Безопасность водорода включает безопасное производство, обращение и использование водорода, особенно газообразного водородного топлива и жидкого водорода . Основная проблема при работе с водородом - воспламеняемость .
Водород имеет наивысшую оценку 4 по шкале воспламеняемости NFPA 704, потому что он легко воспламеняется при смешивании даже в небольших количествах с обычным воздухом; воспламенение может происходить при объемном отношении водорода к воздуху всего 4% из-за наличия кислорода в воздухе, а также простоты и химических свойств реакции. Однако водород не имеет оценки врожденной опасности по реакционной способности или токсичности . Хранение и использование водорода создает уникальные проблемы из-за его легкости утечки в качестве газообразного топлива, низкоэнергетического воспламенения , широкого диапазона горючих топливно-воздушных смесей, плавучести и его способности охрупчивать металлы.это необходимо учитывать для обеспечения безопасной эксплуатации. Жидкий водород создает дополнительные проблемы из-за его повышенной плотности и чрезвычайно низких температур, необходимых для сохранения его в жидкой форме.
NFPA 704 огненный алмаз |
---|
Резюме
- Более 40 лет промышленность использовала водород в огромных количествах в качестве промышленного химического вещества и топлива для исследования космоса . За это время промышленность разработала инфраструктуру для безопасного производства, хранения, транспортировки и использования водорода.
- Газообразный водород - это топливо с очень большой мощностью. Он горит с невероятной скоростью и может создавать невероятную силу и используется в основном для приложений, требующих огромного количества мгновенной энергии, таких как ракетная техника и космические полеты . Например, он использовался для питания космического корабля "Шаттл" .
- Жидкий водород иногда используется в качестве водородного топлива с чрезвычайно высокой степенью конденсации.
- Газообразный водород можно использовать в качестве теплоносителя для электрогенераторов на электростанциях. Это из-за его высокой теплопроводности и низкой «парусности», что снижает потери на трение и турбулентность.
- Водород также используется в качестве сырья в промышленных процессах, включая производство аммиака и метанола .
Нормы и стандарты по водороду
Водородные нормы и стандарты - это коды и стандарты (RCS) для транспортных средств на водородных топливных элементах , стационарных топливных элементов и портативных топливных элементов .
В дополнение к кодексам и стандартам для продуктов водородной технологии существуют кодексы и стандарты по водородной безопасности, безопасному обращению с водородом [3] и хранению водорода .
- Стандарт на установку стационарных энергетических систем на топливных элементах ( Национальная ассоциация противопожарной защиты )
Методические рекомендации
Текущий стандарт ANSI / AIAA для руководств по водородной безопасности - это AIAA G-095-2004, Руководство по безопасности водородных и водородных систем. [4] Поскольку НАСА было одним из крупнейших пользователей водорода в мире, это произошло из более ранних рекомендаций НАСА, NSS 1740.16 (8719.16). [5] Эти документы охватывают как риски, связанные с водородом в его различных формах, так и способы их уменьшения.
Зажигание
- «Смеси водорода с воздухом могут воспламениться с очень низким энергопотреблением, 1/10 которого требуется для воспламенения смеси бензина с воздухом. Для справки: невидимая искра или статическая искра от человека могут вызвать возгорание».
- «Хотя температура самовоспламенения водорода выше, чем у большинства углеводородов, более низкая энергия воспламенения водорода делает воспламенение водородно-воздушных смесей более вероятным. Минимальная энергия искрового зажигания при атмосферном давлении составляет около 0,02 миллиджоулей».
Смеси
- «Пределы воспламеняемости, основанные на процентном содержании водорода в воздухе при 14,7 фунт / кв.дюйм (1 атм, 101 кПа), составляют 4,0 и 75,0. Пределы воспламеняемости основаны на процентном содержании водорода в кислороде при 14,7 фунт / кв.дюйм (1 атм, 101 кПа) равны 4,0 и 94,0 ".
- «Пределы детонационной способности водорода в воздухе составляют от 18,3 до 59 процентов по объему» [6] [7]
- «Пламя внутри и вокруг коллекций труб или конструкций может создавать турбулентность, которая приводит к тому, что горение перерастает в детонацию , даже при отсутствии сильного сдерживания».
