CC BY
1УДК 614.84
Сазанов С.В.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России им. героя РФ генерала армии Е.Н. Зиничева (г. Санкт-Петербург, Россия)
ФАКТОРЫ ОЦЕНКИ ПОЖАРНЫХ РИСКОВ НА ОБЪЕКТЕ: ЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА
Аннотация: электролизные установки для производства водорода представляют собой объекты повышенной пожарной опасности. Водород характеризуется высокой взрывоопасностью, что требует детальной оценки пожарных рисков. В статье рассмотрены ключевые факторы пожароопасности, связанные с технологическим процессом электролиза, хранением и транспортировкой водорода, а также последствиями возможных утечек и электрических разрядов. Оценка пожарных рисков, основанная на сценарном подходе и методах количественного анализа, позволяет прогнозировать развитие аварийных ситуаций. В статье также предложены рекомендации по снижению пожарных рисков, включая технические, организационные и инновационные меры. Внедрение автоматизированных систем мониторинга и робототехнических решений значительно повысит безопасность эксплуатации объектов водородных технологий.
Ключевые слова: пожарная безопасность, электролизные установки, риски водородных технологий, технологический процесс электролиза, пожарные риски.
Водородные технологии являются одним из ведущих направлений современной энергетики. Электролиз воды — экологически чистый и широко используемый метод получения водорода. Однако особенности хранения, транспортировки и использования водорода на объектах требуют строгого соблюдения мер безопасности. В условиях эксплуатации электролизных установок необходимо учитывать как технологические, так и организационные факторы, влияющие на пожарные риски.
Цель исследования — выявить и классифицировать основные факторы пожарной опасности на объекте, предложить рекомендации по их минимизации.
Характеристика пожароопасных факторов является основой для оценки пожарных рисков. В таблице 1 приведены физико-химические свойства водорода.
Таблица 1. Физико-химические свойства водорода [6].
№ п/п Характеристика Показатель
1 Температура воспламенения 585 °С
2 Широкий диапазон взрывоопасных концентраций от 4% до 75% в смеси с воздухом
3 Высокая скорость диффузии водород быстро распространяется в замкнутых пространствах
4 Минимальная энергия воспламенения что увеличивает вероятность пожара от искр или электростатического разряда.
Таким образом, водород — газ с низкой энергией воспламенения и высокой диффузионной способностью, что делает его чрезвычайно опасным.
Особенности технологического процесса являются одним из главных факторов пожароопасных рисков. Электролизные установки включают оборудование для электролиза, системы хранения водорода и его компрессии.
Утечки водорода представляют одну из наиболее критичных угроз на объектах, связанных с его производством. Основные причины утечек связаны:
- с коррозией металлических трубопроводов и резервуаров. Со временем защитные покрытия могут разрушаться, особенно в агрессивной среде.
- с механическими повреждения, которые возникают из-за ошибок эксплуатации или воздействия внешних факторов, таких как удары или вибрации.
- с нарушением герметичности соединений, когда высокое давление водорода (обычно более 20 бар) способствует быстрому распространению газа через микротрещины или дефекты сварки.
Последствия возникновения таких рисков является:
- быстрое образование взрывоопасных концентраций в замкнутых помещениях,
- создание зон повышенного риска воспламенения из-за легкости водорода распространяться в воздухе,
- повышенная сложность обнаружения утечек, так как водород бесцветен и практически не имеет запаха.
Электролизные установки, работающие при высоких электрических напряжениях, подвержены рискам, связанным с электрическими разрядами. Основные причины и механизмы возникновения таких разрядов, а также их последствия представлены ниже [4].
Причины возникновения электрических разрядов, связаны:
- с неисправностью оборудования, нарушение целостности изоляции проводников и токопроводящих элементов из-за механического повреждения или износа, а также с перегревом оборудования, связанный с повышенной нагрузкой или несоответствием мощности проектным требованиям.
- с электростатическим накоплением, в процессе работы установки на металлических поверхностях или в воздухе могут скапливаться статические заряды, особенно в условиях высокой влажности или плохого заземления.
