Оценка воздействия открытого пламени на Пожаровзрывоопасность металлогидридных систем хранения водорода

Оценка воздействия открытого пламени

на пожаровзрывоопасность металлогидридных систем хранения водорода

В. И. Кривцова, д-р техн. наук, профессор, Ю. П. Ключка, канд. техн. наук, Национальный университет гражданской защиты Украины,

Украина, г. Харьков

Одним из способов хранения водорода в автомобиле является хранение в связанном состоянии, в частности, в форме гидридов интерметалли-дов [1, 2]. Одной из проблем использования этих систем является их пожа-ровзырывоопасность, обусловленная свойствами водорода и самой системой хранения.

В связи с этим определение изменения характеристик металлогидрид-ного патрона с водородом и времени до его разрушения под воздействием внешнего источника тепла, является актуальной задачей.

В работах [2, 3] приведены характеристики металлогидридных систем, динамика выделения водорода из гидрида, а также ряд их теплофизи-ческих характеристик. Однако, на сегодняшний день, отсутствуют результаты испытаний гидридных систем в случае воздействия на них тепловых потоков, например, при пожаре.

В работе [4] были получены теоретические оценки времени до разрушения насыщенных гидридных систем с водородом под воздействием повышенной внешней температуры, а также получены дискретные модели зависимости давления в системе под воздействием температуры окружающей среды, характера ее изменения, а также степени насыщения гидрида водородом.

Целью данной работы является получение экспериментальным путем зависимостей давления водорода в патроне с металлогидридом (рис. 1), в частности, с LaNi5Hx, при воздействии на него открытого пламени и их сравнение с теоретическими значениями, полученными в работе [4].

Эксперимент (рис. 2) проводился при температурах и временных диапазонах, характерных для пожара [5]. Давление в патроне измерялось с помощью манометра МТП-160, рассчитанного на максимальное давление 400 атм. с классом точности 1,5.

На рис. 3 приведены полученные результаты изменения давления в патроне по времени, а на рис. 4 приведены зависимости относительной погрешности определения давления от времени.

Из рисунка следует, что по истечению 190 секунд расчетные значения давления становятся немного меньше, чем экспериментальные. Это можно объяснить погрешностью давления, погрешностью определения насыщенности гидрида на начальном этапе, а также колебанием значения температуры в костре.

Рис. 1. Фото Рис. 2. Схема

гидридного патрона экспериментальной площадки:

1 - пламя костра; 2 - гидридный патрон; 3 - магистральная линия; 4 - манометр МТП-160

Из рис. 4 следует, что максимальное значение относительной погрешности составляет 20 %. Среднее значение относительной погрешности составляет около 7 %, что позволяет говорить об адекватности модели, полученной в работе [4].

На рис. 5 приведено фото взорвавшегося гидридного патрона в результате эксперимента.

25 20 15 10 5 0 -5 -10

Р - Р„

00%

.360

т,с

1

Р

э

Рис. 3. Зависимость давления водорода

в патроне при его нагревании:

1 - расчетное значение давления

в соответствии с [4];

2 - экспериментальные значения

давления в патроне

В ходе эксперимента гидридный патрон взорвался при значениях Р = 22 МПа, что говорит о некотором рассогласовании экспериментальных данных и теоретических. Ожидаемое расчетное давление, при котором разрушится гидридный патрон составляло Р = 19 МПа. Разницу экспериментального и теоретического давления разрушения можно объяснить по-

Рис. 4. Относительная погрешность расчетных значений давления водорода в патроне от времени

грешностью определения насыщенности гидрида на начальном этапе, а также колебанием значения температуры в костре.

Рис. 5. Фото взрыва и гидридного патрона после взрыва

Выводы. Экспериментальным путем получены зависимости давления водорода в патроне с гидридом LaNi5Hx при воздействии на него открытого пламени. Полученные экспериментальные значения позволили сделать вывод об адекватности теоретической модели, приведенной в [4]. Показано, что погрешность расчетных значений в соответствии с [4] составляет в среднем 7 %.

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. Мищенко А. И. Применение водорода для автомобильных двигателей. Киев: Наукова Думка, 1984. - 281 с.

3. Кривцова В. И. Теоретические и экспериментальные пути создания систем хранения и подачи водорода на основе твердых веществ для двигательных и энергетических установок летательных аппаратов: Дис... д-ра техн. наук: 05.07.05 / НАН Украины; Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного. — Х., 2001. — 420 с.

4. Ключка Ю. П. Определение времени разрушения гидридного патрона, обусловленного изменением температурных параметров окружающей среды / Ю. П. Ключка // Науковий вюник будiвництва. - 2011. - № 68. - С. 77-80.

5. Клаус Д. П. Роль естественно-научной криминалистики / Клаус Дитер Поль. — Москва, 1985. — 311 с.