一种新的能源系统要得到推广和应用,其安全性是人们应该首先关心的问题,对氢能系统而言,也是如此。与常规能源相比,氢有很多特性,其中既有不利于安全的属性,也有有利于安全的属性。不利于安全的属性有:更宽的着火范围、更低的着火能、更容易泄漏、更高的火焰传播速度、更容易爆炸。有利于安全的属性有:更高的扩散速度和浮力、单位体积或单位能量的爆炸能更低。
由于氢的安全性会单独讨论,这里只对液氢不同于氢气所带来的安全性问题进行介绍。
液化石油气通常贮存在室温、高压下(在室温下C3H8的蒸汽压约为0.8MPa),而液氢和液化天然气贮存在接近环境压力的低温下。无论是液相还是气相,氢气的密度均较低。当液氢从储罐中逸出、蒸发并与空气混合时,极易发生爆炸。当然,这适用于任何可燃性气体。图6-20示出了随时与空气产生爆炸混合物的地面面积极限,以及此面积的尺寸。假设每3m3的液氢、甲烷或丙烷分别溅到地面上并蒸发,假定周围环境平坦的,风速为4m/s,由于密度的原因,氢气的爆炸极限内的面积最小:
1)液氢密度比液态甲烷和丙烷低得多,这就意味着同等燃料体积对应较小的氢气质量。
2)氢气,由于密度比空气小,因而一加热就会迅速向上消散,通常是向远离点火源的方向,扰动对流进一步促进了此效应。因而,氢气不太可能形成气雾在地面上扩散。在地面扩散是丙烷的不利特性。在远离释放点的地方曾发生过几起严重的甚至死亡的事故。(www.daowen.com)
液氢尽管肯定具有氢缔合等危险,但并不像社会上认为的那样不可接受。液氢作为一种氢的储藏方式,和气态氢相比,并没有特别的危险性。只要不断开发安全技术,注意操作,就可以避免危险的发生。
液氢在氢内燃机的危险性更加表现在低温造成了摩擦上。所有类型的推进电动机和发动机都含有滚动部件或滑动部件,这些部件具有相对的高速度。在Ariane 5主级发动机的液氢泵中,速度值可能是500m/s,可导致相当严重的摩擦问题。在温度为20K时,要进行充分润滑很困难,这是因为气体的黏度接近于零。应将发动机设计成,在所有正常操作的情况摩擦力都低于危险值,且在增加摩擦的情况下具有某种控制开关,这样,若发生某种故障,发动机就不会立即损坏。
图6-20 每3m3液化燃料溅出后在风速为4m/s条件下产生可燃气体混合物的面积
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