上海國際氫能展獲悉，編者按：青島安全工程研究院建設的氫能安全實(shí)驗室，近期被納入應急管理部重點(diǎn)實(shí)驗室運行序列。實(shí)驗室以滿(mǎn)足我國氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展和安全監管面臨的重大科技需求為牽引，聚焦氫致材料及設備失效機制、氫泄漏燃爆致災規律等問(wèn)題與難點(diǎn)，全力支撐應急管理部氫能產(chǎn)業(yè)安全監管。在全國安全生產(chǎn)月期間，本版聚焦氫能安全推出專(zhuān)題，敬請關(guān)注。

前不久，應急管理部重點(diǎn)實(shí)驗室新增掛牌名單公布，依托青島安全工程研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：安工院)建設的氫能安全實(shí)驗室位列其中。

安工院新能源安全裝備研發(fā)測試基地。

氫能安全實(shí)驗室以滿(mǎn)足我國氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展和安全監管面臨的重大科技需求為牽引，聚焦氫致材料及設備失效機制、氫泄漏燃爆致災規律等問(wèn)題與難點(diǎn)，圍繞氫能產(chǎn)業(yè)鏈安全風(fēng)險評估、高壓臨氫材料及裝備安全、氫泄漏感知及燃爆防護、氫能安全標準體系構建等方面開(kāi)展系統研究，著(zhù)力構建氫能產(chǎn)業(yè)本質(zhì)安全、風(fēng)險系統防控、智能化管控技術(shù)支撐體系，打造我國氫能安全創(chuàng )新中心、戰略咨詢(xún)與政策規制研究智庫、高端科技人才培養基地及氫安全標準供給基地，擔當氫能安全應急管理戰略支撐力量。

打造氫能安全科研創(chuàng )新平臺

與甲烷、汽油等傳統能源相比，氫能安全風(fēng)險主要體現在兩個(gè)方面：一是因氫氣本身的屬性所引發(fā)的安全風(fēng)險。氫分子小且無(wú)色無(wú)味，容易發(fā)生泄漏且難以察覺(jué)，同時(shí)最小點(diǎn)火能低、燃燒/爆炸濃度范圍寬，泄漏積聚后易引發(fā)燃爆風(fēng)險。二是氫致材料及部件損傷問(wèn)題。高壓臨氫設施長(cháng)期服役于高壓、高純氫環(huán)境中，易產(chǎn)生金屬材料氫脆、非金屬材料溶脹開(kāi)裂及部件疲勞失效等現象，特別是我國當前缺乏針對關(guān)鍵零部件質(zhì)量可靠性的測試平臺及方法標準，難以實(shí)現全生命周期的風(fēng)險管控。

針對上述安全風(fēng)險，基于保護層安全防護理念，氫能安全實(shí)驗室提出“不泄漏、早發(fā)現、不積聚、防燃爆”的氫能安全四原則，布局“氫能安全風(fēng)險評估技術(shù)”“臨氫材料及裝備安全”“氫能安全防護技術(shù)”“氫能安全標準體系構建”4個(gè)研究方向，在應急管理部及集團公司的大力支持下，持續推動(dòng)氫能安全研究平臺建設。

針對高壓氫用金屬/非金屬材料氫損傷機理研究不足、國內零部件安全測試平臺缺乏的問(wèn)題，自主設計建成0~140兆帕、-50~150攝氏度高壓臨氫材料與零部件測試平臺，有力支撐材料及部件高壓氫損傷機理及國產(chǎn)化研究;針對高壓氫泄漏泄放自燃機理不明、氫氣云爆炸后果實(shí)測數據缺失等問(wèn)題，建立高壓氫泄漏-擴散-自燃-噴射火-云爆炸全過(guò)程實(shí)驗裝備，形成從微觀(guān)到宏觀(guān)真實(shí)尺度高壓氫泄漏噴射及燃爆實(shí)驗能力，支撐高壓氫泄漏泄放自燃機理及燃爆毀傷后果等基礎研究;針對氫敏功能材料可控制備及微納結構表征技術(shù)開(kāi)發(fā)需求，搭建先進(jìn)的氫敏功能材料分析測試平臺，實(shí)現對氫敏納米材料微觀(guān)結構、顆粒聚集狀態(tài)、表面形貌等高分辨率、高精度分析測試，指導高性能氫敏功能材料開(kāi)發(fā);針對管道內氫氣燃爆發(fā)展機理及阻火測試的研究需求，建設國內最大DN1000氫氣爆燃/爆轟測試實(shí)驗及研發(fā)平臺，支撐大尺度氫氣爆燃、爆轟機理研究及防控技術(shù)開(kāi)發(fā)。

