1

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТКА ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ, РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ

СОЗДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА ПО СОЗДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ВОДОРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИОБЕСПЕЧЕНИЮ ВОДОРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Государственный контракт № 02.516.11.6029 от 16 мая 2007 г.Государственный контракт № 02.516.11.6029 от 16 мая 2007 г.Шифр 2007-6-1.6-10-01-003Шифр 2007-6-1.6-10-01-003

ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса направлениям развития научно-технологического комплекса

России на 2007-2012 годы»России на 2007-2012 годы»

Руководитель работ - В.А. Петухов Руководитель работ - В.А. Петухов

2

Соисполнители: Соисполнители:

ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт имени А.И. ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского»; Лейпунского»; Институт структурной макрокинетики и проблем Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН;материаловедения РАН;

Головной исполнитель:Головной исполнитель:

Объединенный институт высоких температур РАНОбъединенный институт высоких температур РАН

3

Проведение теоретических и экспериментальных Проведение теоретических и экспериментальных исследований в обеспечение безопасности при исследований в обеспечение безопасности при

производстве, хранении, транспортировке и производстве, хранении, транспортировке и использовании водорода в энергетике, создание новых использовании водорода в энергетике, создание новых

методов и технических средств обеспечения пожаро-методов и технических средств обеспечения пожаро-взрывобезопасности водородных систем, разработка взрывобезопасности водородных систем, разработка

научно-технических обоснований с целью их гармонизация научно-технических обоснований с целью их гармонизация с международными аналогамис международными аналогами

Цель работыЦель работы

4

Исследования нестационарного горения Исследования нестационарного горения водородно-воздушных смесейводородно-воздушных смесей

5

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.

Взрывная камера 13Я3Взрывная камера 13Я3

6

На внутренней поверхности камеры 13Я3, заполненной На внутренней поверхности камеры 13Я3, заполненной стехиометрической водородно-воздушной смесью, при стехиометрической водородно-воздушной смесью, при инициировании ее искрой энергией 6 Дж инициировании ее искрой энергией 6 Дж зарегистрировано давление 190 ата при дозвуковой зарегистрировано давление 190 ата при дозвуковой скорости первичного фронта пламенискорости первичного фронта пламени

Основной результат эксперимента:Основной результат эксперимента:

7

Экспериментальные Экспериментальные установкиустановки

8

Взрывная камера ВБК-2Взрывная камера ВБК-2

Объем камеры – 100 м3; рассчитана на взрыв до 50 кг ТНТ

9

Сравнение результатов для перемешанной и неперемешанной Сравнение результатов для перемешанной и неперемешанной водородно-воздушных смесейводородно-воздушных смесей

5 10 15 20 25 30 35 40 451

10

100

1000

Концентрация водорода в смеси, %

Дав

лени

е, р

егис

трир

уем

ое

в ве

ршин

е ко

нуса

, ата

в объеме I - воздух, в объеме II - водородно-воздушная смесь

в объемаx I и II - водородно-воздушная смесь

10

4 8 12 16 20 24 28 320

400

800

1200

1600

2000

Давл

ени

е в

верш

ине

кону

са, атм

Концентрация водорода внутри конуса, % (об.)

Исследование неперемешанных Исследование неперемешанных водородно-воздушных смесейводородно-воздушных смесей

11

Результаты исследования неперемешанных Результаты исследования неперемешанных водородно-воздушных смесейводородно-воздушных смесей

16 18 20 22 24 26 28 300

200

400

600

800

1000

1200

1400Д

авлен

ие в

вер

шин

е ко

нуса

, атм

Концентрация водорода в резиновой оболочке, % (об.)

В конусе – стехиометрическая водородно-воздушная смесьВ конусе – стехиометрическая водородно-воздушная смесь

12

Ингибирование водородно-воздушных смесейИнгибирование водородно-воздушных смесей

13

Концентрация ингибитора АКМ, % (об.)

Дли

на ф

акел

а, с

м

Зависимость длины факела при горении смеси водород–АКМ от Зависимость длины факела при горении смеси водород–АКМ от концентрации ингибитора. концентрации ингибитора.

