高空气象探测是气象综合探测的重要组成部分,探测方法是利用探空气球作为一个载体，携带探空仪器升空，上升过程中探空仪器测定不同高度和经纬度的温度、气压、空气湿度等气象数据并将其通过无线电信号发回地面，从而获得空中的气象要素值，对天气预报、科学研究，特别是灾害性天气预报至关重要。而充灌探空气球的氢气，是探空业务中不可或缺的重要组成部分。目前全国气象台站高空探测所用氢气的主要来源是水电解制氢、化学制氢和购置瓶装的成品氢。氢气是易燃易爆气体，所以氢气生产、储运、使用等各个环节都必须把安全放在首位，牢固树立安全第一的思想切实做好安全生产管理和技术保障工作，确保高空气象探测业务安全运行。目前，西宁市气象站氢气主要来源是购置瓶装成品氢，运输过程存在安全隐患，一旦容器的安全监测及预警技术不到位易发生泄漏事故。随着气象现代化建设的发展，青海省部分高空气象台站也实现了水电解制氢，避免环境污染，减轻台站工作人员的劳动强度，保证了氢气质量，既提高经济效益，又促进了气象综合探测现代化的建设。利用水电解制氢原理是利用浓度25.7% 的电解质与电极形成2个电解室，在接通电源之后，水发生物理反应，被分离成氧气和氢气。利用该技术产生的氢气纯度较高、无公害、绿色环保，对于设备和空间无特殊要求，适用于各种场合制取氢气。但水电解制氢具有以下的技术缺陷和安全隐患：一、氢气性质不稳定，纯度不高的氢气具有易爆的特点，在相关硬件设施和管理制度不完善的场所，容易发生安全事故；二、设备品质存在问题，各项所达到的指标和国际设备标准要求仍有较大差距；三、设计安装不能够多样化，用氢储氢不够规范合理，由于设备安装和设计要考虑房间布局和视野条件，因而设计和安装设备时使其间隔较小，不能够拥有良好的通风散热条件，不能达到相关技术规定中房间隔离要求的技术标准。故如何安全进行气象探空水电解制氢成了一大难题，而HQ4型化学制氢设备作为安全、便捷、环保且综合性能好的一种新型制氢设备，可满足高空气象台站用氢要求，更应为气象探测业务发挥应有的作用。
1 国内外研究现状
目前我国各高空气象探测台站制氢方法，多为水电解制氢法。通过该方法制氢使用的设备装置根据操作方式的不同分为高压式、中压式和常压式，国内生产装置压力一般要求为 0.65~2.85Mpa 之间 , 操作温度在 75~85℃，氧气纯度达到 98.5%，氢气纯度达到 96.6%，设备使用年限 25~35a 间。机械式水电解制氢设备要求压力 1.73Mpa，与国际设备标准要求仍有较大差距，故一定程度上仍存在较多的安全隐患。
近年来，国内在水电解制氢方面作了大量的研究工作，最近取得了突破性的进展。东北某科研单位近日研制出用海水电解制氢的新技术，从根本上解决了水电解制氢耗电大的难题,电解每立方米氢气耗电为 2.51 k w·h。该技术的各项指标居于世界领先水平，同时在制取氢气的过程中还伴有氯气和火碱等化工原料产生，也进一步降低了氢气的制取成本。据测算，建设一套日产1万立方米氢气的生产装置，总投资约需人民币1亿元，建设周期两年，投产后第一年产值3700万元，第二年7000万元，第三年8000万元以上,不到五年可收回全部投资的制取成本。而青海地理位置特殊，利用海水达到低成本、快回本的理想效果，仍然不能够实现。
安全生产作为我国一项长期基本国策，以“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产管理基本方针，安全制氢用氢成为台站重中之重的头等大事。HQ4型化学制氢设备是新型制氢设备，在安全上远超水电解制氢的安全性。在设计上实现水与制氢剂分离放置，反应器装有冷却水套，出现意外情况可以快速降温从底部排废阀门排出反应水，快速切断反应，大大提高整个制氢过程的安全保障水平。加强生态环境保护和建设是实施西部大开发的重要方面 ,从青海所处自然位置及其在全国生态环境中的地位看 ，环境保护更是尤为重要。HQ4型化学制氢设备反应剩余物质对室外环境没有污染，较传统化学制氢法，规避了反应残渣对生态环境的严重破坏。综合多方面来讲，HQ4型化学制氢设备的使用与推广，势在必行。
