本文由宋鹏飞、张超、肖立、侯建国、王修康、王秀林等作者撰写，发表于2023年6月的《油气与新能源》期刊第35卷第3期。文章主要探讨了站内小型橇装天然气制氢技术及其安全设计，旨在为加氢站的安全建设和氢能产业的发展提供技术支持。
氢能作为一种清洁、高效的能源，具有资源丰富、热值高、无污染等优点，被认为是实现能源低碳化转型和碳中和的重要途径。近年来，随着氢燃料电池汽车的快速发展，加氢站作为其基础设施的重要性日益凸显。站内制氢技术能够省去昂贵的氢气运输环节，降低氢气成本20%～30%，因此成为加氢站发展的重要趋势之一。然而，站内制氢技术涉及高温、高压和易燃易爆气体，安全风险较高，尤其是小型橇装天然气制氢装置的安全设计尚未有明确的国家标准。因此，本文旨在通过对橇装天然气制氢技术的总结与分析，结合中国首套橇装天然气制氢装置的实践经验，提出安全设计建议，并为未来的技术发展和应用提供参考。
橇装天然气制氢技术是将天然气脱硫、蒸汽重整、CO水汽变换和变压吸附（PSA）提氢等工艺单元集成在一个集装箱式的橇体内，形成一个相对独立的制氢装置。该技术具有占地面积小、建造和运输方便等优点，适用于加氢站的站内制氢需求。目前，国外多家公司如Air Products、Xebec、Osaka Gas等已开发出商业化的小型橇装天然气制氢装置。2021年，中国成功研制出首套250 m³/h的橇装天然气制氢装置，并在广东省佛山市的明城综合能源站示范应用，标志着中国在该领域的技术水平已与国际接轨。
橇装天然气制氢装置的安全风险主要来自物料风险和工艺风险。物料风险包括天然气、氢气和一氧化碳等易燃易爆气体的泄漏风险。氢气具有较宽的爆炸极限（4.1%～74.1%），且易泄漏，因此在装置内部需设置泄漏检测和报警系统。工艺风险主要集中在天然气蒸汽重整和CO水汽变换工段，涉及高温、高压和催化剂的复杂化学反应。重整催化剂对操作条件要求严格，操作不当可能导致催化剂失活或炉管破裂，进而引发安全事故。
针对橇装天然气制氢装置的安全设计，本文提出了装置本身的安全设计和装置与加氢站其他设备之间的安全设计两个层面的建议。装置本身的安全设计包括工艺与关键设备、仪表控制系统、运行与维护等方面。例如，转化炉的炉管和焊缝需进行渗透检测（PT）和射线检测（RT），炉体内壁需设置隔热层以防止人员烫伤。仪表控制系统应具备自动化控制和紧急停车功能，并在橇体内部设置可燃气体和有毒气体浓度探测器，确保泄漏时能够及时报警。
在装置与加氢站其他设备之间的安全设计方面，本文利用FLACS（流体动力学计算软件）进行了事故后果三维模拟，结果显示，装置内部发生火灾时，喷射火热辐射强度达到37.5 kW/m²的影响范围小于4.7 m。基于模拟结果，本文提出了橇装制氢装置与其他设备的推荐安全距离，例如与储氢罐、氢气压缩机、加氢机等的安全距离分别为6.0 m、6.0 m和4.5 m。
本文总结了中国在小型橇装天然气制氢技术方面的进展，指出该技术已与国际水平相当，且成本较国外同类产品降低了20%～50%。橇装天然气制氢装置作为小型化学转化装置，整体安全风险可控，但在国内尚缺少相关标准规范的情况下，仍需加强对装置本身及加氢站内应用的全流程风险管控。
本文建议借鉴国外标准和运行经验，结合国内示范项目的实践经验，制定适用于小型橇装天然气制氢装置的标准规范，允许其在保障安全的前提下在加氢站内使用。此外，应尽快推出中国的橇装天然气制氢技术标准和安全标准，填补国内标准空白，推动氢能产业的快速发展。
本文的研究不仅为加氢站的安全设计提供了技术支持，还为氢能产业的发展提供了重要的参考依据。通过推动小型橇装天然气制氢技术的应用，可以大幅降低氢气成本，促进燃料电池汽车的商业化应用，助力交通行业的深度脱碳。