2.1.2 水电解制氢系统的安全体系
2019年颁布实施的《压力型水电解制氢系统技术条件》[3]和《压力型水电解制氢系统安全要求》[4]两项国家标准的实施，针对水电解制氢系统设计、制造、安装和执行等环节进行了规范，结合ISO 22734、ISO/TR 15916、ANSI/AIAAG-095等国际标准，将促进我国水电解制氢系统相关装备的技术进步和应用，推动我国氢能产业的发展。在水电解制氢系统安全技术方面，主要考虑以下方面：
①制氢房环境和建筑安全 制氢房、储氢室和充气室均为防爆间且相互独立，顶棚和墙壁采用阻燃材料建造，表面平滑，不应有易聚集氢气的死角；最高处设天窗或通风孔，门窗应采用钢制防火结构，各房间门、窗的面积与房间体积的比值（m2/m3）介于0.05～0.22，以便泄压。建筑物间距应符合《氢气站设计规范》（GB 50177）[5]的规定。制氢室结构设计和安装要求应符合《建筑设计防火规范》要求，制氢室内安装制氢主机、冷却用水泵和水箱、加电解液用水泵和水箱，非防爆电机水泵等不准安装在制氢室内。控制室（非防爆间）与制氢室隔墙相邻，应有地沟设计，便于电缆、电线的布局和安装，并设有便于观察制氢机工作状况的观察窗；控制室内安装整流器和控制箱、氢气纯度分析设备和蒸馏水器等。
制氢间及氢气储罐区域内应被划分为爆炸性气体环境危险区域1区，制氢间门窗边沿以外、氢气罐外壁以外半径4.5m的地面、空间，以及氢气排放口周围半径4.5m的空间和顶部7.5m的区域为2区，如图2-2[4]。
图2-2 氢气站厂房内爆炸危险区划分
②制氢系统供电安全 水电解制氢室的供电装置应符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB 50058）、《电气装置安装工程施工及验收规范》和《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》的规定，氢气生产环境的电气设施应按GB 50177的规定分为1区和2区。在有爆炸危险的环境中的电气设备及配线应按GB 50058的规定进行选用、配置。位于该区域内的所有电气设备均应采用防爆型设备，且防爆等级不应低于ⅡCT1。成套整流装置应设在与制氢室相邻的控制室内，控制室的设计应符合《低压配电设计规范》的规定。
③氢气检测及安全响应系统 制氢系统中有火灾和爆炸危险的区域内（制氢间及氢气储罐）需设置可燃气体（氢气）检测报警仪，设置水电解制氢系统的房间内应在室内最高处或最易积聚氢气处设置空气中氢浓度检测、报警装置，并应符合GB 16808、GB 12358的要求。符合《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T 50493—2019）中的相关要求。水电解制氢系统在氢、氧气出气管线上应设置氢中氧、氧中氢在线分析仪。氢气纯化设备的产品气出气管线上，应设置微量氧分析仪和露点分析仪。在氢、氧捕集器后的管线上设有在线分析仪，分别监测氢中氧及氧中氢的含量，并与报警系统及紧急停车系统进行联锁，当含量超标时，启动报警系统，必要时自动启动紧急停车。
④制氢系统防雷设施安全 水电解制氢室及设备必须安装防雷装置，为防止水电解制氢设备在生产过程中产生静电，必须保证设备良好接地。接地装置和防雷设施必须符合《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》和《建筑物防雷设计规范》的规定。
⑤防碱液灼烫 灼烫是指强酸、强碱溅到身体引起的灼伤；或由火焰引起的烧伤，高温物体引起的烫伤等。碱液电解槽以30%的氢氧化钾溶液作为电解液，《常用危险化学品的分类及标志》（GB 13690）将其划为第8.2类碱性腐蚀品，具有强腐蚀性、强刺激性，若皮肤和眼睛直接接触，应立即用大量流动清水冲洗。系统设计时在有可能发生KOH溶液泄漏区域（如碱液罐、电解槽附近），需设置洗手池、淋浴喷头及洗眼器，使操作人员在发生意外伤害时可以第一时间进行自我救护，保障人身安全。系统中部分设备及管道的操作温度最高可达近400℃，人体接触时会造成高温烫伤，因此，除工艺技术要求需要进行保温的设备和工艺物料管线外，对操作温度高于60℃的设备及管道应进行隔热，以防止其对操作人员的伤害及周围环境的影响。
⑥静电消除安全设施 涉及氢气的系统都需要设置静电消除器以及穿防静电服，相关措施须符合《本安型人体静电消除器安全规范》（SY/T 354—2017）的规定。
⑦电子控制元件安全设计 由于制氢系统中涉及许多控制元件及电路，为了避免上述部件因短路而产生危险，涉及氢气的相关电子控制元件以及电路须符合《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》（GB 3836.4—2010）中的规定。
水电解制氢的优点是生产出的氢气中杂质含量少、品质有保证，因此被广泛应用于电子工业高纯氢现场制备和水电解制氢加氢站。同时，水电解制氢最大的特点是，电解水制氢的过程中会释放大量氧气（约为制氢量的8倍），而氧气的密度比空气大，很难在空气中自然扩散，非常容易聚集形成富氧环境。富氧环境下不仅仅是氢气，其他各种可燃物质都极易发生剧烈燃烧和爆炸，是工业气体行业最为危险的工况之一，且形成富氧环境的风险会随着制氢过程释放氧气量的增大而增加。因此水电解制氢装置必须采用可靠的强制通风措施，避免富氧聚集引发氢气以及周边环境中各种可燃物质的爆炸。在高度集成的水电解制氢、加氢一体化装置的设计中，由于空间狭小，更加应该高度重视氧气浓度的监测和氧气排放通道的畅通，以及强制通风装置的可靠性，消除氧气聚集带来的安全隐患，这比氢气泄漏的监测和制氢装置的可靠性保障更加重要。