2 HQ4型化学制氢原理
化学制氢工作原理:金属铝粉加水，加氧 化钙在催化剂的作用下，反应生成氢气和 偏铝酸盐。主要反应式如下:
Al+NaOH+CaO+CaH2+H2O→ Ca(AlO2)2+NaAlO2+H2
启动按钮使操作安全可靠:反应器是化学制氢设备的核心部件，制氢剂和水在这里 发生化学反应生成氢气。反应器设计了专门的控制机构，在反应器快开盖上安装有一个制氢启动按钮，开始制氢的时间可人为控制，操作人员在装入制氢剂、盖上反应器封闭过程中制氢剂不反应，当准备工作全部就绪，确认可以开始制氢时，按下启动按钮起动化学反应快开盖:由于反应器 密封盖在生产中要反复开启，特别设计了可以快速开启和封闭的卡箍盲板结构，使用一只螺栓，配合棘轮扳手实现 了快速打开和封闭密封盖，方便了使用人员的操作冷却水套:反应器筒体外设计有冷却水套，可有效控制在制氢过程反应器温度在低于100°C下工作。在需要时可以快速冷却降温，能够实现一次制氢完成后，反应器快 速降低温度至50°C以下，换装制氢剂，进行再次制氢。制氢剂:制氢剂采用我所军品技术转化而来，经过多次试验和改进，优化了性能，使更适合气象用化学制氢设备的使用。设备工艺流程统筹设计:工艺流程针对制氢过程和要求进行设计，三个反应器独立工作，分别配置压力表和温度计，可以对制氢过程进行有效控制。管路流程中设置除水器和干燥器，氢气经过滤水、干燥，除去携带的水分和杂质，得到符合要求的产品氢气。系统中配备安全阀和阻火器，保护制氢设备生产安全。
3 用氢安全制度
1．高空气象探测制氢设备及其储存氨气只用于高空气象探测业务使用，严禁任何单位及个人作其他使用，氢气的使用必须由高空气象探测业务人员承担，其业务人员也必须经用氢及消防安全的学习和培训。知领导。首先应采取有效措施确保人员安全，并迅速上报主管识。
2．任何人不得携带火种进入充球室(严禁使用手机)。充灌气球人员应穿防静电工作服，不可穿戴易产生静电的服装及带钉子的鞋进行工作。以免产生静电和撞击起火。
3．储氢室(充球室)必须通风良好，以免泄露出的氢气滞留室内形成爆炸气体。室内照明、电源线和开关必须符合防爆要求。
4．储氢罐内氛气不可全部用完，罐内气压不应低于0.1MPa，以防止空气进入罐内。如果储氢罐内压力小于50kPa或长期末使用时，必须对氢气系统吹洗置换。
5．管路要有保温装置，冬季定期要从放水胸将罐内积水放掉，以防冻结。制氛室温度应保持在0℃以上，以保护设备。
6．不戴防火帽的汽车和以燃汕为动力的机械，不允许停放在制氢室及储氢室的“严禁烟火”区域内。
7．为防止产生静电，制氛机、储氢罐汇流排、氛气瓶和充气平衡器必须接地良好，要求每年测试一次接地电阳，其阻值不得大于4Ω。定期检查接地线是否良好，确保接地牢固可靠。充球时严防平衡器跌落打火，并控制充球速度和泄压速度。
8．制氢室不得存放与业务制气、储氢和用气不相关的任何其他物件。
9．储氢室(充球室)必须配备灭火器等消防器材，并按期更新。
10．随时检查制氢房周边环境情况，及时消除安全隐患。
11．所有制氢、用氢人员，必须牢固树立安全第一的思想严格遵守各项规章制度，必要是及时启动《制氢用氢应急预案》，切实做好用氢安全工作。
4 HQ4型化学制氢设备维护制度
水电解制氢设备是高空气象台站的重要设备，其维护保养好坏，直接影响设备使用寿命和安全生产，必须做到:日检查、月维护、年维修。
一、日检查
1.班前检查:制氢机及各电器设备保持清洁;电解槽体外部保持干燥，正极与地面保持绝缘。
2.班中检查:各仪器仪表和运转部件是否正常。
3.班后检查:配电盘总开关是否关闭;制主机的工作压力和控制压力是否归零;液面计显示液位高度是否基本平衡;制氢主机储氢阀是否关闭。
二、月维护
1.检查氢分析仪干燥筒内硼酸、硅胶是否变色，不合格应更换
2.用吹尘器除去控制板、电器元件、整流变压器等部件上的尘土;用示波器测量直流输出波形，相差大应调整
3.测试制氢设备的压力保护系统、温度保护系统是否正常工作。若异常，则调整有关参数。
4.制氢主机的冷却系统达不到理想状态，应清洗碱液过滤器，电解槽体外观出现异常应停机维护
