氢安全工程基础

【适读人群】

《氢安全工程基础》的目的在于传播氢安全知识，供氢能相关领域的读者参考，如技术开发人员、安全工程师、政策制定者和投资者等，本书也可以用作普通高等院校氢能相关专业的教材。

【图书特色】

1. 本书提出了“氢安全工程”这个非常重要的概念。氢安全贯穿氢气的生产、储运、加注、应用终端等环节，是氢能产业健康发展的首要保障。

2. 本书展示了氢安全技术的新进展，凝练了氢安全工程的核心内容，精选汇总了大量经典案例图文并茂，使人能够更加深刻地理解现行标准规范的理论基础和现实作用，为氢安全工程应用拓展了思路。

3. 本书对从事氢能与燃料电池专业领域研发的工作者来说是非常实用和方便的参考书，也可以用作氢安全领域的高等教育课程教材。

《氢安全工程基础》由英国阿尔斯特大学弗拉基米尔·莫尔科夫教授编写，展示了氢安全技术的新进展，凝练了氢安全工程的核心内容，精选汇总了大量经典案例图文并茂，可读性强。全书共12章，首先较为扼要地介绍了氢安全的重要作用、氢的性质与危险性、氢安全标准法规以及氢安全工程的框架，然后较为系统地讲解了氢安全领域中氢气未点燃的泄漏、氢气在有限空间中的扩散、氢气混合物的点燃、微焰、射流火焰、氢气的爆燃和爆轰、安全策略和缓解技术，其中氢安全的主要现象和危害行为是本书的重点。

【作者简介】

弗拉基米尔·莫尔科夫（Vladimir Molkov）系英国阿尔斯特大学Vladimir Molkov教授。他毕业于莫斯科物理技术学院，现任阿尔斯特大学（Ulster University）建筑环境学院氢气安全研究所所长，是国际著名的氢安全专家。他创立的氢安全工程与研究中心（HySAFER），是全球安全研究和教育的主要提供者之一。他的著作《氢安全工程基础》也是目前该领域内难得的全面介绍氢安全知识的书籍。

【译者简介】

吕洪，同济大学博导/副教授，现为国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心氢能研究室主任。主要研究方向为电解水制氢技术、加氢站技术、车载储氢技术以及相关的氢安全研究。负责开发完成国内首座基于风-光互补发电耦合电解制氢的70MPa加氢站和车载70MPa 四型储氢系统。作为项目负责人先后承担包括国家重点研发计划、国家863项目、国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项资金项目和上海市科委重点专项等课题10余项，至今已在国内外专业学术期刊累计发表科技论文30篇，已获得授权8项。获中国汽车工业科学技术进步特等奖1项（2019，燃料电池汽车关键技术研发及其产业化），获教育部科技进步二等奖1项（2009，燃料电池汽车供氢系统关键技术），获上海市科技进步奖1项（2010，高压氢气供给系统关键技术）。