(Для сравнения: предел воспламенения бензина в воздухе: 1,4–7,6%; ацетилена в воздухе [8] от 2,5% до 82%)
Утечки
- Водород не имеет запаха, цвета и вкуса, поэтому большинство человеческих органов чувств не помогут обнаружить утечку. Для сравнения: природный газ также не имеет запаха, цвета и вкуса, но промышленность добавляет серосодержащий одорант, называемый меркаптаном, чтобы его могли обнаружить люди. В настоящее время все известные одоранты загрязняют топливные элементы (популярное применение водорода). Однако, учитывая склонность водорода к быстрому росту, утечка водорода в помещении ненадолго собиралась на потолке и, в конечном итоге, перемещалась к углам и вдали от мест, где люди могли бы подвергнуться его воздействию. По этой и другим причинам промышленность часто использует датчики водорода для обнаружения утечек водорода и десятилетиями поддерживает высокие показатели безопасности при их использовании. Исследователи изучают другие методы, которые могут быть использованы для обнаружения водорода: индикаторы, новая технология одорантов, усовершенствованные датчики и другие. [9]
- Утечки водорода могут способствовать горению при очень низких скоростях потока, всего 4 мкг / с. [10]
Жидкий водород
- «Конденсированный и затвердевший атмосферный воздух или следы воздуха, накопленные на производстве, загрязняют жидкий водород , тем самым образуя нестабильную смесь. Эта смесь может взорваться с эффектами, аналогичными тем, которые производятся тринитротолуолом (TNT) и другими взрывоопасными материалами».
Жидкий водород требует сложной технологии хранения, такой как специальные теплоизолированные контейнеры, и требует особого обращения, общего для всех криогенных веществ. Это похоже на жидкий кислород , но более опасно . Даже в теплоизолированных контейнерах трудно поддерживать такую низкую температуру, и водород будет постепенно улетучиваться. (Обычно он испаряется со скоростью 1% в день. [11] )
Профилактика
Водород скапливается под крышами и свесами, где он создает опасность взрыва; Любое здание, в котором есть потенциальный источник водорода, должно иметь хорошую вентиляцию, мощные системы подавления возгорания для всех электрических устройств и, предпочтительно, иметь крышу, которую можно безопасно сдувать от остальной части конструкции при взрыве. Он также входит в трубы и может следовать по ним к месту назначения. Водородные трубы должны быть расположены над другими трубами, чтобы предотвратить это. Датчики водорода позволяют быстро обнаруживать утечки водорода, чтобы гарантировать, что водород может быть выпущен, а источник утечки обнаружен. Как и в природном газе, отдушки могут быть добавлены к источникам водорода , чтобы включить утечки , чтобы быть обнаружено по запаху. Хотя водородное пламя трудно увидеть невооруженным глазом, оно легко обнаруживается датчиками пламени УФ / ИК . Совсем недавно были разработаны мульти-ИК-детекторы, которые еще быстрее обнаруживают водородное пламя. 1 2 Хемо-хромовые индикаторы могут быть добавлены к силиконовым лентам для обнаружения водорода. DetecTape H2 - недорогой визуальный детектор утечки водорода
Инциденты
Водород легко воспламеняется. [12] Однако это смягчается тем фактом, что водород быстро поднимается и часто рассеивается перед воспламенением, если утечка не происходит в закрытом, непроветриваемом помещении. Демонстрации показали, что при возгорании топлива в автомобиле, работающем на водороде, может произойти полное сгорание с небольшим повреждением автомобиля, в отличие от ожидаемого результата в автомобиле, работающем на бензине. [13]
Катастрофа Альхорна. 5 января 1918 года в ангаре в Германии произошел пожар, взорвавший водородный дирижабль. Взрыв произошел в 40 км и разрушил несколько соседних ангаров и дирижаблей внутри. [ необходима цитата ]
Гинденбургская катастрофа . 6 мая 1937 года. Когда дирижабль «Гинденбург» приближался к приземлению на военно-морской авиабазе Лейкхерст , в одной из кормовых водородных ячеек взорвался пожар, тем самым разорвав соседние ячейки, и дирижабль упал на землю кормой. Затем ад переместился к корме, взорвав и воспламенив оставшиеся клетки. Несмотря на то, что 4 новостные станции записали катастрофу на пленку и сохранились свидетельства очевидцев от экипажа и людей на земле, причина первоначального пожара так и не была окончательно определена. [ необходима цитата ]
В январе 2007 года взрыв сжатого водорода во время доставки на угольный завод Маскингам-Ривер (принадлежащий и управляемый AEP ) нанес значительный ущерб и убил одного человека. [14] [15] Для получения дополнительной информации об инцидентах, связанных с водородом, посетите страницу «Отчетность о водородных происшествиях и извлеченные уроки» Министерства энергетики США. [16]
Во время ядерной аварии на Фукусиме в 2011 году три здания реактора были повреждены водородными взрывами. Открытые топливные стержни с оболочкой из циркалоя стали очень горячими и вступили в реакцию с паром с выделением водорода . [17] [18] Защитные оболочки были заполнены инертным азотом, что предотвращало горение водорода в защитной оболочке. Однако водород просочился из защитной оболочки в здание реактора, где он смешался с воздухом и взорвался. [19] Чтобы предотвратить дальнейшие взрывы, в верхней части оставшихся зданий реактора были открыты вентиляционные отверстия.
