氢系统（hydrogen system），泛指氢的制取、储存、输送或应用系统。氢系统的应用带来的不仅仅只是好处，还有各种不确定的危险因素，今天我们来了解一下。

1、泄漏和渗漏

1.1 氢气易通过多孔材料、装配面或密封面泄漏。氢气泄漏后将迅速扩散，导致可燃、可爆区域不断扩大，且扩散过程肉眼不可见。影响氢气泄漏扩散的主要因素包括泄漏位置、环境温度、环境风速、环境风向和障碍物。

1.2 液氢和浆氢系统发生泄漏后，液氢将迅速蒸发扩散，形成可见的可爆雾团，并可能导致系统形成负压而使周围空气进入系统凝结成固体颗粒，可能堵塞系统的管道、阀门等部件。

1.3 氢易渗入某些非金属材料内而引起氢渗漏。若液氢系统发生氢渗漏，可能导致氢损耗或真空绝热层破坏。

2、与燃烧有关的危险因素

2.1 泄漏的氢气易引起燃烧或爆炸。氢燃烧可能造成氢系统材料性能劣化，并可能导致氢系统因内部温度和压力急剧升高而超压失效。

2.2 氢气爆燃可能导致燃烧区域的迅速扩大和密闭空间压力的迅速升高。氢气爆轰产生的高速爆轰波可能对燃烧区域外的环境产生巨大冲击，并伴随有高温气体的迅速传播。

2.3 氢气火焰不易察觉，应使用紫外探测器或紫/红外复合多波段探测器探测。

3、与压力有关的危险因素

3.1 氢气系统失效可能导致高压氢气储存能量迅速释放，形成冲击波，破坏周围设施。

3.2 液氢和浆氢系统漏热将引起热分层和氢蒸发，导致系统内的氢体积急剧增大，若泄压装置动作不及时，可能导致系统超压失效。

_{注：热分层是指重力方向上由于温度不同引起流体密度差异，导致冷流体处于下方，热流体处于上方的流体分层现象。}

3.3 浆氢中的固体氢颗粒易积聚沉淀而堵塞浆氢系统的管道、阀门等部件。

3.4 固态储氢系统超温时系统中的氢气压力可能急剧上升，导致承压容器超压失效。

3.5 固态储氢容器在使用过程中，氢化物粉末可能由于振动或氢气流推动形成粉体局部堆积，并产生应力集中。

4、与温度有关的危险因素

4.1 氢液化过程温度急剧下降，可能导致材料收缩。氢系统材料收缩程度不同，可能导致系统结构变形不协调，从而造成结构中应力增大或密封面泄漏。

4.2 液氢和浆氢系统的低温环境可能导致材料韧性下降，增加材料的裂纹敏感性。液氢和浆氢系统的温度低于材料的韧脆转变温度时，材料将由韧性状态转变为脆性状态。

4.3 高压氢气瓶快速充装氢气时，瓶内温度会升高，可能导致气瓶承载能力下降或泄漏。

4.4 液氢和浆氢系统中混入空气等凝固点高于液氢温度的气体，会形成固体颗粒，积累后有可能堵塞系统的管道、阀门等部件。固体氧颗粒还有可能造成系统爆炸着火。

4.5 当温度接近临界温度时，液氢有可能突然沸腾导致储存容器内压力迅速升高。

5、氢腐蚀和氢脆

5.1 钢在高温高压氢环境中服役一定时间后，氢可能与钢中的碳反应生成甲烷，造成钢脱碳和微裂纹的形成，导致钢性能不可逆地劣化。温度越高、氢分压越大，钢的氢腐蚀越严重。

5.2 金属吸收内部氢或外部氢后，局部氢浓度达到饱和时，将引起塑性下降、诱发裂纹或延迟断裂。氢分压越大、强度越高、应变速率越小，金属的氢脆往往越严重。

6、生理危害

6.1 人体皮肤直接接触低温氢气、液氢或浆氢易导致冻伤，低温氢气、液氢或浆氢的管路、设备绝热失效或未做绝热时，人体皮肤直接接触也有低温冻伤的风险；直接接触高温且肉眼不可见的氢火焰易导致高温灼伤。

6.2 氢燃烧产生的大量紫外线辐射易损伤人体皮肤，氢火灾引起的次生火灾会产生浓烟或其他有害燃烧产物，危害人体健康。

6.3 氢气无色、无臭、无味、无毒，空气中高浓度氢气易造成缺氧，可能使人窒息。

图 1 水电解制氢典型系统框图