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能源与动力工程

氢能安全

作者：（希腊）Fotis Rigas 著；孟会

出版社：科学出版社出版时间：2022-09-01

开本：其他页数： 220

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氢能安全版权信息

ISBN：9787030714596
条形码：9787030714596 ; 978-7-03-071459-6
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
工业技术
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能源与动力工程

氢能安全内容简介

该书重点融合安全科学、物理科学、工程学、管理学和社会科学原理方法，旨在防控氢能使用风险。全书系统阐述氢能危险特性、历史事故、储运事故、本质安全设计、安全管理系统和安全文化等重要问题。提出基于计算机模拟仿真，开展气态和液态氢计算流体力学(CFD)研究。这本书还论述了欧洲委员会(EC)氢能安全很好研发网络(HySafe)，并提供了与氢和材料相关的案例研究。该书*后介绍了氢气安全未来研究要求和当前法规要求。

氢能安全目录

目录
第1章绪论 1
参考文献 2
第2章氢气事故回顾 4
2.1 典型事故 6
2.2 事故报告 9
参考文献 13
第3章氢特性 15
3.1 一般特性 15
3.2 氢气危险性 17
3.3 液氢的危险性 19
参考文献 20
第4章氢的危害性 21
4.1 生理性危害 21
4.2 物理性危害 26
4.3 化学性危害 30
参考文献 50
第5章储氢设施的危害性 53
5.1 储存方式 53
5.2 危害识别 55
5.3 危险性评估 59
5.4 蒸气云扩散定性预测 60
5.5 气体扩散仿真 61
参考文献 72
第6章氢燃料汽车安全 76
6.1 汽车的氢气系统 76
6.2 汽车使用氢气引起的事故 80
参考文献 90
第7章本质安全设计 93
7.1 风险控制的层次结构 94
7.2 *小化 96
7.3 替代 98
7.4 缓和 99
7.5 简化 100
7.6 示例 101
7.7 本质安全度量 102
参考文献 107
第8章安全管理系统 113
8.1 安全管理体系介绍 113
8.2 过程安全管理 116
8.3 安全文化 132
参考文献 133
第9章欧洲氢能安全研发架构（HySafe） 139
9.1 欧洲氢能安全研发构架概述139
9.2 HySafe工作文件资料和项目 141
9.3 氢能安全网络学院 143
参考文献 146
第10章案例分析 148
10.1 案例研究的开展 148
10.2 案例研究的使用 151
10.3 事故调查报告 153
10.4 其他示例 155
参考文献 159
第11章氢对结构材料的影响 163
11.1 氢脆 164
11.2 热稳定性损失 166
11.3 研究进展 167
参考文献 168
第12章氢能安全未来需求 170
12.1 文献中的氢能安全研究空白 170
12.2 氢能安全需求：关于研究的一些想法 172
参考文献 176
第13章氢能安全法规要求 179
13.1 概述和定义 179
13.2 氢气设施 183
13.3 车用氢气燃料 187
13.4 液氢储存、处理和配送 195
参考文献 198
第14章结语 200

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氢能安全节选

第1章绪论研究氢能使用历史时，参照另一种能源——石油的开发历程也许是有益的。埃德温德雷克（Edwin Drake）于1859年在美国宾夕法尼亚州打出**口油井，用采出的石油代替鲸油，后者是当时(欧美地区)的主要照明光源和化学原料。鲸油的获取过程较为危险且由于过度开采而日益减少，就像目前的石油一样。与鲸油相比，石油具有较多优势并且解决了许多与前者相关的生态和资源安全问题。然而，在使用了一个半世纪之后，石油制造了与环境污染和能源安全有关的新问题［1］。为解决上述问题，且考虑到自然资源枯竭和全球能源需求的快速增长，人们一直致力于用新的能源载体逐步替代化石燃料（石油、煤炭和天然气）。氢被认为是未来*广泛使用的*有前景的燃料之一，主要是因为它是一种节能、低污染和可再生的燃料。氢能用途广泛且清洁，并且考虑到环境利益，因此人们正在考虑利用可再生能源（如生物质能、风能、太阳能）和核能生产氢［23］。但是正如之前的鲸油和石油，目前缺乏对广泛使用氢可能带来的潜在问题的讨论。每当引入任何新技术时，辨识和控制潜在的不良后果属于伦理道德上的要求。诚然，对于氢来说，具有这种影响世界的潜力［1］。全球研究机构正在研究和资助的与氢有关的战略研究领域如下： 1）用现有工艺和新型工艺生产清洁氢气； 2）存储，包括混合存储系统； 3）基本材料，包括用于电解槽、燃料电池和存储系统的材料； 4）在全球范围内制定法规和安全标准所需的安全和法规问题； 5）社会问题，包括公众意识和向氢能经济过渡的准备。如果氢能在经济上具有竞争力并与基础设施连接，则氢可以成为一种有效的能量载体，从而在生产、分配和终端使用链中提供安全和环境可接受的能源系统。氢气用于商业和工业用途已超过一个世纪，具有较好的安全记录，例如炼油和化工过程，以及用于火箭推进，或者作为核沸水反应堆中的放射性分解副产物。工业界在化工厂安全处理危险材料方面具有丰富的经验，在化工厂，只有接受过良好培训的人员才能接触到氢气。然而，氢作为能量载体的广泛使用将导致大众使用氢能，因此需要研发相应的安全法规和技术［45］。影响公众接受氢的主要问题之一是氢装置（生产和储存单元）的安全性及其应用（例如，作为汽车燃料或家用）。与氢的使用相关的危害可分为生理性危害（冻伤和窒息）、物理性危害（部件失效和脆化）和化学性危害（燃烧或爆炸），主要危害是与空气形成易燃或爆炸性混合物［67］。就欧洲国家而言，危险化学品装置属于SEVESO II指令（96/82/EC）范畴，用于控制涉及危险物质的重大事故危险。该指令中包含氢，该指令执行时所用的氢气量比其他普通燃料都要严格［89］。在*近的研究中，通过氢与其他燃料之间的理论［10］和计算［11］安全性比较，并未得出谁更安全的结论。历史上氢气的使用曾导致严重的事故，并产生重大的经济和社会损失，提示人们在处理氢气时需要加强安全措施［12］。当涉及预防损失和公共安全时，应指出安全措施的必要性。人们需要了解潜在危险，并确定涉氢装置周围的危险区域。正如Guy［13］指出的那样，氢主要是作为合成气生产的，用于化学生产（如氨和甲醇），或者是作为副产品回收的，用于炼油厂。其进一步指出，尽管业界（特别是工业气体公司）对氢气的安全处理已广为人知，但在公共领域使用氢气可能会出现问题。本书表明，如果要实现所设想的氢经济，必须深入理解并采取行动，以确保在所应用领域更安全地生产、储存、分配和使用氢能。本书其余部分按以下方式组织：第2章概述历史上的氢能事故。第3章讨论与气相和液相中的危害相关的氢的各种性质。这些特性表现为生理、物理和化学危害将在第4章进行讨论。与氢存储设施和氢用作运输燃料有关的危害和相应的风险分别在第5章和第6章进行讨论。第7章讨论将本质安全设计原则［14］应用于氢安全领域。第8章介绍通过适当的安全管理系统改进氢气的安全处理和使用的情况。第9章介绍一项独*的工作，旨在促进氢气作为能源的安全引入，并消除与安全相关的障碍，即欧洲氢能安全研发机构（HySafe）［15］。第10章阐述从历史案例学到的经验教训，这些经验教训对于在所有领域（尤其是氢气使用方面）进行安全改进都具有重要意义。第11章讨论氢对结构材料的影响这一重要问题。第12章的主题是氢安全领域的未来需求。*后，第13章概述了氢安全的各种准则和程序方法，第14章进行全书总结。全书内容的排列顺序旨在将氢安全的传统观点（即储存和使用中的危险特性和工业风险）与管理和社会科学相关的同等重要但经常被忽视的安全方面进行整合（例如安全管理体系和安全文化）。希望本书对具有不同背景和经验的各个领域的从业者和研究人员有所帮助。参考文献［1］Cherry， R.S.， A hydrogen utopia? International Journal of Hydrogen Energy，29，125，2004. ［2］Akansu， S.O.， Dulger， Z.， Kahraman， N.， and Veziroglu， T.N.， Internal combustion engines fueled by natural gas： hydrogen mixtures， International Journal of Hydrogen Energy，29，1527，2004. ［3］Rigas， F.， and Sklavounos， S.， Evaluation of hazards associated with hydrogen storage facilities， International Journal of Hydrogen Energy，30，1501，2005. ［4］Momirlan， M.， and Veziroglu， T.N.， Current status of hydrogen energy， Renewable and Sustainable Energy Reviews，6，141，2002. ［5］EUR 22002， Introducing Hydrogen as an Energy Carrier， European Commission， DirectorateGeneral for Research Sustainable Energy Systems，2006. ［6］Schulte， I.， Hart， D.， and van der Vorst， R.， Issues affecting the acceptance of hydrogen fuel， International Journal of Hydrogen Energy，29，677，2004. ［7］Dincer， I.， Technical， environmental and exergetic aspects of hydrogen energy systems， International Journal of Hydrogen Energy，27，265，2002. ［8］European Economic Community， On the Control of MajorAccident Hazards Involving Dangerous Substances， Directive 96/82/EC， Brussels，1996. ［9］Kirchsteiger， C.， Availability of community level information on industrial risks in the EU. Process Safety and Environmental Protection，78，81，2000. ［10］Institute of Chemical Engineers， Accident Database （CD form）， Loughborough， U.K.，1997. ［11］Taylor， J.R.， Risk Analysis for Process Plants， Pipelines and Transport， Chapman & Hall， London，1994，102. ［12］Center for Chemical Process Safety， Guidelines for Hazard Evaluation Procedures， American Institute of Chemical Engineers， New York，1992，69. ［13］Guy， K.W.A.， The hydrogen economy， Process Safety and Environmental Protection，78（4），324327，2000. ［14］Kletz， T.， and Amyotte， P.， Process Plants： A Handbook for Inherently Safer Design， CRC Press/Taylor & Francis Group， Boca Raton， FL，2010. ［15］Jordan， T.， Adams， P.， Azkarate， I.， Baraldi， D.， Barthelemy， H.， Bauwens， L.， Bengaouer， A.， Brennan， S.， Carcassi， M.， Dahoe， A.， Eisenrich， N.， Engebo， A.， Funnemark， E.， Gallego， E.， Gavrikov， A.， Haland， E.， Hansen， A.M.， Haugom， G.P.， Hawksworth， S.， Jedicke， O.， Kessler， A.， Kotchourko， A.， Kumar， S.， Langer， G.， Stefan， L.， Lelyakin， A.， Makarov， D.， Marangon， A.， Markert， F.， Middha， P.， Molkov， V.， Nilsen， S.， Papanikolaou， E.， Perrette， L.， Reinecke， E.A.， Schmidtchen， U.， SerreCombe， P.， Stocklin， M.， Sully， A.， Teodorczyk， A.， Tigreat， D.， Venetsanos， A.， Verfondern， K.， Versloot， N.， Vetere， A.， Wilms， M.， and Zaretskiy， N.， Achievements of the EC Network of Excellence HySafe， International Journal of Hydrogen Energy，36（3），26562665，2011. 第2章氢气事故回顾工业和运输部门已发生多起涉氢严重事故。重大事故致因包含以下类别［1］： 1）机械或材料失效； 2）腐蚀； 3）超压； 4）低温下储罐脆性增强； 5）沸腾液体扩展蒸气爆炸； 6）由于相邻爆炸的冲击波和破片影响而破裂； 7）人为失误。典型的事故数据库，如联合国环境规划署和经济合作与发展组织数据库、MHIDAS（Major Hazard Incident Data

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