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

前不久，應(yīng)急管理部重點實驗室新增掛牌名單公布，依托青島安全工程研究院(以下簡稱：安工院)建設(shè)的氫能安全實驗室位列其中。

安工院新能源安全裝備研發(fā)測試基地。

氫能安全實驗室以滿足我國氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展和安全監(jiān)管面臨的重大科技需求為牽引，聚焦氫致材料及設(shè)備失效機制、氫泄漏燃爆致災(zāi)規(guī)律等問題與難點，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(gòu)建等方面開展系統(tǒng)研究，著力構(gòu)建氫能產(chǎn)業(yè)本質(zhì)安全、風(fēng)險系統(tǒng)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(zhàn)略咨詢與政策規(guī)制研究智庫、高端科技人才培養(yǎng)基地及氫安全標準供給基地，擔(dān)當(dāng)氫能安全應(yīng)急管理戰(zhàn)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(tǒng)能源相比，氫能安全風(fēng)險主要體現(xiàn)在兩個方面：一是因氫氣本身的屬性所引發(fā)的安全風(fēng)險。氫分子小且無色無味，容易發(fā)生泄漏且難以察覺，同時最小點火能低、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題。高壓臨氫設(shè)施長期服役于高壓、高純氫環(huán)境中，易產(chǎn)生金屬材料氫脆、非金屬材料溶脹開裂及部件疲勞失效等現(xiàn)象，特別是我國當(dāng)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，難以實現(xiàn)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，氫能安全實驗室提出“不泄漏、早發(fā)現(xiàn)、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(gòu)建”4個研究方向，在應(yīng)急管理部及集團公司的大力支持下，持續(xù)推動氫能安全研究平臺建設(shè)。

針對高壓氫用金屬/非金屬材料氫損傷機理研究不足、國內(nèi)零部件安全測試平臺缺乏的問題，自主設(shè)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、氫氣云爆炸后果實測數(shù)據(jù)缺失等問題，建立高壓氫泄漏-擴散-自燃-噴射火-云爆炸全過程實驗裝備，形成從微觀到宏觀真實尺度高壓氫泄漏噴射及燃爆實驗?zāi)芰?，支撐高壓氫泄漏泄放自燃機理及燃爆毀傷后果等基礎(chǔ)研究;針對氫敏功能材料可控制備及微納結(jié)構(gòu)表征技術(shù)開發(fā)需求，搭建先進的氫敏功能材料分析測試平臺，實現(xiàn)對氫敏納米材料微觀結(jié)構(gòu)、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(dǎo)高性能氫敏功能材料開發(fā);針對管道內(nèi)氫氣燃爆發(fā)展機理及阻火測試的研究需求，建設(shè)國內(nèi)最大DN1000氫氣爆燃/爆轟測試實驗及研發(fā)平臺，支撐大尺度氫氣爆燃、爆轟機理研究及防控技術(shù)開發(fā)。

依托高壓氫安全實驗平臺，實驗室牽頭承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃“政府間國際科技創(chuàng)新合作”重點專項“氫能工廠和車輛應(yīng)用過程中氫氣釋放擴散研究及安全標準規(guī)范構(gòu)建”，聚焦氫能產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展重大科技需求，開展制氫工廠、加氫站等典型場景下氫氣泄漏擴散行為特征與事故鏈演化規(guī)律研究，旨在明確氫氣釋放擴散的安全限值與防護要求，開發(fā)新型系統(tǒng)化防護技術(shù)并指導(dǎo)相關(guān)安全標準制修訂。

在應(yīng)急管理部及集團公司指導(dǎo)下，實驗室依托安工院組織召開氫能安全學(xué)術(shù)交流研討會，來自行業(yè)內(nèi)15家國內(nèi)外知名高校、氫能安全研究機構(gòu)及氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的70余位專家學(xué)者受邀參加會議。會議聚焦“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(zhàn)與難題，深入探討氫能安全領(lǐng)域“卡脖子”關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)難點，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。