Средняя по сечению горелки скорость подачи смеси:Средняя по сечению горелки скорость подачи смеси: 1 – 44 1 – 44 см/с; см/с; 2 – 372 – 37 см/с; см/с; 3 – 25 3 – 25 см/с; см/с; 4 – 23 4 – 23 см/с; 5 см/с; 5 – 11 – 11 см/с; см/с;

6 –6 – расчет при средней скорости подачи водорода расчет при средней скорости подачи водорода 44 44 см/с. см/с.

14

Распад детонационной волныРаспад детонационной волны

1 – детонационная волна в смеси: 1 – детонационная волна в смеси: 33% Н33% Н22 + 2% изобутилена + воздух; + 2% изобутилена + воздух;

2 – детонационная волна в смеси: 2 – детонационная волна в смеси: 11% СО + 22% Н11% СО + 22% Н22 + воздух; + воздух;

3 – ударная волна в смеси: 3 – ударная волна в смеси: 11% СО + 22 % Н11% СО + 22 % Н22 + 2% изобути- + 2% изобути-

лена + воздух; лена + воздух; 4 – фронт пламени в смеси: 4 – фронт пламени в смеси: 11% СО + 22 % Н11% СО + 22 % Н22 + 2% изобути- + 2% изобути-

лена + воздух.лена + воздух.

Подавление взрываПодавление взрыва водородно-воздушной смеси водородно-воздушной смеси

Ингибитор – смесь пропана, Ингибитор – смесь пропана, бутана и пропиленабутана и пропилена

P, ата t, s

15

Создание новых технических средств Создание новых технических средств обеспечения пожаровзрывобезопасностиобеспечения пожаровзрывобезопасности

16

1 2 3

А

А

Б

Б

А-А Б-Б

a

b

2 без сопла с соплом

ударные волны косые (слабые) ударные волны

10000

водородРизб

1 2 3

А

А

Б

Б

А-А Б-Б

a

b

2 без сопла с соплом

ударные волны косые (слабые) ударные волны

10000

водородРизб

Макет клапана сброса давленияМакет клапана сброса давления

При выпуске в канал с воздухом Р = 90 - 40атмПри выпуске в канал с воздухом Р = 90 - 40атмПредельные расстояния в зависимости от Предельные расстояния в зависимости от

давления в резервуаредавления в резервуаре - - - круглое сечение- - - круглое сечение --- прямоугольное сечение--- прямоугольное сечение

Разработка клапана безопасного сброса давленияРазработка клапана безопасного сброса давления

17

ГазоанализаторГазоанализатор водорода ГВ-01водорода ГВ-01

Диапазон контролируемых концентраций водорода Диапазон контролируемых концентраций водорода в атмосфере - от 0 до 100% (об.)в атмосфере - от 0 до 100% (об.)Диапазон допустимых давлений – от 0,085 до 0,7 МПаДиапазон допустимых давлений – от 0,085 до 0,7 МПаДиапазон допустимых температур среды в месте установки Диапазон допустимых температур среды в месте установки датчика:датчика:

от 0 до 200от 0 до 20000СС - неограниченно;- неограниченно;от 200 до 250от 200 до 25000СС - в течение 1 часа;- в течение 1 часа;от 250 до 700от 250 до 70000СС - в течение 250 с.- в течение 250 с.

Длина линии связи датчика с измерительным прибором – до 120 мДлина линии связи датчика с измерительным прибором – до 120 м

18

Измерительный комплекс на Измерительный комплекс на стенде ВКМ после испытанийстенде ВКМ после испытаний

19

Конструкция рекомбинатораКонструкция рекомбинатора

Модернизирован рекомбинатор водорода: Модернизирован рекомбинатор водорода: концентрационный предел беспламенной работы расширен до 19% (об.)концентрационный предел беспламенной работы расширен до 19% (об.)

20

Разработан проект национального стандарта Разработан проект национального стандарта

«Ингибиторы для водородно-воздушных смесей»«Ингибиторы для водородно-воздушных смесей»