氢能作为连接可再生能源与终端应用的关键桥梁,已成为推动新一轮能源转型的重要选择。然而,氢气独特的物化属性与应用特点,诸如爆炸极限宽、点火能低、扩散性高及高压储运等,对系统识别、科学评估并有效管控其安全风险,乃至推动整个氢能产业的可持续发展提出了挑战。《加氢站本质安全与风险评估》聚焦于“本质安全”这一核心理念,强调全维度消减风险;系统地引入风险评估的理论与方法,为加氢站的安全设计与运行提供理论支撑和实践指南;以应急管理框架为基础,从工艺安全、装备安全、法律法规要求等多角度探讨实现加氢站的本质安全管理。
本书适合能源与化工行业从事氢能储氢场站设计、生产、运行和安全管理的技术及管理人员阅读,也可供高校及科研院所等研究氢能储运安全以及安全工程、化工安全专业的高年级本科生及研究生参考。
第1章 绪论001
1.1 国家氢能战略与氢能行业现状 002
1.2 氢能产业面临的挑战 003
1.3 应对挑战的破局方略与加氢站安全运行的重要意义 004
第2章 加氢站本安化管理理论框架009
2.1 HAZOP/LOPA/SIL 实现加氢站过程管理本安化 010
2.2 RCM/RBI 实现加氢站装备管理本安化 020
2.3 依从相关法律法规与管理制度构建加氢站本安化基础 026
参考文献 033
第3章 加氢站的安全管理水平评估036
3.1 国家有关安全法规标准和技术规范风险评价 037
3.1.1 法律法规遵循度评价 037
3.1.2 技术规范符合性评价 046
3.1.3 标准适应性评价 052
3.2 安全管理制度风险评价 058
3.2.1 加氢站安全管理制度 059
3.2.2 制度完整性评价 060
3.2.3 制度执行力度评价 060
3.2.4 制度改进机制评价 061
3.3 人员管理风险评价 062
3.3.1 人员资质评价 062
3.3.2 人员配置评价 063
3.3.3 人员能力评价 065
3.3.4 人员操作规范评价 068
3.3.5 人员培训考核评价 071
3.4 应急处置评价 074
3.4.1 应急预案评价 074
3.4.2 应急演练评价 079
3.4.3 应急装备物资评价 083
3.4.4 应急能力评价 087
参考文献 088
第4章 加氢站危险与可操作性分析090
4.1 引言 091
4.2 危险与可操作性分析简介 091
4.2.1 危险与可操作性分析概述 091
4.2.2 危险与可操作性分析发展现状 094
4.2.3 危险与可操作性分析流程 096
4.2.4 危险与可操作性分析案例 098
4.2.5 小结 101
4.3 加氢站危险与可操作性分析 101
4.3.1 分析界定 101
4.3.2 分析准备 102
4.3.3 分析过程与结果 103
4.3.4 小结 104
4.4 危险与可操作性分析面临的挑战 104
4.4.1 危险与可操作性分析的局限性 104
4.4.2 危险与可操作性分析的未来发展 105
4.4.3 小结 106
4.5 本章小结 106
参考文献 106
第5章 加氢站高压储氢设备的安全管理108
5.1 固定式高压储氢设备发展现状 109
5.1.1 单层钢制储氢高压容器发展现状 110
5.1.2 多层钢制储氢高压容器发展现状 112
5.1.3 其他固定式高压储氢容器发展现状 113
5.2 高压储氢气瓶设备发展现状 115
5.2.1 钢制高压储氢气瓶发展现状 116
5.2.2 铝质内胆碳纤维缠绕(Ⅲ型)瓶发展现状 117
5.2.3 塑料内胆碳纤维缠绕(Ⅳ型)瓶发展现状 118
5.2.4 其他类型高压储氢气瓶发展现状 119
5.3 高压储氢设备面临的挑战 120
5.3.1 高安全问题 120
5.3.2 轻量化问题 121
5.3.3 低成本问题 122
5.4 高压储氢设备未来发展趋势与风险 122
5.4.1 固定式高压储氢设备未来发展趋势 123
5.4.2 高压储氢气瓶未来发展趋势 123
5.4.3 高压储氢气瓶未来面临的风险与安全问题 123
参考文献 124
第6章 加氢站氢气压缩机的安全管理127
6.1 加氢站氢气压缩机概述 128
6.1.1 隔膜压缩机 128
6.1.2 液驱活塞压缩机 129
6.1.3 离子液体压缩机 131
6.2 加氢站氢气压缩机安全与防控 133
6.2.1 加氢站氢气压缩机风险识别 133
6.2.2 加氢站氢气压缩机风险评价 139
6.2.3 加氢站氢气压缩机风险防控 142
6.3 加氢站氢气压缩机发展趋势和建议 145
6.3.1 加氢站氢气压缩机发展趋势 145
6.3.2 加氢站氢气压缩机发展建议 146
参考文献 146
第7章 加氢站设备材料的氢脆研究148
7.1 氢脆现象与机理 149
7.1.1 氢脆的定义 149
7.1.2 氢脆的危害 149
7.1.3 氢脆的分类 149
7.1.4 氢脆的机理 150
7.2 加氢站的氢脆风险 155
7.2.1 影响加氢站设备产生氢脆的因素 155
7.2.2 加氢站材料抗氢脆性能的评估与测试方法 157
7.2.3 加氢站设备关键材料的氢脆敏感性 163
7.3 加氢站的氢脆防控管理 172
7.3.1 制造与装配过程的氢脆防控 172
7.3.2 材料服役过程的氢脆防控 176
7.3.3 无损检测技术 180
7.3.4 加氢站设备监测技术 181
7.4 加氢站氢脆防控的未来趋势 182
7.4.1 新型抗氢脆材料的研发和应用 182
7.4.2 标准化与安全规范完善 185
7.4.3 智能化监测与预测性维护 186
7.5 本章小结 186
参考文献 187
第8章 压力储氢设备的疲劳寿命分析与监测检测195
8.1 容器结构的疲劳分析方法 196
8.1.1 疲劳的产生机理及其发展过程 197
8.1.2 低周疲劳的分析方法 200
8.1.3 高周疲劳的分析方法 209
8.1.4 微观疲劳损伤的分析方法 216
8.2 容器结构的疲劳损伤安全性评估 221
8.2.1 基于断裂力学的安全性评估方法 221
8.2.2 基于损伤因子的安全性评估方法 223
8.3 容器结构的疲劳寿命的无损评估方法 225
8.3.1 疲劳寿命的在线/离线无损检测与评估方法 226
8.3.2 疲劳寿命的在线监测方法 232
参考文献 235