Возникновение пожаровзрывоопасных концентраций водорода при его истечении из системы хранения 

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,

Ф - концентрация водорода, V - объем помещения.

Количество водорода, выделившегося из СХВ за время X

г

тн =\ Qs ,

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

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.