CẨM NANG HƯỚNG DẪN AN TOÀN CHÁY NỔ HYDROGEN

1. Mục đích và phạm vi

Mục đích:
Cẩm nang này cung cấp hướng dẫn an toàn thực hành cho kỹ sư, người vận hành, đội phòng cháy chữa cháy (PCCC) và nhà quản lý kỹ thuật trong các hoạt động sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và sử dụng khí hydrogen (H₂).

Phạm vi:
Áp dụng cho các cơ sở công nghiệp và thương mại có xử lý hydrogen dạng khí hoặc dạng lỏng, bao gồm cả các trạm tiếp nhiên liệu (HRS). Cần điều chỉnh phù hợp với quy định và điều kiện địa phương.

2. Tính chất và các mối nguy chính của Hydrogen

• Hydrogen là khí dễ cháy cực cao, không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí.

• Có phạm vi cháy rộng (4–75%), năng lượng đánh lửa rất thấp và ngọn lửa gần như vô hình dưới ánh sáng ban ngày — khiến việc phát hiện và ứng phó trở nên khó khăn.

• Các rủi ro kỹ thuật bao gồm cháy tia (jet fire), nổ cầu lửa (fireball), giòn hoá do hydrogen, tấn công hydrogen ở nhiệt độ cao (HTHA) và ăn mòn bụi kim loại (metal dusting).

• Những rủi ro này đặc biệt đáng lưu ý trong các hệ thống reformer SMR/ATR/POX và các thiết bị hoạt động ở nhiệt độ, áp suất cao.

3. Nguyên tắc quản lý rủi ro (phương pháp ALARP)

1. Loại bỏ / Giảm thiểu: Tránh sử dụng hydrogen khi không cần thiết; lựa chọn công nghệ an toàn hơn.

2. Kiểm soát kỹ thuật: Lắp đặt các hệ thống bảo vệ cơ khí và tự động (PRV, ống xả, hệ thống phát hiện khí và lửa).

3. Bảo vệ & Giảm nhẹ: Tạo vùng cách ly, tường chống cháy, lối thoát hiểm và xây dựng kế hoạch ứng phó khẩn cấp.

4. Yêu cầu thiết kế an toàn

4.1 Tiêu chuẩn áp dụng

Các tiêu chuẩn quan trọng: ISO 19880, ISO 14687, NFPA 2, GB 50516, GB 50177, và các hướng dẫn của AIGA (như AIGA 045/07, AIGA 110/20).
Luôn ưu tiên tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn quốc gia tại nơi triển khai.

4.2 Thiết kế hệ thống xả khí

• Thông số thiết kế: độ cao, đường kính ống xả, hướng thoát khí và phân tích vùng cháy tia, đám mây dễ cháy.

• Phân loại: phân biệt giữa xả khí quy trình (purge) và xả khẩn cấp (PRD).

• Vị trí: đầu xả phải hướng lên cao, tránh khu vực có người và nguồn phát lửa.

• Kiểm chứng an toàn: sử dụng mô hình phân tán khí để xác nhận khoảng cách an toàn trong các tình huống xấu nhất.

4.3 Hệ thống Hydrogen lỏng (LH₂)

• Tuyệt đối không để nước xâm nhập vào ống xả; hiện tượng đóng băng có thể gây tắc nghẽn và nổ bồn chứa.

• Khi LH₂ bị rò rỉ và cháy, việc phun nước có thể làm đóng băng đầu xả, gây tích áp và nổ mạnh.

4.4 Khoảng cách an toàn cho trạm tiếp nhiên liệu (HRS)

• Xác định khoảng cách theo các tiêu chuẩn ISO 19880, NFPA 2 hoặc GB 50516, tùy cấu hình trạm và phương thức cấp hydrogen.

• Không được dùng tường chắn để giảm khoảng cách an toàn bắt buộc.

5. Hệ thống phát hiện khí và cháy

• Thiết kế hệ thống phát hiện theo AIGA 110/20 và ISO 26142 (Hydrogen detection apparatus).

• Bố trí đầu dò tại khu vực máy nén, cụm van, bồn chứa và trụ cấp nhiên liệu.

• Thực hiện hiệu chuẩn và bảo trì định kỳ.

• Tích hợp tín hiệu phát hiện khí/cháy vào hệ thống dừng khẩn cấp (ESD) nếu có.

6. Kiểm soát nguồn đánh lửa

• Thiết lập nối đất và liên kết điện cho toàn bộ thiết bị, ống dẫn và xe bồn để tránh phóng tĩnh điện.

• Xác định khu vực nguy hiểm (Ex) và sử dụng thiết bị điện đạt chuẩn phòng nổ.

• Kiểm soát các nguồn đánh lửa tiềm ẩn như bề mặt nóng, tia lửa cơ học hoặc thiết bị không đạt chuẩn.

• Lưu ý: các hệ “ngăn đánh lửa” (ignition suppression) không thể loại bỏ hoàn toàn nguy cơ — cần đánh giá kỹ thuật kỹ lưỡng.

7. Vận hành an toàn và quy trình

7.1 Nguyên tắc vận hành

• Nhân viên phải được đào tạo về đặc tính của hydrogen, hành vi khi xả khí và biện pháp xử lý khẩn cấp.