依托高壓氫安全實(shí)驗平臺，實(shí)驗室牽頭承擔國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“政府間國際科技創(chuàng )新合作”重點(diǎn)專(zhuān)項“氫能工廠(chǎng)和車(chē)輛應用過(guò)程中氫氣釋放擴散研究及安全標準規范構建”，聚焦氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展重大科技需求，開(kāi)展制氫工廠(chǎng)、加氫站等典型場(chǎng)景下氫氣泄漏擴散行為特征與事故鏈演化規律研究，旨在明確氫氣釋放擴散的安全限值與防護要求，開(kāi)發(fā)新型系統化防護技術(shù)并指導相關(guān)安全標準制修訂。

在應急管理部及集團公司指導下，實(shí)驗室依托安工院組織召開(kāi)氫能安全學(xué)術(shù)交流研討會(huì )，來(lái)自行業(yè)內15家國內外知名高校、氫能安全研究機構及氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的70余位專(zhuān)家學(xué)者受邀參加會(huì )議。會(huì )議聚焦“雙碳”背景下氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展面臨的安全挑戰與難題，深入探討氫能安全領(lǐng)域“卡脖子”關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)，共享前沿技術(shù)和創(chuàng )新成果，為氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積極建言獻策。

依托氫能安全重點(diǎn)實(shí)驗室等創(chuàng )新平臺，安工院建立“氫能安全研究機構協(xié)同支撐工作機制”，積極組織氫能安全科研機構、企事業(yè)單位、社會(huì )組織等開(kāi)展交流協(xié)作，構建開(kāi)放合作的創(chuàng )新生態(tài)，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化創(chuàng )新平臺，更好地推進(jìn)氫能安全前沿基礎理論研究，推動(dòng)先進(jìn)氫能安全防護及應急技術(shù)研發(fā)應用，重點(diǎn)聚焦氫能安全風(fēng)險評估技術(shù)、臨氫材料及裝備安全技術(shù)、氫能安全防護技術(shù)及氫能安全標準體系構建。

開(kāi)展氫能安全風(fēng)險評估技術(shù)研究

為研究真實(shí)場(chǎng)景下的氫氣燃爆行為，圍繞氫能安全風(fēng)險評估，實(shí)驗室在國內率先開(kāi)展了針對加氫站加注單元、壓縮單元等真實(shí)尺度氫氣燃爆實(shí)驗，揭示了氫氣燃爆火焰和超壓的時(shí)空演變規律，闡明火焰失穩傳播導致超壓增強的作用機制，為高壓臨氫裝置的安全布局及抗爆設計提供依據;針對高壓臨氫場(chǎng)景不同壓力等級泄放裝置自燃規律不明的問(wèn)題，首次開(kāi)展140兆帕高壓氫氣泄放自燃實(shí)驗，研究經(jīng)爆破片、安全閥泄放后，高壓氫氣的激波、自燃及噴射火自持行為，為高壓氫氣泄放安全設計提供理論指導和數據支撐;為探明高壓氫氣噴射進(jìn)入不同約束環(huán)境后的自燃行為，開(kāi)展氫氣泄漏壓力高至30兆帕及多種不同約束條件下的高壓氫氣泄漏自燃實(shí)驗，為高壓氫泄漏風(fēng)險管控及臨氫設備設施安全布局提供指導;聚焦我國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈安全監管，制定氫能設施多源數據融合及傳輸標準規范，研發(fā)氫能風(fēng)險感知、量化評估及分級預警技術(shù)，創(chuàng )建全國氫能安全風(fēng)險監測預警與分級管控技術(shù)平臺，建立氫能安全大數據中心，支撐構建應急管理部-省-市-縣-企業(yè)氫能安全監管分級體系。

