本书综述了氢能产业及加氢站的发展现状和主要问题，归纳了完整性管理理论、技术方面的基本知识，构建了加氢站完整性管理方法，明确了加氢站储氢容器、氢压机、安全防护系统等关键设备全生命周期过程质量控制、风险管控、缺陷管控、预警和应急等方面的要求，介绍了加氢站完整性管理信息系统的研发情况。全书分为8章，分别是绪论、完整性管理基本知识、加氢站工艺及设备概况、加氢站设备完整性管理要素及基础要求、氢气储存设备完整性管理专项要求、氢气压缩机完整性管理专项要求、加氢站安全防护系统完整性管理专项要求、加氢站完整性智能管理系统开发。
本书是国内外首部加氢站完整性管理方面的专业书籍，可用于指导加氢站的设备管理，供加氢站及氢能领域装备、工程、科研、管理等方面的从业人员学习与参考。另外，本书也是完整性管理这一通用方法理念的一个系统化应用案例（在加氢站领域），对完整性管理在特种设备、石油化工、机械等行业的应用同样具有较强的指导意义，可供从事相关工作的科技、工程人员参考。

第1章绪论001
1.1氢与氢能001
1.1.1氢及其特性001
1.1.2氢能及其特点002
1.1.3氢燃料电池技术003
1.2氢能产业及其发展概述005
1.2.1氢能产业链及其现状005
1.2.2氢能产业发展前景展望011
1.3加氢站及其发展现状概述013
1.4设备完整性管理概述014
1.5加氢站问题与解决方案017
1.5.1氢能产业发展的瓶颈问题017
1.5.2加氢站的问题与需求019
1.5.3加氢站问题解决方案020

第2章完整性管理基本知识022
2.1引言022
2.2设备的定义和类别022
2.3完整性管理基础理论023
2.3.1设备的缺陷023
2.3.2风险评估的基础理论031
2.3.3可靠性分析的基础理论038
2.3.4功能安全评估的基础理论049
2.3.5系统论054
2.4完整性管理的基础技术054
2.4.1设备完整性监检测与评价技术054
2.4.2设备风险分析识别技术065
2.4.3信息化和智能化技术066
2.5完整性管理运行模型068
2.6完整性管理典型应用069
2.6.1完整性管理在炼化成套装置的应用069
2.6.2完整性管理在油气管道上的应用070
2.6.3完整性管理在常压储罐上的应用070

第3章加氢站工艺及设备概况071
3.1引言071
3.2长管拖车外供氢高压加氢站工艺073
3.2.1整体工艺073
3.2.2子系统工艺076
3.3加氢站关键设备080
3.3.1加氢站设备类别080
3.3.2储氢设备083
3.3.3氢气压缩机090
3.3.4加氢机096
3.3.5管道元件及连接件098
3.3.6安全防护设备099
3.4加氢站标准101

第4章加氢站设备完整性管理要素及基础要求105
4.1引言105
4.2管理文件105
4.2.1基本要求105
4.2.2管理手册106
4.2.3程序文件106
4.2.4作业指导文件107
4.3管理方针108
4.4目标与计划108
4.4.1目标108
4.4.2计划109
4.5资源条件110
4.5.1基本要求110
4.5.2设备设施111
4.5.3组织机构与人员111
4.6能力与资质113
4.6.1基本要求113
4.6.2安全教育114
4.6.3技术培训115
4.7交流与沟通115
4.8过程质量管控116
4.9检维修管理117
4.9.1基本概念117
4.9.2加氢站检维修模式118
4.9.3检维修管理流程和主要内容119
4.10缺陷管理120
4.10.1缺陷管理的基本原则和要求120
4.10.2缺陷管理流程121
4.10.3缺陷数据收集123
4.11异常管理124
4.11.1异常的定义及主要情况124
4.11.2异常管理的基本要求和流程125
4.11.3异常情况数据收集126
4.12变更管理126
4.12.1变更管理的范围126
4.12.2变更管理的流程127
4.13风险管理128
4.13.1风险管理流程128
4.13.2风险管理基本要求128
4.14预警与报警管理133
4.14.1基本概念133
4.14.2预警管理134
4.14.3报警管理135
4.15失效管理136
4.16应急管理138
4.16.1应急管理内涵138
4.16.2应急管理主要内容和要求138
4.17备品备件管理140
4.17.1备品备件的范围140
4.17.2备品备件管理的基本要求140
4.18文件和记录管理140
4.18.1文件和记录的内容140
4.18.2文件和记录管理的基本要求141
4.18.3文件和记录管理的方法142
4.19绩效评价142
4.19.1绩效评价的基本方法142
4.19.2KPI及其分析评价143
4.20持续改进144
4.21信息化管理146
4.21.1完整性管理信息化的目标146
4.21.2信息化管理的基本要求147

