氢气有哪些危害？
氢气危害指的是使用氢气时存在的独特挑战和风险，包括易燃性、爆炸风险、呼吸系统疾病以及材料中氢脆导致的机械故障。这些危害主要源于易燃混合物的产生以及泄漏时氢气的快速扩散，因此在工程设计和作中需要全面的安全措施。
通过计算流体力学模拟进行氢气危害与风险分析
7.3 安全
氢气需求的规模和增长引发了关于天然气安全使用的根本性问题。由于其化学性质，氢在植物环境中带来了独特的挑战。氢气无色无味，人类感官无法察觉。
因此，氢气存在多种危害，从呼吸系统疾病、部件故障、点火到燃烧等。虽然大多数情况下会伴随多种危险，但氢气的主要危险是产生易燃混合物，可能导致火灾或爆炸。除了这些危害外，氢气还可能因氢脆性导致安全壳、管道及其他部件的机械故障。长期暴露于气体中，许多金属和塑料会失去延展性和强度，导致裂纹形成，最终可能导致破裂。氢脆的一种形式是通过化学反应发生的。例如，在高温下，氢气与金属壁的一个或多个成分反应形成氢化物，从而削弱材料的晶格结构。
在炼油厂中，火灾和爆炸升级的第一步是气体的控制失效。氢气泄漏通常由密封件或垫片缺陷、阀门错位，或法兰或其他设备失效引起。氢一旦释放，会迅速扩散。如果泄漏发生在室外，云的扩散会受到风速和风向的影响，也可能受到大气湍流和附近建筑的影响。当气体以羽流形式分散时，如果氢气和空气混合物处于爆炸范围内且有合适的点火源，就可能发生爆轰。这种易燃混合物可能在距离泄漏源较远处形成。为了应对氢气带来的危害，火灾和气体探测系统的制造商在多层保护结构中工作，以减少危害传播的发生率。在这种模式下，每一层都起到保障作用，防止危险变得更加严重。
检测层本身包含不同的检测技术，这些技术要么提升场景覆盖范围，要么提高特定类型危害被检测到的可能性。此类火灾和气体探测层可包括催化传感器、超声波气体泄漏监测器和火灾探测器。超声气体泄漏检测器可以响应高压氢气释放，例如加氢裂解反应堆或氢分离器中可能发生的情况。反过来，连续氢气监测器如催化探测器也能帮助检测小泄漏，例如由于使用或失效导致法兰因容器在接近大气压下而缓慢变形。为了进一步保护工厂免受火灾，氢气专用火焰探测器可以监控整个工艺区。如此广泛的覆盖是因为氢云运动;火灾可能在距离泄漏源较远处引燃。
氢气产量将继续增长，得益于环保立法和对更清洁、更高品质燃料的需求。但产量的上升必须配合全面的工厂安全措施。使用氢气的新设施应设计时具备足够的潜在危害防护措施;旧设施的设计也应重新审视，确保有足够的屏障以减少事故并控制失效。部署多种检测技术的安全系统可以抵消泄漏、火灾和爆炸的潜在影响，防止设备或财产损坏、人身伤害以及人员伤亡。
总之，随着全球规格不断收紧、高硫燃料油市场下滑，现代炼油厂面临着满足对清洁运输燃料日益增长需求的挑战。必须始终考虑降低炼油成本的创新想法和解决方案，包括：（i）优化氢气管理网络，（ii）多种氢气生产原料选项，（iii）优化工厂产能，最后但同样重要的是（iv）利用氢气回收技术最大化氢气供应并最小化资本投资。
发电与机械驱动
10.3.5 材料兼容性
Ball等人（2016）描述了氢气与其他燃料的相似性和差异。书中讨论了氢气性质的影响，例如与其他材料的相互作用，以及由此产生的行为和对氢气安全使用的后果。书中介绍了氢气在储存系统及其周边使用的潜在危害，并概述了如何最大限度地减少、减轻或避免这些风险的解决方案。AIAA G-095A-2017提供了大量信息，供OEM制造商和氢气系统用户使用，以确保氢气系统安全安装或协助解决氢气危害。该文件提供了关于安全系统与控制、使用、人员培训、危害管理、设计、设施、检测、储存、运输及应急程序的一般指导。相关研究被总结，并呈现与主题相关的支持数据。关于规范、标准和法规的更多信息，以及示例安全数据表、详尽参考书目和其他有用资料，均可在附录中找到。
可持续氢能经济安全实践概述——澳大利亚视角
氢气安全、标准与监管
安全是设计、运营和维护能源系统的关键步骤，确保作顺利、驴体健康以及员工和周围人员的安全[43]。从生产到储存、分销和应用的氢气活动中，安全作是大规模氢气开发和部署的重要组成部分。如表2所示，气态氢气的性质不同于甲烷等烃类燃料，因此应制定氢气应用的安全程序。氢气密度为0.0899 kg/m³，压力为3大气压，明显轻于甲烷。比较实际氢气释放与甲烷释放的“上升速度”具有挑战性。这是由于浮力、重力和阻力等不同力的复杂同时作用所致。Klebanoff等人[1]显示，在常温和压力（NTP）条件下，44公斤氢释放的上升速度为1200.27米/秒，而同等质量甲烷的上升速度为92.13米/秒，证实了氢气的浮力效应更为显著。氢气高度扩散，其点火温度和点火能较低（分别为93°C和585.0兆焦耳），但燃烧潜热较高（017.141兆焦耳/千克）[6]。最重要的是，氢气爆轰可以在广泛的氢浓度范围内发生（45%–4%）[75]。
氢能经济与国际氢能战略
1.1.8 氢气安全
与其他燃料相比，氢气的点火能量远低于该燃料（见表1.1.1）。此外，氢气在爆炸或爆炸范围内与空气混合的分布最为明显。因此，必须严格避免在非控制条件下产生氢气和空气混合物，因为由于低点火能量和宽广的爆轰范围，存在极大灾难性事件的潜在风险。鉴于这些特性以及氢气比空气轻15倍，需要调整安全策略，才能在不让人们承受不必要危险的情况下享受氢气的益处。由于分子体积小、气体泄漏易、浮力和金属脆性，氢气储存和使用带来了必须考虑的独特挑战，以确保安全运行。液氢因其低温和更高的能量密度，带来了额外的挑战。然而，氢气在毒性或固有反应性方面没有危险分类。预防氢气危害的方法包括：
（a）在转移氢气之前，用惰性气体如氮2清洗气体管线或储存室。
（b）应避免使用点火源。
（c）氢气处理应使用符合规范和标准的材料。
（d）必须安装氢气传感器和火灾报警器。
（e）良好的通风是必要的。
安全
12.4.9 杂项
本规范和标准部分还包括与机械和能源系统相关的额外出版物，这些出版物不一定属于前述类别。
CGA H-4《与氢燃料技术相关的术语》描述了适用于氢燃料生产、储存、运输和使用的技术和术语。
职业安全与健康管理局 29 CFR 910.103——氢气为气态氢气以气态形式输送、储存和排放到消费者管道的系统提供了一般设计、安全和安装要求。系统包括固定或可移动容器、压力调节器、安全缓解装置、歧管、互连管道和控制装置。要求参考了ASME锅炉与压力容器规范、ANSI管道规范以及CGA关于压力释放装置的指导。总体而言，该守则确立了法律要求的最低要求，但信息量并不特别丰富。NFPA 2附录G中引用了分离距离的法定表，该表也指出了其不足、不够清晰以及与NFPA 55的差异。
ANSI/AIAA《氢气及氢气系统安全指南》旨在提供设计者、建造者和氢气系统使用者可用来确保氢气系统安全或解决氢气危害的信息。提供关于一般安全系统和控制、使用、人员培训、危害管理、设计、设施、检测、储存、运输及应急程序的指导。相关研究被总结，并呈现与主题相关的支持数据。关于规范、标准和法规的更多信息，以及示例安全数据表、详尽参考书目和其他有用资料，均可在附录中找到。
IEC 62282-4-101，燃料电池技术——第4-101部分：除道路车辆和辅助动力单元（APU）以外的燃料电池动力系统——电力驱动工业卡车的安全，涵盖用于电力驱动工业卡车的燃料电池动力系统的安全要求，包括堆高机等物料搬运设备。它适用于气态氢燃料电池电力系统以及直接甲醇燃料电池电力系统。
CSA ANSI/CSA FC 1，燃料电池技术——第3-100部分：固定式燃料电池动力系统——安全，通常与IEC 62282-3-100：12（不仅限于氢气）保持一致。IEC 62282的这一部分适用于固定式封装的自给自足燃料电池电力系统，或由工厂匹配的集成系统组成的燃料电池电力系统，这些系统通过电化学反应发电。该标准适用于用于电气连接市电的系统，或带有换气开关的系统，或用于提供交流或直流电力，并可或不具备回收有用热量的能力。
ANSI/CSA America FC 3，便携式燃料电池动力系统，适用于交流型和直流型便携式燃料电池电力系统，额定输出电压不超过600伏，适用于商业、工业和住宅的室内外非危险场所使用。
加拿大标准协会（CSA）B51，锅炉、压力容器及压力管道规范，是加拿大普遍接受的ASME锅炉与压力容器规范及ASME工艺管道规范的对应版本。
氢气安全问题概述
这里简要讨论氢气安全组件;但有关氢气安全方面的详细信息，读者需参考近期综述论文，如[16,17,19,20]。液氢和气态氢的风险要么与材料性质相关，要么涉及处理问题，如图2所示。氢气泄漏通常由机械故障或人为失误导致安全壳损失。喷射火是氢气释放后立即点火的结果，而爆炸通常是氢气积累和延迟点火引起的。由于高压氢气储罐的存在，这两者对氢气运输和应用都至关重要[49]。氢气火具有高速高温，因此国家消防协会（NFPA）指出，氢气的最高可燃等级为4。