中国氢液化、储运技术及应用发展研究报告摘要

液氢生产系统的设置

液氢生产系统平面布置遵循安全生产、节约资源的原则，应做到功能划分明确，分区设置合理，有利于安全可靠运行。通常采用敞开式或半敞开式且独立的单层建(构)筑物布置液氢生产系统，建筑物设计应避免存在氢气积聚的死角，在其顶部设置排风系统，建(构)筑物内不得设置员工宿舍、办公室和休息室等人员逗留场所。液氢生产场所应远离人员密集地段和交通要道邻近处，其安全出口不得少于两个，且分散布置。液氢生产系统区域内的道路宽度不小于4 m，路面的净空高度不小于 4.5 m，工艺装置内兼作消防车道的道路应相互贯通。连接管道根数较多或管径较大的液氢储罐，需布置在靠近罐区管道进出口处。

(1) 基本装置设备

液氢生产系统的氢液化装置、各类储罐和辅助装置等配置，根据原料氢、液氢生产规模和氢液化工艺技术类型等确定。原料氢制备方法应根据当地的资源情况经技术经济评价后确定。氢液化装置、氢气源装置和液氢储罐等应集中设置在厂区边缘处，要求地势平坦开阔，自然通风良好，宜设有防撞围墙或围栏，并应设置明显的禁火标志和安全警戒标志。

(2) 管道、阀门及其附件

管道及其附件的设计应符合相关国家标准和特种设备安全技术规范的规定。在液氢管道及管道连接处设置冷热补偿结构，防止管路升温而造成低温液体管道超压。根据介质温度、冷损要求等确定管道的绝热方式、绝热材料的选择及绝热层厚度的选取。真空绝热管道宜采用多层绝热材料，氢气管道的阀门宜采用球阀或截止阀。液氢输送管道的配置应符合下列要求：材料应与液氢相容；应具有保温绝热措施；管道内部应经过认真清洗和干燥处理，去除油脂、水分及机械杂质；管道连接宜采用焊接，管道接头应密封可靠；液氢输送管道应地上敷设，管道的布局应避免与道路交叉，如受条件限制采用明沟敷设，应采取防止氢气在管沟内积聚的措施，并在进出装置及建筑物处密封隔断；管道长度宜短，并应减少死区，连接处应做好绝热处理。长距离的常温或低温固定管道，每隔一段距离设置允许轴向伸缩和限制径向移动的托架，且应具有可靠的接地措施。

(3) 低温阀门

低温阀门应按照阀的功能以及阀门所处位置确定阀门的绝热形式，应具有良好的密封性能，在低温环境下状态灵活。低温阀内腔的流道应畅通，确保吹除和置换顺利进行，结构复杂的低温阀需要设置吹除口。

氢液化装置

(1) 一般安全规程

氢液化装置的工艺流程和单元设备选型应根据生产工艺技术要求、生产规模、产品品质等确定。工艺流程设计应根据液氢生产中所采用工艺介质的低温特性、压力参数等确定。液氢生产系统根据生产规模等条件确定氢液化循环的预冷方式，并相应设置制冷装置或外购冷源。当采用液氮预冷工艺流程时应配备液氮储罐，其容积应满足液氢生产 3 天所需的液氮贮存量。液化工艺设备应按照工艺流程的顺序、现场条件合理安排，并应充分利用位差。设备与设备、设备与建(构)筑物构件之间的距离应满足生产操作、安装维修、架空管线、地下沟道等的要求。氢气压缩机宜设置在单独的建(构)筑物内，氢压机间易积聚氢气处应设置氢浓度报警装置，并应与机械排风机连锁。单元设备不应跨设在建筑变形缝的两侧。氢液化装置升温时间不得小于降温时间。

(2) 工艺设备配置

工艺设备配置应按产品品质要求、液化工艺流程及其技术参数、设备生产能力及设备的使用效率等因素进行技术经济比较后确定。工艺设备应根据物料的种类、流量、温度、压力等因素选型。压缩机、透平膨胀机等的选择应根据液氢生产能力、工艺流程及其技术参数确定。压缩机、透平膨胀机、真空泵、水泵等设备应选择效率高、运行性能稳定、噪声小、故障率低且维修方便的定型产品。氢液化设备中配套的压力容器应符合相关国家标准和特种设备安全技术规范的规定。室外安装的电机及机器设备均应具有防锈、防护措施。对液氢系统中易产生振动的机组、附属设备及其管道，应采取防止共振措施。当采用有油润滑压缩机时，应配备除油系统。压缩机放空管道宜采取加固措施。低温纯化吸附剂的选择应根据纯化前氢气中杂质组分和纯化后氢气中杂质含量要求确定。正仲氢催化转化的设备分为绝热反应器、等温反应器和连续反应器，氢液化装置中正仲氢转化宜按液氢生产工艺要求采取不同类型转化反应器组合的方式。工艺设备、管道的吹扫置换均应采用正压置换方法。

感谢分享