RU2485164C2 - Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures - Google Patents
Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485164C2 RU2485164C2 RU2011123824/05A RU2011123824A RU2485164C2 RU 2485164 C2 RU2485164 C2 RU 2485164C2 RU 2011123824/05 A RU2011123824/05 A RU 2011123824/05A RU 2011123824 A RU2011123824 A RU 2011123824A RU 2485164 C2 RU2485164 C2 RU 2485164C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- mixture
- combustion
- explosion
- air mixtures
- Prior art date
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а именно, к способам предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей, и может быть широко использовано при получении, хранении, транспортировке водорода, в производствах, связанных с образованием водорода в качестве основного и/или побочного продукта, в химических производствах, связанных с использованием водорода в качестве исходного реагента: процессы гидрирования, различные синтезы. Также данное изобретение может быть использовано в энергетических установках и других системах, использующих водород в качестве горючего, легкого наполнителя, например, в летательных аппаратах, зондах, дирижаблях, воздушных шарах, а также в системах, использующих водород в качестве охлаждающего газа, в частности в больших турбогенераторах.The invention relates to the field of ensuring fire safety and explosion safety, and in particular, to methods of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures, and can be widely used in the production, storage, transportation of hydrogen, in industries associated with the formation of hydrogen as the main and / or a by-product in chemical industries associated with the use of hydrogen as a starting reagent: hydrogenation processes, various syntheses. Also, this invention can be used in power plants and other systems using hydrogen as a fuel, light filler, for example, in aircraft, probes, airships, balloons, as well as in systems using hydrogen as a cooling gas, in particular large turbogenerators.
Известен способ предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей, в котором используют ингибитор для предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей, содержащий смесь алканов и алкенов с числом атомов углерода в молекуле от 1 до 6 (RU 2042366, A62D 1/00 C1, 1995 05.13.). Использование: для предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей в процессах получения, хранения и применения водорода, в том числе в летательных аппаратах, использующих водород в качестве наполнителя. Сущность изобретения: предложено применять в качестве ингибитора смесь алканов и алкенов с числом атомов углерода в молекуле от 1 до 6. В качестве примера такой смеси используют, например, баллонный бытовой газ.A known method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures, in which an inhibitor is used to prevent ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures, containing a mixture of alkanes and alkenes with the number of carbon atoms in a molecule from 1 to 6 (RU 2042366, A62D 1/00 C1, 1995 05.13.). Usage: to prevent ignition and explosion of hydrogen-air mixtures in the processes of obtaining, storage and use of hydrogen, including in aircraft using hydrogen as a filler. The inventive proposed to use as an inhibitor a mixture of alkanes and alkenes with the number of carbon atoms in the molecule from 1 to 6. As an example of such a mixture using, for example, balloon household gas.
Однако известное решение не обеспечивает подавление горения, недостаточно эффективно при различных инициирующих параметрах воспламенителя при различных объемных концентрациях ингибирующего состава, имеет относительно высокую стоимость, не приспособлено к использованию в широких диапазонах температур.However, the known solution does not provide suppression of combustion, is not effective enough for various initiating parameters of the igniter at various volume concentrations of the inhibitory composition, has a relatively high cost, and is not suitable for use in wide temperature ranges.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей, включающий введение ингибитора или непосредственно в водородовоздушные смеси, или в водород, или в воздух до образования этих смесей, при этом в качестве ингибитора используют углеводород нормальной, или циклической, или госструктуры, содержащий в молекуле атомы углерода от одного до восьми, или их смеси, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 0,1 до 15,5 об.% (RU №2081892, C09K 15/04 С1, 1997.06.20).Closest to the claimed invention is a method of preventing ignition and explosion of hydrogen-air mixtures, comprising introducing the inhibitor either directly into the hydrogen-air mixtures, or into hydrogen, or into the air before the formation of these mixtures, while a normal or cyclic or state structure hydrocarbon is used as an inhibitor. containing in the molecule carbon atoms from one to eight, or mixtures thereof, the inhibitor concentration being in the range from 0.1 to 15.5 vol.% (RU No. 2081892, C09K 15/04 C1, 1997.06.20).
Данное решение не обеспечивает, например, подавление горения, недостаточно эффективно при различных инициирующих параметрах воспламенителя для различных объемных концентраций ингибирующего состава, имеет относительно высокую стоимость, не приспособлено к использованию в широких диапазонах температур.This solution does not provide, for example, suppression of combustion, is not effective enough for different initiating parameters of the igniter for various volume concentrations of the inhibitory composition, has a relatively high cost, and is not suitable for use in wide temperature ranges.