译者序

第1章氢安全的重要作用

1.1氢气在能源领域的应用

1.2公众对氢技术的认知

1.3氢安全的重要性

1.4危险、风险、安全

1.5氢安全的研究进展

1.6氢安全工程的核心内容和范围

1.7新兴的氢安全工程专业

1.8知识缺口与未来发展

第2章氢的性质与危险性

2.1物理与化学性质

2.2燃烧特性

2.3与其他燃料的比较

2.4健康危害

2.5结语

第3章法规、规范、标准和氢安全工程

第4章氢安全工程：框架和技术子体系

4.1框架

4.2技术子系统

第5章未点燃的泄漏

5.1膨胀和欠膨胀气流

5.2欠膨胀射流理论

5.3动量主导射流中浓度衰减的相似定律

5.4过渡射流和浮力控制射流的浓度衰减

第6章氢气在有限空间中的扩散

6.1渗透氢在车库中的扩散

6.2压力峰值现象

第7章氢气混合物的点燃

7.1氢气点火机制概述

7.2瞬时泄漏的自燃现象

第8章微焰

8.1猝熄和吹熄极限

第9章射流火焰

9.1氢气射流火焰与安全问题简介

9.2氢气射流火焰研究的历时性概述

9.3基于弗劳德数的关联式的不足

9.4相似性分析和量纲关联式

9.5射流火焰吹熄现象

9.6新型无量纲火焰长度关联式

9.7火焰尖端位置和等效未点火射流浓度

9.8氢气泄漏的间隔距离

9.9喷嘴形状对火焰长度的影响

9.10附壁射流对火焰长度的影响

9.11氢气射流火焰的压力效应

9.12结语

第10章爆燃

10.1爆燃和爆轰的一般特征

10.2关于氢气-空气混合气体中爆燃转爆轰现象的一些观察

10.3爆燃泄放

10.4大型爆燃的大涡模拟

第11章爆轰

11.1直接爆轰

11.2氢气-空气爆轰大涡模拟

第12章安全策略和缓解技术

12.1燃料电池系统本质安全设计

12.2氢释放不良后果的缓解

12.3降低高支管的间隔距离

12.4屏障的缓解作用

12.5减缓爆燃转爆轰过程

12.6防止燃料电池内发生爆燃转爆轰现象

12.7氢检测和传感器

后记

鸣谢

附录术语表

参考文献

坚定地走绿色低碳循环发展道路，实现碳中和，是实现我国高质量发展和建设现代化强国的必然选择，是积极推动构建人类命运共同体的大国担当。我国的能源转型之路就是由高碳向低碳转型，低碳再向无碳转型，氢能将有助于我国实现碳达峰与碳中和目标。我国氢能与燃料电池汽车产业已经进入市场导入期，并呈现出快速发展的态势。截至2020年年底，我国燃料电池汽车累计销量为7279辆，我国投入运行的加氢站数量达到60座左右，优势地区示范运行车辆的类型和范围不断扩大，加氢基础设施网络初具雏形。根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2025年我国燃料电池汽车保有量将达10万辆，加氢站数量达1000座；2035年燃料电池汽车保有量达到100万辆，加氢站数量达5000座。然而在2019年，美国、韩国和挪威相继发生氢安全事故，引发了业界对氢能与燃料电池汽车产业健康发展的担忧和对氢能利用安全技术研究的重视与关注。氢安全贯穿氢气的生产、储运、加注、应用终端等环节，是氢能产业健康发展的首要保障。
氢气易燃易爆的特性决定了其具有危险品的属性，我们在氢能利用的过程中，对于氢安全问题，既不要“谈氢色变”，也不要以“氢气不存在安全问题”的观点误导公众。与其他技术一样，低估氢能与燃料电池产品的安全问题以及往后可能发生的事故，都将带来灾难性的后果，并会因此推迟商业化进程。如何科学正确地认识氢能利用中的安全问题，系统地了解氢气事故演变的机理，建立与氢燃料电池应用和氢基础设施相关的氢安全工程实施框架，是当前亟待解决的问题。
弗拉基米尔·莫尔科夫教授毕业于莫斯科物理技术学院，现任阿尔斯特大学（Ulster University）建筑环境学院氢气安全研究所所长，是国际著名的氢安全专家。他创立的氢安全工程与研究中心（HySAFER），是全球氢安全研究和教育的主要提供者之一。《氢安全工程基础》是目前该领域内权威的系统全面介绍氢安全知识的书籍。本书详细介绍了氢安全的重要作用、氢气的性质与危险性、氢安全标准法规以及氢安全工程的框架，系统地讲解了氢安全领域氢气的泄漏、扩散、点燃、微焰、射流火焰、爆燃和爆轰的理论知识，并结合相关案例、标准规范进行讲解，使人能够更加深刻地理解现行标准规范的理论基础和现实作用，为氢安全工程应用拓展了思路。本书对从事氢能与燃料电池专业领域研发的工作者来说是非常实用和方便的参考书；本书可以较好地传播氢安全知识，适合对氢能领域感兴趣的政策制定者和投资者阅读；本书也可以作为高校教材。
本书由同济大学汽车学院吕洪组织翻译，周伟、张存满、李争、沈亚皓和梁阳共同参与完成本书的翻译与校稿工作，全书由吕洪统稿、审阅和校对。此书翻译工作得到了中国汽车工程学会和英美资源贸易（中国）有限公司
的大力支持，在此对他们表示衷心的感谢。
本书介绍的氢安全工程涉及物理、化学、机械、传热、流体力学、燃烧学等多学科，相关知识范围很广，由于我们能力有限，译本中难免出现不准确甚至错误的地方，欢迎广大读者朋友们随时提出宝贵的意见和建议，在此表示诚挚的谢意。