氢能工业建筑的设计要点分析

氢能工业建筑的设计要点分析

刘启锋  郑治强  高满贵

中汽研汽车工业工程（天津）有限公司

摘　要：随着全球能源结构的转型和碳中和目标的推进，氢能作为清洁能源的重要组成部分，其需求持续增长。特别是在交通、工业、建筑等领域，氢能的应用前景广阔。

关键词：氢燃料；建筑设计；防爆泄爆

1　氢能工业建筑发展现状

随着全球能源结构的转型和碳中和目标的推进，氢能作为清洁能源的重要组成部分，其需求持续增长。特别是在交通、工业、建筑等领域，氢能的应用前景广阔。中国政府对氢能产业的发展给予了高度重视，并出台了一系列支持政策。这些政策为氢能建筑设计行业提供了良好的发展环境和市场机遇。在氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺方面，中国已初步掌握了相关技术，并取得了重要突破。这些技术进步为氢能建筑设计行业提供了有力的技术支撑。

2　氢能工业建筑的设计要点

2.1选址与规划

选择地势平坦、土地坚硬、地下水位低的地方进行建设，以便于地基和地下工程施工，同时降低地震等自然灾害的影响。氢能工业建筑，特别是涉及氢气储存和处理的设施，应远离居民区和交通要道，以减少潜在的安全风险。考虑到氢能工业建筑建设和运营需要大量的设备和物资，应选址交通便利的地方，方便物流和人员往来。

2.2建筑设计和结构

氢能工业建筑需要具备优良的耐火性能。对于隔墙和隔板，应采用高耐火材料，并满足国家相关标准。由于氢气易燃易爆，建筑设计中应重点考虑防爆措施。例如，严格限制火源进入，采用专业的防爆门窗和防爆墙、泄爆墙、泄爆屋顶等措施。建筑内必须设置多个安全出口，以应对突发情况。出口门的设计应满足国家安全标准，确保人员和设备安全。

氢能工业建筑的结构设计应考虑氢气的爆炸压力，确保建筑结构能够承受可能的爆炸冲击。厂房的承重墙、梁、柱等结构构件应选用高强度材料，并满足相关标准规范的要求。建筑内部装修和分隔材料应选用不燃或难燃材料，避免火灾发生时火势蔓延。管道、阀门等连接部件应选用与氢气相容的材料，防止氢气泄漏和爆炸。

2.3电气与防爆安全

氢能建筑内的电气设备和线路设计应符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》和《危险场所电气防爆安全规范》等相关标准。在爆炸危险区域内，应使用防爆型电气设备，并确保线路连接牢固、绝缘良好。氢能工业建筑应设置有效的静电接地装置，防止静电积聚引发火灾或爆炸。建筑物顶部应安装避雷针或避雷带等防雷设施，确保在雷电天气下建筑物的安全。

2.4通风与排气

氢能建筑的通风应良好，室内空气换气次数应设计合理，如7次/h，并采用自然通风与机械通风相结合的方式。通风孔应设在屋顶的最高部位，每个通风孔直径不应小于规定尺寸，以确保氢气不会积聚在建筑内。应设置有效的排气系统，将厂房内的氢气及时排出，避免浓度过高引发安全事故。排气系统应定期检查和维护，确保其正常运行。

2.5给排水设计

根据氢能建筑的地理位置和市政供水条件，选择合适的水源。如市政供水、地下水、雨水收集等。确保水源的稳定性和可靠性，以满足氢能建筑日常运行和氢能系统用水的需求。氢能系统中的燃料电池等设备在运行过程中会产生热量，需要设置冷却水系统进行散热。冷却水系统应设计为闭式循环系统，以减少水资源的浪费和污染。

2.6设备布局与管道设计

氢气生产设备、储存设备和输送设备应合理布局，确保操作方便、安全可靠。设备之间应留有足够的安全距离，防止因设备故障或操作失误引发连锁反应。氢气输送管道应选用耐腐蚀、耐高压的材料，并设置必要的阀门、压力表和流量计等监测装置。管道铺设应满足相关规范要求，确保安全距离和防护措施得当。同时，应避免管道在建筑物内形成封闭或半封闭空间，以减少氢气积聚的风险。

2.7储存与输送安全

氢气储气瓶组应可靠固定，并设置防止碰撞损坏的防护设施。氢气储存区应远离火源和热源，并设置氢气泄漏检测报警装置。氢气输送管道应选用与氢气相容的材料，并设置超压报警、低压报警和紧急切断阀等安全装置。管道铺设应满足相关规范要求，确保安全距离和防护措施得当。

2.8环境监测与报警系统

氢能工业建筑内应设置可靠的氢气侦测系统，实时监测氢气浓度。当氢气浓度超过安全限值时，系统应自动报警并采取相应的安全措施。应定期对建筑内的空气质量进行监测，确保空气质量符合相关标准规范的要求。如发现空气质量异常，应立即采取措施进行处理。

2.9安全标识与警示

在氢能工业建筑内应设置明显的安全标识和警示标志，提醒工作人员注意安全事项和操作规程。安全标识应定期检查和更新，确保其清晰可见、易于理解。在关键区域和危险区域应设置警示灯和警报器，当发生紧急情况时能够及时发出警报并引起工作人员的注意。

2.10安全监管与合规性

氢能工业建筑应接受政府相关部门的安全监管和检查。企业应积极配合监管部门的检查工作，及时整改发现的安全隐患。氢能工业建筑的设计、施工和运营应符合国家相关法律法规和标准规范的要求。企业应建立健全的安全管理制度和操作规程，确保各项安全措施得到有效执行。

2.11人员培训与应急演练

氢能工业建筑的工作人员应接受专业的安全培训，了解氢气的性质、安全操作规程和应急处置方法。培训应定期进行，确保工作人员始终具备必要的安全知识和技能。氢能工业建筑应定期组织应急演练，模拟可能发生的火灾、爆炸等事故场景。通过应急演练，检验应急预案的可行性和有效性，提高工作人员的应急处置能力。

综上所述，氢能工业建筑设计的注意事项涉及多个方面，通过综合考虑这些方面并采取有效的安全措施，可以确保氢能工业建筑在设计、施工和运营过程中的安全性和可靠性。

参考文献

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[3]　贾宏宝.氢能源产业链应用现状及发展前景[J]. 化学工程与装备,2021(09):208-210.