В основу предлагаемого решения положена задача создания способа предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей, который позволил бы за счет ингибитора, обладающего более высокой ингибирующей способностью, меньшей химической агрессивностью и токсичностью, устранить воспламеняемость, горение и возможность взрыва водородовоздушных смесей и был бы экологически безопасным, а также обеспечивал, например, подавление горения, был эффективен при различных инициирующих параметрах воспламенителя для различных объемных концентраций ингибирующего состава, имел при этом относительно невысокую стоимость, обеспечивал использование в широких диапазонах температур, например, от 0 до 120°С.The proposed solution is based on the task of creating a method for preventing the ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures, which would, due to an inhibitor with a higher inhibitory ability, less chemical aggressiveness and toxicity, eliminate the flammability, combustion and the possibility of explosion of hydrogen-air mixtures and would be environmentally friendly , and also provided, for example, suppression of combustion, was effective at various initiating parameters of the igniter for various volumes s concentration inhibiting composition had thus a relatively low cost, provide the use of a wide range of temperatures, e.g., 0 to 120 ° C.
Поставленная задача решается тем, что способ предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей включает введение ингибитора в водородовоздушные смеси, а в качестве ингибитора используют смеси галоидоуглеводородов C2F4Br3+CF3Br, и/или C2F4Br2+CF3I, и/или C2F4Br2+C2F3ClBr2, и/или C2F4Br2+C2F3Cl3.The problem is solved in that the method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures involves the introduction of an inhibitor in hydrogen-air mixtures, and mixtures of C 2 F 4 Br 3 + CF 3 Br and / or C 2 F 4 Br 2 + are used as an inhibitor CF 3 I and / or C 2 F 4 Br 2 + C 2 F 3 ClBr 2 and / or C 2 F 4 Br 2 + C 2 F 3 Cl 3 .
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Варьированием содержания ингибитора удается также управлять кинетикой горения в тех случаях, когда не ставится цель предотвратить воспламенение, но ставится цель предотвратить переход горения во взрыв. При наличии ингибиторов существенно сокращается спектр возможных источников поджига горючей смеси в результате того, что требуются значительно большие мощности инициирования горения. При наличии ингибиторов в очень малых количествах, не способных полностью предотвратить воспламенение, замедляется скорость горения, в том числе распространения пламени.By varying the content of the inhibitor, it is also possible to control the combustion kinetics in those cases when the goal is not to prevent ignition, but the goal is to prevent the transition of combustion into explosion. In the presence of inhibitors, the spectrum of possible sources of ignition of the combustible mixture is significantly reduced as a result of the fact that significantly higher combustion initiation powers are required. In the presence of inhibitors in very small quantities that are not able to completely prevent ignition, the burning rate slows down, including the spread of flame.
Данный способ предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей экологически безопасен и позволяет устранить воспламеняемость, горение и возможность взрыва водородовоздушных смесей.This method of preventing the ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures is environmentally friendly and eliminates the flammability, combustion and the possibility of explosion of hydrogen-air mixtures.
Оптимальный вариант осуществления изобретенияOptimum Embodiment
Способ предотвращения воспламенения, горения и взрыва водородовоздушных смесей прост в технологическом исполнении и осуществляется следующим образом.The method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures is simple in technological design and is carried out as follows.
Традиционным способом ингибитор вводят или в водород, или в воздух до образования водородовоздушных смесей, или непосредственно в водородовоздушные смеси. В качестве ингибитора используют галоидоуглеводороды или их смеси, причем концентрация ингибитора находится в пределах от 6 до 20% об. от объема смеси.In the traditional way, the inhibitor is introduced either into hydrogen or into the air until hydrogen-air mixtures are formed, or directly into the hydrogen-air mixtures. As an inhibitor, halocarbons or mixtures thereof are used, and the concentration of the inhibitor is in the range from 6 to 20% vol. on the volume of the mixture.
Влияние предлагаемого ингибитора на воспламенение водородовоздушных смесей изучалось на лабораторной установке малого масштаба, на установке среднего масштаба и в крупномасштабных экспериментах.The effect of the proposed inhibitor on the ignition of hydrogen-air mixtures was studied in a small-scale laboratory unit, in a medium-sized unit, and in large-scale experiments.
Рабочий объем лабораторной установки представляет собой нагреваемый металлический цилиндр с внутренним диаметром 66 мм и длиной 1 м. Толщина боковой стенки камеры - 15 мм. Верхний и нижний торцы рабочей камеры герметично закрыты фланцами. Нагрев рабочей камеры до заданной температуры в диапазоне 20-120°C осуществляется тремя ленточными нагревателями типа ЭНГЛ 1 0,26/220V (180°C). Длина каждого нагревателя 2,6 м, общая мощность нагрева 750 Вт.The working volume of the laboratory setup is a heated metal cylinder with an inner diameter of 66 mm and a length of 1 m. The thickness of the side wall of the chamber is 15 mm. The upper and lower ends of the working chamber are hermetically closed by flanges. The working chamber is heated to a predetermined temperature in the range of 20-120 ° C by three tape heaters of the type ENGL 1 0.26 / 220V (180 ° C). The length of each heater is 2.6 m, the total heating power is 750 watts.
