從安全角度看，氫最重要的物質(zhì)特性是可燃性。可燃性又是可爆性的基礎(chǔ)。所以氫氣的可燃性導(dǎo)致了氫氣的兩種主要危險(xiǎn)：火災(zāi)和爆炸。想要分析氫氣的爆炸安全，需要先了解防爆的基礎(chǔ)知識(shí)，所以我們的氫安全系列會(huì)從防爆基礎(chǔ)知識(shí)的介紹開始。

防爆這個(gè)詞的概念比較寬泛，并不能嚴(yán)格界定氫氣防爆安全的范圍。比如我們在機(jī)場和地鐵站的安檢處看到安檢處附近的墻角放著一個(gè)防爆罐，非常結(jié)實(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)爆炸物時(shí)將爆炸物放進(jìn)防爆罐中，防止爆炸物爆炸時(shí)造成人員傷害。這樣的“防爆"顯然和氫氣爆炸安全不相關(guān)。另外氫氣存儲(chǔ)的一種方式是高壓存儲(chǔ)，防止高壓儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸的“防爆"是壓力容器安全的范疇，不在這篇文章所介紹的“防爆"安全的范圍。

為了清晰的解釋這篇文章討論的氫氣防爆安全的范圍，讓我們先轉(zhuǎn)移目標(biāo)，看一下工業(yè)防爆設(shè)備在歐盟的合規(guī)性要求。工業(yè)防爆設(shè)備進(jìn)入歐盟市場需要符合ATEX指令，而符合ATEX指令的法規(guī)要求的必要條件是滿足ATEX指令下的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，即通常所說的ATEX認(rèn)證。ATEX指令的全稱是“意向使用于潛在爆炸性環(huán)境的設(shè)備和保護(hù)系統(tǒng)"，ATEX即EXplosive ATmosphere的法文縮寫(法文atmosphere在前)。

爆炸性環(huán)境的定義是：在大氣環(huán)境中，氣體，蒸汽，汽霧或粉塵形式的可燃物質(zhì)與空氣混合，當(dāng)點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，爆炸會(huì)傳播至整個(gè)混合氣體環(huán)境。這個(gè)定義所指的爆炸性環(huán)境的主要風(fēng)險(xiǎn)就是空氣中彌漫的可燃性物質(zhì)被點(diǎn)火而發(fā)生爆炸事故?？赡艹霈F(xiàn)爆炸性環(huán)境的危險(xiǎn)場地在工業(yè)中非常常見，因?yàn)楹芏喙I(yè)過程由于工藝原因會(huì)有可燃性物質(zhì)的存儲(chǔ)和使用，當(dāng)可燃性物質(zhì)泄露或釋放至空氣中就可能形成爆炸性環(huán)境。當(dāng)危險(xiǎn)場地的可燃性物質(zhì)是氫氣時(shí)，如何防止泄露或釋放至空氣中的氫氣被點(diǎn)火發(fā)生爆炸就是氫氣的防爆安全了。

爆炸三要素

接下來我們要分析一下爆炸發(fā)生需要的要素。一個(gè)爆炸發(fā)生有三個(gè)要素，可燃物質(zhì)，空氣(氧氣)和電火源。防止爆炸發(fā)生就要想辦法不讓三要素在同一時(shí)空聚齊。

在很多情況下，避免爆炸三要素一起出現(xiàn)非常困難，但是如果可以控制空氣中爆炸性物質(zhì)的濃度在爆炸濃度下限(LEL或LFL)以下，或者使氧濃度足夠低，或者控制電火源(火花)可能出現(xiàn)的最大能量不超過爆炸性物質(zhì)的最小點(diǎn)火能量(MIE)也可以實(shí)現(xiàn)防爆的目的。

氫的爆炸下限/炸上限與最小點(diǎn)火能量

防爆方法與技術(shù)

經(jīng)過長期的理論和實(shí)踐探索，及經(jīng)驗(yàn)累積，工業(yè)界掌握了很多安全技術(shù)，并通過防爆產(chǎn)品和作業(yè)過程的標(biāo)準(zhǔn)化，將危險(xiǎn)場地的爆炸風(fēng)險(xiǎn)降至可以接受的最小程度。下面簡單介紹一些防爆方法和技術(shù)：

• 改進(jìn)工藝，用不可燃的物質(zhì)替代可燃物質(zhì)，比如興登堡號(hào)空難發(fā)生后，飛艇業(yè)就將氫氣換成不可燃的氦氣；（排除可燃物質(zhì)）

• 氣體惰化或洗氣，如果涉及爆炸性危險(xiǎn)的工藝是在密閉的容器內(nèi)，可以通過將惰性氣體或氮?dú)庾⑷朊荛]容器置換出氧氣；（降低可燃物質(zhì)濃度）

• 如果爆炸性物質(zhì)的泄露源房間或電氣設(shè)備外部，向房間/設(shè)備內(nèi)部注入空氣使房間/設(shè)備內(nèi)部相對外部大氣環(huán)境維持正壓；（防止爆炸性氣體進(jìn)入）

• 粉塵惰化，如果爆炸性物質(zhì)是粉塵，可以往爆炸性粉塵中添加惰性粉塵并均勻混合，使混合后的粉塵沒有可爆性；(排除可燃物質(zhì))

• 排除泄漏源或者減少泄露的可能性和泄漏量；（降低可燃物質(zhì)濃度）

• 選用適當(dāng)設(shè)備保護(hù)等級(jí)(EPL)且適合爆炸物質(zhì)物質(zhì)特性的有防爆認(rèn)證的電氣設(shè)備，并正確安裝。（排除電火源）

• 對機(jī)械等非電結(jié)構(gòu)進(jìn)行電火源風(fēng)險(xiǎn)分析并形成電火源分析報(bào)告(IHAR)( 排除電火源)

• 在爆炸風(fēng)險(xiǎn)不能排除的情況下，將爆炸封閉在具有一定抗壓能力的密閉容器內(nèi)，或者通過特定的泄爆口泄爆，同時(shí)對進(jìn)出管路進(jìn)行爆炸隔離。(抗爆，泄爆，爆炸隔離)

• 通過光學(xué)檢測，在火花發(fā)生時(shí)迅速釋放氧化性化學(xué)粉末，快速消耗掉反應(yīng)釜內(nèi)的氧氣(化學(xué)抑爆)

防爆方法和技術(shù)的選擇應(yīng)基于具體應(yīng)用，綜合考慮技術(shù)可行性，成本，安裝與維護(hù)的方便性，以及生產(chǎn)效率。從安全的角度應(yīng)優(yōu)先選擇避免出現(xiàn)爆炸環(huán)境或盡量爆炸環(huán)境的范圍(主要措施)；其次是排除電火源(二級(jí)措施)，最后在不得已的情況下再考慮爆炸防護(hù)(三級(jí)措施：抗爆，抑爆，泄爆)。