В 2015 году на нефтеперерабатывающем заводе Formosa Plastics Group на Тайване произошел взрыв из-за утечки водорода из трубы. [20] Более подробная информация отсутствует.
В феврале 2018 года по пути к водородной станции FCV загорелся грузовик, в котором находилось около 24 баков со сжатым водородом. Первоначально это вызвало эвакуацию из района Даймонд-Бар , пригорода Лос-Анджелеса, Калифорния, радиусом в одну милю . По словам диспетчера пожарной охраны округа Лос-Анджелес, пожар вспыхнул на грузовике около 13:20 на пересечении улиц Саут-Бри-Каньон-роуд и Голден-Спрингс-драйв . [21] [22] [23] [24] Национальный совет по безопасности на транспорте начало расследование. [25]
В августе 2018 года грузовик, перевозивший жидкий водород, загорелся в Веридаме [26] в Эль-Кахон, Калифорния. [27]
В мае 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заводе AB Specialty Silicones в Вокигане, штат Иллинойс , в результате которого четыре рабочих погибли и пятый серьезно пострадал. [28] [29]
Также в мае 2019 года в Канныне, Южная Корея, в технопарке Кангвон взорвался резервуар с водородом, в результате чего 2 человека погибли и 6 получили ранения. [30] [31]
В июне 2019 года на предприятии Air Products and Chemicals, Inc. в Санта-Кларе, штат Калифорния, произошел инцидент . На установке для перекачки водорода произошел взрыв во время загрузки автоцистерны, которая заправлялась топливом. [32] Это привело к временному отключению нескольких водородных заправочных станций в районе Сан-Франциско. [33]
В июне 2019 года на заправочной станции Uno-X в Норвегии произошел взрыв [34], в результате которого были остановлены все водородные заправочные станции Uno-X и временно приостановлены продажи автомобилей на топливных элементах в Норвегии. [35] По результатам предварительного расследования ни электролизер, ни дозатор, использованный покупателями, не имели никакого отношения к этому инциденту. Таким образом, подразделение электролизеров вернется к своей обычной работе. [36] [37] 27 июня 2019 г. Nel ASA объявляет, что основная причина инцидента была определена как ошибка сборки конкретной заглушки в водородном баке в хранилище высокого давления. [38]
В декабре 2019 года в результате взрыва газа на предприятии Airgas в Вокеше , штат Висконсин, был ранен один рабочий и произошла утечка из 2 резервуаров для хранения водорода. [39] [40] [41]
7 апреля 2020 года произошел взрыв на заводе по производству водородного топлива OneH2 в Лонг-Вью, штат Северная Каролина , в результате чего был нанесен значительный ущерб окружающим зданиям. Взрыв ощущался в нескольких милях от города, повредив около 60 домов. О пострадавших от взрыва не поступало. Инцидент все еще расследуется. [42] [43] [44] [45] Компания опубликовала пресс-релиз: «Системы водородной безопасности работают эффективно, предотвращают травмы при взрыве на заводе». [46]
11 июня 2020 года произошел взрыв на заводе по производству водорода Praxair Inc., 703 6-й Сент- Техас-Сити, штат Техас . [47] [48]
30 сентября 2020 года водородный танкер разбился и взорвался в городе Чанхуа , Тайвань, в результате чего погиб водитель. [49]
Смотрите также
- Водородной хрупкости
- Водородная экономика
- Сжатый водород
- Жидкий водород
- Кислородный водород
- Слякоть водород
- Металлический водород
- Анализ растворенного газа
Рекомендации
- ^ "ВОДОРОД | CAMEO Chemicals | NOAA" . cameochemicals.noaa.gov . Проверено 29 ноября, 2020 .