Приготовление исследуемой смеси проводится в смесительной емкости установки объемом 6,7 л. Смесительная емкость выполнена из нержавеющей стали. Перед подачей газов в смесительный объем и в рабочую камеру осуществляется откачка системы форвакуумным насосом, процесс откачки контролируется по образцовому вакуумметру. Для ускорения перемешивания смеси и обеспечения равномерности состава по объему в смесительную емкость вставлена дополнительная тонкостенная алюминиевая труба с установленным на нижнем конце вентилятором. Вентилятор обеспечивает циркуляцию смеси и ее принудительное перемешивание. Перемешивающий вентилятор приводится во вращение безколлекторным двигателем. Смесь приготавливается в смесительной емкости при помощи распределительной гребенки методом парциальных давлений. Рабочая смесь получается последовательным смешением флегматизирующей добавки с водородом, кислородом и азотом. Для приготовления используются газы, находящиеся в стандартных баллонах. Контроль давления компонентов смеси производится образцовыми манометрами и вакуумметрами с классом точности 0,15.Preparation of the test mixture is carried out in the mixing tank of the installation with a volume of 6.7 liters. Mixing tank made of stainless steel. Before supplying gases to the mixing volume and to the working chamber, the system is evacuated by a forevacuum pump, the pumping process is controlled by a standard vacuum gauge. To accelerate the mixing of the mixture and ensure uniform composition in volume, an additional thin-walled aluminum pipe with a fan installed on the lower end is inserted into the mixing tank. The fan provides circulation of the mixture and its forced mixing. A stirring fan is driven by a brushless motor. The mixture is prepared in a mixing tank using a distribution comb using the partial pressure method. The working mixture is obtained by sequential mixing of a phlegmatizing additive with hydrogen, oxygen and nitrogen. For cooking, gases are used that are in standard cylinders. The pressure control of the components of the mixture is carried out using exemplary manometers and vacuum gauges with an accuracy class of 0.15.
На стенках рабочей камеры установлены 4 датчика давления и 10 датчиков светового потока для регистрации процессов, происходящих внутри рабочей камеры установки.On the walls of the working chamber there are 4 pressure sensors and 10 light flux sensors for recording the processes occurring inside the working chamber of the installation.
Для измерения давления в рабочей камере установки используются тензорезистивные датчики давления марки ДД 2.5 производства НИИТП. Рабочий диапазон этих датчиков - 2,5 МПа. Механическая прочность и герметичность датчика ДД 2.5 сохраняется до давления 3,7 МПа. Нелинейность преобразования составляет менее 0,25%, вариация выходного сигнала - менее 0,5%, температурная зависимость в диапазоне 20÷200°C менее 0,5%. Каждый датчик давления и соответствующий согласующий усилитель калибровались индивидуально. В целом, погрешность измерения давления составляет не более 0,5%.To measure the pressure in the working chamber of the installation, strain gauge pressure sensors of the brand ДД 2.5 manufactured by NIITP are used. The working range of these sensors is 2.5 MPa. The mechanical strength and tightness of the DD 2.5 sensor is maintained up to a pressure of 3.7 MPa. The non-linearity of the conversion is less than 0.25%, the variation of the output signal is less than 0.5%, the temperature dependence in the range of 20 ÷ 200 ° C is less than 0.5%. Each pressure sensor and associated matching amplifier were individually calibrated. In general, the error in measuring pressure is not more than 0.5%.
Чувствительными элементами датчиков светового потока являются кремневые фотодиоды ФД10ГА. Фотодиоды помещены в корпусы, снабженные коллиматорами. Коллиматор представляет собой черненую изнутри цилиндрическую трубку диаметром 3,5 мм и длиной 35 мм. Электрические сигналы от датчиков давления и датчиков светового потока дополнительно преобразуются согласующими усилителями и записываются компьютерно-управляемыми многоканальными АЦП. В установке используются 12-битные многоканальные АЦП фирмы «Л-Кард» модели 783-М. Всего возможно использование до 32 каналов записи информации.Sensitive elements of the light flux sensors are FD10GA silicon photodiodes. Photodiodes are placed in housings equipped with collimators. The collimator is a cylindrical tube blackened inside with a diameter of 3.5 mm and a length of 35 mm. Electrical signals from pressure sensors and light flux sensors are additionally converted by matching amplifiers and recorded by computer-controlled multi-channel ADCs. The installation uses 12-bit multi-channel ADC manufactured by L-Card model 783-M. In total, up to 32 channels of information recording can be used.
