制造以及处理危险物质的正确程序。

了解氢气的属性

据氢气协会和美国能源部能量效率与可再生能源办公室共同发表的有关氢气安全情况说明书内容获悉，氢气不见得比汽油和天然气更危险。事实上，比起汽油和其他燃料，氢气的差异性实际上为其提供了安全优势。然而，所有易燃物都需要进行可靠的处理。与汽油和天然气一样，氢气这种易燃物在特定情况下能够发生危险。虽然这样，如果遵守简单原则，以及使用者对其性能有充分了解的话，氢气是能够安全处理的。

与其他易燃物的比较

氢气比空气轻，扩散速度比天然气快3.8倍，这就意味着，如果氢气发生扩散，它将快速扩散成不可燃浓度。

氢气向上扩散速度几乎可达到45mph（65.6英尺/s），是氮气的2倍，天然气的6倍。因此，除非受到屋顶、通风差的屋子或其他充有上升气体的场所限制，氢气的物理定律会防止它聚集在泄露处周围（或靠近使用充氢设备的人员）。简单的说，要造成火灾危害性，氢气首先需要被限制在狭小的空间内；然而，因为氢气是宇宙中最轻的元素，因此很难将它控制在固定空间。工业领域在设计需要使用氢气的结构中考虑到氢气的这些特性。在万一出现意想不到的氢气泄漏的时候，这些设计将帮助氢气扩散并远离使用人员。

氢气是无气味，无色，无味道的气体，所以人类感官无法对其泄漏有所警觉。然而，考虑到氢气是向上挥发的气体，氢气在室内发生泄漏会暂时聚集在天花板处，最终将转移到角落。基于这些原因，工业领域通常使用氢气感测器来帮助检测氢气泄漏，几十年来，氢气感测器保持了极高的安全记录。

燃烧

氢气燃烧主要生成热量和水。由于缺乏碳元素，以及当氢气燃烧时产生吸热水蒸气，引燃氢气产生的热辐射将比引燃碳氢化合物少得多。因为氢气在燃烧时在火焰附近释放较低的热量（火焰本身作为热点）,所以产生二次火灾的风险较低。

与任何易燃物质一样，氢气可燃烧。但是氢气的浮性、扩散性以及很小的分子大小特点使它很难聚集并产生燃烧。想让氢气发生燃烧，需要同时满足一定的氢气浓度、出现引火源以及适当数量的氧化剂（如氧气）。

氢气具有很宽的燃烧范围（空气中为4%~74%），引燃氢气（0.02mJ）所需的能量非常低。然而，当氢气的浓度很低时（低于10%），引燃氢气所需的能量就要很高，与天然气和汽油在他们相应的燃烧范围内所需的引燃能量差不多，实际上在接近氢气较低燃烧范围的情况下，氢气更难被引燃。

爆炸

氢气不会在氢气罐或任何仅充有氢气的地方发生爆炸。像氧气这样的氧化剂的纯氧浓度必须至少为10%，或者空气浓度为41%。氢气的爆炸浓度范围为18.3%~59%。尽管爆炸范围很宽，需要牢记的是，比起氢气，汽油更具危险性，因为汽油的在1.1%~3.3%这样较低的浓度下就能够发生爆炸。另外，氢气由于其向上挥发的特性使得它很难在露天的环境下发生爆炸。这与像丙烷或汽油这样的重气体正好相反，他们在地面盘旋，存在更大的爆炸危险性。

窒息危险

除了氧气以外，任何气体都能够引发窒息危险。在大多情境下，氢气的浮性和扩散性使得它不太可能聚集在能够产生窒息危险的地方。

毒性/药性

氢气是无毒气体。它不会污染地下水（它是一种正常大气条件下的气体），氢气泄漏也不会造成大气污染。