高壓氫氣泄漏安全問題研究

1高壓氫氣泄漏安全問題爭(zhēng)論風(fēng)險(xiǎn)要素，簡(jiǎn)潔引發(fā)氫氣泄漏、集中，甚至燃燒、爆炸等重大安全事故。方向，對(duì)氫能安全科學(xué)爭(zhēng)論及事故防控具有指導(dǎo)意義。引言爭(zhēng)論工作。19702023年，美國(guó)就出臺(tái)了20233100來支持“H2”。2023205014%公布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)進(jìn)展規(guī)劃綱要〔2023-2023〕》開頭推廣氫能與燃作為能源科技創(chuàng)戰(zhàn)略方向?！啊逼陂g，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展進(jìn)入井噴期，國(guó)家先后公布《中國(guó)制造2025》、《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)根底設(shè)施進(jìn)展藍(lán)皮書〔2023年〕》等多項(xiàng)政策，深入分析了氫能產(chǎn)業(yè)根底設(shè)施的進(jìn)呈現(xiàn)狀，制定了其進(jìn)展路線圖。20234能與煤、石油、自然氣等歸為一類，首次從法律上成認(rèn)其屬于能源范疇；20236〔局部修訂條文征求意見稿〕》和《汽氫能的能源地位得到進(jìn)一步確認(rèn)。圍〔體積分?jǐn)?shù)4.1%-74.1%〕，最小點(diǎn)火能極低〔僅為0.02mJ〕且氫氣具有氫進(jìn)社會(huì)的安全和可持續(xù)進(jìn)展。氫氣主要物化屬性12.833.8積，由于其高集中性，能夠快速形成危急的可燃性混合物。12m·s-10.4m·s-1，所以氫氣常常被作為燃料的添加劑用來提升體系的層流燃燒速度。4.1%-74.1%。另外，氫氣點(diǎn)火能極低，它的最小點(diǎn)火能量大約為0.02mJ，約為汽油的格外之一。表2列出了氫氣及一些常用燃料的燃燒特性參數(shù)。敏感性，例如：鉻、釩等。氫能利用的全生命周期過不同的技術(shù)從各類原材料中制備，目前，約有96%的氫氣是通過化石燃料制備4%205022%。無論是自然氣制氫、煤炭制氫還是電解水制氫，為了提2030200100035MPa70MPa35MPa35MPa70MPa趨勢(shì)?！?〕。目前主要的845-250℃10-15kW·h，而高壓氣態(tài)氫在運(yùn)輸過程中每千克氫氣的加壓總功耗僅為2.3kW·h。固態(tài)儲(chǔ)氫是指通過化學(xué)反響或物理吸附將氫氣儲(chǔ)存于特定材料中。常用高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是最高效和最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)氫方法，也是目前主流的儲(chǔ)氫方式。2發(fā)生單純的泄漏集中，未遇點(diǎn)火源或發(fā)生自燃。有燃燒泄漏則可分為三種情形：內(nèi)與空氣混合形成氣云，此時(shí)假設(shè)遇到點(diǎn)火源，則極易發(fā)生氫氣云爆炸。僅2023氫能安全防控技術(shù)開發(fā)及安全標(biāo)準(zhǔn)制定供給科學(xué)依據(jù)和有力工具。高壓氫氣泄漏的安全問題爭(zhēng)論高壓氫氣泄漏和集中爭(zhēng)論3Zhang等人基于等熵膨脹過程和真的熱交換現(xiàn)象，使用范德華方程和焓方程建立HEC〔熱交換〕模型，并將此模型的適用性，而對(duì)受限空間以及有障礙物的狀況則很難給出合理的測(cè)。FLACS100%〕。Yu儲(chǔ)氫泄漏場(chǎng)景，覺察車輛內(nèi)部氫氣濃度受風(fēng)速影響很大。LiCFD技術(shù)在分析射流衰減率時(shí)應(yīng)引入適當(dāng)?shù)谋壤蜃?。SathiahFRED了氫氣射流不同位置的速度和濃度衰減狀況。響因素。Stefano在封閉空間內(nèi)對(duì)高壓氫氣小規(guī)模泄漏的濃度場(chǎng)進(jìn)展了試驗(yàn)觀Ghatauray較大的差距，數(shù)據(jù)的有效性還有待證明。高壓氫氣泄漏自燃爭(zhēng)論提出了多種可能的機(jī)理，包括：逆焦耳-湯姆遜效應(yīng)、靜電點(diǎn)火機(jī)理、集中點(diǎn)火高壓氫氣泄漏自燃現(xiàn)象，因而其更可能是多個(gè)機(jī)理耦合作用的結(jié)果。Kim〔4〕，在氫/空氣混合氫/空氣混合層的首尾部。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫金華課題組較早在國(guó)內(nèi)針對(duì)高壓氫氣泄漏自燃的局部〔如甲烷的下游管道和具有不同直角拐角位置的L型管道進(jìn)展試驗(yàn)，剖析了管徑和管道耦合作用機(jī)制尚不清楚。出于安全性和經(jīng)濟(jì)性的考量，數(shù)值模擬是爭(zhēng)論高壓氫氣自燃的重要工具之WENO格式對(duì)局部收縮的高壓氫度上升并增加湍流混合效應(yīng)從而促進(jìn)自燃。Xu等人考慮了不同管徑下自燃過程擬爭(zhēng)論了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中氫的自燃過程。華東理工大學(xué)沈曉波等人利用Fluent缺乏驗(yàn)證。套可以較好地解釋自燃現(xiàn)象及其根本成因的牢靠理論體系。高壓氫氣噴射火爭(zhēng)論〔外部點(diǎn)火源或發(fā)生氫氣自燃則很可能引發(fā)噴射Jiang〔出了噴嘴幾何外形與火焰尺寸的定量關(guān)系式。Hooker等人通過轉(zhuǎn)變氫氣釋放速〔明火、電火花、高溫或氫氣自燃〕等的影響，試驗(yàn)結(jié)果具有肯定的局限?！?GuXiao等人針對(duì)核反響堆和燃料電池系統(tǒng)的氫安全問題，利用CFD90MPa高單調(diào)及缺乏驗(yàn)證數(shù)據(jù)等問題。性。