Поджиг смеси осуществляется нагревом платиновой проволоки длиной 15 мм и диаметром 0,8 мм, которая располагается внутри рабочей камеры. Платиновая проволока в экспериментах разогревается посредством разряда конденсаторов суммарной емкости 30 мкФ, заряженных до напряжения 230 В. Модифицированная система поджига исследуемой смеси позволяет обеспечить импульсный нагрев проволоки до необходимой температуры (свыше 1500°C).The mixture is ignited by heating a platinum wire with a length of 15 mm and a diameter of 0.8 mm, which is located inside the working chamber. In the experiments, the platinum wire is heated by the discharge of capacitors with a total capacity of 30 μF, charged to a voltage of 230 V. A modified ignition system of the test mixture allows pulsed heating of the wire to the required temperature (above 1500 ° C).
Рабочий объем установки среднего масштаба также представляет собой нагреваемый цилиндр с внутренним диаметром 121 мм и длиной 8 м, объем камеры - 92 л. Она изготовлена из нержавеющей стальной трубы с толщиной стенки 6 мм и состоит из двух секций по 4 м. Торцы трубы закрываются съемными крышками.The working volume of the medium-sized installation is also a heated cylinder with an internal diameter of 121 mm and a length of 8 m, the chamber volume is 92 liters. It is made of stainless steel pipe with a wall thickness of 6 mm and consists of two sections of 4 m each. The ends of the pipe are closed with removable covers.
Каждая секция оснащена портами стандарта Ду 10 (13 шт.) для установки световых датчиков, элементов газовой системы и тензорезистивных датчиков давления. Все порты расположены попарно в восьми сечениях по длине каждой секции. Измерительная система состоит из 16 коллимированных германиевых фотодиодов ФД-9 и ФД-10 и четырех тензорезистивных датчиков давления ДД 2.5 производства НИИТП для записи световых сигналов по ходу процесса горения и регистрации давления в рабочем объеме. Система нагрева включает 10 нагревательных элементов: 8 элементов (мощность каждого по 500 Вт) предназначены для нагрева собственно трубы и 2 элемента по 250 Вт предназначены для нагрева торцевых крышек трубы. В качестве температурных датчиков в цепи обратной связи управления нагревом используются терморезисторы ТРА-2. Они выполнены из полупроводниковых монокристаллов синтетических алмазов и характеризуются длительной стабильностью основных параметров и высокой рабочей температурой до 300°C. Нагревательная система трубы рассчитана на поддержание температуры в рабочей камере с точностью ±2°C.Each section is equipped with ports of standard Du 10 (13 pcs.) For installing light sensors, gas system elements and strain gauge pressure sensors. All ports are arranged in pairs in eight sections along the length of each section. The measuring system consists of 16 collimated germanium photodiodes FD-9 and FD-10 and four strain resistance sensors DD 2.5 produced by NIITP for recording light signals during the combustion process and recording pressure in the working volume. The heating system includes 10 heating elements: 8 elements (each with a power of 500 W) are used to heat the pipe itself and 2 elements of 250 W are used to heat the end caps of the pipe. TPA-2 thermistors are used as temperature sensors in the heating control feedback loop. They are made of semiconductor single crystals of synthetic diamonds and are characterized by long-term stability of the main parameters and a high operating temperature of up to 300 ° C. The heating system of the pipe is designed to maintain the temperature in the working chamber with an accuracy of ± 2 ° C.
Приготовление исследуемой смеси проводится в смесительной емкости установки объемом 35,7 л, выполненной из нержавеющей стали. Перед подачей газов в смесительный объем и в рабочую камеру осуществляется откачка системы форвакуумным насосом, процесс откачки контролируется по образцовому вакуумметру. Для ускорения перемешивания смеси и обеспечения равномерности состава по объему в смесительную емкость вставлена дополнительная полиэтиленовая труба с установленным на нижнем конце вентилятором. Вентилятор обеспечивает циркуляцию смеси и ее принудительное перемешивание. Перемешивающий вентилятор приводится во вращение безколлекторным двигателем. Смесь приготавливается в смесительной емкости при помощи распределительной гребенки методом парциальных давлений. Рабочая смесь получается последовательным смешением флегматизирующей добавки с водородом, кислородом и азотом. Для приготовления используются газы, находящиеся в стандартных баллонах. Контроль давления компонентов смеси производится образцовыми манометрами и вакуумметрами с классом точности 0,15.Preparation of the test mixture is carried out in the mixing tank of the installation with a volume of 35.7 l, made of stainless steel. Before supplying gases to the mixing volume and to the working chamber, the system is evacuated by a forevacuum pump, the pumping process is controlled by a standard vacuum gauge. To accelerate the mixing of the mixture and ensure uniform composition in volume, an additional polyethylene pipe with a fan installed on the lower end is inserted into the mixing tank. The fan provides circulation of the mixture and its forced mixing. A stirring fan is driven by a brushless motor. The mixture is prepared in a mixing tank using a distribution comb using the partial pressure method. The working mixture is obtained by sequential mixing of a phlegmatizing additive with hydrogen, oxygen and nitrogen. For cooking, gases are used that are in standard cylinders. The pressure control of the components of the mixture is carried out using exemplary manometers and vacuum gauges with an accuracy class of 0.15.
