在操作过程中，液氢和压缩氢储罐可能发生的需要处理的主要危险问题通常会由容器泄漏(LOC)引起。LOC是指从主容器中不受控制或计划外的物质释放。因此LOC既包括溢漏也包括泄漏。

氢气的泄漏问题：氢气的小分子量导致其极易通过管道或储存容器泄漏，这是一个重要的安全问题。氢气的释放可能是由于管道损坏、配件松动或系统上的阀门。因此，容器内的任何小裂缝或变形都会导致氢气的快速喷射。因此，氢气与大气中的氧气在4.0~75%体积比（v/v）的浓度范围内形成混合物，产生可燃混合物，18~59% 体积比（v/v）产生爆炸性混合物。氢气释放后立即点火导致喷射火灾或延迟点火导致爆炸。这些事件的后果对人类、环境、结构和财产等会有直接或间接的影响。

氢气密闭空间问题：没有火灾事故的氢气释放仍然是一个危险问题，特别是在密闭空间，因为它会导致窒息。这是因为尽管H2是一种无毒气体，当它取代了O2，使得氧的浓度降低到19.5%以下。氢气积聚到与泄漏源连通的封闭空间式，对在那里的人有造成窒息的危险。最近，对封闭设施内氢气的分散进行了CFD建模，以模拟在低释放速率下真实规模的车库内氦气(作为H2的替代品)的积累。由于所研究的流动性质，研究了不同的湍流模拟方法(LES和RANS)以及层流模型。尽管气体在低雷诺数时有释放，但仍观察到湍流的形成。结果证实，LES和RANS方法能够为设施内的气体分布提供最准确的数据，而层流方法在释放阶段预测了更多的分层。

应用CFD模拟研究了在封闭停车场内具有自然通风条件下，在700 bar压力下车载储氢容器中未点燃氢气的释放和扩散。讨论了泄漏方向角和泄漏直径对可燃云形成的影响，以及对停车场通风、急救人员和车内乘客造成的后果。该研究考虑了一个有两个相对通风口的停车位。通过对三种直径分别为0.50、2.00和3.34 mm的TPRD的释放量进行比较，了解了气体的分散情况，特别是氢气体积为4%、2%和1%时的包膜形成动力学。根据他们的研究结果，TPRD的释放角度对乘客的出口有影响，显示直径为0.5 mm的TPRD对于700 bar压力的存储更安全。

氢气泄漏着火安全问题：氢气释放后可能发生的一种情况是立即着火，导致喷射火灾。喷射火是一种高速湍流火焰，由燃料燃烧以相当大的动量向某个方向释放而产生。对于在压力容器中储存的气态氢，环境和容器内的压力差导致释放的燃料的高动量迅速与湍流的环境空气混合。点火可由多种来源引发，例如电气设备和/或快速关闭阀门的火花、静电放电等。用于氢燃料电池汽车的气态储氢罐的加压在 350 至 700 bar 之间，而类似燃气动力车辆中的液化石油气 （LPG） 储罐等其他燃料的加压压力在 2.5 至 21 bar 之间。因此，涉及氢燃料电池汽车的事故或碰撞风险可能是灾难性的。 与氢燃料电池公交车可以携带多达50公斤的氢气相比，氢燃料电池乘用车可以携带约4~6公斤的氢气，所以这种风险得到了进一步的改善。值得注意的是，氢火燃烧干净，烟雾和烟尘产量最小，因此氢火焰可能无法检测或肉眼可见。考虑到氢火焰具有高速度和高热量释放率，这增加了火灾蔓延和暴露给人类的风险。因此，北美国家消防协会(NFPA)授予氢的可燃性等级为4，这是NFPA 704可燃性等级中的最高等级。

应用层流火焰LET技术和LES方法高压氢射流火灾进行了模拟，并与大型垂直射流火灾的实验结果进行了比较。喷嘴出口处的LES灵敏度分析表明，对于0-20%的湍流强度，观察到对火焰宽度和长度的影响有限。在20%以上，湍流强度的增加导致火焰长度的减少和火焰宽度的增加。模拟了与实验测试相比，最准确的结果是湍流长度尺度为7%等效直径和湍流强度等于25%的更细网格。

为了确定加工厂管架结构高压氢气管道产生的氢气射流火灾的结果，进行了CFD研究。使用Kameleon FireEx(KFX)代码，他们计算了复杂管架结构配置下的辐射热、射流温度和热流密度分布。他们还分析了热损伤的后果，并介绍了大规模射流火灾对管架结构的火灾损害。对隧道内氢动力汽车的氢气喷射火焰进行了CFD数值模拟研究。研究了泄漏位置、隧道容积、横向通风量、纵向通风量、泄漏面积、氢气泄漏率等参数。随着H2释放速率的增加，隧道内氢气的扩散速率和温度升高速率均增大。另一方面，过高的泄漏率抑制了氢气在隧道内的进一步扩散。随着隧道断面面积的增大，氢气扩散速率减小。纵向通风可有效降低隧道内整体温度。而高温层会降低到安全高度以下。隧道内需要足够的横向和纵向通风，以控制危险，避免H2射流火灾的发生。

