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探讨电解水制氢及合成氨技术安全生产管理的优化路径

孟玲强
  
应急媒体号
2025年4期
能建绿色氢氨新能源(松原)有限公司 吉林松原 138000

摘 要:在氢能源迅猛发展且合成氨工业不断扩大之际,安全生产管理迎来新挑战与机遇。文章先分析了电解水制氢和合成氨技术安全生产管理存在的问题,包括人员、设备、工艺环境几方面。并针对性地提出优化路径。旨在有效提升电解水制氢及合成氨技术的安全生产水平,减少事故发生的概率,确保生产效率和经济效益。

关键词:电解水制氢;合成氨技术;安全生产管理;优化路径;风险防控

氢能作为清洁的二次能源载体,其与氮气合成制取绿氨的路线,为可再生能源的大规模储存和运输提供了战略性解决方案。电解水制氢与合成氨均是技术密集型产业,其生产过程伴随着一系列严峻的安全风险。从电解槽运行中氢氧隔离的严苛要求,到合成氨装置高温高压的复杂工况,任何一个环节的疏漏都可能引发严重事故。因此,传统的、被动式的安全管理模式已难以满足现代产业发展的需求。当前,亟须一种从被动防御转向主动治理的系统性安全思维。本文将立足于这一背景,从微观到宏观,从事前预防到事后应急,系统性地探讨构筑该技术安全生产的防线,助力绿氢绿氨产业稳健前行。

一、电解水制氢及合成氨技术安全生产管理问题

(一)人员方面

电解水制氢和合成氨生产中,人为因素仍是诱发安全事故的关键因素之一。当前从业人员虽以本科、研究生学历为主,专业基础扎实、专业素质无显著短板,但行业聚焦 “电 - 氢耦合” 这一新兴技术方向,多数人员缺乏对该技术体系的深度认知与实践积累。尤其在电 - 氢耦合系统动态波动处理方面经验不足,难以精准应对因电网负荷变化、电解槽工况切换等引发的氢气产量、纯度波动,以及后续与合成氨工艺衔接时的参数协同问题。同时,部分人员受传统化工生产思维定式影响,对电氢耦合技术的电气安全特性、跨系统协同控制要求重视不足,存在依赖过往化工操作经验应对新场景的倾向。

(二)设备方面

设备是安全生产的基础,其可靠性直接关系到系统的稳定运行。但当前这一领域也存在一定的安全生产隐患。比如,设备选型与采购环节缺乏科学依据,有企业为降低成本选择性能不稳定或不符合工艺要求的设备,进而为后续运行埋下了安全隐患。维护环节,不重视设备保养,或采用不规范的保养方式,加重了设备运行负担,降低了设备安全运行性能,也加大了企业安全生产风险。

(三)工艺方面

电解水制氢与合成氨生产中对生产工艺的精度要求极高,这也是保障安全生产的核心。若在生产过程中不注重碱液浓度、温度、压力、气体纯度等参数范围,极易引发安全隐患,严重时将造成安全事故。在电解水制氢与合成氨生产实践中,因生产工艺不规范引发的安全事故占比相对较高,这类事故不仅会造成直接经济损失,还可能对生产秩序、人员安全及周边环境产生负面影响,进而影响社会的安定与和谐 。

(四)环境方面

环境因素包括设备所处的物理环境,也包括企业外部环境,即厂房外部建设环境。物理环境方面表现出的安全生产隐患,主要是生产设备与生产原材料的放置区域规划不合理,比如,生产设备临近区域是原材料放置区域,以及设备安装紧密,如生产设备与操作通道距离不足,缺乏必要的安全缓冲空间,一旦发生泄漏事故极易导致危险物质扩散。此外,通风系统设计缺陷也较为突出,部分车间局部区域换气次数不足,氢气、氨气等可燃气体容易积聚形成爆炸极限浓度。外部环境方面,厂房选址未充分考虑周边地理条件,如处于低洼地带易受洪水侵袭,或与居民区、交通干道安全距离不足,增加了事故扩大风险。同时,厂区周边存在的明火源,如临近锅炉房、焊接作业点等未进行有效隔离,可能引发气体燃爆事故。

二、电解水制氢及合成氨技术安全生产管理的优化路径

(一)强化人员安全管理

高素质专业团队对电解水制氢及合成氨技术的高效运行极为重要。企业应重视提升人员的整体工作素养。

1.提高人员准入门槛

针对当前电 - 氢耦合技术人才稀缺、经验储备不足的问题,必须建立贴合新技术需求的岗位任职标准。对于涉及电氢系统操作、调控的关键生产岗位,需建立更严格的筛选和入职审核机制,除要求持有危险化学品作业证、相关专业本科及以上学历等基础条件外,还应将电 - 氢耦合系统原理认知、波动场景应急处置模拟能力作为核心硬性指标。在招聘环节,增设电氢系统动态波动应对情景测试,如模拟电网负荷骤变、电解槽氢气纯度异常等场景,评估应聘人员的风险识别速度、参数调整逻辑与应急决策能力。通过精准匹配岗位需求与人员能力,从源头确保进入团队的人员具备应对高复杂度、高波动性生产场景的基础素养,为电氢耦合系统安全运行打下坚实基础。

