氢氧发生器在安瓿水针生产的安全性探讨

程义平王焕平罗勇余露

（1. 中国医药集团联合工程有限公司，湖北武汉 430077；2. 浙江仙琚制药股份有限公司，浙江台州 317300）

氢氧发生器在安瓿水针生产的安全性探讨

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（1. 中国医药集团联合工程有限公司，湖北武汉 430077；2. 浙江仙琚制药股份有限公司，浙江台州 317300）

针对氢氧发生器在安瓿水针生产中的安全问题，从合理布局、必要的安全措施和安全的输送管道三个方面探讨如何在工程设计中提高生产中的安全性，为水针生产企业提供了参考。

氢氧发生器；安全性；水针生产；套管

电解水技术在医药生产中典型的应用就是利用氢氧发生器产生的氢气和氧气为安瓿瓶的拉丝封口提供清洁高效的燃料。随着氢氧发生器被广泛地应用于安瓿瓶拉丝封口的生产中，氢氧发生器设备及氢氧气输送管路系统在生产中的安全性也引起了人们的高度重视。

1 氢氧发生器工作原理及爆炸危险性

1.1 氢氧发生器工作原理

氢氧发生器是利用水在碱性催化剂（如氢氧化钠或氢氧化钾）作用下，在电解槽两端通直流电，使水发生电化学反应生成氢气和氧气，夹带碱液的氢气和氧气冷却后进入储液罐进行气水分离，分离后的碱液回电解槽继续使用，分离出的氢氧混合气先冷却，再经洗气罐清洗，得到的纯净氢氧混合气经过安全阀与阻火器到达使用点，经点火形成氢氧火焰，1 mol氢气在氧气中充分燃烧可释放出285.8 kJ的高热量，燃烧后生产水蒸气排掉。原理见图1所示。

图1 氢氧发生器原理Fig.1 Diagram of hydrogen and oxygen generator

1.2 氢氧发生器的爆炸危险性

电解槽是氢氧发生器的重要组成部分，电解槽内电解液泄漏可能导致电极碰撞而产生火花，电解槽内污物沉积可能导致内部电极短路而产生火花，从而引爆槽内氢氧混合气。电解槽内的高浓度碱液对仪表及阀门有腐蚀性，可能导致氢氧气的泄漏。当氢氧混合气在使用点的燃烧速度大于混合气的流出速度时，会导致火焰回烧，回火进入气体软管，可导致软管烧损或爆裂。氢氧气发生器的输出管路上会配两级湿式阻火器（也称水封），水封能阻止回火，但氢氧混合气被点燃后，不是慢速的回火而是瞬间的爆炸，爆炸产生的压力会破坏水封从而改变电解槽内的压力，造成槽内的氢氧气混合，增加发生爆炸的危险性。

2 降低爆炸危险性的措施

2.1 合理布局氢氧发生间

2.1.1 氢氧发生间防爆隔离

放置氢氧发生器的房间是否按防爆来设计，是个颇有争议的问题。目前在建和已建成的绝大多数水针生产车间内放置氢氧发生器的房间均未严格按照防爆区来设计，原因是认为氢氧发生器产氢气量极少，且即产即用，没有储存的过程，爆炸危险性较小。下面我们分析一下放置氢氧发生器的房间爆炸危险性：目前水针生产过程使用的氢氧发生器氢气产量在0～7 000 L/h，而氢气的爆炸极限为4.0 ％～75.6 ％时，氢氧发生器外型尺寸：长1.05m，宽0.63m，高0.92m，假设放置氢氧发生器的房间长2.5m，宽2.5m，高2.8m，则房间容积为17.5m3，只需要0.7m3的氢气，即可能发生爆炸。氢气在空气中的最小点火能量为0.019 mJ，相当于一枚图钉从1m高处自由落下的能云。一旦输送氢氧气的管路或阀门因老化或者腐蚀发生泄漏，便可能发生爆炸。根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）条文说明表1生产的火灾危险性分类举例，电解水或电解食盐厂房被归入甲类生产的火灾危险类中。氢氧发生器的工作原理就是电解水，所以笔者认为应该将氢氧发生器的生产区定性为甲类火灾危险区，氢氧发生间与其他丙、戊类生产区应采用防爆隔离。

2.1.2 氢氧发生间位置布局

水电解制氢装置的氢气、氧气排出口与总管之间，须设置直通室外的放空管，开机前需要用氮气将管道内的氢氧混合气置换并排至室外，所以放置氢氧发生器的房间应该设置在厂房靠外墙或屋顶的位置，便于氢、氧气排空管可以不穿越其它无关房间顺利排至室外。放置氢氧发生器的房间离氢氧气使用点越近越好，以不超过60m为宜，以减短输送氢氧气管道的长度，减少输送过程中氢氧气泄露的风险。

