Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологий, методов и средств, проведение теоретических и экспериментальных исследований для создания научно-технического задела по водородной безопасности

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6028
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
11,8 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Проведение теоретических и экспериментальных исследований в обеспечение безопасности при производстве, хранении, транспортировке и использовании водорода в энергетике, создание новых методов и технических средств обеспечения пожаро-взрывобезопасности водородных систем, разработка научно-технических обоснований с целью их гармонизация с международными аналогами.

Соисполнители

Организация
АО "ГНЦ РФ - ФЭИ"

Этапы проекта

1
16.05.2007 - 07.12.2007
В настоящей работе предложена модификация существующей модели IPM горения водорода. Эти изменения позволили более точно моделировать процесс тепловыделения при горении водорода в широком диапазоне условий, характерных для детонационных волн. Также предложена процедура определения параметров модели IPM на основе кинетических расчетов.
Проведены расчетно-экспериментальные исследования горения и взрыва водородосодержащих смесей. Выполнен анализ моделей горения и взрыва водородосодержащих смесей. Представлены критериальные модели горения водорода, предназначенные для моделирования горения водородосодержащих смесей в пространстве со сложной геометрией. Критериальные модели горения позволяют определять наиболее опасный режим горения водорода (медленное, быстрое горение, детонация), который может реализоваться в конкретных условиях (состав смеси, давление, температура, характерный размер), а также оценить максимально возможную для этих условий скорость горения. Тестирование расчета пределов с использованием представленных критериальных моделей для всех 3-х режимов показало хорошее согласие с результатами расчета этих пределов по известной программе LIMITS, что подтверждает возможность практического использования разработанных моделей.
Проведена модернизация и исследование термо-каталитических чувствительных элементов системы измерения концентраций водорода. Определены возможности и ограничения в применении пленочных измерительных элементов для детектирования водорода при концентрациях близких к 50% НКПВ, которые предусмотрены ГОСТ-ом для приборов по детектированию горючих газов. Исследования относительно больших выборок позволило вплотную приблизиться к полному тестированию и калибровке всей производимой продукции.
Проведены исследования и оптимизация термокаталитических свойств активных элементов каталитических дожигателей (рекомбинаторов). В частности, проведены исследования термодинамических и каталитических свойств элементов на основе высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), выявлены основные пути оптимизации использования ВПЯМ, активированных платиновым катализатором в системах водородной безопасности (в сравнении с имеющимися водородными рекомбинаторами на основе прямоугольных пластин или стержней с каталитическим покрытием). Показано, что использование ВПЯМ с миллиметровыми характерными размерами пор в пассивных водородных рекомбинаторах позволяет сочетать высокую удельную скорость сжигания водорода с низким газодинамическим сопротивлением паро-газовому потоку.
На базе развития теории химического управления горением и взрывом горючих газовых смесей обнаружено наличие двух режимов развившегося горения водорода. В одном из этих режимов единственным лавинным процессом является размножение атомов и радикалов, саморазогрев лишь усиливает эту лавину. Во втором режиме лавинный характер приобретает также накопление тепла в системе, вызванное ростом температуры.
Показано, что с использованием предложенных эффективных, коррозионно-безопасных ингибиторов, можно эффективно управлять горением и взрывом горючих газовых смесей: регулировать интенсивность процесса, предотвращать только взрыв, или и взрыв, и горение. Представлены также данные по изучению зависимости характеристик горения от начального содержания кислорода в смеси.
Проведены патентные исследования по датчику водорода.
Разработаны исходные технические требования для проектирования клапана сброса давления.
Развернуть
2
01.01.2008 - 31.05.2008
Проведены исследования процесса формирования и эволюции водородного облака при напуске водорода в герметичную камеру в определенных фиксированных режимах натекания. Измерения проводились в 24 точках объема камеры датчиками концентрации и температуры, расположенными в узлах прямоугольной матрицы. Определены скорости распространения фронтов критической концентрации водорода при его напуске в замкнутой объем с малой начальной скоростью (3,4 м/с), выявлены характерные особенности и стадии распространения водорода в замкнутом пространстве и их отличия от процессов распространения водорода в открытом пространстве. Результаты, полученные в данных экспериментах, могут служить базой для создания численных моделей распространения пожароопасных облаков легких газов в закрытых невентилируемых объемах. Проведены предварительные эксперименты по распространению водорода в «открытой» (вентилируемой) камере, указывающие на достаточно высокую эффективность естественной вентиляции.
Развернуть
3
01.06.2008 - 31.10.2008
Экспериментально исследовано распределение концентраций и измерены параметры взрывных процессов в водородо-воздушных смесях при мощных струйных выбросах массой до ~ 0,4 кг в открытое и частично ограниченное загроможденное пространство.
Проведена верификация кода «наилучшей оценки» для моделирования процесса распространения водорода. Выполнено тестирование моделей горения и взрыва на экспериментальных данных.
Исследованы границы работоспособности и надежности пассивных каталитических дожигателей в условиях промышленных загрязнений. Проведены испытания макетного образца аварийного клапана сброса давления.
Разработана концепция системы предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородсодержащих газовых смесей. Подготовлен проект стандарта РФ по размещению датчиков водорода.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Тема
Создание научно-технического задела по технологиям, методам и средствам обеспечения водородной безопасности
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
24 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработки методов и средств обеспечения безопасности, создание кодов и стандартов безопасности для водородной энергетики.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области развития систем обеспечения взрывобезопасности водородно-воздушных смесей в атомной энергетике и других отраслях промышленности.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
9 млн
Количество заявок
2
Тема
«Разработка и создание оборудования для каталитической рекомбинации и сжигания водорода для обеспечения взрывобезопасности в энергетике и промышленности».
Продолжительность работ
2011 - 2013, 29 мес.
Бюджетные средства
83 млн
Количество заявок
3
Тема
НК-427П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлениям: «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии», «Водородная энергетика», «Создание энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных средств», «Производства топлив и энергии из органического сырья» в рамках мероприятия 1.2.2 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
63