2.优化安全培训体系

在提高人员准入门槛基础上,进一步优化安全培训体系,有利于提升人员安全意识以及安全生产能力,可从源头杜绝安全隐患,为电解水制氢及合成氨技术生产奠定坚实的安全生产基础。首先,打破“用同一份试卷考核所有员工”的形式,打造具有层次性、差异性与实战性的培训体系。如,针对新入职员工,进行氢气与氨气特性、厂区安全风险、基础逃生技巧的系统性入职培训;对于已在岗的员工,需依据其岗位具体面临的风险,组织高频率、小范围的专项技能培训,比如模拟实操训练、应急处理演练等。其次,设立培训效果跟踪评价机制,把培训考核成绩与岗位任职资格直接关联,保证培训内容真正被员工理解掌握,促使员工将其转化为实际的安全操作行为,从而促进安全生产[4]。

3.完善人员考核与激励机制

建立科学考核与激励机制也极为重要。将安全绩效融入员工评价体系,对重视、注重安全生产者,给予口头或物质奖励,从而调动全员参与安全管理的积极性。反之,对忽视安全生产、违规操作的人员进行处罚,并追究连带管理责任,强化员工的安全意识与责任。通过这种奖罚分明、正向引导的机制,将安全管理要求内化为员工的自觉行动,形成人人要安全、人人管安全的良性循环。

(二)加强设备安全管理

加强设备安全管理同样至关重要。加强设备安全管理的核心在于提升设备安全运行的性能。

1.设备选型与采购优化

严格按照电解水制氢及合成氨技术的采购标准采购设备,是提升设备安全运行性能的关键。企业可成立由工艺、设备、安全专家组成的联合评审小组,对电解槽、压缩机、合成塔等关键设备的供应商开展严格的筛选工作,着重评估供应商的技术成成熟度、过往业绩案例以及质量保障体系。在选购设备时,在符合国家设备生产标准要求基础上,优化选用具备防爆、防泄漏和自动诊断功能的高可靠性设备。对于会接触氢气的材料,要明确其抗氢脆等级,并要求提供相应的认证报告。同时,建立供应商黑名单机制,对供应不合格产品或者售后保障能力不足的供应商采取一票否决措施,从源头为设备安全筑牢第一道防护屏障[5]。

2.设备维护与保养计划

摒弃“不坏不修”的落后观念,全面推行以可靠为中心的预防性维护策略。一定期对设备进行检修、维护,明确检修时间、范围以及责任人,为设备稳定运行提供坚实保障。二是引入智能辅助检修技术,着重对不易检修、维护的设备,如危险物品搅拌设备等,进行远程压力、泄漏检修维护,从而掌握设备性能衰减趋势,实现设备故障的早期预警和全生命周期的动态管理。三是建立完整的设备健康档案,记录从安装、调试、运行到维修的全生命周期数据,为维护决策提供精准依据,最大限度减少设备突发故障带来的安全风险[6]。

3.设备更新与淘汰机制

及时更换性能不稳定的设备,也是提升电解水制氢及合成氨技术安全生产水平的重要一环。企业安全生产管理部门可建立科学的设备寿命评估模型,定期对在用设备进行安全性能评估和剩余寿命预测。当发现设备某一部件损耗严重,不能保障生产精度时,及时替换。对于一些存在损耗,但不影响生产和产品质量的零件,增加检查频次,并制定专门的应急预案。同时,设立设备更换专项资金,保障能够按照计划及时更新、更换设备。通过这一举措,将生产安全隐患消除在萌芽状态,提升安全生产效能[7]。

(三)优化工艺安全管理

1.精准控制工艺参数

工艺参数控制的精准度是保障安全的关键防线。安全生产和技术管理部门需进一步优化工艺安全管理。例如,引入人工智能算法,对大量历史运行数据进行分析,探寻最优工艺区间,同时实现对参数细微波动的早期预警与自动调整。此外,定期校验各项生产工艺参数,确保每一项参数始终都在安全生产范围内,减少因生产工艺参数偏差引发的安全事故。

2.工艺风险评估与改进

将工艺风险评估落实到日常管理中,也是减少工艺安全生产隐患的有效举措。安全生产和技术管理部门应成立工艺安全性能评估小组,定期对生产工艺进行风险评估和性能稳定性检查,一旦发现工艺偏离正常生产范围,坚决终止生产,并及时进行调整、优化。同时,引入先进的工艺评估技术,利用科学技术手段,精准分析原因、排查风险,减少人为判断误差和风险漏判率,进一步提升工艺生产安全性能。

