加氢站卸车作业安全管控提升措施分析

加氢站卸车作业安全管控提升措施分析

叶,倩

中国石化销售股份有限公司广东石油分公司，广东 广州 510620

摘要：近几年，氢能产业发展迅速，加氢站的作业安全特别是氢气卸车作业安全越来越引起重视。卸车区域是加氢站重点管理区域，设备动作频繁、人工操作繁琐，通过辨识加氢站卸车作业的安全风险，结合当前加氢站卸车作业的实际情况，从工艺设计、设备选型、维护保养等提升设备本质安全和优化完善卸车作业重点环节两方面，对卸车作业安全管控措施进行分析，提出改进提升建议。

关键词：加氢站；卸车作业；风险辨识；管控措施

近几年，国内氢能产业发展迅速，已逐步形成珠三角氢能圈、长三角氢能圈以及京津冀与山东氢能圈[1]。随着氢能在民生方面的应用，越来越多的加氢站开始建设、投营，同时氢能的安全应用也愈发重要和紧迫。2020年，某化工企业在为长管拖车充装氢气的过程中发生泄漏火灾事故，事故直接原因为装车软管质量不合格，在充装过程中发生断裂造成氢气泄漏，软管断裂后受压甩动，撞击装卸台管路后产生火花，引燃了泄漏的氢气；2021年，某企业加氢站内氢气罐发生爆燃，现场冒起浓烟，事故主要原因是加氢站内卸车柱上的软管破裂导致，软管破裂的原因则是在日常使用中软管维护不到位。两起事故敲响了警钟，因长管拖车充装作业与加氢站卸车作业的操作模式类似，以下将以中国南方一家石油销售企业在加氢站卸车作业的管理为例，探讨、分析加氢站卸车作业安全管控提升措施。

1 加氢站卸车作业管理现状

1.1 卸车流程

半挂牵引车将长管拖车送到加氢站内，停靠在卸车区指定停车位后，半挂牵引车与长管拖车分离，牵引车离开加氢站。长管拖车停稳并固定后连接卸车软管，经过吹扫置换后，通过卸车柱将氢气从管束车内卸载，送至压缩机组进行加压，存储至储罐中。

卸车作业期间，长管拖车作为辅助气源一直停留在卸车区域内，随时为压力不足的储罐补充氢气。当长管拖车内氢气压力低于设定值时停止卸氢，断开卸车软管连接，使用牵引车将长管拖车拖离加氢站。

1.2 卸车工艺

氢气经过卸车软管、卸车柱的过滤器、单向阀与计量器等设备，通过管线到达压缩机进气口，经压缩机加压后，储存至储罐中或根据需要直接对车载气瓶进行充气。

1.3 卸车操作规程

卸车操作规程明确了人员个体防护、长管拖车停放、车辆安全状况检查、卸车软管连接、氮气吹扫置换空气与氢气置换氮气的操作、区域隔离与安全监护巡查等方面的内容，但内容偏重于对加氢站内部人员的操作管理要求，对于承运商人员在加氢站内操作长管拖车、连接与分离半挂牵引车与长管拖车等方面内容关注不够，有待进一步完善。

2 加氢站卸车作业安全风险辨识

2.1 介质固有风险

氢气具有无色无味无嗅、点火能低、燃烧及爆炸范围宽、密度小、扩散速度快等特性，一旦发生泄漏，不容易被发现，极易与空气混合形成爆炸性混合物，遇热或明火发生爆炸。

（1）易泄漏。氢是最轻的元素，氢气分子量小，相比液体燃料和其它气体燃料，更容易从细缝或小孔中泄漏[1]。

（2）易燃易爆。氢点火能量特别低，在空气中最小点火源为0.017mJ，不足为汽油的十分之一；燃烧极限范围宽（4%—75%）、燃烧速度快（2.65-3.46m/s），均远超天然气。氢气与空气形成的可燃混合气体极易发生燃烧爆炸[2]。

