1.液氢的低温危险
(1)冻伤危险
液氢溅到皮肤上或裸露皮肤或身穿较薄的衣服与装有液氢的输送管道、阀门接触时,都会发生严重的冻伤。需要指出的是,液氢的低温蒸汽同样会冻伤操作人员的皮肤。在实际使用中,凡操作液氢设备的人员,均必须穿戴棉织的防护衣物,尽可能减少皮肤的裸露部位。一旦被液氢冻伤,可用40℃左右的温水浸泡,然后就医,切勿揉擦[18]。
操作使用时应该注意:戴棉质或石棉手套;穿棉质长袖衣服、长裤和棉靴(严禁穿合成纤维和毛类衣物);戴有防护眼镜的面具。
(2)材料低温脆性和零件操作困难
低温对各种金属材料的性质有很大的影响。在液氢温度下,各种软钢会或多或少地失去它原有的延性,有的甚至变脆。温度的突然改变亦会使各种金属材料产生应力集中。此外液氢的低温会使管路系统中的某些接头丧夫其原有的灵活性,从而将增加这些接头泄漏液氢的危险。
(3)大量液氢汽化的危害
液氢沸点低、液体汽化后的体积膨胀780多倍,易汽化会引起超压危险。需要防范大量液氢溢出产生的冲击波、人员冻伤和窒息。为了保证氢气的汽化压力引起的液氢溢出,液氢贮箱的充装系数为0.9。
由于液氢的温度很低,所以外界物质对液氢而言均是热源,在转注或贮存过程中,凡液氢可能到达(渗漏或意外情况)的“盲区”,如管道、夹层、阀腔等部位,若绝热不当或未采取有效的绝热措施,都可能使液氢汽化,随之造成系统压力升高,严重时会发生爆炸。在设计和使用设备时,应严格注意“盲区”的安全;必要时,可在这些部位增设安全阀或爆破薄膜装置。
(4)固态氧和空气
液氢中的固态气体杂质会破坏有关设备的正常工作(如阀门卡住、管路堵塞)。空气或杂质混入液氢中,会产生固态氧或固态空气,形成类似炸药的易爆混合物,因此,要求液氢贮存容器每年至少要升温(正常温度)一次,把固态氧或固态空气排空。
2.液氢的泄漏、液氢的火灾和爆炸危险
液氢有较低的分子量和黏度(比水的黏度小两个数量级),而泄漏速度又与黏度成反比,故液氢很容易泄漏。若只考虑黏度对泄漏速度的影响,其泄漏速度比烃类燃料大100倍,比水大50倍,比液氮大10倍。漏出的液氢会很快蒸发形成易燃易爆的混合物。与此同时这种易燃易爆混合物消散得也很快,例如,溢出500加仑液氢,1min后就扩散成为不可燃的混合物。(www.daowen.com)
少量液氢的泄漏虽有但不常见,因为液氢的沸点很低,临界温度与沸点温度区间也很窄。因此,小量液氢在系统中溢出之前很容易发生液-气两相转化,由系统中溢出时,可能已经汽化了。但是,当设备破裂或加、排液管的阀件等部位损坏时,大量的液氢就会泄漏出来。这种情况多属于突然发生,流出液体的一部分会很快地蒸发,而另一部分则在地面形成一个“液氢塘”。在其周围空气(可视为一个重要热源)的作用下,“液氢塘”将以30~170mm/min(“液氢塘”深度)的蒸发速率而趋于干涸[19,20]。
当液氢泄出并着火时,主要的危险是燃烧释放出来的热量使有关设备随之被破坏。如果液氢贮槽或管路破裂,则整个装置均可能被毁坏。在宇航动力系统中,液氢从储箱向仪器舱及动力系统试验现场的泄漏,严重地威胁着宇航动力系统在研制试验阶段和发射初期的安全。因而,氢气的检漏、监测是亟待解决的问题。它关系到氢的生产、使用与人身、设备的安全。所以往往会安装多路氢气浓度监测与自动报警系统。
3.液氢的贮存量和安全距离
大量的液氢溢出或汽化会产生超压现象,所以液氢存储需要考虑安全距离。表18-7是关于液氢贮存区和液氢-液体氧化剂一起贮存(试验区)的安全距离数据。这些表格数据全是美国采用的参考数据。安全储存距离与环境以及有无保护墙有关系,如果有液体氧化剂的话,也要和液体氧化剂保持一定的安全距离(表略)[21]。
表18-7 存储液体氢气的安全距离
(续)
注:1.栏1和2:分别为LH2的最小和最大贮量。
2.栏3:防护爆炸碎片需要的距离。
3.栏4:防止因红外辐射引起过热需要的距离。
4.栏5:考虑LH2存储区建筑物的类型后确定的距离(小于栏4的距离)。
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