氢气与其他燃料的比较
与汽油或天然气一样，氢气是一种必须正确处理的燃料。在遵循指导方针的情况下，它可以像其他燃料一样安全地使用。氢分析资源中心由美国能源部制作，提供有关氢特性的有用数据，包括：氢气的化学特性（例如，密度、可燃性范围、沸点特性、热值）氢气和许多其他燃料的特性比较。以下部分提供的条形图将氢气的一些关键特性与天然气、丙烷和汽油蒸气的一些关键特性进行了比较。气态氢氢气无色、无臭、无味、无毒、无毒。它也是无腐蚀性的，但它会使一些金属脆化。氢是最轻、最小的元素，在大气条件下是一种气体天然气和丙烷也是无味的，但工业界添加了一种含硫的气味剂，以便人们可以检测到它们。目前，加臭剂不与氢气一起使用，因为没有已知的加臭剂足够轻，可以以相同的分散速率与氢气“一起旅行”。目前的气味剂还会污染燃料电池，而燃料电池是氢气的重要应用。氢气比汽油蒸气轻约 57 倍（如图 1 所示），比空气轻 14 倍。这意味着，如果它在开放环境中释放，它通常会迅速上升和分散。这在外部环境中是一种安全优势。对于室内应用，这意味着氢气将集中在天花板上氢气是一种非常小的分子，粘度低，因此容易泄漏。在密闭空间内，泄漏的氢气会积聚并达到易燃浓度。除氧气以外的任何气体在足够浓度下都是窒息剂。在封闭环境中，任何规模的泄漏都是一个问题，因为人类感官无法检测到氢气，并且可以在空气中的很宽浓度范围内点燃，如下一节所述。适当的通风和使用检测传感器可以减轻这些危害。氢气的重量能量含量很高，但体积的能量含量不高，这对储存来说是一个特殊的挑战。为了储存足够数量的氢气，它被压缩并在高压下储存。为了安全起见，氢气罐配备了泄压装置，可防止氢气罐中的压力变得过高。氢气燃烧物质的自燃温度是它在没有火焰或火花的情况下自燃的最低温度。氢气和天然气的自燃温度非常相似。两者都具有自燃温度，远高于汽油蒸气的温度，如图 2 所示。与其他燃料相比，氢气的可燃性范围（在空气中在 4% 到 75% 之间）非常宽，如图 3 所示。在最佳燃烧条件下（氢气与空气体积比为 29%），启动氢气燃烧所需的能量远低于其他常见燃料所需的能量（例如，一个小火花就会点燃它），如图 4 所示。但是，在空气中氢气浓度较低时，引发燃烧所需的能量与其他燃料相似。氢气燃烧时带有淡蓝色的火焰，在日光下几乎看不见，因此人类感官几乎不可能检测到它（请参阅本页右栏中“参考资料”下的氢火焰特性视频）。来自海洋空气或其他燃烧材料的钠等杂质会给氢火焰带来颜色。氢气和火焰探测器几乎总是与氢气系统一起安装，以快速识别任何泄漏并最大限度地减少未检测到的火焰的可能性。与图 5 中的丙烷火焰（右）相比，氢火焰（左）几乎不可见，但可以通过前景所示的红外热像仪看到。夜间，可以看到氢火焰，如图 6 所示。此外，氢火焰辐射的红外 （IR） 热很少，但紫外线 （UV） 辐射很大。这意味着，当有人非常靠近氢火焰时，几乎没有热感，因此无意中接触到火焰成为一个重大问题。紫外线过度曝光也是一个问题，因为它会导致类似晒伤的效果。如果大氢云与点火源接触，点火可能会导致火焰闪回氢源。在没有限制的开放空间中，火焰会以每秒几米的速度通过易燃氢空气云传播，如果云高于环境温度，则传播速度会更快。结果是热量快速释放，但超压很小，燃烧产物是蒸汽。应该注意的是，氢气燃烧比其他燃料的燃烧更快。氢云将在几秒钟内燃烧，云中的所有能量将被释放。然而，在密闭空间内点燃的氢气混合物会产生足够高的压力，足以使设备破裂、建筑物爆炸并抛出弹片。因此，将氢气设备和管道放在室外是一个固有的安全优势。加压 [>1400 kPa （>200 psi）] 氢气系统中的大泄漏将导致射流可能延伸数米。如果点燃，喷射火焰会对它遇到的任何东西造成严重损坏。这就是在氢系统和可能受到喷射火焰伤害的物体之间建立间隔距离的原因。液氢膨胀液态氢与气态氢具有不同的特性和额外的潜在危害，因此需要采取额外的控制措施来确保安全。作为液体，氢气在 -245°C （-410°F） 左右的压力下储存，该温度可能导致低温灼伤或肺损伤。在处理潜在的液氢泄漏或溢出时，检测传感器和个人防护设备至关重要。液体与气体的体积比约为 1：848。因此，如果你想象一加仑液态氢，那么同样数量的氢气，以气体形式存在，如果不压缩，将占据大约 848 加仑的容器。氢气会经历从液态到气态的快速相变，因此氢气系统中内置了通风和泄压装置以确保安全。液态氢也是无色的。它非常寒冷，只有在低温储存容器中才会持续存在。储存通常在高达 1000 kPa （150 psi） 的压力下进行。如果液态氢溢出到常温表面上，液态氢会迅速沸腾，其蒸气会迅速膨胀，当升温到室温时，体积会增加 848 倍。如果液态氢被限制在内（例如在关闭一段管道的阀门之间）并让其加热而不释放压力，则压力可能接近 170 MPa （25,000 psi）。在这种压力下，限制可能会破裂，产生高压气体射流和高速弹片。在这种情况下，点火的可能性极大。氢特性影响设计了解氢气的特性对于正确设计设施或工作空间至关重要。可以配置工作空间，通过了解和利用氢气的一些特性来减轻危害。氢气、甲烷和汽油的一些典型特性在氢特性对设施设计的影响部分介绍本文来源：H2TOOLs来源：气瓶设计的小工程师