- ^ "ДЕЙТЕРИЙ | CAMEO Chemicals | NOAA" . cameochemicals.noaa.gov . Проверено 29 ноября, 2020 .
- ^ Первоначальное руководство HySafe по использованию водорода в замкнутых пространствах . (PDF). Проверено 13 июля 2012.
- ^ «AIAA G-095-2004, Руководство по безопасности водорода и водородных систем» (PDF) . AIAA . Проверено 28 июля 2008 .
- ^ Грегори, Фредерик Д. (12 февраля 1997 г.). «Стандарт безопасности для водорода и водородных систем» (PDF) . НАСА . Проверено 9 мая 2008 .
- ^ Льюис, Бернард; Гюнтер, фон Эльбе (1961). Горение, пламя и взрывы газов (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press, Inc., стр. 535. ISBN 978-0124467507.
- ^ Калянараман, М. (4 сентября 2019 г.). « До тех пор, пока большие водородные системы не станут стабильными, - это только вопрос времени» . Ривьера Маритайм Медиа .
- ^ MSHA - Информация об опасностях безопасности - Особые опасности ацетилена, заархивированные 22 января 2016 года на Wayback Machine . Msha.gov. Проверено 13 июля 2012.
- ^ http://www.arhab.org/pdfs/h2_safety_fsheet.pdf
- ^ М. С. Батлер, К. В. Моран, Питер Б. Сандерленд , Р. Л. Аксельбаум, Пределы утечек водорода, которые могут поддерживать стабильное пламя, Международный журнал водородной энергетики 34 (2009) 5174–5182.
- ↑ Питер Кушнир. Водород как альтернативное топливо. Архивировано 8 августа 2008 г. на Wayback Machine . ПБ 700-00-3. Vol. 32, выпуск 3, май – июнь 2000 г. almc.army.mil.
- ^ Утгикар, Вивек П.; Тизен, Тодд (2005). «Безопасность резервуаров для сжатого водородного топлива: утечки из стационарных транспортных средств». технологии в общ . 27 (3): 315–320. DOI : 10.1016 / j.techsoc.2005.04.005 .
- ^ «Тест безопасности водородного автомобиля - утечка топлива H2 по сравнению с бензином» . Vimeo . Проверено 7 мая 2020 .
- ^ Уильямс, Марк (8 января 2007 г.). "Взрыв электростанции в Огайо убил 1 человека, пострадал 9" . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 9 мая 2008 .
- ^ «Взрыв водорода на заводе на реке Маскингам, 8 января 2007 г.» (PDF) . American Electric Power . 11 ноября 2006 г. Архивировано из оригинального (PDF) 09.04.2008 . Проверено 9 мая 2008 .
- ^ «Отчетность о водородных авариях и извлеченные уроки» . h2incidents.org .
- ^ Поведение ядерного топлива в условиях аварии с потерей теплоносителя (LOCA) (PDF) . Агентство по ядерной энергии, ОЭСР. 2009. с. 140. ISBN 978-92-64-99091-3.
- ^ Водородные взрывы АЭС Фукусима: что случилось? Архивировано 2 декабря 2013 года на Wayback Machine . Hyer.eu. Проверено 13 июля 2012.
- ^ «Авария на Фукусима-дайити. Отчет генерального директора» (PDF) . Международное агентство по атомной энергии. 2015. с. 54 . Проверено 2 марта 2018 .
- ^ Шарлье, Филипп (2019-04-07). «Взрыв химического завода сотрясает юг Тайваня, слышен более чем в 30 километрах» . Тайваньские английские новости . Проверено 26 ноября 2020 .
- ^ «Грузовик с цистернами с водородом загорелся, эвакуируется» . NBC Южная Калифорния . Проверено 18 июня 2019 .
- ^ «Отвалы алмазного прутка, поднятые после возгорания водорода» . NBC Южная Калифорния . Проверено 18 июня 2019 .
- ^ 323/310 Hood News (12.02.2018), DIAMOND BAR TRUCK EXPLOSION , получено 18.06.2019
- ^ CBS Los Angeles (11 февраля 2018 г.), Пожарная эвакуация прицепов для тракторов в Diamond Bar , получено 18 июня 2019 г.
- ^ «Автоцистерна с водородом взорвалась на пути к заправке ТТС [Видео]» . LeftLaneNews . Проверено 18 июня 2019 .
- ^ "Веридиам, Инк ." Стратегический производственный партнер> Veridiam . Проверено 29 ноября, 2020 .