氢气的爆炸安全问题：氢气释放后的另一种可能情况是释放和点火之间的延迟，这可能导致爆炸。在这种情况下，氢气在被点燃之前有足够的时间与空气混合，其结果将是闪火或蒸气云爆炸(VCE)。延迟点火概率与释放条件有显著的差异。另研究了液氢连续释放和瞬时释放的危害效应。得出的结论是，在这两种情况下，VCE具有最高的有害影响，可以作为确定液氢容器安全距离的基础，因为它比喷射火和闪光火更具破坏性。在另一项喷嘴直径为12 mm，压力为36 bar的研究中，可燃云的点火位置位于喷射中心线的释放点下游位置，空气/氢气混合物的H2体积为30%。他们测量了不同位置的爆炸超压，并得出结论，最高超压定义在2.5米的距离，垂直于点火点，等于0.08巴。为确定高压氢射流的最坏点火位置，进行了量化研究；在36Bar压力下为260克/秒，在70Bar压力下为1000和8000克/秒。他们进行了一项参数调查，以确定点火位置与最高超压(最坏情况)的比例，从而开发了一种新的方法，用于预测高压氢延迟点火释放的爆炸强度。

氢气热辐射对设备和结构没有显著影响。然而，暴露在氢火的热辐射下是极具破坏性的。氢是可燃的，因此有着火的危险。从泄漏处逸出的氢气会导致产生喷射火焰，而这种火焰的热辐射可能会很大。据报道，在交付阶段的几次氢气故障造成了伤害，破坏了邻居的财产，并对人类生活造成了负面影响。

气液相氢气的存储过程安全问题：如前所述，氢气的储存是在中压低温下处于液态或在常温高压下处于气态。在这两种情况下，含有氢气的容器在暴露于热辐射或高温的情况下，可能存在爆炸的重大风险。氢气容器暴露在高热辐射下可能会导致相当大的机械爆炸危险。通常，引燃的主要来源可能是邻近的火灾或由相关物放电引起的静电火花。这些情况被认为是多米诺骨牌效应，因为一个主要的巧合会产生其他事故，使事故的连锁反应对周围环境的影响加剧，导致容器及其内装物的温度升高。结果，容器爆炸，其内装物通常被点燃并以火球或喷射火的形式燃烧。与高压的气态氢储罐不同，含有液氢的储罐在低于20bar的低至中等压力下运行。因此，与气态氢的设计相比，基于较小的压力阻力的壁设计是合理的。容器被大火吞没，导致金属受热，最终失去了机械强度。

与吸收大量热量的液相相比，蒸汽的比热容要低得多，导致蒸汽部分的容器壁局部温度因供热而升高，使其金属变弱。在储存液态氢的情况下，容器过热会导致内部温度超过内装物的沸点，从而导致液体过热。在液体中存在成核点短缺的情况下，会注意到这种情况。然而，超过规定的温度极限，液相中的剩余流体不再可能（过热极限温度或均匀成核极限）。液体体积中该极限处的随机分子密度波动会产生分子尺寸可能表现为气泡的孔状区域。这最终导致液体爆炸闪光，伴随着强烈的冲击波在流体中传播并破裂容器和内容物的溢出。破裂的墙壁抛射物的行程可能达到100米，而易燃内装物形成一个球体（火球），从外层燃烧到内层。

氢气压缩充装过程安全问题：压缩气体加注过程中需要快速加注，以达到满意的加注时间，接近传统车辆的加注时间，压缩机对气体做功以增加其压力，导致气体温度高。另一方面，为了给容器内的气体加注，排放的过程是一个冷却过程。温度的变化会严重影响碳纤维和环氧树脂的力学特性。在低温下，环氧树脂基体的断裂韧性急剧降低，而在高温下，复合材料的层间剪切强度严重降低。此外，在容器的复合层和铝衬里中产生相当大的热应力。高温可能会破坏储存系统的结构完整性，从长远来看，气体和储罐的温度变化会对储存容器的使用寿命产生负面影响。三个热力学现象归因于这个问题：

第一种现象是将高压储罐产生的氢动能转化为内能；

第二种现象是氢气通过分配器节流装置使气体温度升高；

第三种现象是在整个加注过程中，当压力较高的气体从加气站进入气缸时，气体在气缸内持续压缩。

尽管钢瓶内的一部分热量传递给环境，但仍有一部分热量储存在钢瓶材料中。

在以往的研究中，对充装过程中的温升进行了研究，表明储罐的性质和充装条件都会影响温升。与IV型相比，III型压力容器在加氢过程中的温度较低，当氢气分配器或喷嘴的直径较小时，最高温度较低，并且气体温度在罐内分布更均匀。此外，通过减小容器的长径比，降低了罐内气体温度的升高。在加注条件参数方面，如果加注过程中的启动压力增加，则容器内气体的最高温度降低。各种研究表明，较低的流速、环境温度和入口气体温度会导致气体的最高温度降低。 在氢气运输容器的道路服务（加油和加压）过程中，储罐固体部件与内部气体之间的热交换仍然存在一些疑问。 此外，在氢燃料汽车的现有法规和标准中尚未指定运输容器上温度测量点的位置。

