最近,由於河北張家口“11·28”爆燃事故最初指向制氫安全，氫能產業和氫燃料電池汽車的安全性成爲了海內外關注的焦點。

11月30日公佈的事故原因初步調查結果顯示，發生爆燃事故是由於中國化工集團河北盛華化工有限公司氯乙烯氣櫃發生泄露所致，與制氫無關。

但相關人士指出，此次誤報事件帶來的爭議並未完全平息。他表示，氫能以其清潔、高效的特點被認爲是未來最有潛力的能源載體，然而其安全性常常受到人們質疑。談“氫”色變的社會現象凸顯出氫能科普的重要性。

爲此，筆名“五子山”的業內人士從制氫原理、加氫站，以及氫的運輸、存儲和加註等方面，撰寫系列文章，以向大衆及業界普及相關知識。

本篇爲第一篇，主要介紹氫氣的製備方法，以及水電解制氫技術及其安全防控。

目前，氫氣製備方法主要有：熱化學法制氫（如煤制氫和天然氣重整制氫等）、工業副產氫提純制氫、水電解制氫和太陽能光催化分解水制氫等。

其中，水電解制氫技術有着無可比擬的優越性：

第一，不使用化石燃料，不產生有害氣體；

第二，產品氣純度高，通常在99.7%以上；

第三，技術成熟，流程及設備簡單；

第四，自動化水平高，採用微機控制，操作穩定可靠。

水電解制氫技術已有一個多世紀曆史，目前有鹼性水電解制氫、質子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解制氫。鹼性水電解制氫最爲成熟，目前應用最爲廣泛。

♦ 我國是名副其實的水電解制氫產品生產大國

一百多年來，國外湧現出衆多著名的鹼性水電解制氫生產廠商，如挪威Hydro公司，德國Lurgi公司，比利時范登堡IMET公司，加拿大多倫多電解槽有限公司，意大利米蘭NeNora公司，美國德立臺等。

目前，我國已發展成爲名副其實的水電解制氫產品生產大國，產品數量及規格種類在國際上均位居前列，擁有中船重工第718所、天津大陸制氫設備有限公司及蘇州竟力制氫設備有限公司等10多家企業，其產品除滿足國內生產需求外，還大量出口到世界各地。中國企業的產品由於質量可靠，價格相對低廉，深受世界各國用戶的青睞。

身爲此次河北張家口“11·28”爆燃事故的受害方，卻因爲最初的媒體“誤報”而無辜“躺槍”的張家口海珀爾公司，就是利用風電、光伏等可再生能源，利用鹼性水電解制氫技術制氫，助力京津冀地區氫能產業發展，爲2022年綠色冬奧服務。

♦ 鹼性水電解制氫具備諸多優點

鹼性水電解制氫的原理是將一對電極浸沒在電解液中，電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜，從而構成水電解池。當給水電解池通以一定的直流電時，水就發生分解，在陰極析出氫氣，陽極析出氧氣，鹼液在水中的作用在於增加水的電導率，本身不參加反應。

其反應式如下：

陰極上： 2e+2H2O→H2↑＋2OH-

陽極上： 2OH--2e→H2O＋1/2O2↑

總反應式： 2H2O→2H2↑＋O2↑

鹼性水電解制氫具有工藝簡單、操作方便、生產過程不會產生CO2等溫室氣體，且產品純度高(一般可達99% ～ 99.99%)等優點，技術使用最爲廣泛。具體工藝流程如圖：

♦ 水電解制氫技術的安全可靠性得到了認證

水電解制氫技術歷經百年發展，在系統安全、電氣安全、設備安全等方面已經形成了完善的安全設計標準體系和安全管理規範。在實際工業化過程中，水電解制氫技術的安全可靠性得到了認證。

以張家口海珀爾公司爲例，其制氫工廠在建設、生產過程中，就遵守及執行了《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國特種設備安全法》等法律法規19項；《氫氣站設計規範》、《加氫站技術規範》、《供配電系統設計規範》等安全標準12項；《中華人民共和國防震減災法》、《構築物抗震設計規範》等抗震法規及標準5項；消防設計執行的標準及規範約25項及其它相關法規、政策。

以下爲典型的安全防護措施：

廠房建設方面，廠房爲甲類廠房，採用單層建築結構，其耐火等級、層數及防火分區的面積嚴格滿足規範要求。如房間上部空間通風良好，頂棚內表面平整，避免死角；廠房頂部最高點設置無動力通風機和軸流風機等自然或強制換氣設備；房間的自然通風換氣次數≥3次/h，排風裝置換氣次數≥12次/h，並與氫氣檢漏裝置聯鎖。

防電防爆方面，電氣設備及控制儀表均爲防爆類型；將設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風管等接到防雷電感應接地裝置上；管道法蘭、閥門等連接處，採用金屬線跨接；所有導體均通過接地、跨接等方式嚴格消除靜電。

工藝流程方面，採用分立式循環的工藝流程。將氫、氧鹼液的循環迴路分立設置，並分別注入分立液道的電解槽氫、氧小室，從而實現氫氣和氧氣的有效隔離，保證了系統運行的安全、可靠。

氫氣管道方面，氫氣管道採用無縫鋼管；管道及管件之間採用焊接方式連接，減少可能出現的泄漏點；採用法蘭或螺紋連接管道與設備管口、閥門等，並在連接處採用金屬導線跨接且定期檢查跨接電阻，設備或管道末端接地良好；管道上設放空管、取樣口和吹掃口，其位置滿足管道內氣體吹掃、置換的要求，且系統內設有含氧量小於0.5%的氮氣置換吹掃設施；氫氣放空管引至室外，且放空口應高於屋頂最高點1m以上，管口處設阻火器以防止外界火花串入系統引發事故，且應有防雨雪侵入、雜物堵塞及防止雷擊的保護措施。

生產監控方面，水電解制氫裝置採用PLC全自動控制，PLC通過系統中裝配的各類傳感器，實時監控制氫系統工作時的壓力、溫度、液位、電解電壓、電解電流、閥位狀態等參數，並針對各個指標設置報警值和軟連鎖值；針對關鍵參數如壓力、液位等參數設置機械式硬連鎖儀表及元件，以避免在系統突然斷電或PLC控制系統失控時發生危險。在水電解制氫裝置中設置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀，並設置氧中氫和氫中氧含量超量報警裝置，如達到超量極限，則連鎖關機。設氫氣檢漏報警裝置，並與相應的排風機聯鎖，當空氣中氫氣濃度達到0.4％(體積比)時，排風機立即自動開啓。

能源危機和環境污染已日益嚴峻, 威脅着人類的生存和發展，發展可再生能源, 走可持續發展道路成爲各國學者研究的焦點。利用可再生能源所產生的電能電解水制氫是成熟和清潔的氫氣製備方式，將是發展氫經濟的優先選擇。

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