第5章氢气储存设备完整性管理专项要求150
5.1引言150
5.2储氢设备的缺陷与评价152
5.2.1储氢设备的失效模式及损伤机理152
5.2.2钢质无缝瓶式储氢容器缺陷识别与评价162
5.2.3钢带错绕式储氢容器缺陷识别与评价168
5.3储氢设备过程质量管控171
5.3.1储氢设备的设计171
5.3.2储氢设备的制造183
5.3.3储氢设备的安装189
5.3.4储氢设备使用管理190
5.3.5储氢设备定期检验198
5.3.6储氢设备修理与改造199
5.3.7储氢设备档案资料管理201
5.4储氢设备的风险管控201
5.4.1储氢设备的风险识别201
5.4.2储氢设备的风险评估205
5.4.3储氢设备的风险控制216
5.4.4储氢设备的风险监测217
5.5储氢设备的检维修217
5.5.1检维修基本原则和要求217
5.5.2检维修内容和要求218
5.5.3主要检查测试方法221
5.5.4主要维护修理方法228
5.6事故报告和事故处置231
5.6.1事故报告231
5.6.2事故处理232

第6章氢气压缩机完整性管理专项要求233
6.1引言233
6.2氢气压缩机的故障识别234
6.2.1压缩机的失效模式234
6.2.2隔膜压缩机的缺陷识别236
6.2.3液驱活塞压缩机的缺陷识别242
6.3氢压缩机过程质量管控246
6.3.1氢气压缩机选型246
6.3.2氢气压缩机制造248
6.3.3氢气压缩机安装260
6.3.4氢气压缩机使用管理263
6.3.5氢气压缩机的修理与改造269
6.3.6压缩机的档案资料管理270
6.4氢气压缩机风险管控271
6.4.1氢气压缩机的风险识别271
6.4.2氢气压缩机的风险评估272
6.4.3氢气压缩机的风险控制278
6.4.4储氢设备的风险监测279
6.5氢气压缩机检维修280
6.5.1检维修的基本原则和要求280
6.5.2检维修主要内容和要求283
6.5.3主要检查测试方法288
6.5.4主要维护修理方法288
6.5.5以可靠性为中心的维修（RCM）293
6.6应急管理295

第7章加氢站安全防护系统完整性管理专项要求297
7.1引言297
7.2加氢站安全防护系统基础要求299
7.2.1标准要求299
7.2.2系统化301
7.3加氢站安全防护系统的功能安全303
7.3.1安全功能需求分析303
7.3.2安全仪表系统的功能安全保障321
7.4仪表联锁保护系统完整性管理基本要求328
7.4.1概述328
7.4.2仪表联锁保护系统的故障识别329
7.4.3仪表联锁保护系统全生命周期管理332
7.5安全阀完整性管理基本要求338
7.5.1概述338
7.5.2安全阀故障识别338
7.5.3安全阀全生命周期管理339

第8章加氢站完整性智能管理系统开发345
8.1概述345
8.2系统功能设计345
8.2.1开发目标345
8.2.2功能设计346
8.3系统总体架构349
8.4加氢站危险监测预警系统开发352
8.4.1概述352
8.4.2监测预警规则353
8.4.3基于光纤光栅技术的预警系统360
8.5现场数据采集移动终端开发366
8.5.1概述366
8.5.2功能设计367
8.5.3软件主要界面368
8.6加氢站完整性管理系统功能界面368

