特别关注丨航运业如何“氢”装上阵
经过多年发展，纯电动车的技术瓶颈日益凸显，续航和充电速度成为制约其下一步发展的最大障碍。各方在努力突破瓶颈困境的同时，也在试图寻找其他替代能源。这时，一直存在于我们身边的“氢能”进入人们视野。据丰田数据显示，氢燃料电池汽车可实现充氢3分钟，续航超过500公里，甚至可超过柴油动力车。由此可见，新能源汽车市场定将在不久的将来迎来一场群雄逐“氢”的场面。同时，随着氢燃料电池汽车的进一步推广，无疑将会催生液氢运输船的市场需求。
目前，业界主要采用高压气瓶对氢气进行储存运输，该运输方式技术成熟，但储氢密度小、运输效率低。相比于高压储氢，液氢储氢密度高达71g/L，是氢能源储存中纯度最高、单位体积和质量下能量密度最大的储氢形式，也是未来氢能大规模运输所采用的主要方式。但是液氢运输方式增加了氢气液化深冷过程，对设备、工艺、能源的要求更高。那么，液氢散装运输船舶需要关注哪些风险控制措施呢？
据中国船级社武汉规范所工业技术部（研发部）主任范洪军介绍，液氢具有易泄漏、氢脆、易燃、易爆、超低温等危险。如能充分分析研究这些危险，并提出可行的危险控制措施，液氢将可以作为一种安全燃料使用。
氢气的粘性低，渗透性较高，这导致氢气不仅容易从焊缝、法兰、密封垫圈等处发生泄漏，而且泄漏不易被发现控制较为困难。为此，可采用以下措施减少氢气泄漏的可能性：
（1）储罐、管道、设备等尽可能采用全焊透型焊接，并做气体泄漏检验。
（2）采用双层管等手段围护泄漏。
（3）优化可燃气体探头的布置。
由于氢的高渗透性导致氢易于溶于金属合金中，氢在金属合金中聚合为氢分子，造成应力集中，超过金属的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，进而导致裂纹扩展及垮塌。一般高强度的钢、钛合金、铝合金易于产生氢脆。氢脆现象与金属合金中的碳含量相关。纯的非合金铝具有较高的抗氢致脆断能力，316等级的不锈钢、铜镍合金等可用于氢能源储存和运输领域，铜可用于低压设备。
氢气的可燃极限范围、爆轰极限范围很宽泛，而且最小点燃能量非常低，这导致氢气极易燃烧，微小的静电火花液容易着火。因此储存和使用氢气的场所不仅要严禁烟火，还必须采取严格的防静电措施。例如选用防爆型电气设备，设备接地，排除热表面等。
氢气燃烧的火焰不仅温度较高，而且在白天的可见度较低，难于通过感光探测。氢气的燃烧速度较高，火焰的传播速度较快，是天然气火焰传播速度的8倍，这导致火焰比较难于扑灭，而且在封闭空间内引发爆炸的可能性很大。为此，建议：
（1）在人员防护方面，为了避免氢气火灾的火焰影响和UV（紫外线）辐射，配备消防员装备和防护设备。
（2）在灭火方面，在发生氢气火灾情况下，采用化学干粉灭火系统和二氧化碳灭火系统。对于氢气火灾，应考虑提高二氧化碳的量，建议二氧化碳设计量应为受保护空间总体积的75%或以上。
液氢需要在-253℃的环境下储存和运输，为此，液氢储罐、管系、设备等除了需要抵抗氢脆外，尚需具有耐受超低温的能力。除此之外，还要考虑温度变化带来的材料膨胀和收缩。
从货物操作时的惰化角度来看，由于液氢为-253℃，在此温度下绝大多数气体会凝固成固体，不仅会堵塞阀门管道，液氢中混有固体氧气还有爆炸的风险。为了避免惰性气体被冷凝和凝固，可通过两个步骤实现惰化操作。一是使用冷凝温度更低的惰性气体氦气（冷凝温度为-269℃）进行惰化；二是先使用气态氢气将系统升温至-193℃以上，然后使用氮气（冷凝温度为-196℃）惰化。
未经绝热保护的液氢管道周围的空气会发生冷凝，由于空气中的氮气和氧气的冷凝温度不同，会导致氧气先冷凝，氮气后冷凝（氧气的冷凝温度为-183℃，氮气的冷凝温度为-196℃），在温度没有降低到液氮的冷凝温度之前，冷凝层的主要成分为液氧，形成富氧环境，易于形成可燃环境。为此，应做好管道的绝热，避免空气冷凝形成富氧环境。
当然，人员的低温防护也是需要重点考虑的方面。
氢气的沸点和气化潜热均较低，蒸发速率较快，液氢气化的体积膨胀是845倍，如果在某一固定体积内液氢完全气化，则体积内的压力会从0bar升高至1720bar。所以需要做好储罐和管路的绝热，并考虑一定的蓄压能力。
在热平衡状态下，氢气由75%的正氢（ortho-hydrogen）和25%的仲氢（para-hydrogen）组成，液化后，正氢不稳定，会转化成更加稳定的仲氢，转化过程释放大量的热量，导致液氢的蒸发率大幅提高，而没有催化剂的转化过程一般需要持续几天的时间。因此在液化过程中，会通过催化剂使得成品液氢中的仲氢浓度达到95%左右，转化基本上可以完成，所以对于商品液氢来讲，可忽略这种效应带来的蒸发率升高。
范洪军表示，氢能源的利用和发展正如50多年前天然气燃料的需求带动了LNG运输船的发明。LNG海上运输的成功，可以使我们相信，通过国际工业界、政府、国际组织、船级社等各方的共同努力，液氢的海上运输将成为现实。
此外，范洪军还补充道，若使液氢产业链成为现实，我们还需关注制氢、氢的液化、液氢陆上运输、液氢加注、液氢气化利用等各个环节。
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