【皮尔磁Pilz】2024氢能行业的功能安全工业信息安全和防爆保护白皮书_31页_2mb

氢能行业的功能安全、工业信息安全及防爆保护白皮书（2024）
Pilz GmbH & Co. KG

核心内容总结

1. 氢能行业安全目标
   全球正推动氢能技术以实现2050年净零碳排放目标。氢能价值链各环节（制造商、运营商、用户等）需将事故风险控制在社会可接受范围内，确保业务连续性。安全设计需贯穿设备全生命周期，涵盖风险分析、评估及工程开发。

2. 氢能安全风险与应对
   氢气具有易燃易爆特性，其可燃范围广（4%-78%体积浓度），点火能量低（40兆焦耳），且分子小易泄漏。主要风险包括火灾、爆炸、窒息以及低温冻伤。需通过通风、泄漏检测、火焰传感器等技术手段防范，并结合功能安全与工业信息安全实现双重保护。

3. 功能安全标准与措施
   功能安全依赖控制系统可靠运行，需遵循IEC 61508、IEC 61511等标准，涵盖风险评估、安全完整性等级（SIL）及安全生命周期管理。安全监控需分层设计：若基础安全措施失效，需启动更高层级的安全响应（如紧急停机）。关键功能包括压力监控（如安全阀联动）、温度监控、气体浓度检测及火焰探测（需区分传统火焰监测与氢气特性）。

4. 防爆保护要求
   氢气处理设备需符合ATEX 137及IECEx标准，划分爆炸危险区域（0/20至2/22区）并匹配防护类型（如ExMC、Extc）。防爆文件需明确区域划分及设备认证要求，同时考虑材料耐腐蚀性与机械结构安全性。

5. 工业信息安全（ISI）
   工业信息安全聚焦自动化系统与控制网络的防护，需防止人为误操作或网络攻击对安全功能的干扰。IEC 62443标准提供IT/OT安全整合框架，包括访问权限管理（IAM）、区域与通道划分、安全级别评估等。Pilz提出通过电子钥匙（如PITreader）与安全控制器结合，实现操作流程的加密授权与动态监控。

6. 应用领域安全要求

   • 氢气生产：电解器需监控电压、电流、泄漏及火焰，蒸汽转化炉需防范高压、高温及爆炸风险。
   • 加氢站：需安全监控温度、压力梯度及氢气浓度，保障加注过程的稳定性与安全性。
   • 氢气消耗设备：燃料电池需满足电气安全与EMC兼容性，氢燃烧器需调整结构以适配氢气特性，燃气发动机需限制氢气混合比例并监测流量。

7. 标准化与合作重要性
   氢能行业需通过统一标准（如ISO 22734、ISO 19880-1）降低技术壁垒，确保法规与技术解决方案的兼容性。跨行业协作与技术验证（如Pilz参与80个国际标准委员会）对推广安全技术至关重要。

8. 结论与呼吁
   安全性是氢能技术普及的核心前提。Pilz强调需基于成熟解决方案（如PSS4000自动化系统）实现风险控制，同时呼吁行业通过标准化、跨部门合作提升社会接受度，避免因事故风险阻碍技术发展。

附加信息

• 风险评估需覆盖人员误操作（如钥匙绕过、旁路连接）及设备故障（如传感器失效）。
• 安全监控需结合物理传感器（如热电偶）与电子系统（如安全控制器），确保动态过程值的准确响应。
• 国际标准化进程需平衡技术细节、成本优化与全球适用性，以支持氢能产业链的可持续发展。