Расчет взрыва облака водорода

 

Рассматривается станция заправки транспортных средств водородным топливом. Раздаточная станция имеет криогенную цистерну с жидким водородном (5,7 м³). Цистерна питает три пакета баллонов (по 12 баллонов в каждом блоке) высокого давления общим объемом 18,4 м³, в которых хранится газообразный водород при температуре окружающей среды.

При работе заправочной станции возможны аварийные ситуации, вызванные утечкой газообразного водорода различной интенсивности из неисправного оборудования, проливом жидкого водорода из цистерны, выбросом газообразного водорода в результате разрушения баллонов высокого давления. Все эти аварии приводят к формированию взрывоопасного облака водородно-воздушной смеси и его рассеянию в атмосфере под воздействием ветра. Одним из наиболее опасных сценариев с точки зрения потенциальных катастрофических последствий, угрожающих оборудованию станции, персоналу и населению близлежащих жилых построек [11] является детонационный взрыв водородно-воздушной смеси в результате выброса в атмосферу всего объема сжатого газообразного водорода из баллонов высокого давления.

В данной работе моделировался взрыв водородно-воздушной смеси на описанной ранее заправочной станции. Предполагалось, что облако взрывоопасной смеси сформировалось в результате выброса всего объема сжатого газообразного водорода из баллонов раздачи и дальнейшего его рассеяния в потоке набегающего со скоростью 10 м/с воздуха. В качестве начальных условий были приняты следующие параметры облака: объем 798 м³, масса водорода в облаке 687,4 кг, массовая концентрация водорода 100%, давление 1031371,3 Па, температура 288 К. Предполагалось, что рассеяние облака происходило в течение 0,06 с после мгновенного разрушения баллонов (физический взрыв). После этого, в результате внешнего воздействия, происходил детонационный взрыв образовавшейся водородно-воздушной смеси (химический взрыв). Химический взрыв сопровождается появлением продуктов сгорания и ударной волны, которая оказывает воздействие на хозяйственные и жилые постройки. План местности с застройкой представлен на рис. 2. Высота застройки составляла 5-12 м. Варьировалось местоположение заправочной станции (позиции A и B на рис. 2) по отношению к застройке, а также средств защиты зданий (обвалование, отбойная стена) от разрушительного воздействия ударной взрывной волны. Изменение давления во времени контролировалось в эпицентре взрыва и в характерной точке на стене здания у земли (позиции A, B и C на рис. 2, соответственно).

Рис. 2. План местности с застройкой (A, B – возможные местоположения заправочной станции;
C – точка контроля давления на стене здания)