2.1.3 氢氧发生间内的安全措施

（1）房间应有氢气浓度探测及报警装置。

（2）为氢氧发生器配备独立的空气过流开关，容量大于25kW。设备接地线接地电阻小于4 Ω，接地线截面积大于10mm2，房间内灯具安装在较低处，房间内应设置应急照明。此房间内敷设导线或电缆用的保护钢管在其引向电器设备接头部要做好隔离密封。

（3）氢氧发生器房间配备二氧化碳、干粉等灭火器材。

（4）房间内应设与氢气浓度探测及探测与报警装置连锁的事故排风装置。

2.2 氢氧气体输送管道的安全设计

根据《氢氧站设计规范》相关规定，氢气管道严禁穿过生活间、办公室、并不得穿过不使用氢气的房间。当氢氧混合气管道需要穿过技术夹层、走廊上空等区域时，为避免氢氧混合气泄漏到环境中，需要采用套管来输送氢氧混合气的管道。普通套管，仅能防止氢氧气泄漏到环境中，缺乏有效的监测和处理泄漏的机制。本文提供一种更安全的做法，在套管内设置氢气探测器，在套管两端设置电动阀，将套管一端的电动阀与事故排风机连接，并且将氢气探测器与事故风机连锁。无氢氧气泄露时，电动阀关闭，当氢氧气泄漏时，气体探测器发出信号，与之连锁的电动阀和事故排风机开启，降低套管内泄漏氢氧气的浓度，避免安全事故，通过排风将氢氧气浓度降低到安全范围后，维修人员进行检修，及时排除危险。套管详细做法见图2。

图2 套管做法示意Fig.2 Schematic diagram of casing

3 结束语

安全生产是保障社会各行各业稳定繁荣的大前提，是企业发展的根本。氢氧发生器的使用，既为水针拉丝灌封提供了高效和清洁的能源，也在使用过程中埋下了安全隐患。本文从合理的房间布置、必要的安全措施和安全的输送管道三个方面来提高水针的拉丝灌封生产的安全性，为水针生产企业提供参考。

[1]胡雪林.氢氧火焰在连铸坯切割中的安全应用[J] .科技创新导报，2012（28）：77.

[2]雷春元.氢氧发生器电解槽气压控制系统研究[D]. 长沙：中南大学，2014.

[3]水电解氢氧发生器技术要求[S].

[4]水电解制氢设系统技术要求[S].

工程硕士实践教学用书《石油化工装置设备设计》出版

受全国工程硕士教指委、上海市教委和华东理工大学委托，中石化上海工程有限公司负责编写的工程硕士实践教学用书《石油化工装置设备设计》于2017年6月由华东理工大学正式出版。

中石化上海工程有限公司董事长、总经理吴德荣任主编，多名设计大师和国家注册资深设计专家参与，历时1年精心编纂，融入了多年工程建设的智慧和经验，吸收了工程技术人员的最新创新成果，依据既注重基本理论，又着力实践应用原则，使教材基于理论，源于实践，学以致用，力求将专家、学者、行家里手在长期工程实践活动中积累的心得体会和经验介绍给广大青年学子，藉此希望能对工程硕士培养教育和工程实践企业基地建设工作有所启发、借鉴和指导。

全书共5章，主要介绍石油化工装置中的静设备设计、机泵设计、工业炉设计、固体物料处理系统等内容。该书资料详实，内容丰富，具有应用性强、章节分明、解释准确等特点，既可作为相关领域工程硕士实践教学用书，亦可供从事化工装置工艺设计的工程技术人员作参考。

迄今，中石化上海工程有限公司已编纂出版《石油化工装置配管工程设计》、《化工装置工艺设计（上、下）》、《油气储运工程设计》、《石油化工装置设备设计》4种工程硕士实践教学用书。

（魏永忠）

Discussion of Safety in Use of Hydrogen-oxygen Generator in Production of Ampere Liquid Injection Agent

Cheng Yiping1, Wang Huanping2, Luo Yong1, Yu Lu1
（1. SINO PHARMENGIN Corporation, Wuhan 215600; 2. Zhejiang Xianju Pharmaceutical Co., Ltd, Taizhou 317300）

With respect to the issue of safety in the production of ampere liquid injection agent, it was discussed from the aspects of layout, safety measures and transportation pipeline, which may be referenced by the enterprises for the production of liquid injection agent.

hydrogen and oxygen generator; security; production of liquid injection agent; casing

R 944.1+2

：A

：2095-817X（2017）04-0051-003

2016-07-10

程义平（1982—），女，工程师，从事医药工程项目的设计、咨询、项目管理工作。