加氫站防爆電氣設計

氫能具有無污染、可持續、零排放、效率高的優點，必然成爲能源發展的重要方向，氫能源的發展國外起步比較早，尤其是日本，我國在2010年後才相繼出臺了一些政策支持氫能源汽車及加氫站的建設。加氫站的建設是發展氫能汽車不可缺少的基礎設施，也是城鎮建設的重要基礎設施內容。2019年6月5日，全球規模最大、等級最高的氫燃料電池汽車加氫站在上海化工區正式落成。該加氫站的建設標誌着我國加氫站的建設進入快速發展期。

一、加氫站工藝及設施

目前國內外已建成的加氫站氣源主要有長管拖車運輸提供高壓氣態氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送目前國內外已建成的加氫站氣源主要有長管拖車運輸提供高壓氣態氫，加氫站自備水電解制氫或變壓吸附法提純氫氣和氫氣管道輸送。

加氫站的主要工藝流程如圖1所示:包含氣源、純化、壓縮、計量、混合、輸送、儲存和加註工藝。氣源通過上述三種方式取得，氫氣通過純化系統、壓縮系統、計量混合、輸送儲存到儲罐或者氣瓶，最後進行加註。

加氫站主要設備有質量、計量裝置，壓縮機，氫氣儲存設備，加氫機，氫氣管道及附件。

質量、計量裝置用來實現進站氫氣符合國家標準和汽車燃料電池氫源標準的要求。氫氣壓縮機用來實現氫氣存儲及加註參數的要求。氫氣儲存設備用來儲存氫氣，宜選用專用固定式儲氫罐或氫氣儲氣瓶組。加氫機用來實現對汽車加註。

二、 加氫站危險區域劃分

爆炸性氣體環境根據爆炸性氣體/蒸氣混合物出現的頻率和持續時間把危險區域分爲0區、1區、2區。根據氣體/蒸氣的最大試驗安全間隙MESG和最小點燃電流比MICR把爆炸性氣體的級別分爲ⅡA、ⅡB、ⅡC。加氫站爆炸性氣體主要爲氫氣，氫氣的主要特性如表1所示。

氫氣極易擴散，宜泄漏，由於密度比空氣小，一旦發生泄漏，會往上擴散。加氫站危險區域劃分主要依據GB50058《爆炸危險環境電力裝置設計規範》和GB50516—2010《加氫站技術規範》相關規定進行劃分。

2.1加氫機危險區域劃分

加氫機內氫氣管道接口的地方可能發生泄漏，以此作爲釋放源進行危險區域劃分，考慮到加氫機內部空間相對密閉，故將加氫機內部劃分爲1區，氫氣較宜向上擴散，故將加氫機外輪廓以4.5m爲半徑的區域以及頂部以上4.5m爲頂面的圓臺形空間化爲2區。如圖2所示。

2.2儲氫裝置危險區域劃分

儲氫裝置內部氫氣一直存在，接口部分氫氣泄露的可能性較大，故將裝置輪廓線以內劃分爲1區，管路接頭作爲釋放源，以設備外輪廓線爲界面，以4.5m爲半徑的地面區域劃分爲2區，以放空管管口爲釋放源，以半徑爲4.5m的範圍爲2區，管口向上7.5m的空間區域爲2區。如圖3、圖4所示:

2.3壓縮機房危險區域劃分

壓縮機房內部設備集中，管道較多，空間相對密封，內部區域劃分爲1區，以壓縮機房的門窗邊沿作爲氫氣擴散的區域爲基準點4.5m半徑範圍劃分爲2區，壓縮機房實體牆部分由於氫氣無法擴散故外側爲安全區。放空管部分以放空管管口爲釋放源，以半徑爲4.5m的範圍爲2區，管口向上7.5m的空間區域爲2區。如圖5所示:

2.4撬裝式氫氣壓縮機組爆炸危險區域劃分

撬裝式氫氣壓縮機參照壓縮機房危險區域劃分，空間內部劃分爲1區，以壓縮機機組外輪廓線作爲氫氣擴散的區域爲基準點，4.5m半徑範圍劃分爲2區，如圖6所示:

三、加氫站防爆電力裝置設計

加氫站內主要用電設備爲壓縮機、加氫機、計量設備、安全檢測設備等。由於加氫站內主要用電設備均安裝在爆炸危險場所，供電系統須採用TN-S型。考慮到加氫站與加油站、加氣站一樣均採用自動控制，數據傳輸、計量系統需加裝不間斷電源。

3.1防爆電氣設備的選擇

加氫站爆炸危險區域內防爆設備不得低於ⅡC級別T1溫度組別。加氫機內部、儲存裝置內部、壓縮機內部均爲爆炸性氣體環境1區，其他區域爲2區。設備的選擇可參照表2。

在加氫站防爆電氣設備選擇中，隔爆型是最常見的防爆型式，站內使用的防爆接線箱、防爆接線盒、防爆配電箱均爲隔爆型。需要特別說明的是隔爆型ⅡC級設備在採購驗收過程中要關注設備的結構，在氫氣環境中隔爆型設備不允許用平面結構。

3.2防爆電氣設備的安裝

防爆電氣設備在正確的設計、選型後，正確的安裝是保障設備性能發揮的基礎。防爆電氣設備的安裝可依據GB/T3836.15—2017《爆炸性環境第15部分:電氣裝置的設計、選型和安裝》進行，需要特別注意以下幾點:

(1)加氫機不得安裝在室內。

(2)加氫島頂部防爆燈具的線路需採用電纜配線方式。

(3)壓縮機房內安裝的防爆燈具應安裝在較低處，不得安裝在可燃氣體釋放源的正前方。

(4)鎧裝電纜引入防爆設備時須採用帶鎧裝的電纜密封接頭。

(5)防爆設備引入口結構如設計爲密封結構，則須用設備自帶的密封裝置進行安裝，如引入口處設計爲防爆結構，則可配接適用規格的引入裝置。

(6)加氫站防爆設備引入口的安裝需符合圖8所示要求。若電纜引入裝置符合GB3836.2—2010的要求，並且用特定電纜試樣進行試驗，在外殼內多次點燃可燃性氣體，在外殼外部沒有出現點燃，則不必符合圖7要求。

3.3電氣線路設計

(1)加氫站防爆設備用可選用熱塑護套電纜、熱固護套電纜、合成橡膠護套電纜或礦物絕緣金屬護套電纜，點燃的阻燃性能應符合標準規範的要求。

(2)1區內單相網絡中的相線及中性線均應裝設短路保護，並採取適當開關同時斷開相線和中性線，對3～10KV電纜線路宜裝設零序電流保護，在1區保護裝置宜動作於跳閘。

(3)加氫站電纜佈線宜採用電纜直埋敷設，當電纜穿越行車道等場所時，應穿鋼管保護，在爆炸危險區域內敷設的電纜應做好隔離密封措施。尤其是壓縮機房與控制室之間的電纜需按照規範要求進行隔離。

(4)當採用電力電纜溝敷設電纜時，溝內應充沙填實。

(5)電纜不得與油品管道、氫氣管道、天然氣管道、熱力管道敷設在同一地溝內。

(6)1區內電纜線路嚴禁有中間接頭。

結語

隨着氫能的發展，加氫站的建設必將迎來高峰期，氫氣作爲爆炸危險性最高的氣體，加氫站的防爆設計至關重要，應嚴格按照國家相關法律法規進行設計。

防爆商城：www.ex12580.com

服務熱線：400-069-6169

電氣諮詢：0377-62377721

電機諮詢：0377-62377731

企業郵箱：fbypt@ex12580.com