3.加强工艺操作规范

工艺操作规范的细致性以及全面性,是提升生产工艺安全的前提。安全生产和技术管理部门,应针对不同的生产工艺制定针对性的文字性操作说明,对于复杂的工艺,如电解槽的启停程序、合成塔的温度压力调控流程,需编制图文结合的分步操作指引,确保操作人员直观理解关键控制点。同时,推行操作安全确认制度,要求操作人员逐项核对关键参数和条件,利用数字化手段,将规程电子化、流程化,嵌入操作系统中,实现步骤引导和权限控制,防止违规操作和误操作的发生,从而落实安全生产。

(四)提升环境安全管理

1.完善环境安全设施建设

合理选址并规划厂房建设布局,在生产之前就杜绝安全生产隐患。远离锅炉房等区域建设厂房。在厂房建设时,合理规划设备安装区域以及生产原料的放置区域。同时,设备与设备之间应留有充足的空间,避免因空隙不足产生生产材料堆积堵塞和应急疏散通道受阻的风险。生产材料则要严格按照危险品与一般生产物资的存放标准合理建设存放空间,危险物资区域还应设置危险警示标识和应急疏散指示牌,从而为人员安全和应急响应提供硬件支撑。

2.强化环境监测与预警

建立环境监测与预警系统,对提升安全生产环境也极为重要。安全生产管理部门应在厂房内外安装监控设备,实时监控厂房周围以及内部生产的安全环境,保障生产安全。同时,打造智能化的预警中心,汇聚气体浓度、风速变化、视频画面等多种信号源,当探测到浓度值出现非正常波动时,系统可自动启动分级报警程序,并同步触发通风换气、紧急切断等联动保护机制。结合实时气象信息,对雷暴、强风等极端天气状况发布预警,以便提前调整生产节奏或采取防护措施。借助高效而及时的监控与预警手段,将潜在事故化解于初始阶段[8]。

3.加强应急救援能力建设

针对生产中易发生且危害性较大的安全事件,编制详细的应急救援预案,清晰界定各级人员的职责范围、事故处置流程以及沟通联络方式。并在厂房以及生产设备周围配备合规、充足的应急救援设备,如防化服等,为人员提供自救通道。同时,要定期开展应急演练,包含报警启动、人员疏散、初期火灾扑灭、泄漏管控等多个操作环节,检验预案可行性和提升人员应急处置熟练度。并及时开展演练总结,梳理不足并优化预案,确保突发重大事故时能快速获取外部支援,最大限度降低人员伤亡与财产损失。

三、结语

氢能源产业和化工工业中电解水制氢及合成氨技术是重要部分,其安全生产管理水平直接关乎行业可持续发展和经济效益。本文深入剖析人员、设备、工艺、环境四方面存在的问题,揭示当前安全生产管理薄弱之处并给出针对性优化办法。这些举措不但能解决具体问题,而且还能构建起多层次、多维度安全生产管理体系,对推动氢能源产业和合成氨工业安全可持续发展有着重要意义。随着数字生产技术的不断发展,还应基于智能化技术探寻更高效、更精确的安全管理模式,以适应技术和市场环境的不断变化。

参考文献:

[1]王月,张学瑞,宋玺文,陈渤燕,李庆勋,钟海军,胡孝伟,何帅.电解制氢合成氨技术综述与展望[J].化工进展,2024,43(S1):180-188.

[2] 林 承 顺 . 合 成 氨 工 艺 技 术 现 状 及 发 展 趋 势 [J]. 能 源 化工,2024,45(01):12-15.

[3]罗时华,瞿道兵,李少军,余士明,刘哲,杨国富,刘善培,粟学俐.合成氨 节 能 降 耗 工 艺 的 技 术 优 化 研 究 [J]. 荆 楚 理 工 学 院 学报,2022,37(06):19-23.

[4]吉旭,周步祥,贺革,邱一苇,毕可鑫,周利,戴一阳.大规模可再生能源电解水制氢合成氨关键技术与应用研究进展[J].工程科学与技术,2022,54(05):1-11.

[5]李育磊,刘玮,董斌琦,夏定国.“ 双碳” 目标下中国绿氢合成氨发展基础与路线[J].储能科学与技术,2022,11(09):2891-2899.

[6]孔令国,贾忠华,石振宇,康建东,方磊.考虑上/下网电量约束的风光氢氨耦合系统容量优化配置[J].智慧电力,2025,53(01):75-81+97.

[7]陈振伟.可再生能源电解水制氢耦合合成氨系统集成与技术经济评价[D].兰州理工大学,2024.

[8]刘国强.高效过渡金属电催化剂的制备及其水分解和氮还原性能研究[D].中国科学技术大学,2018.

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