開(kāi)展臨氫材料及裝備安全研究

聚焦臨氫材料與裝備安全，針對氫氣管道氫脆失效問(wèn)題，開(kāi)展典型管材及焊接接頭氫脆敏感性及失效機理研究，明確氫氣管道焊接接頭應力分布及氫擴散、氫富集規律，提出控制局部氫富集方案，開(kāi)發(fā)輸氫管道氫脆防控技術(shù);針對高壓儲氫容器在線(xiàn)監測技術(shù)不完善的問(wèn)題，揭示氫-疲勞耦合作用下材料損傷演化規律并開(kāi)發(fā)剩余壽命評估技術(shù)，開(kāi)展儲氫容器早期損傷聲學(xué)監測，建立健康監測預警系統并完成現場(chǎng)應用，助力高壓儲氫容器安全長(cháng)周期運行;針對加氫站常用氫氣閥門(mén)、加氫軟管和卸氫軟管等高壓臨氫零部件質(zhì)量可靠性問(wèn)題，利用測試平臺參照相關(guān)標準開(kāi)展真實(shí)服役工況的測試驗證，包括耐壓性、靜水壓強度、氫氣氣密性及氫循環(huán)耐久性，獲取零部件/設備關(guān)鍵失效數據，建立高壓臨氫零部件/設備全生命周期可靠性數據庫和安全指標體系，為加氫站高可靠性設備選型、本質(zhì)安全化研發(fā)提供有力支撐。

開(kāi)展氫能安全防護技術(shù)研究及標準體系構建

針對氫能安全防護技術(shù)，為解決臨氫設施泄漏位點(diǎn)多、現有技術(shù)探測覆蓋率低、無(wú)法快速定位的問(wèn)題，實(shí)驗室研發(fā)室溫低功耗、高靈敏度電學(xué)氫敏傳感材料與室溫快速響應、高對比度光學(xué)氫敏變色材料，通過(guò)器件集成與柔性成型，形成光-電協(xié)同氫氣泄漏檢測技術(shù)，室溫下1秒快速響應，檢測覆蓋率>95%，已在20余處臨氫場(chǎng)景現場(chǎng)示范應用;針對現有波紋板式氫氣阻火器阻火性能差、壓降大、阻火單元易堵塞等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)基于爆轟誘導消減技術(shù)的顆粒型氫氣爆轟阻火器，阻火等級IIC，阻火速度>2000米/秒;針對氫氣燃爆反應速度快、升壓快的風(fēng)險及現有氣相燃爆防護材料與結構重量大、施工難、周期長(cháng)等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)多元復合輕質(zhì)化抗爆材料，建立多元載荷工程化防護設計模型和折疊型快速裝配抗爆工程結構，為氫能發(fā)展提供安全保障和技術(shù)支持。

圍繞氫能安全標準體系，向應急管理部、國務(wù)院國資委等部門(mén)提交氫能產(chǎn)業(yè)安全咨詢(xún)報告，為我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃》《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設指南(2023版)》《中國氫能發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)圖》編制提供支撐，為產(chǎn)業(yè)頂層設計發(fā)揮重要作用;參與編制氫能相關(guān)國家、行業(yè)標準等14項;針對泄漏燃爆防護、氫能設備安全等開(kāi)展標準研究，完成5項氫能安全國家標準草案編制并通過(guò)標委會(huì )審查，推動(dòng)成立氫能安全標準化分技術(shù)委員會(huì )。

聚焦產(chǎn)業(yè)強根基，瞄準前沿開(kāi)新篇

近年來(lái)，我國氫能產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期，除了制氫工廠(chǎng)、供氫母站、加氫站等氫能場(chǎng)景，大規模綠電制氫、加氫站/供氫母站站內制氫(甲醇、氨等)、摻氫天然氣管道輸送、液氫儲運等多種新型場(chǎng)景不斷涌現。對這些新業(yè)態(tài)的積極探索及示范應用，一方面加速了我國氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)升級，另一方面也帶來(lái)諸多新的挑戰，如安全風(fēng)險辨識不清、安全防護技術(shù)較為缺乏、安全標準體系不夠健全等問(wèn)題，亟待開(kāi)展系統的氫能安全基礎研究和安全防護技術(shù)研發(fā)。

針對氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中面臨的新的安全風(fēng)險，實(shí)驗室將持續開(kāi)展科研裝備平臺建設，圍繞氫能新場(chǎng)景下的安全風(fēng)險識別、臨氫設備可靠性運行、氫能安全防護技術(shù)裝備等開(kāi)展科研攻關(guān)，特別是深入強化氫能安全前瞻性基礎研究及應急實(shí)戰技術(shù)開(kāi)發(fā)，明晰不同應用場(chǎng)景下氫泄漏擴散燃爆致災機理，形成氫氣早期泄漏檢測定位、氫氣燃爆抑制等應急處置技術(shù)裝備，推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步及應急管理體系完善，服務(wù)我國氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展。