（3）爆轰性。当可燃混合气体的浓度达到18.3-59％，会发生爆轰现象。高速燃烧反应的冲击波，在极短时间内引起的压力极高，几乎等于正常爆炸产生最大压力的20倍，具有特别大的破坏力[1]。

（4）高压喷射。加氢站储氢压力高，氢气泄漏一旦发生喷射火，影响范围可能会达到数十米。同时氢气在空气中燃烧火焰主要辐射光谱在红外线和紫外线区域，白天几乎无法用肉眼看见，暴露在氢火焰中的人员可能会受到严重烧伤。

（5）氢腐蚀与氢脆。一是氢气能腐蚀钢材，在高压的氢环境中，氢会与钢材中的碳发生反应生成甲烷，造成钢脱碳出现微裂纹，出现不可逆的性能劣化。二是氢渗入到金属内部后，局部氢浓度达到饱和时会聚合成氢分子，造成应力集中，引起塑性下降、诱发裂纹或延迟断裂。温度越高、压力越大、应变速率越大，金属氢脆越严重[2]。

2.2 装卸设备设施的风险

（1）装卸设备附件的风险

一是装卸软管选型不当、超期使用或未按期检验，在使用与保管过程中过度弯扭、摔碰或摩擦，存在软管破裂导致氢气泄漏与起火的风险。

二是装卸软管未设置防甩绳或选型不当，当固定不稳或本身存在缺陷时，一旦发生高压氢气泄漏，会引起卸车软管甩动撞击伤人、损坏设备或产生火花引发火灾等风险。

三是卸车软管接头选型不当造成过度磨损，存在卸车期间脱落冲击伤人与氢气泄漏起火的风险。

四是卸车软管、接头因外部作用力（长管拖车发生溜车等非正常移动）、老化、腐蚀等原因破裂失效，存在氢气泄漏遇火源起火爆炸的风险。

（2）辅助安全设施的风险

一是缺乏合适的操作平台，人员登高操作长管拖车管束阀门时，易拽拉阀门、管线造成阀门管线破损，存在氢气泄漏与人员高处坠落受伤害的风险。

二是氢气长管拖车停车位的防撞、限位设施失效，存在车辆冲撞设备的风险。

三是氢气长管拖车支腿故障，存在车身失衡倾覆、撞击地面或周边导致泄漏风险。

四是无紧急切断装置或装置失效，当发生泄漏和火灾时，难以快速切断供气、停止作业，存在事故扩大的风险。

2.3 卸车操作过程的风险

（1）牵引车与长管拖车分离过程中，当人员操作不当或支撑腿不稳，长管拖车重心偏移或发生位移，可能导致设备撞击、管线拉扯、氢气泄漏的风险。

（2）操作长管拖车阀门时，当人员操作不当或站位不当，可能发生拽拉阀门、管线造成氢气泄漏与人员高处坠落的风险。

（3）装卸软管连接操作不当，软管接头受损，存在氢气泄漏、接头喷射弹出伤人等风险。

（4）装卸软管未进行氮气吹扫置换或置换不合格，放空不当，存在氢气泄漏、火灾爆炸的风险。

（5）装卸软管未解除连接就移动车辆导致拉断卸车软管，存在设备损坏、氢气泄漏的风险。

（6）牵引车与长管拖车连接过程中，未确认鞍座与拖车连接良好、卸车管线已拆除时，存在长管拖车重心失衡撞击地面、拉断卸车管线等风险。

3 加氢站卸车作业安全管控提升措施

根据加氢站卸车作业存在的安全风险辨识，结合当前加氢站卸车作业的实际情况，从设备本质安全与优化完善卸车作业重点环节两方面进一步提升加氢站卸车作业的安全管控措施。

3.1 设备本质安全措施

（1）规范管理卸车软管，防止软管破损泄漏与甩动伤人风险。

一是规范选配卸车软管。选型时应关注软管材质，选用与氢气相适应的管材，若使用波纹金属软管，应考虑氢脆影响，内管宜选用S31603材质的不锈钢；若选用非金属软管，可选用聚乙烯（包括改性聚乙烯）、聚酰胺（包括改性聚酰胺）等材质[2]。同时关注卸车软管的公称压力不应小于卸车系统工作压力的1.3倍[3]，按当前部分加氢站卸车压力20Mpa设计，卸车软管公称压力不应小于26Mpa,其最小爆破压力应大于4倍的公称压力[3],即不小于104Mpa。卸车软管的长度不宜过长，应结合现场实际情况，尽量控制在4米内，在减少磨损扭曲的同时，还能降低管线破损泄漏的概率。

二是配置防甩钢绳。金属防甩钢绳应确保能保护整条卸车软管，不宜选用未覆盖整条软管的钢绳，防止软管泄漏后从防甩绳中脱出。使用时，钢绳两头应稳固固定在设施主体或专用挂接点上，切勿挂在氢气、氮气等管线或阀门上，防止卸车软管泄漏后受力甩动，破坏其他管线设备，造成事故扩大。

三是加强维护保养。每年应对卸车软管进行1次耐压试验[4]，无能力自检的可委托地方质检机构检测，确保软管完好，无渗漏无异常变形。日常使用中做好保养，确保软管接头的密封表面完好，无裂纹、擦伤、毛刺和砂眼。软管网套与波纹管应贴合，网套的表面应平整光滑且花纹均匀，不应折叠和扭曲[2]。不锈钢丝网套或丝带网套的断（缺）丝总根数应符合下表规定，且每股断（缺）丝数不应超过1根。[5]

不锈钢丝网套或丝带网套的断（缺）丝对照表

（2）设置车载紧急切断装置，防止事故扩大应急不及时风险。

一是从氢气本身存在的风险看，卸车作业过程中一旦发生氢气泄漏或着火，虽然卸气柱能对加氢站的设备进行急停切断，但长管拖车上的阀门仍需要人员靠近操作才能关停，增大了火灾爆炸与人员伤亡的风险。如在长管拖车上设置气动紧急切断装置可规避此类风险，在发生泄漏时，人员可在不靠近卸气柱的情况下远距离迅速切断长管拖车的气源。

二是目前大部分长管拖车厂家已设计有类似车载紧急切断装置，在长管拖车气瓶根部阀门与控制总阀之间加装了气动阀，利用车载氮气瓶提供动力进行驱动，同时设有外接口可连接加氢站氮气系统。如在长管拖车前端左、右两侧与后端分别设置3套紧急切断按钮，可便于卸车期间快速切断氢气。另外，还可在半挂车底盘轮胎上方的氮气金属管路上设置易熔合金塞装置，动作温度（熔融温度）宜设定为75℃±5℃，用于检测轮胎起火时的自动切断，关闭气源。

（3）设置马凳，防止长管拖车在卸车过程中异常倾倒。

当前加氢站卸车时，半挂牵引车与长管拖车分离后，长管拖车靠前端两条支腿支撑。因长管拖车在站内停留时间长，可参照上游充装单位做法配置马凳，牵引车与长管拖车分离后，马凳摆放在长管拖车前端，增强支撑作用，防止支腿故障或异常时长管拖车发生倾倒而引发事故。

（4）配置登高作业支架，防止员工坠落受伤或乱拽损害管线设备风险。

长管拖车高达4米，人员操作上侧气瓶阀门时通常需攀爬登高，配置登高用作业支架，能有效防止意外坠落事故发生，也能在人员操作气瓶阀门时，避免因站位不稳侧向用力而损坏阀门或管线设备。

（5）关注加氢站设计选型细节。

一是关注氮气置换系统，氮气系统的管道等级通常设计为PN1.0，而氢气卸车系统的管线等级通常设计为PN22，压力差距较大。为防止长管拖车内氢气反串入氮气系统，影响全站控制系统或造成氢气渗漏，应考虑将吹扫置换用氮气系统与仪表风系统分开设置。

