本文来源:Analysis of the Impact of High-pressure Hydrogen Vessel Explosion Pressure on Protective Barriers and Rear Areas1. 研究背景与目的- 氢能源备受关注，但氢燃料电池汽车因加氢站不足等问题销量未达预期。加氢站建设受氢气供应、成本及居民安全担忧等因素影响而延迟。氢气易燃易爆，需严格安全技术预防事故。韩国气体安全公社（KGS）对加氢站防护墙有分类规定，但缺乏实际爆炸验证。 图1 氢能源汽车市场趋势- 本研究旨在评估加氢站防护墙在爆炸时的结构完整性、抗爆性能，分析对后方区域影响，验证损害减少性能，为安全防护墙设计提供依据，助力加氢站安全建设与氢能源社会转型。2. 研究方法- 分析相关规定设计制作防护墙，用TNT起爆试验评估性能。防护墙若被破坏则改进重测；若未破坏，分析其及后方区域所受爆炸压力影响，与无防护墙时纯爆炸压力结果对比，验证安全性。因氢容器爆炸特性，本研究将氢气换算为TNT当量进行试验。 图2 研究方法3. 防护墙设计与制作- 防护墙规定：KGS code FP 216规定防护墙安装位置，其规格分钢板、混凝土块、钢筋混凝土（RC）三种，厚度和高度各异。 图3 防护墙安装规定- 防护墙制作：按规定制作三种防护墙，块制防护墙在块体接缝处用单排钢筋绑扎后做混凝土砂浆作业，RC防护墙以双排钢筋400mm间隔安装。4. 实证试验- 试验准备- 氢气 - TNT等效换算：调查加氢站后选1000 bar、721L超高压氢容器为换算对象，与陆军士官学校合作，用特定公式计算TNT当量，经研究计算该氢容器爆炸压力相当于51.25kg TNT。- TNT及传感器布置：为掌握爆炸压力影响，将TNT置于距防护墙1、2、4m处。防护墙内不同位置安装多种传感器，外装入射压力传感器。传感器安装杆位置综合多因素确定，不同高度设传感器测量不同距离处爆炸压力，比较反射与入射压力分析防护墙减压效果。- 试验开始- 初次试验：三种防护墙均被严重破坏，无法识别痕迹且爆炸压力数据丢失，表明防护墙未降低爆炸压力，其碎片散落可能致二次伤害，后方区域不安全。- 改进点得出：初次试验的钢板制和块制防护墙防护性能低效，前者成本高，后者效果有限。重新选RC防护墙为试验体，并增加预制混凝土（PC）防护墙，其室内制作不受天气影响，可缩短工期、减少扰民，实用性高。- 二次试验：TNT和传感器布置同前，制作200mm厚RC防护墙和250mm厚PC防护墙试验。结果200mm厚RC防护墙倾斜，250mm厚PC防护墙距TNT最近1m处一面墙倒，其余面保存。 5. 试验结果- 数据分析- 200mm厚RC防护墙：除最远反射压力传感器（2号）外，其余传感器因强压力损坏，2号传感器测压2428kPa，故防护墙所受爆炸压力至少2428kPa以上。整理防护墙背面不同距离传感器测压最大值。- 250mm厚PC防护墙：因PC防护墙反射压与纯TNT爆炸力传递相同，按与200mm厚RC防护墙相同方式分析，给出其背面爆炸压力影响数据。- 防护性能分析：对比反射压传感器测防护墙纯爆炸压力数据和入射压传感器测后方压力数据评估防护性能，但反射压数据因压力大丢失，用以往纯爆炸压力实验数据比较。结果显示RC防护墙减爆约78.14%，PC防护墙减爆约90%以上，二者在距爆炸点约4m处仍有明显减压效果，但加氢站建设选防护墙需考虑成本效率。6. 研究结论- 初次试验表明现有规定中块制和钢板制防护墙性能不足，RC防护墙性能优。二次试验增大RC防护墙厚度并新增PC防护墙试验，二者距爆炸点1m处墙有破坏，与以往纯爆炸压力实验对比，RC防护墙减爆约80%，PC防护墙减爆约90%以上。本试验结果有望为未来安全防护墙设计规格制定提供参考。 来源：气瓶设计的小工程师