氫氣作為一種新型的二次能源，盡管大眾對(duì)其名稱(chēng)很熟悉，但是對(duì)其使用過(guò)程中的一些安全保障還不夠了解，部分民眾談“氫”色變，甚至形容氫燃料車(chē)輛為移動(dòng)的“氫彈”，引起這樣的擔(dān)憂(yōu)主要來(lái)自于以下幾個(gè)基本的認(rèn)知：

1.國(guó)之重器”氫彈“真的是威力無(wú)比，一旦投入使用能帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。

2.氫氣的爆炸極限為4%~75%，比較寬泛容易發(fā)生燃爆。（先簡(jiǎn)單這樣理解，實(shí)際上氫氣燃燒、爆燃、爆炸等現(xiàn)象在不同的環(huán)境下有不同的學(xué)術(shù)定義）

3.氫氣分子量小，密度低。容易滲透到存儲(chǔ)材料里面，發(fā)生所謂的“氫脆”，氫脆會(huì)導(dǎo)致容器脆化，造成破裂或泄露，會(huì)引發(fā)進(jìn)一步的災(zāi)難。

4.車(chē)載氣瓶壓力大。35/70MPa,高壓容器本身會(huì)有一定的危險(xiǎn)性。在車(chē)輛高速行駛過(guò)程中發(fā)生碰撞等極端情況下可能會(huì)發(fā)生爆炸等狀況。

以下我們就從這幾個(gè)層面展開(kāi)一些簡(jiǎn)單的論述。

一、關(guān)于氫彈的基本常識(shí)。

又稱(chēng)熱核武器，屬于核武器的一種。主要利用氫的同位素（氘、氚）的核聚變反應(yīng)所釋放的能量來(lái)進(jìn)行殺傷破壞，屬于威力強(qiáng)大的大規(guī)模殺傷性武器。核聚變（nuclear fusion），是指由質(zhì)量小的原子核（一般指氘），在極高的溫度和壓力下核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個(gè)原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核（如氦），由于中子不帶電，因此能夠在這個(gè)碰撞過(guò)程中逃離原子核的束縛而釋放出來(lái)，大量電子和中子的釋放所表現(xiàn)出來(lái)的就是巨大的能量釋放。車(chē)載用氫只有單一的高純氫（一般純度為99.99%以上），不存在核聚變的條件和環(huán)境，如果氫彈那么容易制造，也不可能成為“大國(guó)重器”了。所以不要再說(shuō)車(chē)載氫瓶是移動(dòng)的“氫彈”了，就當(dāng)打個(gè)比方都有點(diǎn)兒欠妥。

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氫彈爆炸圖

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二、關(guān)于氫氣的易燃易爆。

根據(jù)爆炸理論，可燃?xì)怏w在空氣中燃爆必須具備以下條件：一是可燃?xì)怏w與空氣形成的混合物濃度達(dá)到爆炸極限，形成爆炸性混合氣；二是有能夠點(diǎn)燃爆炸性混合氣的點(diǎn)火源；三是需要在相對(duì)封閉的區(qū)域燃燒產(chǎn)生的能量得不到及時(shí)釋放。實(shí)質(zhì)上因?yàn)闅錃庾匀唤缑芏茸钚〉臍怏w，具有很強(qiáng)的逃逸性，車(chē)輛在空曠的戶(hù)外行駛狀態(tài)下幾乎是不具備第一個(gè)和第三個(gè)條件的，在空曠的狀態(tài)下形不成聚集。但在相對(duì)密閉不利于擴(kuò)散的空間比如車(chē)庫(kù)等場(chǎng)所，如果發(fā)生泄漏理論上存在爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

下圖左圖為氫氣泄漏著火圖片，右圖為汽油泄漏著火圖片。

開(kāi)闊地燃燒對(duì)比實(shí)驗(yàn)

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三、關(guān)于氫氣帶來(lái)的金屬氫脆現(xiàn)象。

氫脆是指在有氫的環(huán)境中，因?yàn)闅湓拥慕槿耄沟貌牧系膹?qiáng)度顯著降低的過(guò)程。具體形成原因：由于氫是元素周期表中最小的原子，氫原子很容易進(jìn)入金屬并在晶格中移動(dòng)，氫原子可以在一些晶格缺陷中重新化合為氫氣分子，氫氣分子的體積是氫原子的26倍，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生高達(dá)1000bar的壓力，從而導(dǎo)致材料的缺陷和延遲裂縫導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低。氫脆對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)幾乎沒(méi)法避免，但高性能強(qiáng)度的材料如316不銹鋼、鋁合金6061等對(duì)氫脆有較好的抑制作用，在III 型氫氣瓶的國(guó)標(biāo)GB/T 35544-2017《車(chē)用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》里面明確規(guī)定，氣瓶?jī)?nèi)膽只能用鋁合金6601，并且做出了明確的材料成分要求。IV型瓶的團(tuán)標(biāo)T/CATSI 02007—2020《車(chē)用壓縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》明確規(guī)定采用聚乙烯、聚酰胺或改性聚酰胺，并對(duì)材料與氫氣的相容性做了具體要求；瓶閥座部分則明確采用鋁合金6061或者奧氏體S31603（316不銹鋼）。關(guān)于材料的性能在標(biāo)準(zhǔn)界定如下：

