Пожарная безопасность водородных автозаправочных станций

Введение. Проблема загрязнения атмосферы парниковыми газами, образующимися в основном при эксплуатации автомобилей на углеводородном топливе, делает актуальной необходимость использования водорода в качестве альтернативного моторного топлива. Пути решения этой проблемы изложены в ряде работ зарубежных исследователей. Настоящая статья посвящена анализу указанных работ в части обеспечения пожаровзрывобезопасности автозаправочных станций (АЗС) на газообразном и жидком водороде (водородные АЗС).

Особенности хранения водорода. Одной из основных проблем функционирования водородных АЗС является хранение моторного топлива. Отмечены наиболее перспективные способы хранения водорода (в газообразном и жидком виде, адсорбированном виде, в составе гидридов металлов).

АЗС с хранением сжатого водорода. Рассмотрены особенности пожаровзрывобезопасности АЗС, на которых водород хранится в сжатом виде и поставляется предприятиями по его производству. При этом, как правило, применяются передвижные топливозаправщики, оснащенные резервуарами со сжатым газом.

АЗС с использованием жидкого водорода. Проанализированы аспекты обеспечения пожарной безопасности АЗС, на которые водород поставляется и хранится в жидком виде с дальнейшей регазификацией и заправкой автомобилей сжатым газом.

АЗС с получением водорода непосредственно на станции. Одним из способов снабжения водородной АЗС топливом является его получение непосредственно на станции путем дегидрогенизации метилциклогексана, который поставляется автомобильными цистернами. Полученный водород компримируется и хранится в сжатом виде в баллонах, из которых идет заправка автомобилей. Проанализированы особенности пожарной опасности таких станций.

Основные положения NFPA 2 в части водородных АЗС. Рассмотрены требования международного стандарта NFPA 2 Hydrogen Technologies Code. 2016 Edition для АЗС на сжатом и сжиженном водороде.

Выводы. На основании проведенного анализа сделан вывод, что в ряде стран активно ведутся работы по созданию водородных АЗС. Показано, что при выполнении необходимых защитных мероприятий водородные АЗС могут быть столь же безопасными, как и станции на углеводородном топливе. Сделан вывод о необходимости разработки отечественного нормативного документа, содержащего требования пожарной безопасности к водородным АЗС и использующего наработанный международный опыт.

1. Макеев В.И. Безопасность объектов с использованием жидких криогенных продуктов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 1992. Т. 1. № 3. С. 34–45.

2. Болодьян И.А., Кестенбойм Х.С., Махвиладзе Г.М., Макеев В.И., Федотов А.П., Чугуев А.П Взрывопожароопасность низкотемпературных облаков водорода в атмосфере // Горение гетерогенных и газовых систем : мат. IX Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка : АН СССР, Отделение Института химической физики, 1989. С. 15–17.

3. Карпов В.Л. Пожаробезопасность регламентных и аварийных выбросов горючих газов. Часть 1. Предельные условия устойчивого горения и тушения диффузионных факелов в неподвижной атмосфере // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 1998. Т. 7. № 3. С. 36–43.

4. Шебеко Ю.Н., Келлер В.Д., Еременко О.Я., Смолин И.М. Закономерности образования и горения локальных водородовоздушных смесей в большом объеме // Химическая промышленность. 1988. № 12. С. 728–731.

5. Dadashzadeh M., Makarov D., Molkov V. Modeling of hydrogen tank fuelling // Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards. Vol. 2. Saint Petersburg : Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, 2019. Pp. 1396–1407. DOI: 10.18720/SPBPU/2/k19-20

6. Gökalp I. A holistic approach to promote the safe development of hydrogen as an energy vector // Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards. Vol. 2. Saint Petersburg : Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, 2019. Pp. 1387–1395. DOI: 10.18720/SPBPU/2/k19-127

7. Andersson J., Grönkvist S. Large-scale storage of hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Issue 23. Pp. 11901–11919. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.03.063

8. Abe J.O., Popoola A.P.I., Ajenifuja E., Popoola O. Hydrogen energy, economy and storage: Review and recommendation // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Issue 29. Pp. 15072–15086. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.04.068

9. Gye H.-R., Seo S.-K., Bach Q.-V., Ha D., Lee C.-J. Quantitative risk assessment of an urban hydrogen refueling station // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Issue 2. Pp. 1288–1298. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.11.035

10. Shirvill L.C., Roberts T.A., Royle M., Willoughby D.B., Gautier T. Safety studies on high-pressure hydrogen vehicle refuelling stations: Releases into a simulated high-pressure dispensing area // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. Issue 8. Pp. 6949–6964. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.01.030

11. Matthijsen A.J.C.M., Kooi E.S. Safety distances for hydrogen filling stations // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2006. Vol. 19. Issue 6. Pp. 719–723. DOI: 10.1016/j.jlp.2006.05.006

12. Reddi K., Elgowainy A., Sutherland E. Hydrogen refueling station compression and storage optimization with tube-trailer deliveries // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. Issue 33. Pp. 19169–19181. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.09.099

13. Sun K., Pan X., Li Z., Ma J. Risk analysis on mobile hydrogen refueling stations in Shanghai // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. Issue 35. Pp. 20411–20419. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.07.098

14. Azuma M., Oimatsu K., Oyama S., Kamiya S., Igashira K., Takemura T. et al. Safety design of compressed hydrogen trailers with composite cylinders // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. Issue 35. Pp. 20420–20425. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.05.147

15. Blanc-Vannet P., Jallais S., Fuster B., Fouillen F., Halm D., van Eekelen T. et al. Fire tests carried out in FCH JU Firecomp project, recommendations and application to safety of gas storage systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Issue 17. Pp. 9100–9109. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.04.070

16. LaChance J. Risk-informed separation distances for hydrogen refueling stations // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34. Issue 14. Pp. 5838–5845. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.02.070

17. Sakamoto J., Nakayama J., Nakarai T., Kasai N., Shibutani T., Miyake A. Effect of gasoline pool fire on liquid hydrogen storage tank in hybrid hydrogen-gasoline fueling station // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. Issue 3. Pp. 2096–2104. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.11.039

18. Kikukawa S., Mitsuhashi H., Miyake A. Risk assessment for liquid hydrogen fueling stations // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. Vol. 34. Issue 2. Pp. 1135–1141. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2008.10.093

19. Friedrich A., Breitung W., Stern G., Veser A., Kuznetsov M., Fast G. et al. Ignition and heat radiation of cryogenic hydrogen jets // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. Issue 22. Pp. 17589–17598. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2012.07.070

20. Nakayama J., Kasai N., Shibutani T., Miyake A. Security risk analysis of a hydrogen fueling station with an on-site hydrogen production system involving methylcyclohexane // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Issue 17. Pp. 9110–9119. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.03.177

21. Tsunemi K., Yoshida K., Yoshida M., Kato E., Kawamoto A., Kihara T. et al. Estimation of consequence and damage caused by an organic hydride hydrogen refueling station // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42. Issue 41. Pp. 26175–26182. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.08.082

22. Nakayama J., Sakamoto J., Kasai N., Shibutani T., Miyake A. Preliminary hazard identification for qualitative risk assessment on a hybrid gasoline-hydrogen fueling station with an on-site hydrogen production system using organic chemical hydride // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41. Issue 18. Pp. 7518–7525. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.03.143