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»