Оценка пожаровзрывоопасности систем хранения и подачи водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов и разработка рекомендаций по ее снижению (стр. 2 )

–  разработать математические модели, определяющие характеристики генераторов водорода в аварийных режимах их работы в случае изменения температурного режима или площади выходного сечения газогенератора;

–  оценить уровень ПВО СХП данного типа;

–  разработать рекомендации по снижению уровня ПВО СХП данного типа.

Объектом исследования являются процессы хранения, сорбции и десорбции водорода в СХП водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов.

Предметом исследования является пожаровзрывоопасность СХП водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов.

Методы исследования: метод математического моделирования в металлогидридных системах; методы теории планирования эксперимента; метод «нульмерной» баллистики; методы операционного исчисления; численные методы решения уравнений.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

–  обоснована необходимость определения пожаровзрывоопасности СХП водорода данного типа с учетом режима работы и параметров технологического процесса;

–  впервые, с использованием метода, основанного на определении термодинамических свойств неидеальной водородной подсистемы металлогидрида и равновесной с гидридом молекулярной фазы водорода, определены термодинамические характеристики процесса генерации водорода из обратимого гидрида интерметаллида LaNi5Hx;

–  впервые на основе этого метода определены критические значения температуры и концентрации водорода в гидриде интерметаллида;

–  определены допустимые области температур и давлений, которые обеспечивают наиболее безопасное функционирование СХП в зависимости от концентрации водорода в гидриде интерметаллида;

–  впервые, с использованием метода «нульмерной» баллистики, получены математические модели функционирования СХП данного типа в аварийном режиме их работы;

–  впервые получены оценки пожаровзрывоопасности СХП водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов и ее взаимосвязь с режимом функционирования;

–  разработаны рекомендации по выбору параметров СХП водорода и характеристик технологического помещения, в котором они эксплуатируются, с целью обеспечения минимального уровня пожаровзрывоопасности.

Практическое значение полученных результатов. Комплекс математических моделей, описывающих процессы генерации водорода, в совокупности с полученными значениями термодинамических параметров и системотехническими решениями являются теоретической базой для синтеза и эксплуатации СХП водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов с минимальным уровнем пожаровзрывоопасности.

Математические модели процессов генерации водорода, описывающие функционирование СХП при разгерметизации газогенератора, используются в учебных процессах АГЗУ МЧС Украины и Черкасского института пожарной безопасности им. Героев Чернобыля, а также могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при расчете объемов помещений, содержащих СХП данного типа. Практические рекомендации по длительности режимов генерации, параметрам работы СХП водорода на основе обратимых гидридов ИМС и ее характеристик, обеспечивающих минимальную пожаровзрывоопасность, были использованы в отделе гидридных энергоустановок ИПМаш НАН Украины и «Котлоенергопром».

Личный вклад соискателя. Лично автором проведен обзор литературы. В соавторстве автором для гидрида интерметаллида LaNi5 определены: фазовые равновесия в данной системе; значения критической температуры и концентрации водорода в гидриде интерметаллида; допустимые области температуры и давления, обеспечивающие наиболее безопасное функционирование СХП в зависимости от концентрации водорода в гидриде интерметаллида.

Определено влияние водородного охрупчивания на ПВО СХП данного типа. В соавторстве автором разработаны математические модели функционирования СХП данного типа в аварийном режиме работы для случаев изменения температуры и площади выходного отверстия.

Лично автором получены численные оценки, связанные с определением пожаровзрывоопасности СХП данного типа и ее взаимосвязи с режимом работы; разработаны рекомендации по выбору параметров режимов работы СХП водорода с минимальной пожаровзрывоопасностью.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: II Международной научно-технической конференции «Шляхи автоматизації, інформатизації та комп’ютеризації діяльності МНС України» (г. Харьков, 2005), IX International Conference on Hidrogen Materials Science (ICHMS’2005) (Sevastopol, Ukraine, 2005), VII Всеукраїнської науково-практичної конференції рятувальників «Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми, перспективи» (г. Киев, 2005), III Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» (г. Минск, 2005), а также на постоянно действующем научно-техническом семинаре АГЗУ (г. Харьков, 2004 ¸ 2006).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 научных статей в изданиях, входящих в Перечень ВАК Украины, 1 патент Украины на изобретение и 4 тезиса докладов на научных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и приложения. Общий объем диссертации составляет 130 страниц, она содержит 45 рисунков, 10 таблиц и 122 наименования использованных литературных источников.

