«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ, ПРОВЕДЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДЕЛА ПО ВОДОРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ» Руководитель работы: С.В.Коробцев заместитель директора по научной работе института водородной энергетики и плазменных технологий РНЦ "Курчатовский институт" Государственный контракт

Программное мероприятие1.6 «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно- технического задела в области энергетики и энергосбережения» Критическая технологияТехнологии водородной энергетики Шифр работы« » Сроки выполнения с16 мая 2007 по31 октября 2008 Общий объем финансирования, руб Объем бюджетного финансирования, руб Объем внебюджетного финансирования, руб Головной исполнительФГУ Российский научный центр «Курчатовский институт» СоисполнительГНЦ РФ ФИЗИКО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени А.И.Лейпунского Государственный контракт

Цель работы: 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 проектов новых российских кодов и стандартов безопасности и их гармонизация с международными аналогами. Государственный контракт

достижение заданных значений программных индикаторов Государственный контракт ИндикаторТребование ТЗ Выполнение Обозн. Наименование Ед. изм. Значе- ние Срок достиже- ния И1.6.2 Количество публикаций шт г. 2008г И1.6.3 Количество патентов и заявок на патенты шт г. 2008г И1.6.4 Количество диссертаций шт г. 2008г. 2020

Сведения о патентах Государственный контракт патент РФ на полезную модель "Рекомбинатор водорода и кислорода", Заявка N /22 патент РФ на полезную модель "АКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР", Заявка N

Calculated hydrogen concentrations and velosities РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования в обеспечение водородной безопасности Разработаны, оптимизированы и верифицированы математические модели процессов распространения, горения и взрыва водородсодержащих газовых смесей. Показано, что компьютерный код CADYC обеспечивает воспроизводство экспериментальных данных с точностью до 5 % и может использоваться для инженерных расчетов.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования в обеспечение водородной безопасности Представлены критериальные модели горения водорода, проведено сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными по горению и взрыву водородосодержащих смесей. Сформирована верификационная база для кодов расчета процессов горения и взрыва водородсодержащих смесей. 0,1 sec 0,3 sec 1,3 sec Визуализация газовых струй – BOS photography. Распространение и горение водородной струи в открытом пространстве: начальное давление – 150 атм; расход газа г/с; диаметр сопла – 5,3 мм

1 min 5 min 10 min 10,05 min 15 min 25 min концентрация водорода в % об. Экспериментальные результаты – эволюция облака взрывоопасной водородо-воздушной смеси в закрытом пространстве РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования в обеспечение водородной безопасности

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: технические средства для обеспечения водородной безопасности Проведена оптимизация характеристик пассивных каталитических дожигателей (рекомбинаторов) водорода. Определены границы работоспособности и надежности каталитических дожигателей в условиях промышленных загрязнений, в условиях запроектной аварии. Проведены испытания макетного образца аварийного клапана сброса давления (время срабатывания не более 0,1 с при давлении газовой среды – до 20 МПа, температуре 20 о С, скорости нарастания давления 0,2 МПа/с).

Разработаны, оптимизированы, усовершенствованы и испытаны технические средства обеспечения водородной безопасности, в том числе: Предложен новый тип пленочных измерительных элементов для средств диагностики водорода в воздухе, который имеет ряд кардинальных преимуществ по сравнению с имеющимися мировыми аналогами - минимальное энергопотребление (15-20 мВт при постоянном нагреве), минимальную тепловую инерцию 80мс, оптимизирован чувствительный слой на основе SnO2 и температурный режим для детектирования водорода, повышена селективность и понижено влияние углеводородов при детектировании водорода. Предложен акустический газоанализатор новой конструкции. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: технические средства для обеспечения водородной безопасности

Система измерения и контроля концентрации водорода РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: технические средства для обеспечения водородной безопасности

Зависимость минимальной температуры воспламенения смеси 18% (2Н2 + О2) + 82% Не в ударной волне от содержания ингибитора: С3Н6 (1) и i–С3Н7ОН (2) х – t диаграммы ударной волны (а) и фронта пламени (b) в смесях 45% Н2 в воздухе без ингибитора (1); в присутствии 2,5% пропена (2) и присутствии 2,5% изобутена РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: технические средства для обеспечения водородной безопасности Оптимизированы химические системы подавления горения и взрыва – предложены составы, обеспечивающие значительное повышение минимальной температуры воспламенения водородно- воздушных смесей при концентрации ингибиторов менее 1,5%.

