Приложение Н (справочное). Водород

Приложение Н
(справочное)

Водород

Н.1 Диапазон воспламеняемости водорода в воздухе составляет от 4 % до 77 % объема. Водород также обычно содержится в смесях горючих газов, например в процессе нефтепереработки. Для газовых смесей подгруппу оборудования следует рассматривать как IIC или IIB + Н2, где газовая смесь включает 30 % или более водорода по объему, если не указаны другие конкретные данные. Значение температурного класса следует принимать за значение самой низкой температуры самовоспламенения для любого газа, превышающего 3 % в смеси.

Примечание - ГОСТ 31610.20-1 содержит руководство по определению газовых смесей, включая водород, таких как коксовый газ и промышленный метан для соответствующих подгрупп оборудования.

Н.2 Температура самовоспламенения водорода составляет 560 °С. Хотя очень высокие температуры необходимы для воспламенения смеси водорода с воздухом, следует принять меры предосторожности, чтобы утечки водорода не соприкасались с горячими поверхностями.

Н.3 Скорость диффузии газа за счет силы тяги пропорциональна его плотности относительно воздуха. Водород - это газ легче воздуха, который быстро рассеивается, поднимаясь снизу вверх. Однако по мере того, как газ диффундирует, объемная плотность данного объема будет стремиться приблизиться к свойствам воздуха. Поскольку концентрация водорода уменьшается, так что объемная плотность приближается к воздуху. При уменьшении концентрации водорода, когда объемная плотность приближается к воздуху, водород с низкой концентрацией будет стремиться перемещаться вместе с воздухом.

Н.4 Утечки водорода большого объема могут накапливаться в надземных помещениях. Утечка водорода может образовывать газовые карманы в нишах, пиках крыш и мансардных окнах, которые обычно плохо проветриваются. И наоборот, относительно небольшие отверстия в таких пространствах позволяют водороду высвобождаться и могут быть достаточными для предотвращения скопления водорода из-за уменьшения объема за счет удаления водорода.

Н.5 Утечки водорода обычно приводят к образованию струйного шлейфа по направлению от точки утечки. Как только импульс реактивной струи рассеивается, шлейф поднимается более вертикально и, как правило, распространяется в хорошо проветриваемом помещении без последствий.

Н.6 Разлив жидкого водорода, давление насыщения которого обычно составляет 4 бара, может внезапно подвергнуться воздействию низкотемпературной концентрации в резервуаре по сравнению с атмосферным давлением. Данное вещество мгновенно закипит или значительная часть жидкости превратится в низкотемпературный пар, в результате чего оставшееся содержимое разольется. Жидкий водород кипит при 20 К при 1 атмосфере, и содержимое вещество при воздействии температуры окружающей среды будет иметь достаточно тепла, чтобы быстро испарить жидкий водород. Открытая площадь поверхности разлива жидкого водорода влияет на скорость, с которой содержимое превращается в пар и нагревается. При температуре кипения водорода холодный водородный пар тяжелее воздуха, пока он не нагреется. Когда холодные пары смешиваются с воздухом, воздух может охлаждаться ниже температуры конденсации, вызывая конденсацию и образование видимого облака.

После пребывания у земли и достаточного нагревания видимое облако пара может образовывать шлейф при движении наверх.

Н.7 Фронты пламени, наблюдаемые при использовании смесей водорода с воздухом, горят хуже, когда они горят в горизонтальном направлении и тем более в нисходящем направлении.

При выделении большого количества водорода может образоваться шлейф с увеличивающейся концентрацией водорода по направлению к центральной линии шлейфа. Области с более низкой концентрацией водородно-воздушных смесей требуют большей энергии инициирования для воспламенения, чем области с более высокой концентрацией к центру шлейфа. Движение и водяной пар в шлейфе также приведут к большей энергии инициирования по сравнению со смесью того же состава, то есть сухой и без движения.