依托氫能安全重點實驗室等創(chuàng)新平臺，安工院建立“氫能安全研究機構(gòu)協(xié)同支撐工作機制”，積極組織氫能安全科研機構(gòu)、企事業(yè)單位、社會組織等開展交流協(xié)作，構(gòu)建開放合作的創(chuàng)新生態(tài)，形成產(chǎn)學(xué)研用一體化創(chuàng)新平臺，更好地推進氫能安全前沿基礎(chǔ)理論研究，推動先進氫能安全防護及應(yīng)急技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，重點聚焦氫能安全風(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(gòu)建。

開展氫能安全風(fēng)險評估技術(shù)研究

為研究真實場景下的氫氣燃爆行為，圍繞氫能安全風(fēng)險評估，實驗室在國內(nèi)率先開展了針對加氫站加注單元、壓縮單元等真實尺度氫氣燃爆實驗，揭示了氫氣燃爆火焰和超壓的時空演變規(guī)律，闡明火焰失穩(wěn)傳播導(dǎo)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(shè)計提供依據(jù);針對高壓臨氫場景不同壓力等級泄放裝置自燃規(guī)律不明的問題，首次開展140兆帕高壓氫氣泄放自燃實驗，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(shè)計提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐;為探明高壓氫氣噴射進入不同約束環(huán)境后的自燃行為，開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驗，為高壓氫泄漏風(fēng)險管控及臨氫設(shè)備設(shè)施安全布局提供指導(dǎo);聚焦我國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈安全監(jiān)管，制定氫能設(shè)施多源數(shù)據(jù)融合及傳輸標準規(guī)范，研發(fā)氫能風(fēng)險感知、量化評估及分級預(yù)警技術(shù)，創(chuàng)建全國氫能安全風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警與分級管控技術(shù)平臺，建立氫能安全大數(shù)據(jù)中心，支撐構(gòu)建應(yīng)急管理部-省-市-縣-企業(yè)氫能安全監(jiān)管分級體系。

開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題，開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(yīng)力分布及氫擴散、氫富集規(guī)律，提出控制局部氫富集方案，開發(fā)輸氫管道氫脆防控技術(shù);針對高壓儲氫容器在線監(jiān)測技術(shù)不完善的問題，揭示氫-疲勞耦合作用下材料損傷演化規(guī)律并開發(fā)剩余壽命評估技術(shù)，開展儲氫容器早期損傷聲學(xué)監(jiān)測，建立健康監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)并完成現(xiàn)場應(yīng)用，助力高壓儲氫容器安全長周期運行;針對加氫站常用氫氣閥門、加氫軟管和卸氫軟管等高壓臨氫零部件質(zhì)量可靠性問題，利用測試平臺參照相關(guān)標準開展真實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(shè)備關(guān)鍵失效數(shù)據(jù)，建立高壓臨氫零部件/設(shè)備全生命周期可靠性數(shù)據(jù)庫和安全指標體系，為加氫站高可靠性設(shè)備選型、本質(zhì)安全化研發(fā)提供有力支撐。

開展氫能安全防護技術(shù)研究及標準體系構(gòu)建

針對氫能安全防護技術(shù)，為解決臨氫設(shè)施泄漏位點多、現(xiàn)有技術(shù)探測覆蓋率低、無法快速定位的問題，實驗室研發(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(yīng)、高對比度光學(xué)氫敏變色材料，通過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(yīng)，檢測覆蓋率>95%，已在20余處臨氫場景現(xiàn)場示范應(yīng)用;針對現(xiàn)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題，開發(fā)基于爆轟誘導(dǎo)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(yīng)速度快、升壓快的風(fēng)險及現(xiàn)有氣相燃爆防護材料與結(jié)構(gòu)重量大、施工難、周期長等特點，開發(fā)多元復(fù)合輕質(zhì)化抗爆材料，建立多元載荷工程化防護設(shè)計模型和折疊型快速裝配抗爆工程結(jié)構(gòu)，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(yīng)急管理部、國務(wù)院國資委等部門提交氫能產(chǎn)業(yè)安全咨詢報告，為我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃》《氫能產(chǎn)業(yè)標準體系建設(shè)指南(2023版)》《中國氫能發(fā)展技術(shù)路線圖》編制提供支撐，為產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)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(shè)備安全等開展標準研究，完成5項氫能安全國家標準草案編制并通過標委會審查，推動成立氫能安全標準化分技術(shù)委員會。

