气象探空水电解制氢存在的安全隐患及防范措施

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　　摘 要：本文简述了水电解制氢的原理，然后重点探讨了水电解制氢存在的安全隐患及有效防范措施，以期能够为保证水电解制氢工作的顺利开展，并实现水电解制氢效率与质量的显著提升提供一定的借鉴与参考。
　　关键词：气象;水电解制氢;安全隐患;防范
　　一、水电解制氢的原理
　　随着水电解制氢在全国各探空气象站的广泛应用，如何安全与高效制氢成为气象部门高空业务与安全生产过程中不容忽视的重要问题。水电解制氢的基本原理是将直流电通入到充满碱性溶液的电解槽当中，使水分子在电极上通过电化学反应分解为氧气与氢气，其化学反应式可以表示為：
　　将氢氧化钠、氢氧化钾等碱性物质加入到电解槽当中，以增加水的电导率。碱性物质本身不会发生电解反应，因此在理论上是不会消耗的。在电解液温度与工作电压正常的情况下，制氢机每小时将会产生2立方米的氢气。氢气是无色无味的气体，其质量较轻且属于易燃易爆气体。当空气当中氢气的浓度位于23%～96%之间时，一旦遭遇火源极易引发爆炸。另外，由于管理不善或仪器设备问题也极易导致氢气在制取与使用过程中发生安全事故，对民众的生命财产安全构成严重威胁。因此，必须充分考虑氢气制作与使用过程中的各种安全隐患，并做好其安全防范工作，尽可能做好防患于未然，以确保顺利完成制氢工作，并实现氢气的高效利用。
　　二、气象探空水电解制氢存在的安全隐患
　　1.氢气泄露时产生静电火花。当性质不同的两种物体相互接触或发生摩擦时，由于两种物体对电力的吸引力有所不同，导致电子在两个物体之间相互转移，其中一个物体由于失去电子而带有正电，另外一个物体由于获得电子而带有负电。若静电荷产生的速度大于其泄露速度或静电荷未能及时泄放入大地则极易导致物体当中积聚大量的静电荷，进而导致电位较高。而氢气导电性能较差，其保持的电量较大，一旦发生这一现象将为氢气的制作与使用埋下了巨大的安全隐患。
　　2.制氢设备存在着一定的质量问题。当前，按照操作方式的不同可以将水电解制氢设备分为常压式、中压式与高压式三种类型。通常情况下，国内生产装置要求压力位于0.65～2.85Mpa之间，要求操作温度位于75～85℃之间，而且氧气与氢气的纯度分别应当达到98.5%与96.6%，水电解制氢设备的使用年限往往在25-35年之间。就机械式水电解制氢设备而言，要求其压力为1.73Mpa，与国际设备标准要求依然存在着很大程度的差距。另外，受到设计及设备安装等因素的影响，导致房间的间隔变小，其通风与散热条件也变差，未能与相关技术规定的房间隔离技术标准与要求相适应，既不利于氢气的高效生产，甚至还会威胁到从业人员的生命财产安全。
　　3.物体表面温度较高。氢气的引燃温度为560℃。一旦氢气在泄露过程中遭遇温度在560℃以上的物体或设备时将极易发生燃烧，甚至爆炸现象。尽管可预见内的高温设备管理均采取了防腐与保温等处理，然而其他保温层与阀门外露部位仍然存在着一定的残缺。负责为制氢机供电的发电机动力、载车的发动机、排气管等在停机之后在一定时间段内的温度较高，足以将氢气点燃，最终引发安全事故。因此，载车运行还未完全冷却之前应当与发电机动力部分保持安全的距离，同时还应当禁止启动制氢机。
　　4.人身静电。相关数据统计，人在脱毛衣时产生的静电压会达到2800V，在脱混纺衣服时产生的静电压达到5000V。当人穿着绝缘胶鞋位于环境湿度在70%RH以下的环境当中，行走于塑料地板、大理石、树脂砖等电阻较高的地板上时，将会产生5～15V的静电压。当人从毛衣外面脱下尼龙衣服时产生的静电高于10KV，当人穿着尼龙羊毛混纺衣服由人造革面的椅子上站立起来时产生的静电压高达近万伏。由此产生的静电放电能量远远高于氢气点燃所需的能量条件，进而为氢气的制作与使用带来了极大的安全隐患。一旦氢气发生爆炸还极易威胁到工作人员的生命财产安全。
　　三、有效防范措施
　　1.规范化启动生产。在将水电解制氢设备启动之前，应当定期巡视与检查各种生产设备，查看其周围是否存在有易燃易爆物品、电源是否出现漏电现象、水箱是否完好无损、线路有无出现破损、在作业点是否有与工作无关的人员停留等。当设备启动之后，还要检查各指示灯是否正常显示。经检查发现所有仪器设备等均正常显示之后，再对设备进行增压处理，而且还要适当提高电压（还要控制最高电压在65V以下）。之后应当对设备工作压力表与水温表进行仔细观察，当主机的工作压力达到一定数值之后应当将增压器关闭以确保压力恒定不变。
　　2.强化安全知识宣传，并做好工作人员的专业素质培训。首先，相关气象主管部门应当针对水电解制氢工作积极组织安全知识讲座，并强化安全知识宣传力度，向工作人员普及水电解制氢的技术规程，提高工作人员对制氢危险性的认识。另外，还应当加大对设备操作人员的培训力度，既要开展专项专练，还应当适时进行多元化培训，提高工作人员的专业知识与技能水平，使其能够科学、有效地应对各种突发状况。而且还应当严格执行持证上岗制度，经过培训的操作人员只有通过考试，并获取相应合格证书之后，才能参与到水电解制氢工作当中，不仅能够确保顺利开展水电解制氢工作，还能保障工作人员的安全性。
　　3.采用标准化的生产操作。负责制作氢气的相关部门每月都必须定期做好各项设备的检修与维护工作，并认真在值班日志上记录每次检查的结果报告，以确保所有的检修项目都记录在案，为今后的查询提供方便。另外，一旦发现磨损及老化仪器设备必须立即进行更换。而且在水电解制氢作业开展过程中应当确保2人或以上工作人员同时进行作业，以防止发生安全事故。除此之外，还要严格控制电解液的配制，切忌不能混用氢氧化钠与氢氧化钾，以避免电解槽电流与电压发生变化，进而引发安全事故。参与水电解制氢的工作人员必须重视自己的穿着，尽可能穿纯棉的衣服，不应当穿化纤类衣服。如果有条件还应当为工作人员配备防静电服装，以确保安全性。
　　4.对氢气进行合理存储。合理存储氢气也是确保氢气安全性的一项重要措施。在对氢气进行存储时，应当先将储气阀门打开，待氢气进入到储气舱体之前应当仔细对舱体进行检查，查看舱体内的气体气压是否符合标准要求，并检查舱体内是否存在裂痕或漏液现象。而且还应当打开气体含量表，并对舱体内气体含量的变化状况进行实时监测。经过监测发现一切均正常后再将进气阀门打开，并对相关数据进行记录。在此过程中必须严禁储气舱周围出现易燃易爆物品，同时还要增强周围的通风与散热条件，为储气舱的安全作业提供适宜的温度与压力条件。
　　参考文献：
　　[1]陈士英.水电解制氢设备工艺流程及常见故障排除[J].内蒙古科技与经济，2011（4）：93-94.
　　[2]孙海燕.气象探空水电解制氢安全防范措施和注意要点[J].农业与技术，2018（8）：228.
　　作者简介：王春喜（1966-），男，汉族，河南省扶沟县人，大专学历，助理工程师，从事气象观测工作。
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