CC BY
20
Возникновение пожаровзрывоопасных концентраций водорода
при его истечении из системы хранения
Кривцова В. И., Ключка Ю. П.,
Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков
В настоящее время водород рассматривается как один из перспективных экологически чистых энергоносителей для транспорта будущего [1-5]. Учитывая повышенное давление в СХВ, вибрацию в процессе эксплуатации, постоянное изменение температурных режимов работы, системы хранения водорода представляют опасность в связи с возможным разрушением баллона или истечением водорода через щели и свищи.
Анализ показывает, что при использовании СХВ на автотранспортных средствах опасность представляет собой горючая среда, образование которой возможно в результате возникновения трещин, свищей, сквозных отверстий, обрыва трубопровода в данных системах.
В работе [4] проведена оценка скорости уменьшения давления газа в сосудах при возникновении в них различного рода трещин и свищей. В в данной работе, в качестве базового уравнения состояния газа, использовалось уравнение состояния идеального газа и уравнение Ван-дер-Ваальса, применение которых применительно к водороду в баллонах с высоким давлением, приводит к существенным погрешностям (до 50%) [3]. В работе [6] представлены результаты экспериментальных исследований по определению полей концентраций в помещении при вертикальном истечении водорода вверх и вниз.
Целью данной работы является определение времени до возникновения пожаро- или взрывоопасной концентрации водорода в помещении, при его истечении из СХВ.
Зависимость массы водорода от объема помещения, например, гаража и концентрации можно записать в виде
ШН2 = 0,09 • V -Фн2, (1)
Ф - концентрация водорода, V - объем помещения.
Количество водорода, выделившегося из СХВ за время X
г
тн =\ Qs , (2)
0
где ^ (Р,$) - массовый расход водорода в зависимости от типа СХВ, давления в ней и площади отверстия, через которое он истекает.
Тогда, из (1) и (2), можно определить время достижения ф
г
\Qs(Р^ё! = 0,09 • Уп -фн2. (3)
о
В соответствии с (1), (2), (3) и моделями полученными в работах [7-9] на рис. приведена номограмма для определения времени достижения среднеобъ-емных пожаровзрывоопасных концентраций водорода в помещении.
6
7
8
Рис. Номограмма для определения времени достижения среднеобъемных концентраций водорода в помещении при его аварийном истечении: 1 - концентрация водорода 4%; 2 - 18,3%; 3 - гидридная СХВ;
4 - СХВ в жидком виде; 5 - СХВ в сжатом виде
-5
Анализ рисунка показывает, что, например, в гараже объемом 85 м пожароопасная концентрация (1) достигается для СХВ в жидком виде через 18 минут, в то время как для СХВ в газообразном виде этот показатель составляет менее 1 минуты.
Выводы. В результате проведенной работы получены оценки времени достижения среднеобъемных концентраций водорода в помещении при истечении из СХВ и построена номограмма для его определения.
Библиографический список
1. Ключка Ю. П. Особенности использования водорода на автомобильном транспорте / В. И. Кривцова, Ю. П. Ключка // Проблемы пожарной безопасности. - 2009. - № 26. - С. 49-61.
2. Высокие технологии, водородная энергетика, платиновые металлы. Сборник документов и материалов традиционного «круглого стола», посвященного Дню космонавтики. МИРЭА, АСМИ, 2005. - 288 с.
3. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортировка, применение: Справочное издание / Д. Ю. Гамбург, В. П. Семенов, Н. Ф. Дубовнин и др.: под ред. Д. Ю. Гамбурга, И. Ф. Дубовнина, — М.: Химия, 1989. - 672 с.
4. Билей Д. В. Исследование изменения давления газа в сосудах при его истечении из трещин в стенках / Д. В. Билей, М. В. Максимов, О. А. Назаренко, Р. В. Протопопов // Тр. Одес. политех. ун-та. - 1998. - № 6. - С. 87-91.
5. Руководство по оценке пожарного риска для промышленных предприятий / [И. А. Болодъян, Ю. Н. Шебеко, В. Л. Карпов, В. И. Макеев и др.]. - М.: НИИ противопожарной обороны», 2006. - 97 с.
6. Эксперименты по напуску и распространению водорода в замкнутом цилиндрическом объёме [Електронний ресурс] // Режим доступу: ЬХХр://Ь2йэгит 2008.ru/docs/pdf/absXracXs/ 5_3_09.pdf.
7. Ключка Ю. П. Определение характеристик истечения газообразного водорода из баллона / Ю. П. Ключка, В. И. Кривцова, В. Г. Борисенко // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: НУГЗУ, 2011. - № 29. - С. 84-91.
8. Ключка Ю. П. Определение характеристик истечения водорода из криогенной системы хранения / Ю. П. Ключка, В. И. Кривцова // Проблеми надзвичайних ситуацш. - Харьков: НУГЗУ, 2012. - № 15. - С. 78-83.
9. Ключка Ю. П. Определение характеристик истечения водорода из системы хранения в форме гидридов интерметаллидов / Ю. П. Ключка // Системи обробки шформацп. Збiрник наукових праць. - Харюв, ХУПС, 2012. - Вип. 3(101). - С. 161-163.