聚焦產(chǎn)業(yè)強根基，瞄準前沿開新篇

近年來，我國氫能產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期，除了制氫工廠、供氫母站、加氫站等氫能場景，大規(guī)模綠電制氫、加氫站/供氫母站站內(nèi)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景不斷涌現(xiàn)。對這些新業(yè)態(tài)的積極探索及示范應(yīng)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，另一方面也帶來諸多新的挑戰(zhàn)，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題，亟待開展系統(tǒng)的氫能安全基礎(chǔ)研究和安全防護技術(shù)研發(fā)。

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

為推動構(gòu)建我國氫能安全研究生態(tài)圈，依托氫能安全研究機構(gòu)協(xié)同支撐工作機制，通過召開氫能安全學(xué)術(shù)交流研討會等方式，實驗室研究提出氫能安全國家級項目指南，集聚國內(nèi)優(yōu)勢力量開展集中攻關(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(gòu)合作創(chuàng)建氫能安全創(chuàng)新平臺，開展技術(shù)交流與氫能安全國際合作，共同推進全球氫能產(chǎn)業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展;積極開展氫能安全標準制修訂、國內(nèi)外氫能安全監(jiān)管制度跟蹤、涉氫事故總結(jié)分析等工作，全力支撐應(yīng)急管理部氫能產(chǎn)業(yè)安全監(jiān)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：在推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展方面，中國石化有哪些布局和規(guī)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(yīng)中心，同時加快綠氫煉化示范工程布局和建設(shè)。雖然通過示范實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(zhàn)，如氫能應(yīng)用場景有待豐富，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，綠氫綠色價值屬性有待轉(zhuǎn)化，綠氫成本競爭力有待提高等問題需進一步解決。下一步，中國石化將按照“加氫引領(lǐng)、綠氫示范、雙輪驅(qū)動、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：當(dāng)前歐洲氫能有哪些戰(zhàn)略布局?中德兩國在氫能安全領(lǐng)域開展了哪些合作?

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，歐盟高度重視氫能發(fā)展，出臺了《歐盟氫能戰(zhàn)略》，將綠氫視為交通、運輸、化工、冶煉等行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的終極方案，提出構(gòu)建歐洲可再生氫能生態(tài)系統(tǒng)的戰(zhàn)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，開展制氫工廠、加氫站等典型場景下氫氣泄漏擴散行為特征與事故鏈演化規(guī)律研究，旨在明確氫氣釋放擴散的安全限值與防護要求，開發(fā)新型系統(tǒng)化防護技術(shù)并指導(dǎo)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：在高壓儲氫泄漏事故演化規(guī)律等方面有哪些研究進展?

答：為防范高壓儲氫裝備事故風(fēng)險，需要開展氫泄漏、燃爆、噴射火等相關(guān)事故演化規(guī)律、預(yù)防技術(shù)及應(yīng)急處置技術(shù)等方面的研究。隨著氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴大，臨氫設(shè)備設(shè)施基數(shù)增加將導(dǎo)致事故發(fā)生概率增大，制氫、儲能設(shè)備等大型項目設(shè)備組合后的多米諾效應(yīng)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)展和爆炸等過程開展了實驗研究，并基于氫能燃爆事故動力學(xué)模型，模擬了燃燒形成后的爆炸超壓發(fā)展規(guī)律，揭示火焰前沿與射流前沿相對運動規(guī)律及其與爆炸超壓峰值的關(guān)聯(lián)性。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，開發(fā)能夠防止自燃演變成噴射式火災(zāi)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(tǒng)的事故風(fēng)險評估提供了理論依據(jù)。

特別推薦：國際氫能與燃料電池展參觀報名  國際氫能與燃料電池展展位預(yù)定