ВЫВОДЫ

В работе получены новые научно обоснованные результаты, которые в совокупности обеспечивают решение научно-практической задачи по оценке пожаровзрывоопасности систем хранения и подачи водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов и ее снижению путем регулирования характеристик процесса генерации и использования схемотехнических решений.

1.  Показано, что пожаровзрывоопасность СХП данного типа определяется не только физико-химичесскими свойствами водорода и гидрида интерметаллического соединения, но и характеристиками процессов сорбции-десорбции водорода, основными из которых является содержание водорода в гидриде, его температура и давление в системе.

2.  С использованием метода, основанного на определении свойств неидеальной водородной подсистемы металлогидрида и равновесной с
ним молекулярной фазы водорода, для обратимого гидрида интерметаллида LaNi5Hx получены РСТ – диаграммы, которые позволяют определить критические значения параметров процесса сорбции-десорбции водорода – температуру и давление. Показано, что существует критическое значение для содержания водорода в гидриде, которое характерно для начала резкого возрастания давления в системе, обуславливающее резкое увеличение ПВО СХП водорода.

3.  Определена область существования значений технологических параметров СХП для различных режимов ее эксплуатации, которая исключает возможность возникновения водородного охрупчивания элементов системы, что снижает уровень ПВО СХП водорода.

4.  Применительно к аварийным режимам работы СХП водорода, в частности, для случаев разгерметизации полости газогенератора и неконтролируемого изменения температуры в ней, с использованием метода «нульмерной» баллистики получены математические модели, описывающие эти процессы, использование которых позволило получить оценки параметров, характеризирующих уровень ПВО СХП водорода.

5.  С использованием методов имитационного моделирования установлено, что для снижения скорости образования ПВО концентрации водорода в СХП на основе обратимого гидрида интерметаллида LaNi5Hx, необходимо в равной степени обеспечивать увеличение свободного объема полости газогенератора и уменьшить температуру газогенерации.

6.  Разработан алгоритм оценки уровня ПВО в СХП водорода, в основе которого лежит использование системы логических формул, получаемых с помощью граф-схем алгоритмов и схем дерева событий, а информация о параметрах, характеризующих режимы работы системы и особенности технологии генерации водорода.

7.  Определено, что вероятность возникновения ПВО ситуации в СХП данного типа при смешанном режиме работы на четыре порядка меньше, чем при хранении газообразного водорода в баллонах высокого давления и на порядок меньше, чем при хранении водорода в СХП на основе гидрореагирующих составов.

8.  Предложены схемотехнические решения, направленные на снижение в СХП вероятности возникновения ПВО ситуации, к числу которых относится введение новых конструктивных элементов. В частности, показано, что введение предохранителей в цепь питания ЭМК, входящих в состав СХП и предотвращающих увеличение проходящего тока, приводит к снижению вероятности возникновения ПВО ситуации в несколько раз.

9.  Модели поведения гидридных систем в аварийных режимах работы, алгоритм определения вероятности возникновения пожаровзрывоопасной ситуации в СХП на основе ИМС, рекомендации по снижению уровня ПВО СХП такого типа (конструктивные и организационно-технические), а
также разработанный перечень пожарно-профилактических мероприятий внедрены в учебном процессе АГЗУ и Черкасского института пожарной безопасности им. Героев Чернобыля, институте проблем машиностроения
им. НАН Украины и «Котлоенергопром», что позволило обеспечить требуемый уровень пожаровзрывоопасности при эксплуатации этих систем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Водород. Свойства, получение, хранение, транспортировка, применение: Справочное издание / , , и др.: под ред. , , - М.:Химия, 1989. – 672с.

2 , , Ключка пожаровзрывобезопасности систем хранения и подачи водорода на основе обратимых гидридов интерметаллидов // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. АГЗ Украины. – Вып. 17. – Харьков: Фолио, 2005. – С.66 – 74.

3 Концепция региональной безопасности и водород / Потехин Т. С. // Энергия: Экон., техн., экол. – 1994. – № 11. – С. 5 – 8.

4 Канило ГТД и перспективы применения водорода. – Киев: Наук. думка, 1982. – 140 с.

5 Мищенко водорода для автомобильных двигателей. – Киев: Наук. думка, 1984. – 142 с.

6 , , Христич и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. – Киев: Наук. думка, 1987. – 224 с.