- с неправильной эксплуатацией, ошибки при подключении оборудования или нарушении правил техники безопасности персоналом.
Последствия возникновения таких рисков:
- воспламенение водорода происходит при минимальной энергии искры (около 0,02 мДж), что делает его чрезвычайно чувствительным к любым электрическим разрядам.
- выход из строя оборудования, наступает, когда электрический разряд повреждает электронику и элементы управления электролизной установки.
- создание вторичных аварийных ситуаций, искра может стать причиной возгорания других материалов, используемых на объекте (изоляция кабелей, масла, смазочные материалы).
- опасность для персонала, электрические разряды представляют угрозу поражения электрическим током, особенно в условиях повышенной влажности или плохой изоляции.
Системы вентиляции являются важным элементом обеспечения безопасности на объектах с повышенной пожарной опасностью, особенно там, где работают с легковоспламеняющимися веществами, такими как водород. Нарушения в работе этих систем могут привести к серьезным аварийным ситуациям, включая накопление опасных концентраций газов, перегрев оборудования и развитие пожара.
Причины нарушения работы вентиляции:
- Технические неисправности, связанные с износом оборудования: вентиляторы, двигатели и клапаны могут выходить из строя из-за естественного старения материалов или недостаточного обслуживания,
- Поломки автоматизированных систем управления, возникающих при сбоях в контроллерах или датчиках, приводит к некорректной работе системы,
- Засорение воздуховодов, связанное с накоплением пыли и мусора, снижает пропускную способность и эффективность работы системы,
- Образование конденсата или льда, в условиях высокой влажности или низких температур возможно замерзание влаги в воздуховодах,
- Ошибки проектирования, которые связаны с тем, что система может быть рассчитана на меньший объем воздуха, чем фактически требуется.
Последствия нарушений:
- при отсутствии эффективной вентиляции легковоспламеняющиеся газы, такие как водород, могут скапливаться в помещении, создавая взрывоопасную среду,
- увеличение вероятности возгорания из-за накопления газа или перегрева оборудования,
- создание небезопасных условий для работы персонала,
- повышенная температура и влажность в помещении могут привести к ускоренному износу оборудования,
Обеспечение пожарной безопасности на объектах требует не только надёжного технического оснащения, но и качественной организации процессов. Однако внешние и организационные факторы могут существенно повышать риск возникновения и распространения пожаров.
Некачественное обслуживание оборудования напрямую связано с отсутствиями регламентного обслуживания. Периодическое обслуживание оборудования часто игнорируется, что приводит к износу деталей и отказам, способным стать причиной возгорания. Например, неисправные системы вентиляции могут привести к накоплению горючих газов, а неисправная электроника — к короткому замыканию.
Во-вторых, использование устаревшего оборудования может не соответствовать современным стандартам безопасности и обладать повышенной вероятностью выхода из строя.
В-третьих, использование дешёвых комплектующих и несвоевременная замена ключевых узлов оборудования повышают вероятность аварий [4].
Нарушение технологической дисциплины — это прежде всего игнорирование инструкций. Несоблюдение технологических процессов, таких как превышение допустимых нагрузок на системы или работа без должного контроля, может привести к перегреву оборудования и другим аварийным ситуациям. Недостаток внутреннего мониторинга способствует накоплению мелких нарушений, которые в совокупности создают опасные условия.
Например, использование электроприборов вблизи горючих материалов или их работа без заземления увеличивает риск возгорания.
Недостаточная подготовка персонала к чрезвычайным ситуациям, связанных с недостатком знаний о рисках, отсутствием регулярных тренировок, а также с плохой координацией действий. Персонал может не понимать характер пожарных рисков на объекте, таких как опасность водорода или поведения горючих материалов в условиях высокой температуры. Пожарно-тактические учения, эвакуационные тренировки и обучение действиям в условиях пожара часто не проводятся или проводятся формально. В чрезвычайных ситуациях недостаток навыков координации может приводить к хаосу, увеличивая риск травмирования людей и ущерба оборудованию [3].