5.测量电解的浓度、NaOH为(25±3)%;KOH为(30±3)%。
三、年维护
1.清洗电解槽体。
2.清洗分离除雾器
3.检查系统各馈线连接情况。
4.检定或校准氢分析仪。
5.对整机系统进行保压试验。
5 制氢用氢安全管理制度
1.从事水电解制氢操作人员，须进行水电解制氢相关知识和操作技能的培训，了解水电解制氢设备的基本原理、结构和性能，掌握制氢用氢安全操作技术。上岗前须按《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSGR0004)的要求取得国家认可的特种设备作业人员证书。
2.应当对特种设备作业人员进行特种设备安全教育和培训，保证特种设备作业人员具备必要的特种设备安全作业知识，应当严格执行特种设备的操作规程和安全规章制度。
3.制氢用氢人员应当按照《常规高空气象观测业务规范》的要求，持有高空气象观测岗位证书上岗。
4.制氢用氢人员、设备保障维修人员上岗时必须配备防静电服装防静电鞋、防碱手套等安全防护用品。
5.高空气象观测站制氢人员必须严格按照《气象业务氢气作业安全技术规范》、相关操作规程要求操作、运行和维护制氢设备。
6 用氢安全应急预案
1.首先应采取有效措施确保人员安全，并迅速上报主管领导。
2.在确保人员安全的前提下，检查电路是否断开，储氢罐、阀门是否关闭。当无法正常关闭时，等待其自然排空，再进行下一步检查、抢险。
3.制氢过程中操作人员被电解液烧伤时，应迅速进行自救，烧伤严重时拨打120急救。
4.制氢过程中发生人员严重触电时，应严格按断电、人工呼吸、拨打120急救的顺序处置。
5.充球过程中发生氢气燃烧时，应迅速关闭氢气阀门、在确保人员安全的前提下，使用泡沫或干粉灭火器进行灭火，无法实施灭火时，退出充球室等火熄灭后，再检查管路，重新充球。当无法关闭氢气阀门时，退出充球室，相关人员迅速撤离，并拨打119。
6.充球过程中发生爆炸时，应迅速撤离现场并拨打119，如有人员伤亡时应拨打120忽救。
7.电解槽或氢气管路发生燃烧，应迅速切断气源、断电措施进行处理，如果发生难以处置的火灾，应迅速拨打119。不宜采取扑灭的办法灭火，以防止扑灭后的氢气和空气混合产生其它严重问题。
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8.储氢罐发生爆炸，应按拨打119、人员搜救、拨打120急救的顺序处置。不能用扑灭的办法灭火，应该隔离人员(30米以外)等氢气燃烧尽，火自然熄灭后再进行处置。
9.发生制氢室倒塌或房顶预制板断落情况，采取断电、隔离人员进入、人员搜救、拨打120急救的顺序处置;其它可燃物起火，应迅速用房间内配置的灭火器进行灭火，必要时拨打119。
7 解制氢岗位职责
1.认真贯彻执行国家有关氢气生产和安全的法律、法规，按时参加安全知识和专业技术培训。
2.熟练掌握工作原理、熟悉操作流程、规章制度，严格执行气象部门水电解制氢各项管理制度
3.定期对设备进行维护、维修，及时测量槽体碱液浓度、补充电解液、分析氢气纯度。
4.监督设备运行，检查雷电防护、安全措施及环境状况，防火和防爆器材随时处于良好状态。
5.严格执行氢气使用、储存、运输作业的有关规定。
6.爱岗敬业，工作认真负责，熟悉水电解制氢的应急措施，能够处理突发事件。
7.发生事故时，要立即采取有效处置措施，防止事故广大，避免造成更大财产损失和人员伤亡。
8 结论
1.形成《HQ4型化学制氢设备使用手册》，既能提高综合业务的针对性和科技含量，又能减轻业务人员的工作量，而且对实施整个气象观测质量管理体系具有十分重要的现实意义。若测试通过，可以在我省气象部门推广应用。
2.通过培训和体系建设过程参与，业务人员熟练掌握各项技术规定和操作流程及特殊情况下的应急保障能力，提升了相关人员安全操作意识和工作能力，稳步提高台站氢气使用的安全水平。
3.安全生产是制氢台站的头等大事，规范使用制氢设备能最大限度的预防和减少水电解制氢站的火灾、爆炸事故的产生。