• Áp dụng nghiêm ngặt quy trình cấp phép làm việc nóng (Hot Work Permit) cho hàn, mài, cắt gần thiết bị hydrogen.

• Thực hiện khóa-đóng-gắn (LOTO) khi bảo trì hoặc cô lập hệ thống.

• Tổ chức kiểm tra an toàn trước khởi động (PSSR) sau mỗi thay đổi hệ thống.

7.2 Cháy đầu xả và bài học thực tế

• Nhiều vụ cháy đầu xả nên để cháy tự nhiên cho đến khi có thể cô lập nguồn hydrogen an toàn.

• Người vận hành không nên cố dập ngọn lửa đầu xả trừ khi có nguy cơ lan rộng.

• Với hệ thống LH₂, không phun nước vào đầu xả vì có thể gây đóng băng và nổ áp suất.

• Giữ khoảng cách an toàn, giám sát từ xa và chờ chỉ đạo từ phòng điều khiển hoặc người phụ trách an toàn.

8. Ứng phó khẩn cấp và chữa cháy

8.1 Khi phát hiện rò rỉ khí hoặc cháy đầu xả

1. Kích hoạt báo động và thông báo lực lượng ứng cứu.

2. Sơ tán nhân viên theo hướng ngược gió, giữ khoảng cách an toàn.

3. Nếu ngọn lửa đầu xả ổn định và không lan, để cháy và đóng nguồn hydrogen nếu có thể làm an toàn.

4. Nếu cháy lan, lực lượng PCCC được huấn luyện có thể làm mát khu vực xung quanh nhưng không được phun nước vào ống xả LH₂.

8.2 Các hành động nghiêm cấm

• Không phun nước trực tiếp vào ngọn lửa hoặc đầu xả LH₂.

• Không cho người chưa huấn luyện tiếp cận khu vực cháy.

• Không khởi động lại hệ thống khi chưa kiểm tra và được phép.

9. Bảo trì và giám sát vật liệu

• Lập lịch bảo trì định kỳ cho PRV, ống xả, máy nén, van và hệ phát hiện khí.

• Thay thế thiết bị theo khuyến nghị của nhà sản xuất.

• Giám sát hiện tượng giòn hoá, HTHA, ăn mòn bụi kim loại ở vùng chịu nhiệt và áp cao.

• Lưu hồ sơ kiểm tra và chứng nhận để phục vụ công tác kiểm định, pháp lý.

10. Đào tạo và diễn tập

• Đào tạo định kỳ cho nhân viên vận hành, bảo trì và an ninh về an toàn hydrogen, dừng khẩn và sơ tán.

• Tổ chức diễn tập ứng phó sự cố ít nhất 1–2 lần mỗi năm.

• Cập nhật quy trình vận hành theo bài học rút ra sau mỗi sự cố.

11. Ghi nhãn, hồ sơ và tuân thủ pháp lý

• Dán biển cảnh báo tiêu chuẩn (ví dụ: “Khí dễ cháy”, “Hydrogen – UN1049”).

• Lưu trữ bảng dữ liệu an toàn (SDS) tại khu vực có sử dụng hydrogen.

• Ghi chép đầy đủ hồ sơ kiểm tra, hiệu chuẩn, đào tạo và sự cố.

• Tuân thủ các tiêu chuẩn ISO 19880, ISO 14687, NFPA 2, GB 50516, GB 50177 và các quy định trong nước.

Phụ lục A – Danh mục kiểm tra trước ca vận hành

• Hệ thống phát hiện khí và cháy: hoạt động tốt / không.

• Áp suất và nhiệt độ: trong giới hạn cho phép.

• Ống xả và van an toàn: không tắc nghẽn, không hư hỏng.

• Khu vực làm việc: thông thoáng, không có vật dễ cháy.

• Người vận hành: nắm rõ quy trình dừng khẩn cấp.

Phụ lục B – Hướng dẫn ứng phó khẩn cấp nhanh

1. Kích hoạt báo động và sơ tán ngay lập tức.

2. Thông báo cho phòng điều khiển và lực lượng PCCC.

3. Nếu đầu xả cháy ổn định, để cháy, cô lập nguồn khí.

4. Tránh phun nước vào ống xả LH₂.

5. Chỉ quay lại khu vực sau khi được phép kiểm tra và xác nhận an toàn.

Phụ lục C – Danh mục bảo trì định kỳ

• Hiệu chuẩn đầu dò khí hydrogen (ghi ngày, kết quả).

• Kiểm tra và thử van an toàn (PRV).

• Kiểm tra ống xả LH₂ tránh đóng băng, tắc nghẽn.

• Kiểm tra vật liệu xem có nứt, biến dạng, giòn hoá.

• Kiểm tra hệ thống nối đất và liên kết điện.

Kết luận

Hydrogen có những đặc tính đặc biệt gây ra rủi ro cháy nổ cao, nhưng hoàn toàn có thể kiểm soát được nếu thiết kế đúng, vận hành nghiêm ngặt và đào tạo liên tục.
Tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế, duy trì quy trình bảo trì, và xây dựng văn hoá an toàn là nền tảng vững chắc cho mọi hệ thống hydrogen hiện đại.