為推動(dòng)構建我國氫能安全研究生態(tài)圈，依托氫能安全研究機構協(xié)同支撐工作機制，通過(guò)召開(kāi)氫能安全學(xué)術(shù)交流研討會(huì )等方式，實(shí)驗室研究提出氫能安全國家級項目指南，集聚國內優(yōu)勢力量開(kāi)展集中攻關(guān)，提升對氫能產(chǎn)業(yè)的安全認知及風(fēng)險防控水平;強化與國際領(lǐng)先氫能安全研究機構合作創(chuàng )建氫能安全創(chuàng )新平臺，開(kāi)展技術(shù)交流與氫能安全國際合作，共同推進(jìn)全球氫能產(chǎn)業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展;積極開(kāi)展氫能安全標準制修訂、國內外氫能安全監管制度跟蹤、涉氫事故總結分析等工作，全力支撐應急管理部氫能產(chǎn)業(yè)安全監管及我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈安全發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng )新鏈深度融合 推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

嘉賓：中國石化發(fā)展計劃部 氫能項目室經(jīng)理 李家強

問(wèn)：在推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方面，中國石化有哪些布局和規劃?

答：中國石化將氫能作為新能源業(yè)務(wù)發(fā)展的核心，以打造“中國第一氫能公司”為目標，積極布局燃料電池氫供應中心，同時(shí)加快綠氫煉化示范工程布局和建設。雖然通過(guò)示范實(shí)踐證明了氫能利用安全性整體可控，但目前仍面臨許多挑戰，如氫能應用場(chǎng)景有待豐富，裝備技術(shù)自主化、國產(chǎn)化水平有待提高，風(fēng)光制氫項目綠電并網(wǎng)及利用政策有待突破，綠氫碳足跡管理體系有待完善，綠氫綠色價(jià)值屬性有待轉化，綠氫成本競爭力有待提高等問(wèn)題需進(jìn)一步解決。下一步，中國石化將按照“加氫引領(lǐng)、綠氫示范、雙輪驅動(dòng)、助力減碳”的思路，聚焦氫能交通、綠氫煉化兩大領(lǐng)域，大力發(fā)展氫能一體化業(yè)務(wù)，推動(dòng)我國氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

嘉賓：德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院 教授 肖建軍

問(wèn)：當前歐洲氫能有哪些戰略布局?中德兩國在氫能安全領(lǐng)域開(kāi)展了哪些合作?

答：氫安全對于全球氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展至關(guān)重要。近年來(lái)，歐盟高度重視氫能發(fā)展，出臺了《歐盟氫能戰略》，將綠氫視為交通、運輸、化工、冶煉等行業(yè)低碳轉型的終極方案，提出構建歐洲可再生氫能生態(tài)系統的戰略目標，相關(guān)國家基于歐盟清潔氫能伙伴關(guān)系平臺在氫安全研究領(lǐng)域積極開(kāi)展合作研究。國際交流合作對提高氫安全整體研究水平具有積極推動(dòng)作用，中德兩國的合作提供了很好的范例，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院與中國石化安全工程研究院合作申報了政府間科技創(chuàng )新合作項目，開(kāi)展制氫工廠(chǎng)、加氫站等典型場(chǎng)景下氫氣泄漏擴散行為特征與事故鏈演化規律研究，旨在明確氫氣釋放擴散的安全限值與防護要求，開(kāi)發(fā)新型系統化防護技術(shù)并指導相關(guān)安全標準的制修訂。

嘉賓：南京工業(yè)大學(xué) 教授 潘旭海

問(wèn)：在高壓儲氫泄漏事故演化規律等方面有哪些研究進(jìn)展?

答：為防范高壓儲氫裝備事故風(fēng)險，需要開(kāi)展氫泄漏、燃爆、噴射火等相關(guān)事故演化規律、預防技術(shù)及應急處置技術(shù)等方面的研究。隨著(zhù)氫能產(chǎn)業(yè)規?？焖贁U大，臨氫設備設施基數增加將導致事故發(fā)生概率增大，制氫、儲能設備等大型項目設備組合后的多米諾效應值得警惕。我們針對高壓氫氣自燃機理、臨界條件及氫氣泄漏、傳播及火焰發(fā)展和爆炸等過(guò)程開(kāi)展了實(shí)驗研究，并基于氫能燃爆事故動(dòng)力學(xué)模型，模擬了燃燒形成后的爆炸超壓發(fā)展規律，揭示火焰前沿與射流前沿相對運動(dòng)規律及其與爆炸超壓峰值的關(guān)聯(lián)性。根據相關(guān)研究結果，開(kāi)發(fā)能夠防止自燃演變成噴射式火災和爆炸的安全裝置，以減少事故造成的損失，這為高壓儲氫系統的事故風(fēng)險評估提供了理論依據。

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