Исследование неперемешанных водородно

ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического комплекса
России на 2007-2012 годы»
ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТКА
ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ
СОЗДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА ПО
ОБЕСПЕЧЕНИЮ ВОДОРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Государственный контракт № 02.516.11.6029 от 16 мая 2007 г.
Шифр 2007-6-1.6-10-01-003
Руководитель работ - В.А. Петухов
1
Головной исполнитель:
Объединенный институт высоких температур РАН
Соисполнители:
ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт имени А.И.
Лейпунского»;
Институт структурной макрокинетики и проблем
материаловедения РАН;
2
Цель работы
Проведение теоретических и экспериментальных
исследований в обеспечение безопасности при
производстве, хранении, транспортировке и использовании
водорода в энергетике, создание новых методов и
технических средств обеспечения пожаровзрывобезопасности водородных систем, разработка
научно-технических обоснований с целью их гармонизация
с международными аналогами
3
Исследования нестационарного горения
водородно-воздушных смесей
4
Взрывная камера 13Я3
Внутренний диаметр – 12 м; толщина стенки – 100 мм; вес– 470 т
Камера рассчитана на взрыв до 1000 кг ТНТ и была испытана
статическим давлением 150 атм.
5
Основной результат эксперимента:
На внутренней поверхности камеры 13Я3, заполненной
стехиометрической водородно-воздушной смесью, при
инициировании ее искрой энергией 6 Дж
зарегистрировано давление 190 ата при дозвуковой
скорости первичного фронта пламени
6
Экспериментальные
установки
7
Взрывная камера ВБК-2
Объем камеры – 100 м3; рассчитана на взрыв до 50 кг ТНТ
8
Сравнение результатов для перемешанной и неперемешанной
водородно-воздушных смесей
Давление, регистрируемое
в вершине конуса, ата
1000
100
10
в объеме I - воздух,
в объеме II - водородно-воздушная смесь
в объемаx I и II - водородно-воздушная смесь
1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Концентрация водорода в смеси, %
9
Исследование неперемешанных
водородно-воздушных смесей
Давление в вершине конуса, атм
2000
1600
1200
800
400
0
4
8
12
16
20
24
28
32
Концентрация водорода внутри конуса, % (об.)
10
Результаты исследования неперемешанных
водородно-воздушных смесей
1400
Давление в вершине конуса, атм
1200
1000
800
600
400
200
0
16
18
20
22
24
26
28
30
Концентрация водорода в резиновой оболочке, % (об.)
В конусе – стехиометрическая водородно-воздушная смесь
11
Ингибирование водородно-воздушных смесей
12
Длина факела, см
Концентрация ингибитора АКМ, % (об.)
Зависимость длины факела при горении смеси водород–АКМ от
концентрации ингибитора.
Средняя по сечению горелки скорость подачи смеси: 1 – 44 см/с;
2 – 37 см/с; 3 – 25 см/с; 4 – 23 см/с; 5 – 11 см/с;
6 – расчет при средней скорости подачи водорода 44 см/с.
13
Распад детонационной волны
Подавление взрыва
водородно-воздушной смеси
х, м
1
14
3
2
12
4
10
P, ата
t, ms
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
t, мс
1 – детонационная волна в смеси:
33% Н2 + 2% изобутилена + воздух;
2 – детонационная волна в смеси:
11% СО + 22% Н2 + воздух;
3 – ударная волна в смеси:
11% СО + 22 % Н2 + 2% изобутилена + воздух;
4 – фронт пламени в смеси:
11% СО + 22 % Н2 + 2% изобутилена + воздух.
Ингибитор – смесь пропана,
бутана и пропилена
14
Создание новых технических средств
обеспечения пожаровзрывобезопасности
15
Разработка клапана безопасного сброса давления
1
3
2
А
водород
Ризб
2 без сопла
ударные волны
Б
А-А
Б-Б
a
А
10000
Б
b
с соплом
косые (слабые) ударные волны
Макет клапана сброса давления
При выпуске в канал с воздухом Р = 90 - 40атм
Предельные расстояния в зависимости от
давления в резервуаре
- - - круглое сечение
--- прямоугольное сечение
16
Газоанализатор водорода ГВ-01
Диапазон контролируемых концентраций водорода
в атмосфере - от 0 до 100% (об.)
Диапазон допустимых давлений – от 0,085 до 0,7 МПа
Диапазон допустимых температур среды в месте установки
датчика:
от 0 до 2000С
- неограниченно;
от 200 до 2500С
- в течение 1 часа;
от 250 до 7000С
- в течение 250 с.
Длина линии связи датчика с измерительным прибором – до 120 м
17
Измерительный комплекс на
стенде ВКМ после испытаний
18
Конструкция рекомбинатора
Модернизирован рекомбинатор водорода:
концентрационный предел беспламенной работы расширен до 19% (об.)
19
Разработан проект национального стандарта
«Ингибиторы для водородно-воздушных смесей»
20