Badania eksperymentalne samozapłonu wodoru podczas jego uwolnienia do powietrza

• Autorzy: Rudy W. , Dąbkowski A. , Porowski R. , Teodorczyk A.

Warianty tytułu

EN

Experimental investigation on hydrogen self-ignition process during its release into the air

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ze względu na swoje unikalne właściwości, wodór jest postrzegany jako paliwo przyszłości. Szeroki zakres palności, (4 ÷ 75)% obj., wysoka wartość opałowa (120 MJ kg-1) i niska energia zapłonu (0,02 mJ) to właściwości, które wskazują na jego szerokie zastosowanie w energetyce i motoryzacji. Niestety właściwości wodoru nastręczają również problemy natury bezpieczeństwa. Zaobserwowano, że wodór jest w stanie zapalić się podczas jego nagłego uwolnienia bez wyraźnej obecności zewn. źródła zapłonu i w temperaturach poniżej temperatury samozapłonu. Po raz pierwszy zjawisko to zaobserwowano w latach 20-tych XX wieku, natomiast w latach 70-tych XX w. opisano proces „dyfuzyjnego zapłonu” wodoru podczas jego uwolnienia do utleniającej atmosfery. Niniejsza praca poświęcona jest badaniom eksperymentalnym nad samozapłonem wodoru podczas jego wysokociśnieniowego, P = (2 ÷ 17) MPa, uwolnienia do powietrza. Podczas badań wykorzystano szybki układ akwizycji danych (częstotliwość próbkowania 200 kHz), czujniki ciśnienia, fotodiody oraz czujniki płomieni – sondy jonizacyjne. Wodór uwalniany był przez kanały o różnych średnicach d = (6, 10 i 14) mm i długościach L = (10, 25, 40, 50, 75, 100) mm. Wyniki badań wykazały, że zwiększając dwukrotnie długość kanału (z 50 mm do 100 mm) możliwe jest nawet 2-krotne zmniejszenie ciśnienia początkowego wodoru (odpowiednio z 8 MPa do 3,2 MPa) wymaganego do wystąpienia zapłonu. Ponadto wykazano, że w zakresie przebadanych ciśnień początkowych, poniżej pewnych długości kanału (L ≤ 25 mm) nie jest możliwe wystąpienie zapłonu.

Słowa kluczowe

PL

samozapłon wodoru; struga wodoru

EN

hydrogen self-ignition; hydrogen jet

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 5
• Strony: 14--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Rudy W.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa, PL

autor

Dąbkowski A.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa, PL

autor

Porowski R.

• Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej PIB, ul. Nadwiślańska 213, 05-420 Józefów, PL

autor

Teodorczyk A.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa, PL

Bibliografia

• [1] Anon., Spontaneous Ignition of Hydrogen. Engineering, 113, April 21, 1922.
• [2] Fenning R.W., Cotton F.T., Two Unexpected Hydrogen-Air Explosions. Engineering 130, August 22nd 1930.
• [3] Wolanski P., Wojcicki S., Proc. Combust. Inst. 14 (1972) 1217-1223.
• [4] Golub V.V., Baklanov D.I., Bazhenova T.V., Bragin M.V., Golovastov S.V., Ivanov M.F., Volodin V.V., Shock-induced ignitron of hydrogen gas Turing accidental or technical opening of high-pressure tanks. Journal of Loss Prevention in the Process Industries,20, 2007, pp. 439-446.
• [5] Golub V.V., Baklanov D.I., Golovastov S.V., Ivanov M.F., Laskin I.N., Savaliev A.S., Semin N.V., Volodin V.V., Mechanisms of high-pressure hydrogen gas self-ignition in tubes. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 21, 2008, pp. 185-198.
• [6] Dryer F.L., Chaos M., Zhao Z., Stein J.N., Alpert J.Y., Homer C.J., Spontaneous ignition of pressurized releases of hydrogen and natural gas into air. Combustion Science and Technology, 179, No. 4, 2007, pp. 663-694.
• [7] Mogi T., Kim D., Shiina H., Horiguchi S., Self-ignition and explosion during discharge of high-pressure hydrogen. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 21, 2008, pp. 199-204.
• [8] Bazhenova T.V., Golub V.V., Laskin I.N., Semin N.V., Prevention of hydrogen self-ignition at technical opening via replacement of one orifice by several smaller ones. 22nd International Combustion Dynamics of Explosions and Reactive System, Minsk, Belarus, July 27-31, 2009.
• [9] Mogi T., Wada Y., Ogata Y., Hayashi A.K., Self-ignition and flame propagation of high-pressure hydrogen jet during sudden discharge from a pipe. International Journal of Hydrogen Energy, 34, 2009, pp. 5810-5816.
• [10] Oleszczak P., Wolanski P., Ignition during hydrogen release from high pressure into the atmosphere. Shock Waves, 20, 2010, pp. 539-550.
• [11] Lee H.J., Kim Y.R., Kim S.H., Jeung I.S., Experimental investigation on the self-ignition of pressurized hydrogen released by the failure of a rupture disk through tubes. Proceedings of the Combustion Institute, 33, 2011, pp. 2351-2358.
• [12] Grune J., Kuznetsov M., Lelyyakin A., Jordan T., Spontaneous ignition process due to high-pressure hydrogen release in air. Proceedings to the 4th International Conference of Hydrogen Safety, San Francisco, 2011, pp.132-7A3, USA.
• [13] Kim Y.R., Lee H.J., Kim S.H., Jeung I.S., A flow visualization study on self-ignition of high pressure hydrogen gas released into a tube. Proceedings of the Combustion Institute, 34, 2013, pp. 2057-2064.
• [14] Rudy W., Dabkowski A., Teodorczyk A., Investigation into the Ignition Process of Hydrogen Jet in Air. Archivum Combustionis, 30, No.1-2, 2010.
• [15] Wen J.X., Xu B.P., Tam V.H.Y., Numerical study on spontaneous ignition of pressurized hydrogen release through a length of tube. Combustion and Flame, 156, No.11, 2009, pp. 2173-2189.
• [16] Bragin M.V., Molkov V.V., Physics of spontaneous ignition of high-pressure hydrogen release and transition to jet fire. International Journal of Hydrogen Energy, 36, 2011, pp. 2589-2596.
• [17] Yamada E., Kitabayashi N., Koichi Hayashi A., Tsuboi N., Mechanism of high-pressure hydrogen autoignition when spouting into air. International Journal of Hydrogen Energy, 36, 2011, pp. 2560-2566.

Uwagi

Publikacja opracowana na podstawie wyników II etapu programu wieloletniego „Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy”, finansowanego w latach 2011-2013 w zakresie badań naukowych i prac rozwojowych ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Koordynator programu: Centralny Instytut Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy.