氢气生产安全

　　safety in the manufacture of hydrogen  氢是可燃气体，它的危险性表现在爆炸极限范围大，与空气混合爆炸下限为4％、上限为74％。它与氯气混合，经过加热或日光照晒即能爆炸；如与氟混合则立即爆炸。氢气的着火能量很小，只有9．019mJ／mol。氢气无色无味，比空气轻得多，不易被人发觉，易在设备、容器、建筑物的顶部积聚，遇到火种、热源即可发生危险。

　　制造氢气的方法很多，有实验室制氢、甲烷制氢、水煤气转化制氢、氨分解制氢、铁－气制氢、溶剂发酵制氢、炼焦制氢、电解盐制氢和电解水制氢等。由于电解水制氢方法比较简单、经济，制得的氢纯度高，因此在工业上普遍采用。氢气制得后存入贮存器中；然后输送给用户，或经过压缩充入钢瓶内。如果需要纯度较高的氢，则应进行净化处理。如果需用液态氢，则应在净化后再经过液化工序。

　　用电解水的方法制氢可以同时获得氧气。这种方法的生产工艺流程有低压和中压两种。如图5—17所示。两种流程都是经过电解、气液分离、气体洗涤等工序，最后将制得的气体存入贮气装置中备用或作进一步加工。中压流程中还有压力调整装置，用来调整电解槽气体压力。

图5—17  氢气生产工艺

　　(1)电解槽  电解水制氢的主要设备。由电极板、隔膜、绝缘零件和夹紧件等组成，并在其中充入电解液碱液。操作时，在直流电的作用下使水分解，由阴极表面析出氢气、阳极表面析出氧气，氢气和氧气分别从气道进入分离器。

　　电解槽类型较多，目前应用最广泛的是双极性压滤式电解槽。由两端电极、若干个双极性电极板和电极框(即隔膜框，内装石棉隔膜)组成。电极板和电极框交替串联在一起，两端是端电极。电极板和电极框之间用橡胶石棉垫密封和绝缘。

　　电解槽如漏气、漏液或者槽内电解液质量差、数量不足，都会发生可燃物大量逸出的危险。电解槽对地绝缘损坏，或电极板和电极框之间绝缘损坏，电解槽内落入金属异物等都易引起短路起火。

　　石棉隔膜起隔离氢气和氧气的作用，它能使电解液透过，而不能使氢、氧气泡透过。它是保证气体质量和生产安全的重要部件，因此，必须确保石棉隔膜的质量。

　　(2)分离器  位于电解槽和洗涤器之间。电解槽电解出来的氢气和氧气经气道出来时伴随着大量的碱液‘需要经过分离器使气体和碱液分离，同时起到调整电解槽氢、氧两侧的压力和控制电解槽温度的作用，氢气和氧气各有分离器，经过分离器分离出来的碱液在冷却。过滤后仍回到电解槽供继续使用，而氢、氧气则分别进入洗涤器。分离器外壳是一个圆桶，内装蛇形冷却水管，外部装有液面计和温度计。分离器结构如图5—18所示。

图5—18  分离器结构示意图

　　当分离器件失灵不能调整氢、氧两侧的压力时，容易造成氢、氧爆炸性混合气体，而当冷却水中断或不足时，电解槽温度过高也会造成火灾危险。

　　(3)洗涤器  位于分离器和压力调整器之间，有氢、氧洗涤器各一个。经分离器分离出来的氢、氧气温度比较高，仍含有不少蒸汽和碱雾，经过洗涤器可以降低温度，去掉水分，并回收碱液。洗涤器呈圆桶形，内装蛇形冷却水管和筛板。进入洗涤器的气体经过筛板被洗涤和冷却，然后进入压力调整器；不合格的气体则经放空管排至室外放空。洗涤器的结构如图5—19所示。其火灾危险性与分离器相似。

图5—19  洗涤器结构示意图

　　(4)压力调整器  中压生产流程中利用此装置调整电解槽氢、氧两侧的压力，防止由于槽内的压力不平衡而造成氢、氧气互相渗透形成爆炸气体(低压生产流程中则可甩贮气柜、分离器、洗涤器来调整压力)。目前采用的压力调整器有浮球调节阀式和薄膜调节阀式两种(图5—20、图5—21)。

5—20  浮球调节阀式压力调整器示意图

5—21  薄膜调节阀式压力调整器示意图

　　由于中压流程中气体压力较高，一旦压力调整器发生故障，将会带来较大危险。

　　(5)过滤器  位于电解液进入电解槽的连通管上。电解液进入电解槽前，要进行过滤，清除其中的机械杂质，避免这些杂质进入电解槽，而使管道堵塞或造成槽内短路。过滤器内装有60～80目的镍丝过滤网，运行中要定期清洗，防止杂质过多使网孔堵塞而影响电解液循环。

　　(2)安全水封  是保证气体生产系统安全的设备。有低压、中压两种。低压生产系统使用低压水封，中压生产系统使用中压水封。其构造如图5—22、图5—23所示。

图5—22  低压水封示意图

图5—23  中压水封示意图

　　　　　　　　　　　　　　　　——摘自《安全工程大辞典》（化学工业出版社）