Система поджига включает в себя импульсный блок питания, подводящие шины и поджигающий элемент, устанавливаемый на нагреваемой крышке в торце трубы. Поджигающий элемент подсоединяется к конденсаторной батарее через токовые вводы, смонтированные на керамических трубках-изоляторах. При разряде батареи конденсаторов происходит импульсный нагрев двух последовательно подключенных в цепь нихромовых лент (толщина - 0,12 мм, ширина - 8 мм, длина - 200 мм) до температуры Т~(1000-1100)°C. Блок питания содержит 10 параллельно соединенных электролитических конденсаторов В43560-А5828-М 8200 µF×450 В, которые заряжаются до напряжения ~200 В. Энергия батареи при этом составляет ~1,6 кДж. Время нагрева нихрома составляет ~15 мс.The ignition system includes a switching power supply, supply busbars and an ignition element mounted on a heated lid at the end of the pipe. The firing element is connected to the capacitor bank through current inputs mounted on ceramic insulator tubes. When a capacitor bank is discharged, there is a pulse heating of two nichrome tapes connected in series (thickness - 0.12 mm, width - 8 mm, length - 200 mm) to a temperature of T ~ (1000-1100) ° C. The power supply unit contains 10 parallel-connected electrolytic capacitors B43560-A5828-M 8200 µF × 450 V, which are charged to a voltage of ~ 200 V. The battery energy in this case is ~ 1.6 kJ. The heating time of nichrome is ~ 15 ms.
Рабочий объем крупномасштабной установки в форме полуцилиндра диаметром 1,5 м с внутренним объемом 10,6 м3 изготавливался из полиэтиленовой пленки толщиной 120 микрон. Оболочка устанавливалась на укрепленное в грунте основание.The working volume of a large-scale installation in the form of a half-cylinder with a diameter of 1.5 m and an internal volume of 10.6 m 3 was made of a polyethylene film 120 microns thick. The shell was installed on a foundation fortified in the ground.
Газовая система установки предназначена для заполнения рабочего объема смесью «водород+воздух+флегматизатор (смесь флегматизаторов)» заданного состава. Использовался принцип динамического смешения, при котором однородная по составу перемешанная на молекулярном уровне смесь образуется непосредственно в процессе заполнения оболочки в магистральном трубопроводе. Состав смеси определяется соотношением расхода компонентов, которые подаются на вход трубопровода. Контроль за расходом воздуха, водорода и газообразных флсгматизаторов осуществлялся с помощью V-образных водяных манометров по перепаду давления на подобранных расходных шайбах.The gas system of the installation is designed to fill the working volume with a mixture of “hydrogen + air + phlegmatizer (mixture of phlegmatizers)” of a given composition. The principle of dynamic mixing was used, in which a mixture homogeneous in composition at the molecular level is formed directly in the process of filling the shell in the main pipeline. The composition of the mixture is determined by the ratio of the flow of components that are fed to the inlet of the pipeline. The flow rate of air, hydrogen, and gaseous flasmatizers was monitored using V-shaped water manometers according to the pressure drop across the selected washers.
Подача водорода осуществлялась из баллонов высокого давления через редуктор и расходную шайбу диаметром 2 мм, работающую в звуковом режиме. Для подачи воздуха используется пылесос Electrolux. Подача газообразного флегматизатора CF3I осуществлялась непосредственно из баллона, нагретого до температуры 70°C.Hydrogen was supplied from high-pressure cylinders through a reducer and a washer with a diameter of 2 mm, operating in sound mode. For air supply, an Electrolux vacuum cleaner is used. The supply of gaseous phlegmatizer CF 3 I was carried out directly from a cylinder heated to a temperature of 70 ° C.
Подача жидких флегматизаторов осуществлялась из специального устройства -испарителя, расположенного в непосредственной близости от рабочего объема. Флегматизаторы вводились в водородовоздушный поток в трубопровод через инжектор диаметром 10 мм. Расход флегматизатора определялся мощностью нагревателя и контролировался взвешиванием испарителя до и после проведения опыта.The supply of liquid phlegmatizers was carried out from a special evaporator device located in close proximity to the working volume. Phlegmatizers were introduced into the hydrogen-air flow into the pipeline through an injector with a diameter of 10 mm. The flow of the phlegmatizer was determined by the power of the heater and was controlled by weighing the evaporator before and after the experiment.
Поджиг осуществлялся нагретыми в импульсном режиме нихромовыми пластинами общей площадью 200 см2 до температуры ~1200 К. Длительность нагрева составляла <100 мс. Две пластины, имитирующие нагреваемую поверхность, выполнены из нихромовой полосы марки 20×80н, толщиной 0,12 мм, шириной 1,5 см и длиной 34 см. При последовательном электрическом соединении суммарное электрическое сопротивление пластин составляет ~0,4 Ом. Импульсный нагрев происходил в момент разряда конденсаторов суммарной емкостью 0,164 фарад (20 банок по 8200 мкФ), заряженных до напряжения 300 В. Энергия, запасенная в конденсаторах, составляет величину ~7,4 кДж. Масса пластин равна 10 г, и для их нагрева требуется энергия ~3 кДж.The ignition was carried out by pulsed nichrome plates with a total area of 200 cm 2 to a temperature of ~ 1200 K. The heating duration was <100 ms. Two plates simulating a heated surface are made of a 20 × 80n nichrome strip with a thickness of 0.12 mm, a width of 1.5 cm and a length of 34 cm. With a serial electrical connection, the total electrical resistance of the plates is ~ 0.4 Ohms. Pulse heating occurred at the time of discharge of capacitors with a total capacity of 0.164 farads (20 cans of 8200 uF each), charged to a voltage of 300 V. The energy stored in the capacitors was ~ 7.4 kJ. The mass of the plates is 10 g, and their energy requires ~ 3 kJ.
Система сбора и обработки экспериментальных данных включала в себя датчики давления тензорезистивные (ДД 2.5) 10 шт. и пьезоэлектрические (РСВ 113А) 10 шт., датчики светового потока (ФД-263-01) 10 шт. и скоростную видеосъемку (две цветные видеокамеры Phantom v.12, оснащенные 16GB оперативной быстродействующей памятью). Электрические сигналы от датчиков давления и датчиков светового потока преобразуются согласующими усилителями и записываются компьютерно-управляемыми многоканальными АЦП. В установке используются многоканальные АЦП фирмы «Л-Кард» модели 783-М. Всего возможно использование до 168 каналов регистрации.The system for collecting and processing experimental data included 10 strain gauge pressure sensors (DD 2.5). and piezoelectric (RSV 113A) 10 pcs., light flux sensors (FD-263-01) 10 pcs. and high-speed video recording (two color Phantom v.12 video cameras equipped with 16GB of high-speed memory). Electrical signals from pressure sensors and light flux sensors are converted by matching amplifiers and recorded by computer-controlled multi-channel ADCs. The installation uses multi-channel ADC manufactured by L-Card model 783-M. In total, up to 168 registration channels can be used.
В прилагаемых таблицах 1, 2, 3, 4 приведены результаты влияния галоидоуглеводородов различного состава на воспламеняемость водородовоздушных смесей, полученные с помощью описанных выше экспериментальных установок. Также в таблицах указано содержание компонентов: водорода во флегматизируемой водородовоздушной смеси, ингибиторов, состав ингибитора, способность к воспламенению.The attached tables 1, 2, 3, 4 show the results of the influence of halogenated hydrocarbons of various compositions on the flammability of hydrogen-air mixtures obtained using the experimental setups described above. The tables also indicate the content of components: hydrogen in a phlegmatized hydrogen-air mixture, inhibitors, the composition of the inhibitor, and the ability to ignite.
Таблица 1. Эксперименты на лабораторной установке по определению флегматизирубщей способности отдельных веществ при содержании водорода в водородовоздушной смеси 10% об и 29,6% об.Table 1. Experiments in a laboratory setup to determine the phlegmatizing ability of individual substances with a hydrogen content of 10% vol and 29.6% vol in a hydrogen-air mixture.
Таблица 2. Эксперименты на лабораторной установке при содержании водорода в водородовоздушной смеси 29,6% об.Table 2. Experiments in a laboratory setup with a hydrogen content in the hydrogen-air mixture of 29.6% vol.
Таблица 3. Эксперименты на среднемасштабной установке при содержании водорода в водородовоздушной смеси 29,6% об..Table 3. Experiments on a medium-scale installation with a hydrogen content of 29.6% vol. In a hydrogen-air mixture.
Таблица 4. Результаты проверки флегматизирующей способности некоторых составов в крупномасштабных экспериментах, моделирующих мощные пиковые выбросы водорода в аварийной ситуации.Table 4. Results of testing the phlegmatizing ability of some compounds in large-scale experiments simulating powerful peak hydrogen emissions in an emergency.
В частности, для лучшего понимания настоящего изобретения приводятся следующие конкретные примеры. В таблице 1 и 2 приведены результаты экспериментальных исследований, полученные на лабораторной установке. В таблице 3 приведены результаты экспериментальных исследований, полученные на установке среднего масштаба. В таблице 4 приведены результаты исследований, полученные в крупномасштабных экспериментах.In particular, for a better understanding of the present invention, the following specific examples are provided. Table 1 and 2 show the results of experimental studies obtained in a laboratory setup. Table 3 shows the results of experimental studies obtained on a medium-scale installation. Table 4 shows the results of studies obtained in large-scale experiments.
Из приведенных в таблицах данных видно, что использование смеси галоидоуглеводородов в качестве ингибитора способно подавлять воспламеняемость водородовоздушных смесей. Для подавления горения обедненных водородовоздушных смесей требуется значительно меньшие количества флегматизатора (таблица 1, эксперименты с 1 по 4), чем для наиболее пожароопасных стехиометрических смесей.From the data given in the tables, it can be seen that the use of a mixture of halocarbons as an inhibitor can suppress the flammability of hydrogen-air mixtures. To suppress the combustion of depleted hydrogen-air mixtures, significantly lower amounts of phlegmatizer are required (Table 1, experiments 1 to 4) than for the most fire hazardous stoichiometric mixtures.
С увеличением масштаба минимальная флегматизирующая концентрация (МФК) возрастает. Однако это возрастание незначительно (таблицы 2, 3).With increasing scale, the minimum phlegmatizing concentration (IFC) increases. However, this increase is negligible (tables 2, 3).
С увеличением температуры МФК возрастает, однако и в этом случае возрастание незначительно (таблицы 2, 3).With increasing temperature, the MPA increases, however, in this case, the increase is negligible (tables 2, 3).
Использование смесевых флегматизаторов в ряде случаев оказывается более эффективным, чем использование индивидуальных веществ. Так добавка CF3I к C2F4Br2 снижает МФК при 120°С (таблица 3, эксперименты № FL08 и № FL14).The use of mixed phlegmatizers in some cases is more effective than the use of individual substances. So the addition of CF 3 I to C 2 F 4 Br 2 reduces IFC at 120 ° C (table 3, experiments No. FL08 and No. FL14).
Ингибирующая способность предлагаемых ингибиторов проверена в крупномасштабных экспериментах. Она значительно превосходит ингибирующую способность известных ингибиторов. Причем ингибирование водородовоздушных смесей оказывается эффективным и при повышенных температурах (до 120°С).The inhibitory ability of the proposed inhibitors is tested in large-scale experiments. It significantly exceeds the inhibitory ability of known inhibitors. Moreover, the inhibition of hydrogen-air mixtures is also effective at elevated temperatures (up to 120 ° C).
Применение указанных галоидоуглеводородов и их смесей в качестве ингибитора позволяет значительно снизить стоимость существующих способов обеспечения водородной безопасности и обеспечить реализацию поставленных задач.The use of these halocarbons and their mixtures as an inhibitor can significantly reduce the cost of existing methods for ensuring hydrogen safety and ensure the implementation of the tasks.
Предлагаемые ингибиторы в данном способе могут быть использованы для предотвращения воспламенения и взрыва, а также подавления горения водородовоздушных смесей практически во всем диапазоне взрывоопасных составов при количестве ингибитора от 6 до 20% об. от суммарного объема смеси.The proposed inhibitors in this method can be used to prevent ignition and explosion, as well as suppress the combustion of hydrogen-air mixtures in almost the entire range of explosive compositions with the amount of inhibitor from 6 to 20% vol. from the total volume of the mixture.