液氢的运输过程安全问题：氢作为低温液体(或LH2)的储存和运输是常见的，因为它提高了体积密度，因此与气态氢相比，相同质量的氢燃料所需的体积要小得多。LH2可以在极低的温度(-251.35℃)和低压(比大气压高几个大气压)下实现，可以用于内燃机，特别是船舶发动机。一个主要的问题是LH2从加压罐和非加压罐的意外释放。LH2释放涉及两相流射流分散，随后LH2在地面或水面上扩散，随后汽化并形成潜在的密集危险气体云，可能导致设备和结构损坏和/或对人员造成伤害。LH2意外泄漏所涉及的主要物理现象可分为：

(i)闪蒸，

(ii)部分或完全蒸发，

(iii)低温沸腾池形成，

(四)空气成分冷凝和冻结。

从储存压力到大气压力的压力变化导致孔口处饱和液态氢的瞬时汽化，从而导致罐内或管道内发生闪光。由于LH2和大气温度之间的温差，释放的燃料蒸发并与空气混合。然而，在部分汽化的情况下，在地面表面形成低温池，吸收大气和地面的热量，形成沸腾膜，同时导致固体地面冻结。最后，由于极低的普遍温度，空气中的氮、氧和周围的湿度可能会凝结或冻结，形成液体或固体颗粒。在空气和湿度相变过程中，由于液相和固相的形成，混合物密度增加，增强了云的致密性，这具有负浮力效应。另一方面，相变释放的热量产生正浮力效应。这些相互矛盾的现象影响着可燃云的形成和扩散。

CFD模型已被广泛应用于研究LH2的释放和扩散。基于健康安全实验室(HSL)的实验测试，采用CFD模型对LH2的分散进行了模拟。模拟了空气成分(氧和氮)、环境湿度、冷凝和瞬态风廓线的影响。模拟风变率、相间滑动影响、湿度和氧氮相变的数值研究结果更准确，一致性较好。

研究结果表明，大气湿度的存在和风向的变化对水汽扩散有重要影响。考虑了水动力和非水动力平衡模型。与水动力平衡模型类似，非水动力平衡模型(滑移模型)假设两相之间存在热力学平衡，但它允许两相利用守恒方程中的附加滑移项达到不同的速度。他们发现滑动效应和湿度极大地影响了云的浮力，其中使用滑动模型(湿润滑动)的模型提供了更准确的数据。

液氢可能的爆炸问题：LH2技术的一个可能的事件场景是沸腾液体膨胀蒸汽爆炸(BLEVE)。这个事故场景是由含有LH2的储罐破裂引起的爆炸。

在常压下，在沸点以上的温度下，由于液体和蒸汽相的膨胀。BLEVE是由快速相变和膨胀引起的，而不是由化学反应引起的，因此可以认为是物理爆炸。压力波，在可燃材料和火源存在的情况下的火球，碎片投射是BLEVE的后果。由于爆炸而产生的压力波是BLEVE的第一个后果。根据爆炸冲击波的强度，可能会造成超压、人员伤亡以及各种形式的结构破坏。

爆炸碎片(也被称为弹丸或导弹)是由爆炸释放的部分机械能引起的，包括撕裂容器并扔掉碎片的BLEVE结果。在储存材料的可燃性和火源存在的情况下，火球的发生是可能的。实际的火球在某些情况下不会发生。相反，在失去控制之后，地面上开始起火，这可以代表BLEVE的第三种后果。对这些事件情况进行了研究。他们定义了火箭推进剂的临界质量，超过这个临界质量，火球就会形成并升空。他们对LH2 BLEVEs的所有后果类型(火球、碎片和压力波)进行了评估，并应用分析和理论模型进行了中等规模和小规模试验。利用BMW安全试验数据对模型进行验证，选择最合适的方法对即将开展的SH2IFT项目液氢BLEVE实验研究进行盲预测研究。他们还强调了模型的缺点，以及液氢物理爆炸的不确定性和信息缺口。

应用真实气体和理想气体行为模型估计了超临界和亚临界LH2 BLEVE的后果。在距离储罐一定距离处，研究者们计算了爆炸波超压和爆炸产生的机械能。为了进行比较危害评估，对甲烷和液化丙烷储罐进行了类似的估计。但是，文献中对于LH2 BLEVE现象的认识还比较缺乏，需要进一步的实验检验和研究。