二是设计双车位以上卸车工艺时，应在各组卸气柱中设置单向阀，避免发生异常时长管拖车之间相互串气。

三是关注卸车软管上的拉断阀选型，应选择双向导通、断开后能双向自封的类型，其分离拉力为600N～900N[6]。

3.2 优化完善卸车作业重点环节

为进一步优化完善卸车作业管理，针对当前在用的卸车作业规程，增补半挂牵引车与长管拖车拖挂和连接的监管内容，明确卸车作业前的检查确认内容，细化作业过程中吹扫置换内容。

（1）加强对拖车支腿状况的确认。长管拖车支腿到位后，支腿摇柄应复位，避免长管拖车倾翻事故。接卸作业前应检查长管拖车支腿定位销是否完好，如有丢失或损坏，应及时填补或更换，避免由于定位失灵而造成长管拖车腿塌落。

（2）加强对卸车软管的确认。卸车软管连接前应检查确认无螺旋、拐弯，无明显破损，长管拖车端螺纹无损坏，接头O型圈锥面完好、无杂质；防甩绳悬挂牢固在主阀上；软管接头与长管拖车出口接头连接后，软管与其防拽开关挡板无接触；软管接头手动拧紧到底，过程无卡顿，若遇到卡顿时应立即停止连接，严禁使用扳手强行加力；软管接头拧到底后，应确认与卡板无接触，手动推拉软管转接头无松动。

（3）做好氮气吹扫置换。卸气员确认长管拖车总阀关闭，打开卸气柱氢气进气管路阀门，观察卸气柱压力表应无变化，再打开氮气吹扫阀门，观察卸气柱压力表应显示压力上升，压力稳定后关闭卸气柱氮气吹扫阀门，打开卸气柱放散管路阀门把卸气柱管道气体排放干净，关闭放散管路阀门，重复操作三次。

（4）做好氢气吹扫置换。卸气员确认长管拖车总阀关闭，打开卸气柱氢气进气管路阀门，微开其中一个瓶阀约1/4圈，轻开长管拖车总阀，当卸气柱压力表显示数值在2-4MPa时，关闭长管拖车总阀门，打开卸气柱放散管路阀门把管道气体排放干净，关闭放散管路阀门。再次打开卸气柱放散管路阀门，通过氢气进行吹扫，约两秒后把卸气柱放散管路阀门关闭，重复操作三次，完成整个管道氢气置换过程。

（5）规范开阀检漏。在操作长管拖车阀门时，操作人员应站在阀门与所有接口的侧面，开阀动作应缓慢。先打开长管拖车上的所有管束分阀，分阀完全打开后回扭1/4圈，防止出现压力锁紧，用肥皂水或便携式氢气探测仪检查分阀无漏气后，打开长管拖车氢气出口总阀，同时对卸气软管与长管拖车接口处进行检漏。经检查确认无误后，到营业室远程操作打开卸车气动阀，开始卸车作业。

（6）规范半挂牵引车拖离长管拖车的措施确认。氢气卸完后，加氢站应督促承运商规范操作，半挂牵引车进站将长管拖车拖离卸车区域，并做好措施确认。一是确认长管拖车与加氢站所有连接管线完全脱离，长管拖车后门已关闭。注意半挂牵引车与长管拖车牢固连接前，支腿应保持支撑状态，后轮限位措施应保留。二是半挂牵引车与长管拖车完成连接后，司机下车确认连接情况，然后登车轻踩油门进行试拉确认，再下车连接电气线路与气动回路，摇起支腿，绕车一周检查确认所有操作有效完成、防护措施已复位，方可将长管拖车拖离卸车区。

参考文献：

[1]毛宗强等，氢安全[M].北京：化学工业出版社，2020.

[2]GB/T29729-2013，氢系统安全的基本要求[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会，2013.

[3]TSG21-2016，固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2016.

[4]GB4962-2008，氢气使用安全技术规程[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会，2008.

[5]GB/T14525-2010，波纹金属软管通用技术条件[S].北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011.

[6]GB50156-2021，汽车加油加气加氢站技术标准[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局，2021.

作者简介：姓名：叶倩，高级工程师，2000年毕业于石油大学（华东）石油天然气储运工程专业，现在中国石化销售股份有限公司广东石油分公司安全环保部工作。