指定材料要求

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氫脆形成機(jī)理示意

四、關(guān)于高壓氫氣瓶的安全。

在第二部分提到的兩個(gè)規(guī)范里面都對(duì)氫氣瓶的設(shè)計(jì)、材料、工藝、公差以及型式認(rèn)證和合格測(cè)試做了明確的定義，常規(guī)項(xiàng)目我們不再討論，下面重點(diǎn)說(shuō)明三項(xiàng)可能和車(chē)輛行駛途中意外狀況的情形。

題外說(shuō)明：氫氣瓶閥是個(gè)非常重要的部件，進(jìn)氣、排氣、電磁開(kāi)關(guān)、TPRD等功能集成在一體的一體閥。曾經(jīng)何時(shí)我們都依賴(lài)于進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)研發(fā)試制已經(jīng)有了初步的成果，上海舜華研制的閥門(mén)已經(jīng)獲得德國(guó)交通部KBA型式認(rèn)證；長(zhǎng)城汽車(chē)的瓶閥已經(jīng)試制完成，接近量產(chǎn)狀態(tài)。

氣瓶安全測(cè)試項(xiàng)目表

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1.火燒：如表格所示，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)升到指定的溫度，瓶閥根據(jù)感受到的溫度PRD功能開(kāi)啟，氫氣自動(dòng)泄掉為合格。說(shuō)明：TPRD閥門(mén)由于溫度升高會(huì)自動(dòng)熔斷閥門(mén)會(huì)打開(kāi)，讓氫氣自動(dòng)排空。有效模擬車(chē)輛在發(fā)生燃燒事故狀態(tài)下應(yīng)急措施的有效性。

火燒實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

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火燒后未發(fā)生爆炸

2.槍擊：氣瓶?jī)?nèi)填充氫氣（或氮?dú)狻⒑猓┑焦Q(chēng)工作壓力（35MPa/70MPa），然后直徑為7.62的穿甲彈以850米/秒的速度90度方向射擊（射擊距離≤45m）；或采用維氏硬度≥870HV，直徑為6.08~7.62mm，質(zhì)量為3.8~9.75kg的錐形鋼制子彈以850米/秒的速度90度方向射擊，射擊能量≥3300J。合規(guī)條件為不發(fā)生破裂。

槍擊實(shí)驗(yàn)具體參數(shù)要求

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槍擊未發(fā)生爆炸圖片

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3.跌落：在1.8米的高度，不同的角度，保證在氣瓶在具有等于或大于488J的勢(shì)能下撞擊堅(jiān)硬地面。合規(guī)條件為在3000次的跌落循環(huán)內(nèi)不得發(fā)生泄漏或瓶體破裂。

跌落要求示意圖

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結(jié)語(yǔ)：除了以上具體層面的論述外，氫氣作為一種燃料物質(zhì)，和其他如汽油、甲烷、丙烷等常用可燃物相比它的整體安全性要優(yōu)于其他燃料。

氫氣和其他傳統(tǒng)燃料相比，與安全相關(guān)的物性對(duì)比圖如下：

四種常見(jiàn)燃料影響安全性能的示意對(duì)比，離坐標(biāo)中心越遠(yuǎn)越安全

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另外在整車(chē)或者其他應(yīng)用領(lǐng)域，在可能出現(xiàn)泄漏以及可能存在氫氣聚集隱患的位置都有安裝漏氫感測(cè)器以及系統(tǒng)監(jiān)控措施，會(huì)根據(jù)氫氣含量PPM會(huì)分級(jí)做出相應(yīng)的應(yīng)急措施。

世上沒(méi)有絕對(duì)安全的東西，我們需要正確認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格管理，盡可能對(duì)可能出現(xiàn)的隱患或失效模式做出預(yù)防和管控，在逐步推廣的過(guò)程中展示給大眾，證明給大眾氫能源利用是安全的、可行的，消除大眾基本認(rèn)知面的恐慌也是非常必要！

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（氫眼所見(jiàn)）：認(rèn)識(shí)氫氣以及應(yīng)用安全、消除“談氫色變”