Особенности поведения резервуаров с компримированным и сжиженным водородом в очаге пожара

Введение. Проведено обоснование важности исследований поведения резервуаров с компримированным и сжиженным водородом в очаге пожара в связи с тем, что такие аварии на объектах водородного транспорта являются наиболее опасными. Актуальность статьи обусловлена необходимостью оценки опасности указанного выше сценария аварии с целью его предотвращения и снижения последствий. Целью работы является анализ закономерностей протекания таких аварий на основе рассмотрения современных исследований в указанном направлении.

Поведение резервуаров с компримированным водородом в очаге пожара. Компримированный водород, как правило, хранится в баллонах из композитных материалов, а сжиженный — в двухоболочечных изотермических резервуарах. При попадании баллона из композитных материалов в очаг пожара через 5–15 мин происходит его взрыв. При этом давление газа в баллоне в момент его разрыва отличается от первоначального не более чем на 10 %.

Поведение резервуаров с жидким водородом в очаге пожара. Жидкий водород хранится и транспортируется в изотермических двухоболочечных резервуарах. Время сохранения целостности подобного резервуара (промежуток времени от начала огневого воздействия до разрыва) может достигать нескольких десятков минут в зависимости от его конструкции и интенсивности теплового воздействия.

Выводы. При разрушении баллонов с компримированным водородом и резервуаров с жидким водородом образуются ударные волны, огненные шары и разлетающиеся фрагменты баллонов и резервуаров. Размеры зон поражения могут достигать нескольких десятков метров в зависимости от параметров баллонов и резервуаров. При этом наибольший размер зоны поражения наблюдается в случае образования огненного шара.

1. Byoungjik Park, Yangkyun Kim. Reenacting the hydrogen tank explosion nof a fuel-cell electric vehicle: An experimental study // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. Pр. 34987–35003.

2. Гордиенко Д.М., Шебеко Ю.Н. Пожаровзрывобезопасность объектов водородной энергетики // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 2. С. 7–12. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-2-7-12

3. Шебеко Ю.Н. Нормативные документы, регламентирующие вопросы пожарной безопасности объектов инфраструктуры водородной энергетики // Пожарная безопасность. 2020. № 4. С. 36–42.

4. Гордиенко Д.М., Шебеко Ю.Н. Пожарная безопасность объектов инфраструктуры транспорта на водо­родном топливе // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 2. С. 41–51. DOI: 10.22227/0869-7493.2022.31.02.41-51

5. Шебеко Ю.Н. Пожарная безопасность водородных автозаправочных станций // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 4. С. 42–50. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.04.42-50

6. Шебеко Ю.Н., Болодьян И.А. Международный опыт обеспечения пожарной безопасности водородных авто­заправочных станций // Вести газовой науки. Научно-технический сборник. 2022. № 2 (51). С. 151–157.

7. Шебеко Ю.Н. Пожарная безопасность хранения и транспортировки водорода // Пожарная безопасность. 2023. № 1. С. 17–26. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2023.110.1.001

8. Halm D., Fouillen F., Lain E., Gueguen M., Bertheau D., Eckelen T. Composite pressure vessels for hydrogen storage in fire conditions: Fire tests and simulation // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. Pр. 20056–20076. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.06.088

9. Chuanchuan Shen, Li Ma, Gai Huang, Yingzhe Wu, Jinyang Zheng, Yan Liu et al. Consequence assessment of high-pressure hydrogen storage tank rupture during fire test // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2018. Vol. 55. Pр. 223–231. DOI: 10.1016/j.jlp.2018.06.016

10. Kashkarov S., Makarov D., Molkov V. Effect of a heat release rate on reproducibility of the test for hydrogen storage cylinder // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. No. 21. Pр. 10185–10192. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.04.047

11. Zalosh R. Blast waves and fireballs generated by hydrogen fuel tank rupture during fire exposure // Proceedings of the 5th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. Edinburgh, 2008. Pр. 149–158.

12. Kashkarov S., Li Z., Molkov V. Blast wave from a hydrogen tank rupture in the open: Hazard distances nomograms // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol. 45. Pр. 2429–2446. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.11.084

13. Dadashzadeh M., Kashkarov S., Makarov D., Molkov V. Risk assessment methodology for onboard hydrogen storage // International Journal of Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43. Pр. 6462–6475. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.01.195

14. Molkov V., Kashkarov S. Blast wave from a high pressure gas tank rupture in a fire: stand-alone and under vehicle hydrogen tanks // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. No. 36. Pр. 12581–12603. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.07.001

15. Molkov V., Dery W. The blast wave decay correlation for hydrogen tank rupture in a tunnel fire // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol. 45. Pр. 31289–31302. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.062

16. Blanc-Vannet P., Jallais S., Fuster B., Fouillen F., Halm D. Fire tests carried out in FGH JU Firecomp project, recommendations and application to safety of gas storage systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Pр. 9100–9109.

17. Molkov V., Dadashzadeh M., Kashkarov S., Makarov D. Performance of hydrogen storage tank with TPRD in an engulfing fire // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. Pр. 36581–36587. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.08.128

18. Kim Y., Makarov D., Kashkarov S., Joseph P., Molkov V. Modeling heat transfer in an intumescent paint and its effect on fire resistance of on-board hydrogen storage // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. No. 11. Pр. 7297–7303.

19. Ustolin F., Paltrinieri N., Landucci G. An innovative and comprehensive approach for the consequence analysis of liquid hydrogen vessel explosions // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2020. Vol. 68. P. 104323. DOI: 10.1016/j.jlp.2020.104323

20. Pehr K. Aspects of safety and acceptance of LH2 tank systems in passengers cars // International Journal of Hydrogen Energy. 1996. Vol. 21. Pр. 387–395.

21. Roberts A.F. Thermal radiation hazards from released LPG from pressurized storage // Fire Safety Journal. 1982. Vol. 4. Pр. 197–212. DOI: 10.1016/0379-7112(81)90018-7

22. Betteridge S., Phillips L. Large scale pressurized LNG BLEVE experiments. Symposium series no. 160. Hazards 25. Shell. 2015. 12 p.

23. Wingerden K., Kluge M., Habib A.K., Ustolin F., Paltrinieri N. Medium-scale tests to investigate the possibility and effects of BLEVEs of storage vessels containing liquefied hydrogen // Chemical Engineering Transactions. 2022. Vol. 90. Pр. 547–552. DOI: 10.3303/CET2290092

24. Cirrone D., Makarov D., Molkov V. Rethinking “BLEVE explosion” after liquid hydrogen storage tank rupture in a fire // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. Pр. 8716–8730. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.09.114