- ^ «Загорелся грузовик с жидким водородом» . КГТВ . 2018-08-29 . Проверено 26 июня 2019 .
- ^ «Водородный взрыв привел к гибели людей на заводе по производству силикона в США» . Новости химии и машиностроения . Проверено 6 января 2020 .
- ^ Абдерхолден, Фрэнк С. «Федеральные чиновники заявляют, что взрыв на заводе Вокеган, в результате которого погибли четыре рабочих, можно было предотвратить» . chicagotribune.com . Проверено 6 января 2020 .
- ^ Вестник, Корея (2019-05-23). «В результате взрыва резервуара с водородом погибли 2 человека в Канныне» . www.koreaherald.com . Проверено 14 июня 2019 .
- ^ «Взрыв резервуара препятствует продвижению Сеула в пользу водородной экономики - Pulse от Maeil Business News Korea» . pulsenews.co.kr (на корейском) . Проверено 14 июня 2019 .
- ^ «Взрыв водорода сотрясает окрестности Санта-Клары» . ABC7 Сан-Франциско . 2019-06-02 . Проверено 12 июня 2019 .
- ^ Вудроу, Мелани. «Район залива после взрыва испытывает нехватку водорода» , ABC news, 3 июня 2019 г.
- ^ Хуанг, Эхо. «В результате взрыва водородной заправочной станции в Норвегии автомобилям с топливными элементами негде зарядиться» . Кварц . Проверено 12 июня 2019 .
- ^ Добсон, Джефф (12 июня 2019 г.). «Взрыв водородной станции приводит к остановке ТТС» . Е.В. Разговор.
- ^ Самсон2019-06-13T12: 02: 00 + 01: 00, Джоанна. «Предварительные результаты исследования станции H2» . газовый мир . Проверено 14 июня 2019 .
- ^ «Водородная дипломатия Луны запятнана взрывом зарядной станции» . koreatimes . 2019-06-13 . Проверено 14 июня 2019 .
- ^ «Нел АСА: Обновление статуса № 5 относительно инцидента в Хьёрбо» . Новости на платформе Cision . Проверено 1 июля 2019 .
- ^ Риччоли, Джим. « ' Массивный бум': взрыв на газовой компании Waukesha прокатился по городу и оставил одного раненого» . Милуоки Журнал Страж . Проверено 15 декабря 2019 .
- ^ «ВИДЕО: 1 ранен после взрыва на газовой компании Waukesha» . ABC7 Чикаго . 2019-12-13 . Проверено 15 декабря 2019 .
- ^ «Взрыв газа ранил 1 рабочего в Ваукеше» . Звездная трибуна . Проверено 15 декабря 2019 .
- ^ «Взрыв на заводе по производству водородного топлива в США повредил около 60 зданий» . www.hazardexonthenet.net . Проверено 7 мая 2020 .
- ^ Берджесс2020-04-08T11: 51: 00 + 01: 00, Молли. «60 домов повреждены в результате взрыва водородной электростанции» . газовый мир . Проверено 7 мая 2020 .
- ^ Берджесс2020-04-14T08: 20: 00 + 01: 00, Молли. «OneH2: Обновление взрыва водородной электростанции» . газовый мир . Проверено 7 мая 2020 .
- ^ Коблер, Джейсон (07.04.2020). «Один из единственных в стране заводов по производству водородных топливных элементов подвергся сильному взрыву» . Vice . Проверено 7 мая 2020 .
- ^ «СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДОРОДА РАБОТАЮТ ЭФФЕКТИВНО, ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ТРАВМ ПРИ ВЗРЫВЕ СТАНЦИИ» (PDF) . oneh2.com . 10 апреля 2020 . Проверено 29 ноября 2020 года .
- ^ "Взрыв водородной станции Praxair Texas City" . «Zehl & Associates» . 2020-06-12 . Проверено 20 июня 2020 .
- ^ Лакомб, Джеймс (2020-06-11). «Небольшой промышленный взрыв сотрясает Техас-Сити» . Округ Галвестон - The Daily News . Проверено 20 июня 2020 .
- ^ Шарлье, Филипп (30.09.2020). «Танкер с водородом разбивается и взрывается на автостраде в городе Чанхуа» . Тайваньские английские новости . Проверено 26 ноября 2020 .
[1] (PDF) Дата обращения 9 августа 2014 г.
Внешние ссылки
- Безопасность водорода и топливных элементов
- Первая в мире программа высшего образования в области водородной техники безопасности