Таким образом, по мере того, как водородный шлейф поднимается, внешние области шлейфа (области, вероятно, столкнутся с источником воспламенения) с меньшей вероятностью воспламенятся по сравнению с почти стехиометрическими смесями. Если возгорание происходит во внешней части шлейфа, только газ в непосредственной близости к источнику возгорания будет склонен к возгоранию, и есть вероятность возникновения пламени. Распространение или дефлаграция в облаке уменьшается. Поэтому, если происходит быстрое перемешивание водородного шлейфа с образованием почти стехиометрической смеси с воздухом на всем протяжении облака, обычные факторы, влияющие на перемешивание (диффузия, сила тяги, ветер и турбулентность) в утечке, не приведут к полному сгоранию шлейфа.

Н.8 Для снижения утечек водорода следует предусмотреть быстрый подъем газа на открытом воздухе вдали от конструкций, чтобы помочь предотвратить потенциальное воспламенение во время утечки. В помещении может быть предусмотрена дополнительная вентиляция и/или достаточное пространство для разбавления и рассеивания утечки. Если применяются газоанализаторы для контроля измерения, датчики должны быть размещены над точками утечек и/или возле потолка, вытяжного вентилятора или выходного канала. Требуется регулярная калибровка датчиков, и датчик следует калибровать только с использованием водорода в качестве калибровочного газа.

Н.9 Водородный газ имеет несколько последствий для безопасности и здоровья персонала, которые следует учитывать при установке объекта. Газообразный водород может вызвать дефицит кислорода. Повышенное содержание водорода в воздушной смеси может быть безопасным для дыхания в течение коротких периодов времени, но среда будет выше нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), что приведет к образованию потенциально взрывоопасной газовой среды.

Водородное пламя, если оно не содержит примеси, очень трудно увидеть при дневном свете. Это свойство в сочетании с низким коэффициентом излучения, обеспечивающим очень низкое инфракрасное излучение, делает горение водорода трудно видимым, пока не произойдет физический контакт с пламенем. Водород при горении на воздухе также образует ультрафиолетовое (УФ) излучение, способное производить аналогичные эффекты при пребывании на солнце. Прямое воздействие водородного пламени вызывает немедленные ожоги.

Водород очень легко воспламеняется там, где он выделяется, и обычно происходит возгорание и/или ожидается возникновение взрыва. Могут возникнуть небольшие утечки и возгорание, но они останутся незамеченными до тех пор, пока не будет проведено техническое обслуживание персоналом в зоне. Возгорающийся шлейф водорода быстро вернется к источнику водорода. С точки зрения контроля опасностей водородный пожар, локализованный в источнике или утечке, часто бывает преимущественно в увеличивающемся водородном шлейфе.

Известно, что утечки водорода представляют собой проблему, например для систем с очень высокими давлением или температурами, поэтому следует предусмотреть дополнительные меры безопасности для источников утечки.

Данные меры могут включать:

- защиту от отклонения для ограничения импульса струи и улучшения рассеивания;

- паровые струи вокруг источника утечки для охлаждения высокотемпературных утечек, увлажнения газов и изменения характеристик рассеивания струи.

Полное сгорание водородного облака произойдет в течение нескольких секунд. Выделяемой тепловой энергии недостаточно для воспламенения типичных строительных материалов, используемых в зданиях. Персонал в непосредственной близости может получить серьезные ожоги и подвергнуться прямому воздействию, горючие жидкости также могут воспламениться.

Водород, хранящийся под высоким давлением, обычно при утечке образует струю. В случае воспламенения это приведет к возникновению большой струи почти невидимого пламени, которая была бы чрезвычайно опасна на всем ее пути. В системах высокого давления с соединениями, которые, как известно, подвержены утечкам, следует применять дополнительные меры контроля.

Н.10 [4] содержит дополнительное руководство по безопасности для водорода, но не учитывает классификацию взрывоопасных зон или ссылается на серию стандартов на оборудование для работы во взрывоопасных средах. В этом случае руководство по безопасности может быть полезным, но следует выполнять требования серий стандартов на оборудование для работы во взрывоопасных средах.