Таким образом, применение смесей галоидоуглеводородов в качестве ингибитора для предотвращения воспламенения и взрыва водородовоздушных смесей позволяет предотвратить воспламеняемость водородовоздушных смесей даже при повышенных температурах и значительно снизить стоимость (в сотни раз) существующих способов обеспечения водородной безопасности (платиновые каталитические рекомбинаторы и дожигатели, используемые в настоящее время на атомных электростанциях). При этом сам ингибитор и продукты его сгорания не проявляют химической агрессивности по отношению к любым материалам и не являются слаботоксичными.Thus, the use of mixtures of halocarbons as an inhibitor to prevent ignition and explosion of hydrogen-air mixtures can prevent the flammability of hydrogen-air mixtures even at elevated temperatures and significantly reduce the cost (hundreds of times) of existing methods for ensuring hydrogen safety (platinum catalytic recombiners and afterburners currently used at nuclear power plants). Moreover, the inhibitor itself and its combustion products do not show chemical aggressiveness with respect to any materials and are not toxic.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123824/05A RU2485164C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123824/05A RU2485164C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011123824A RU2011123824A (en) | 2012-12-20 |
| RU2485164C2 true RU2485164C2 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011123824/05A RU2485164C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485164C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4826610A (en) * | 1986-01-15 | 1989-05-02 | Tag Investments, Inc. | Fire extinguishant |
| US5605647A (en) * | 1993-03-05 | 1997-02-25 | Ikon Corporation | Fluoroiodocarbon blends as CFC and halon replacements |
| RU2079318C1 (en) * | 1990-03-30 | 1997-05-20 | ТЭГ Инвестментс Инк. | Nontoxic fire-extinguishing composition |
| RU2225734C2 (en) * | 2000-06-05 | 2004-03-20 | ФГУ ВНИИПО МЧС России | Gas composition for volumetric fire extinguishing |
-
2011
- 2011-06-10 RU RU2011123824/05A patent/RU2485164C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4826610A (en) * | 1986-01-15 | 1989-05-02 | Tag Investments, Inc. | Fire extinguishant |
| RU2079318C1 (en) * | 1990-03-30 | 1997-05-20 | ТЭГ Инвестментс Инк. | Nontoxic fire-extinguishing composition |
| US5605647A (en) * | 1993-03-05 | 1997-02-25 | Ikon Corporation | Fluoroiodocarbon blends as CFC and halon replacements |
| RU2225734C2 (en) * | 2000-06-05 | 2004-03-20 | ФГУ ВНИИПО МЧС России | Gas composition for volumetric fire extinguishing |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| АЗАТЯН В.В. и др. К тушению пламени смеси водорода с воздухом в области полуострова воспламенения малыми добавками C 2 F 4 BR 2 // Кинетика и катализ. Т.15, вып.1, 1974, С.228. * |
| АЗАТЯН В.В. и др. К тушению пламени смеси водорода с воздухом в области полуострова воспламенения малыми добавками CFBR// Кинетика и катализ. Т.15, вып.1, 1974, С.228. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011123824A (en) | 2012-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106198849B (en) | It is a kind of for solid propellant combustion rate/combustion temperature test device and its test method | |
| CN101692081A (en) | Device for testing minimum ignition energy of combustible gas or vapor | |
| Pilcher et al. | Measurements of heats of combustion by flame calorimetry. Part 1.—Diethyl ether, ethyl vinyl ether and divinyl ether | |
| CN107656031A (en) | Gases at high pressure Impulsive load Testing Method of Safety for energetic material | |
| CN110082392A (en) | High pressure explosion limit measuring device and molar fraction air distributing method based on the device | |
| RU2526601C1 (en) | Explosionproof membrane test bench | |
| CN106770455A (en) | A kind of new combustion heat determination method | |
| RU2485164C2 (en) | Method of preventing ignition, combustion and explosion of hydrogen-air mixtures | |
| CN111271195B (en) | High-precision solid propellant gas generation amount testing device | |
| RU2570912C2 (en) | Method of determination of necessary quantity of flammable fluid during testing of burst disks | |
| CN104198528A (en) | Combustion efficiency measuring device and method | |
| CN114383768B (en) | Constant temperature method measurement method for total energy release of energy-containing fragment impact detonation | |
| CN101319953A (en) | High temperature pressure measurement method and sensor for impulse knocking engine based on ion current | |
| RU96635U1 (en) | PRESSURE PULSE GENERATOR IN ACOUSTIC CAVITIES OF COMBUSTION CHAMBERS AND LIQUID ROCKET ENGINE GAS GENERATORS | |
| Alvarez et al. | Investigation of NH3/Air Laminar Burning Speed and Flame Structure at High Pressures | |
| Addai et al. | „Ignition and explosion behavior of hybrid mixtures of two and three components “. 4 | |
| CN113533419B (en) | Preparation, filling and discharging integrated device for gas-solid composite fire extinguishing agent | |
| Celani et al. | Measurement of excess heat and tritium during self-biased pulsed electrolysis of Pd-D2O | |
| Armstrong et al. | The heat of combustion of dicyanoacetylene | |
| Antipenko et al. | Synthesis of peroxy-radical condensates from mixtures of H 2+ O 2 | |
| RU2421697C2 (en) | Chamber for combustion of solid fuel in calorimetre under standard conditions | |
| CN115704789A (en) | Steam explosion characteristic testing device and testing method | |
| Dagaut | CISS Princeton, 2021 | |
| RU2410685C1 (en) | Device to burn gaseous fuel in calorimetre under standard conditions | |
| CN117005966A (en) | Liquid oxygen kerosene parallel filling safety testing device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TC4A | Altering the group of invention authors |
Effective date: 20130723 |