氫氣云爆炸爭(zhēng)論氫氣云爆炸的常用理論模型包括：TNT當(dāng)量法、TNO多能法、1011模型，包括：TNO、BST法等，分析了各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)局部閱歷模型提出了修改意見。Mukhim等人則認(rèn)為傳統(tǒng)的理論模型具有較大缺陷，他們基于標(biāo)度在較大的缺陷與使用限制且計(jì)算精度不高。試驗(yàn)爭(zhēng)論方面，華東理工大學(xué)沈曉波團(tuán)隊(duì)針對(duì)氫氣、合成氣和氫氣/甲烷等他們探究了管道中氫/8的脈動(dòng)。除此之外，沈曉波等人還定義了火焰形變的階段：如T形火焰和拉伸播和超壓動(dòng)力學(xué)開展了很多探究工作。除此之外，Shen等人記錄了兩次小尺度高壓氫氣罐裂開引發(fā)火災(zāi)爆炸的過爆裝置的球形容器中進(jìn)展了預(yù)混氫氣爆炸試驗(yàn)，探究了泄放口處火焰形態(tài)的變/空氣混合氣的爆炸特性學(xué)效應(yīng)，因而相比氮?dú)饩哂懈鼉?yōu)的抑制效果。Li等人考察了二氧化碳對(duì)密閉空規(guī)模都比較小，與真實(shí)的氫氣泄漏燃爆事故在尺度上有較大差距，爭(zhēng)論結(jié)論〔如爆炸特征參量及其變化規(guī)律等〕的可拓展性不強(qiáng)，也不能作為大尺度數(shù)值模擬的有效論證依據(jù)。Li等人通過大存在計(jì)算量巨大和計(jì)算效率低的問題，特別是針對(duì)大型氫氣事故的模擬再現(xiàn)需求，現(xiàn)有模型往往表現(xiàn)得無能為力。翻開時(shí)間對(duì)氫氣爆炸特性的影響，PangCFD時(shí)間與超壓、燃燒速率和爆炸溫度的關(guān)系。他們將數(shù)值模擬的結(jié)果與Bauwens結(jié)果覺察兩者的相對(duì)誤差不大于6%，但是由于缺少構(gòu)造響應(yīng)模型，阻礙了聲學(xué)與構(gòu)造間的耦合，隧道中氫氣/甲烷混合氣的爆炸場(chǎng)景，分析了爆炸超壓、沖擊波和氣體艙室火災(zāi)FLACSHansonZhang/氫氣/空氣混合氣的爆炸試驗(yàn)并拍攝了管道中的火焰?zhèn)鞑D像，再利用Fluent參數(shù)。氫能安全標(biāo)準(zhǔn)化爭(zhēng)論內(nèi)外都格外重視氫能安全的標(biāo)準(zhǔn)化。國(guó)際上主要是氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技委會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技委會(huì)〔SAC/TC309〕和全國(guó)燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技委會(huì)〔SAC/TC342〕，擔(dān)當(dāng)氫能的主要標(biāo)準(zhǔn)化工作。氫能安全標(biāo)準(zhǔn)化是整個(gè)氫能標(biāo)準(zhǔn)體系中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，無論是制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫還是用氫過程，都需要標(biāo)準(zhǔn)化以確保安全性。從全球范圍來看，氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)中超過50%的為氫能10%。在氫能安全方面，氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技委會(huì)〔ISO〕5ISO/TR15916是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在2023年出臺(tái)的首部氫系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)。雖然化工作已在全球保持領(lǐng)先地位。GB/T29729-2023是我國(guó)首部氫系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，適用于氫氣的制備、儲(chǔ)存和運(yùn)輸系統(tǒng)。與ISO/TR15916相比，GB/T29729-20233多，掩蓋面更廣,根本涵蓋了全部涉及到氫能安全的場(chǎng)景，包括加氫站安全、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)安全等。在GB/T29729-2023《氫系統(tǒng)安全的根本要求》中，將氫泄漏列為氫系統(tǒng)的危急因素之一，無論是制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫還是用氫過程中都有可能發(fā)生氫泄漏。因此，在大多數(shù)氫能安全標(biāo)準(zhǔn)中，為了降低氫泄漏發(fā)生的可能性，規(guī)定了氫系在事故防控方面，局部標(biāo)準(zhǔn)中還會(huì)提出氫泄漏檢測(cè)、氫火焰檢測(cè)、報(bào)警裝置、火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)掌握等方面的具體要求。但是目前特地針對(duì)氫泄漏的安全標(biāo)準(zhǔn)鮮有報(bào)道。8全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《氫氧發(fā)生器安全技術(shù)要求》等多項(xiàng)安全標(biāo)準(zhǔn)。20236〔局部修訂條文征求意見稿〕》和《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，正在向社會(huì)公開征求意見?？己鸵罁?jù)。結(jié)論方向進(jìn)一步拓展和完善高壓氫氣泄漏相關(guān)安全問題爭(zhēng)論：善氫氣燃爆數(shù)據(jù)庫，為仿真模型開發(fā)和驗(yàn)證供給牢靠依據(jù)。法，建立事故源-受體的雙向快速推測(cè)-溯源模型，從而局部替代CFD技術(shù)，