参考文献371

氢能是清洁环保、优质高效、可再生的二次能源，因其可同时解决能源危机、环境恶化问题而受到世界各国的普遍关注。氢能产业链的完善与发展，已成为欧、美、日等国家和地区能源战略的重要组成部分，被视为实现“碳达峰、碳中和”目标的关键技术路径之一。加氢站是氢能产业利用的关键基础设施，是连接氢能制、储、运、用的核心枢纽，加氢站的建设与运营直接关系到氢能产业的推广进程及健康发展。我国氢能、加氢站在“十三五”“十四五”经过了两轮飞跃式的发展，已经解决了大部分技术、政策等方面的问题，目前进入了产业化的爬坡攻坚阶段，要实现其大规模商业化，下一步要重点解决两方面的瓶颈问题：一是经济性问题，二是安全性问题。
与传统加油站、CNG加气站相比，加氢站的技术复杂度更高、危害因素更多、安全风险更为突出，且运营管理经验相对匮乏。加氢站处理的介质是易燃、易爆、高压、大容量的氢气，且又大都建在城市交通要道，甚至居民区等人口、财产集中的地方，加氢站一旦发生事故将会造成极其严重的后果。目前，加氢站的发展历史还较短，总体而言还是一个新生事物，不成熟因素多，全球已有的900多座加氢站，已经发生了多起安全事故。2019年，20天内，在挪威、韩国相继发生2起加氢站爆炸事故，造成2死8伤。2024年6月，德国又发生加氢站火灾事故，导致加氢站全部烧毁，经济损失逾1000万欧元。这些事故引起了全球对加氢站安全的极大关注及对氢能产业发展前景的担忧。另外，据调查，很多加氢站设备时常发生小型泄漏、故障、操作失误等隐患事件，反映了设备的安全性、可靠性处在较低的水平，暴露出加氢站设备在设计、建设、运营、使用等全生命周期管理中仍存在诸多薄弱环节。据统计，加氢站事故及设备失效的原因是多方面的，但管理因素是其中的重要方面，80%以上的事故都发生在使用环节，由管理原因引起。
在上述背景下，本书首次将“完整性管理”理念系统引入加氢站领域，旨在构建一套科学、全面、可操作的完整性管理理论、方法、技术体系，为加氢站完整性管理提供必要的支撑。完整性管理（integrity management）发源于军工领域，兴起于石油天然气行业，是一种以风险管控为核心，贯穿设施全生命周期的系统化管理方法。完整性管理通过识别危害、评估风险、制定控制措施、监控实施效果、持续改进优化的闭环管理流程，确保设备设施在设计寿命期内安全可靠运行。将完整性管理应用于加氢站，具有以下显著优势：首先，它突破了传统安全管理“事后应对”的局限，转向“事前预防”和“过程控制”；其次，它整合了设备可靠性、工艺安全性、人员操作规范性等多维度要素，形成统一管理框架；再次，它强调基于数据的决策和持续改进机制，使安全管理从经验型向科学型转变；最后，它通过系统化的风险评估方法，帮助管理者合理分配有限资源，实现安全效益最大化。
笔者长期从事特种设备安全、炼化设备完整性管理、氢能安全的研究，在参与的多个氢能科研、工程、标准制定项目过程中，深切感受到加氢站建设、运营等相关单位对系统性管理方法的迫切需求。目前市面上关于氢能、加氢站的书籍总体较少，难得的几部均集中于技术介绍或设计规范，缺乏从管理角度系统阐述如何保障加氢站长期安全运行的专著。国内外也都没有制定加氢站完整性管理方面的专门标准规范，相关的标准规范中涉及管理体系、过程质量管控、风险管理等要素的规定均较为笼统。
本书填补了加氢站完整性管理领域的空白，基于设立的专门科研项目对加氢站完整性管理方法及必要的技术工具进行了系统的研究，对近百座加氢站现场调研并获得数据，同时参考了石油化工、特种设备等高危行业成熟管理经验，构建了加氢站完整性管理的理论框架和实施路径，形成了一套完善的完整性管理方法。本书对这套方法进行全面的介绍，全书共分8章：第1章绪论，介绍氢能、加氢站的发展现状、问题及解决方案；第2章介绍完整性管理基本知识；第3章介绍加氢站工艺及设备概况；第4章介绍加氢站设备完整性管理要素及基础要求；第5章介绍氢气储存设备完整性管理专项要求；第6章介绍氢气压缩机完整性管理专项要求；第7章介绍加氢站安全防护系统完整性管理专项要求；第8章介绍加氢站完整性智能管理系统开发。本书第8.4.3小节根据武汉理工大学杨明红教授团队提供的资料编写，中国特检院张芾参与了本书的资料收集工作。
目前氢能及加氢站产业、技术都处于快速发展期，相关的数据日新月异，本书动笔从2022年开始，至截稿经历的时间周期较长，书中的部分数据可能与当前的数据有出入，但对本书的使用影响不大，请读者在阅读引用时注意甄别。
本书的完成得益于多方支持。感谢中国特种设备检测研究院重点研发计划项目资金的支持，感谢中石协炼油与化工专标委、中石协加能分会、中国氢能联盟、全国氢能标准化技术委员会相关专家的指导，感谢参与调研的数十家加氢站运营企业无私分享实践经验；感谢国内外同行学者的前沿研究成果为著者提供了宝贵参考。
著者深知，作为新兴领域的第一部系统性著作，本书难免存在不足之处。另外加氢站技术仍在快速发展，管理经验需要持续积累，完整性管理方法也需在实践中不断检验和完善。著者期待本书能起到抛砖引玉的作用，引发行业对加氢站安全性、可靠性、经济性问题的深入思考和广泛讨论。
氢能产业的健康发展需要科技进步与理念更新。希望本书能为加氢站运营管理者提供实用工具，为监管部门制定政策提供技术参考，为行业研究人员开拓思路，共同推动我国加氢站安全水平迈上新台阶。让我们以科学的态度、严谨的方法、创新的精神，迎接氢能时代的全面到来！

著者
2026年1月