Методы оценки пожарных рисков включают в себя несколько этапов: идентификацию рисков, моделирование сценариев и расчет вероятности и последствий. Для определения опасных факторов используются:
- анализ технической документации и характеристик оборудования,
- экспертная оценка состояния систем безопасности,
- исследование предыдущих инцидентов на аналогичных объектах.
Сценарный подход позволяет оценить развитие пожара или взрыва при
различных аварийных ситуациях, например: утечка газа из-за разгерметизации трубопровода или нарушение работы электросистемы и возгорание оборудования.
Для расчета используется методология количественного анализа рисков ^ЯЛ). Это позволяет оценить вероятность возникновения аварий, потенциальные последствия для персонала и инфраструктуры.
Основные результаты моделирования показали, что:
- При утечке водорода концентрация достигает опасного уровня в течение 15 секунд в замкнутых помещениях без адекватной вентиляции.
- Искры от неисправного электрооборудования могут привести к воспламенению смеси.
- Текущая вентиляционная система снижает вероятность взрыва на 70%, однако требуется ее оптимизация для полной локализации газа.
Оценка существующих систем безопасности показала, что газоанализаторы эффективно обнаруживают концентрации водорода от 0,1%, но требуется их системная интеграция с автоматическими системами отключения.
Система пожаротушения на основе водяного тумана показала эффективность в локализации пожара в 90% случаев.
Рекомендации представлены в таблице 2.
Таблица 2. Подходы, к снижению пожарных рисков [5].
1 Технические меры - Повышение надежности оборудования за счет регулярного технического обслуживания. - Установка систем автоматического мониторинга утечек газа. - Использование искробезопасного электрооборудования.
2 Организационные меры - Регулярное обучение персонала действиям при утечках и пожарах. - Проведение аварийных тренировок. - Разработка детализированных планов эвакуации.
3 Инновационные подходы - Внедрение робототехнических систем для контроля состояния оборудования и ликвидации возгораний. - Использование цифровых двойников для прогнозирования возможных аварийных ситуаций.
Электролизные установки для производства водорода требуют комплексного подхода к обеспечению пожарной безопасности. Учет всех факторов пожарных рисков позволяет минимизировать вероятность аварий и их
последствия. Применение инновационных технологий, таких как автоматизированные системы мониторинга и робототехника, в сочетании с организационными мерами существенно повышает безопасность эксплуатации объекта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ Р 12.1.004-91 - «Система стандартов безопасности труда. Общие требования безопасности»;
2. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений -Федеральный закон № 384-Ф3 от 30.12.2009;
3. Пожарная безопасность водородных технологий - статья из журнала «Пожарная безопасность», 2022;
4. Международная ассоциация водородных технологий (IAHE) -Руководство по безопасному использованию водорода в промышленности, 2021;
5. Технические рекомендации по эксплуатации электролизных установок -ГОСТ Р 51328-99;
6. Водород как топливо: безопасность и технологии - работа, опубликованная в журнале «Энергетика и Техника», 2020.
Sazanov S.V.
St. Petersburg University of State Fire Service EMERCOM of Russia
named after E.N. Zinichev (St. Petersburg, Russia)
FIRE RISK ASSESSMENT FACTORS AT FACILITY: BUILDING OF ELECTROLYSIS PLANT FOR HYDROGEN PRODUCTION
Abstract: electrolysis plants for the production of hydrogen are objects of increased fire danger. Hydrogen is characterized by a high explosive hazard, which requires a detailed assessment of fire risks. The article considers the key fire hazard factors associated with the technological process of electrolysis, storage and transportation of hydrogen, as well as the consequences of possible leaks and electrical discharges. Fire risk assessment, based on a scenario approach and quantitative analysis methods, allows predicting the development of emergency situations. The article also offers recommendations for reducing fire risks, including technical, organizational and innovative measures. The introduction of automated monitoring systems and robotic solutions will significantly increase the safety of operation of hydrogen technology facilities.
Keywords: fire safety, electrolysis plants, risks of hydrogen technologies, technological process of electrolysis, fire risks.