Разработаны нормативные документы (проекты) водородной безопасности, в том числе: РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: нормативные документы водородной безопасности концепция системы предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородсодержащих газовых смесей; рекомендации по повышению водородной пожаро- взрывобезопасности за счет использования химических ингибиторов.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ: нормативные документы водородной безопасности Проведен анализ, даны рекомендации по текстам обновлений проекта технического регламента "О безопасности устройств и систем, использующих водород". В рамках проекта HYPER разработано «Руководство по получению разрешения на установку стационарных водородных систем». Разработан проект СТАНДАРТА РФ по размещению датчиков водорода «Системы детектирования малых утечек водорода. Газоанализаторы водорода. Минимальное количество и размещение».

нанокатализаторы и наноструктуры для пассивных элементов водородной безопасности (увеличение удельной производительности, снижение расхода металлов платиновой группы, кардинальное повышение срока службы); структурные и защитные нанопленки и нанопокрытия для пассивных элементов водородной безопасности и для водородных сенсоров; наноструктурированные мембраны и элементы (для водородных сенсоров, для систем получения и очистки водорода). нанотехнологии для приборов и устройств водородной безопасности

НОВИЗНА РАБОТЫ: Работы выполнены на мировом уровне и обладают высокой степенью новизны, в частности: Впервые экспериментально исследовано распределение концентраций и измерены параметры взрывных процессов в водородо-воздушных смесях при мощных струйных выбросах массой ~ 0,4 кг водорода в открытое и частично ограниченное загроможденное пространство. горение водорода (визуализация пламени) 0,02 sec 0,04 sec 0,08 sec в открытом пространстве диаметр сопла 5,3 мм расход водорода ~ 200 г/с

НОВИЗНА РАБОТЫ: Работы выполнены на мировом уровне и обладают высокой степенью новизны, в частности: Проведена верификация и валидация компьютерного кода СADYC на экспериментальных данных, охватывающие все практически важные ситуации - высоконапорное истечение водорода в открытом пространстве (эксперименты CEA), взаимодействие высоконапорной струи с преградой (эксперименты SNL), низконапорное истечение в замкнутом пространстве (эксперименты РНЦ «Курчатовский институт» и Пизанского университета). эксперименты университета Алабамы моделирование РНЦ «КИ»

НОВИЗНА РАБОТЫ: Работы выполнены на мировом уровне и обладают высокой степенью новизны, в частности: Предложен новый тип пленочных измерительных элементов для средств диагностики водорода в воздухе, который имеет ряд кардинальных преимуществ по сравнению с имеющимися мировыми аналогами; предложен акустический газоанализатор новой конструкции. Предложены инновационные, эффективные, коррозионно- безопасные ингибиторы, позволяющие регулировать характеристики горения, взрыва и детонации водородо-воздушных смесей и, в том числе, предотвращать воспламенение, взрыв и детонацию. Разработан проект СТАНДАРТА РФ «Системы детектирования малых утечек водорода. Газоанализаторы водорода. Минимальное количество и размещение». В рамках проекта HYPER разработано Руководство по получению разрешения на установку стационарных водородных систем.

Все задачи работы решены в полном объеме в соответствии с календарным планом и техническим заданием. ВЫВОДЫ : получить новые научные знания о ключевых механизмах распространения водорода, а также - процессов горения и взрыва водородсодержащих газовых смесей; разработать и верифицировать теоретические модели и коды для моделирования процесса распространения, горения и взрыва водорода, необходимые для инженерных расчетов и создания норм и стандартов безопасности, разработать, оптимизировать, испытать технические средства защиты от аварии или минимизации ее последствий для водородных установок, эксплуатирующихся в промышленных и жилых помещениях, разработать концепцию и технические требования к системе предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородсодержащих газовых смесей, подготовить нормативный документ - проект стандарта РФ по размещению датчиков водорода. Проведенные исследования и разработки позволили: