Vätgassäkerhet

NFPA 704 *branddiamant*
; NFPA 704 branddiamant
	0 4 0 SA Branddiamantens faroskylt för både elementär vätgas och dess isotop deuterium .

Vätgassäkerhet omfattar säker produktion, hantering och användning av väte , särskilt vätgasbränsle och flytande väte .

Väte har NFPA 704 :s högsta betyg på 4 på brännbarhetsskalan eftersom det är brandfarligt när det blandas även i små mängder med vanlig luft; antändning kan ske vid ett volymetriskt förhållande mellan väte och luft så lågt som 4 % på grund av luftens syre och reaktionens enkelhet och kemiska egenskaper. Väte har dock ingen klassificering för medfödd fara för reaktivitet eller toxicitet . Lagring och användning av väte utgör unika utmaningar på grund av dess lätthet att läcka som gasformigt bränsle, lågenergiantändning , breda utbud av brännbara bränsle-luftblandningar, flytkraft och dess förmåga att spröda metaller som måste beaktas för att säkerställa säker drift.

Flytande väte utgör ytterligare utmaningar på grund av dess ökade densitet och de extremt låga temperaturerna som krävs för att hålla det i flytande form. Dessutom har dess efterfrågan och användning inom industrin – som raketbränsle, alternativ energilagringskälla , kylmedel för elektriska generatorer i kraftverk , ett råmaterial i industriella och kemiska processer inklusive produktion av ammoniak och metanol etc. – fortsatt att öka, vilket har ledde till den ökade betydelsen av överväganden om säkerhetsprotokoll vid framställning, lagring, överföring och användning av väte.

Förebyggande

Det finns ett antal saker att tänka på för att hjälpa till att designa system och procedurer för att undvika olyckor när man arbetar med väte, eftersom en av de främsta farorna med väte är att det är extremt brandfarligt .

Inertering och rensning

Inerteringskammare och spolningsgasledningar är viktiga, standardsäkerhetsprocedurer att ta vid överföring av väte. För att vara inert eller rensa ordentligt brandfarlighetsgränserna beaktas, och vätgas skiljer sig mycket från andra typer av gaser. Vid normalt atmosfärstryck är det 4 % till 75 %, baserat på volymprocenten väte i syre är det 4 % till 94 %, medan gränserna för detonerbarhet för väte i luft är 18,3 % till 59 % i volym. Faktum är att dessa brännbarhetsgränser ofta kan vara strängare än så, eftersom turbulensen under en brand kan orsaka en deflagration som kan skapa detonation . Som jämförelse är deflagrationsgränsen för bensin i luft 1,4–7,6 % och för acetylen i luft 2,5 %–82 %.

Därför, när utrustning är öppen för luft före eller efter en överföring av väte, finns det unika förhållanden att ta hänsyn till som annars kunde ha varit säkra med överföring av andra typer av gaser. Incidenter har inträffat på grund av att inertering eller spolning inte var tillräcklig, eller för att införandet av luft i utrustningen underskattades (t.ex. vid tillsats av pulver), vilket resulterade i en explosion. Av denna anledning är inerterings- eller reningsprocedurer och utrustning ofta unika för väte, och ofta bör kopplingarna eller markeringen på en vätgasledning vara helt annorlunda för att säkerställa att denna och andra processer följs ordentligt, eftersom många explosioner har inträffat helt enkelt för att ett väte ledningen av misstag anslutits till en huvudledning eller för att vätgasledningen förväxlades med en annan.

Hantering av tändkällor

Den lägsta antändningsenergin för väte i luft är en av de lägsta bland kända ämnen vid 0,02 mJ, och väte-luftblandningar kan antändas med 1/10 ansträngning för att antända bensin-luftblandningar. På grund av detta måste alla möjliga antändningskällor granskas. Alla elektriska enheter, förbindelser eller jordar bör uppfylla tillämpliga krav för klassificering av farliga områden . Eventuella potentiella källor (som vissa ventilationssystemkonstruktioner) för uppbyggnad av statisk elektricitet bör likaledes minimeras, t.ex. genom antistatiska enheter .

Rutiner för heta arbeten måste vara robusta, heltäckande och väl upprätthållna; och de bör rensa och ventilera höga områden och prova atmosfären innan arbetet. Takmonterad utrustning bör likaså uppfylla kraven på riskområden (NFPA 497). Slutligen sprängskivor inte användas eftersom detta har varit en vanlig antändningskälla för flera explosioner och bränder. Istället bör andra tryckavlastningssystem såsom en övertrycksventil användas.

Mekanisk integritet och reaktiv kemi

Det finns fyra huvudsakliga kemiska egenskaper att ta hänsyn till när man hanterar väte som kan komma i kontakt med andra material även vid normala atmosfäriska tryck och temperaturer:

Vätets kemi skiljer sig mycket från traditionella kemikalier. T.ex. med oxidation i omgivande miljöer. Och att försumma denna unika kemi har orsakat problem vid vissa kemiska fabriker. En annan aspekt som också bör beaktas är det faktum att väte kan genereras som en biprodukt av en annan reaktion kan ha förbisetts, t.ex. zirkonium och ånga skapar en källa till väte . Denna fara kan kringgås något genom att använda passiva autokatalytiska rekombinatorer .
En annan viktig fråga att överväga är den kemiska kompatibiliteten hos väte med andra vanliga byggmaterial som stål . På grund av väteförsprödning övervägs speciellt materialkompatibilitet med väte.
Dessa överväganden kan förändras ytterligare på grund av speciella reaktioner vid höga temperaturer .
Vätets diffusivitet skiljer sig mycket från vanliga gaser, och därför måste packningsmaterial väljas noggrant.

Alla dessa fyra faktorer beaktas under den initiala designen av ett system som använder väte, och åstadkoms vanligtvis genom att begränsa kontakten mellan känsliga metaller och väte, antingen genom avstånd, galvanisering, ytrengöring, materialval och kvalitetssäkring under tillverkning, svetsning och installation. Annars kan väteskador hanteras och upptäckas av specialövervakningsutrustning.

Läckor och flamdetektionssystem

Placering av vätgaskällor och rörledningar måste väljas med omsorg. Eftersom väte är en gas som är lättare än luft, samlas det under tak och överhäng, där det utgör en explosionsrisk. Många individer är bekanta med att skydda växter från ångor som är tyngre än luft, men är obekanta med att "titta upp" och är därför av särskild vikt (till exempel på grund av flytkraft, påfrestningar är ofta uttalade nära toppen av en stor lagringstank ). Den kan också gå in i rör och följa dem till sina destinationer. På grund av detta bör vätgasrör vara väl märkta och placerade ovanför andra rör för att förhindra detta.

Även med rätt design kan vätgasläckor stödja förbränning vid mycket låga flödeshastigheter, så låga som 4 mikrogram/s. För detta ändamål är detektion viktigt. Vätgassensorer möjliggör snabb detektering av vätgasläckor för att säkerställa att vätgas kan ventileras och källan till läckan spåras. Runt vissa rör eller platser kan speciella tejp läggas för vätgasdetektion. En traditionell metod är att tillsätta ett vätgasdoftämne med gasen som är vanligt med naturgas. I bränslecellstillämpningar kan dessa luktämnen kontaminera bränslecellerna, men forskare undersöker andra metoder som kan användas för vätgasdetektering: spårämnen, ny luktteknik, avancerade sensorer och andra.

Även om väteflammor kan vara svåra att se med blotta ögat (det kan ha en så kallad "osynlig låga"), dyker de upp lätt på UV/IR- flammdetektorer . På senare tid har Multi IR-detektorer utvecklats, som har ännu snabbare detektering på väteflammor. Detta är ganska viktigt för att bekämpa vätebränder, eftersom den föredragna metoden för att bekämpa en brand är att stoppa källan till läckan, eftersom i vissa fall (nämligen kryogent väte) kan släckning av källan direkt med vatten orsaka isbildning, vilket i sin tur kan orsaka en sekundär bristning.

Ventilation och fackling

Förutom antändlighetsproblem, i slutna utrymmen, kan väte också fungera som en kvävande gas . Därför bör man se till att ha ordentlig ventilation för att hantera båda problemen om de skulle uppstå, eftersom det i allmänhet är säkert att helt enkelt ventilera ut väte i atmosfären. Men när man placerar och designar sådana ventilationssystem måste man komma ihåg att vätgas tenderar att ackumuleras mot taket och topparna i strukturer, snarare än golvet. Många faror kan mildras av det faktum att väte snabbt stiger och ofta sprids före antändning.

I vissa nöd- eller underhållssituationer kan vätgas också flammas upp . Till exempel är en säkerhetsfunktion i vissa vätgasdrivna fordon att de kan flamma bränslet om tanken brinner och brinner ut helt med små skador på fordonet, i motsats till det förväntade resultatet i ett bensindrivet fordon.

Lagerhantering och anläggningsavstånd

Helst kommer ingen brand eller explosion att inträffa, men anläggningen bör utformas så att om oavsiktlig antändning inträffar, kommer den att minimera ytterligare skador. Minsta separationsavstånd mellan vätgaslagringsenheter bör beaktas, tillsammans med trycket i nämnda lagringsenheter (jfr, NFPA 2 och 55). Explosionsventilation bör placeras så att andra delar av anläggningen inte kommer till skada. I vissa situationer, ett tak som säkert kan blåsas bort från resten av strukturen i en explosion.

Kryogenik

Flytande väte har en något annorlunda kemi jämfört med andra kryogena kemikalier, eftersom spår ackumulerad luft lätt kan förorena flytande väte och bilda en instabil blandning med detonativa egenskaper liknande TNT och andra högexplosiva material. På grund av detta kräver flytande väte komplex lagringsteknik såsom de speciella värmeisolerade behållarna och kräver speciell hantering gemensam för alla kryogena ämnen. Detta liknar, men allvarligare än flytande syre . Även med värmeisolerade behållare är det svårt att hålla en så låg temperatur, och vätet kommer gradvis att läcka bort. (Typiskt avdunstar det med en hastighet av 1 % per dag).

Den största faran med kryogent väte är det som kallas BLEVE (kokande vätska expanderande ångexplosion). Eftersom väte är gasformigt under atmosfäriska förhållanden, skapar den snabba fasförändringen tillsammans med detonationsenergin en mer riskfylld situation.

Mänskliga faktorer

Tillsammans med traditionell arbetssäkerhetsutbildning implementeras ofta checklistor för att förhindra vanliga överhoppade steg (t.ex. att testa höjdpunkter i arbetsområdet), tillsammans med instruktioner om de situationella farorna som är inneboende i att arbeta med vätgas.

Incidenter

Datum	Plats	Skadestånd	Misstänkt orsak
1937-05-06	Naval Air Station Lakehurst	När zeppelinaren Hindenburg närmade sig landning, detonerade en brand en av de aktre vätecellerna, vilket sprängde närliggande celler och fick luftskeppet att falla till marken akterut först. Infernot färdades sedan mot aktern, sprack och tände de återstående cellerna.	Trots 4 nyhetsstationer som spelade in katastrofen på film och överlevande ögonvittnen från besättning och människor på marken, kunde orsaken till den första branden aldrig fastställas. ^{[ citat behövs ]}
1986-01-28	Kennedy Space Center	En stor LH2-tank sprack och exploderade och dödade alla 7 astronauterna ombord på rymdfärjan Challenger	En felaktig O-ring på den fasta raketboostern gjorde att heta gaser och lågor träffade den externa LH2-tanken, vilket fick tankväggen att försvagas och sedan sprängas. Den dragkraft som genererades från innehållet i tanken gjorde att även LOX-tanken ovan sprack, och denna blandning av LH2/LOX detonerade sedan och förstörde orbitern i explosionen.
1999	Hanau, Tyskland	En stor kemikalietank som används för att lagra väte för tillverkningsprocesser exploderade.	Tanken var designad för att ligga på sidan, men lades istället upprätt. Krafterna mot toppen av tanken fick den att sprängas och sedan explodera.
2007-01	Muskingum River Coal Plant (ägs och drivs av AEP )	En explosion av komprimerat väte under leverans vid Muskingum River Coal Plant orsakade betydande skada och dödade en person.	Ett för tidigt brott på en tryckavlastningsskiva som används för det komprimerade vätgaskylsystemet.
2011	Fukushima , Japan	Tre reaktorbyggnader skadades av väteexplosioner.	Exponerade Zircaloy- klädda bränslestavar blev mycket varma och reagerade med ånga och släppte ut väte . Inneslutningarna var fyllda med inert kväve, vilket hindrade väte från att brinna i inneslutningen. Vätgasen läckte dock från inneslutningen in i reaktorbyggnaden, där det blandades med luft och exploderade. För att förhindra ytterligare explosioner öppnades ventilationshål i toppen av de återstående reaktorbyggnaderna.
2015	Formosa Plastics Group i Taiwan	Explosion av kemisk anläggning	På grund av att väte läcker från ett rör
2018-02-12 13:20	Diamond Bar , en förort till Los Angeles, CA	På väg till en FCV- vätgasstation fattade eld i en lastbil med cirka 24 komprimerade vätgastankar. Detta orsakade evakueringen initialt av ett område på en mils radie av Diamond Bar. Branden bröt ut på lastbilen vid 13:20-tiden i korsningen mellan South Brea Canyon Road och Golden Springs Drive, enligt en brandmanschef i Los Angeles County .	National Transportation Safety Board har inlett en utredning.
2018-08	Veridam El Cajon, CA	En lastbil med flytande väte fattade eld vid Veridiams fabrik. i El Cajon CA.	Det är inte känt vad som orsakade explosionen.
2019-05	AB Specialty Silicones i Waukegan, Illinois	En explosion dödade fyra arbetare och skadade en femte allvarligt.	Operatörsfel när en felaktig ingrediens lades till
2019-05-23	Gangwon Technopark i Gangneung, Sydkorea	En vätgastank exploderade och 2 dödades och 6 skadades.	Syre sipprade in i vätgaslagringstanken.
2019-06	Air Products and Chemicals anläggning i Santa Clara, CA	Tankbilsexplosion skadar omgivande vätgasöverföringsanläggning	Läckage i överföringsslang. Detta resulterade i en tillfällig stängning av flera vätgasstationer i San Francisco-området.
2019-06	Norge	En Uno-X tankstation drabbades av en explosion, vilket resulterade i att alla Uno-X vätgastankstationer stängdes och ett tillfälligt stopp i försäljningen av bränslecellsfordon i landet.	Undersökningar visade att varken elektrolysatorn eller automaten som användes av kunderna hade något att göra med denna incident. Istället Nel ASA att grundorsaken till incidenten hade identifierats som ett monteringsfel med användningen av en specifik plugg i en vätgastank i högtryckslagringsenheten.
2019-12	En Airgas- anläggning i Waukesha, Wisconsin	En gasexplosion skadade en arbetare och fick två vätgastankar att läcka.	Okänd.
2020-04-07	OneH2 Hydrogen Fuel-fabrik i Long View, North Carolina	En explosion orsakade betydande skador på omgivande byggnader. Explosionen kändes flera kilometer bort och skadade cirka 60 hem. Inga personskador rapporterades från explosionen.	Händelsen är fortfarande under utredning. Företaget publicerade ett pressmeddelande: Hydrogen Safety Systems Operated Effectively, Prevented Injury at Plant Explosion.
2020-06-11	Praxair Inc., 703 6th St. Texas City, Texas	En explosion inträffade vid produktionsanläggningen för väte.	Inga ytterligare detaljer
2020-09-30	Changhua City, Taiwan	En vätgastanker kraschade och exploderade och dödade föraren.	Fordonskrasch
2021-08-09	Medupi kraftverk i Sydafrika	En explosion i enhet 4 av anläggningen	Felaktig operatörsprocedur när generatorn rensades på väte
2022-02-25	Detroit MI	En vätgastank för en ballong i en lastbilsflak exploderade.	Detroit brandkår tror att en läcka i vätgastanken orsakade explosionen.
2022-04-22	Towanda, PA	En vätgastank hos Global Tungsten & Powders Corp. exploderade. En talesperson för företaget sa att fem anställda fördes till sjukhus med icke-livshotande skador.	OSHA och företagets tjänstemän undersöker händelsen.
2023-02-06	Delaware County, OH	En pickup som drar en trailer med fulla vätgastankar på US-23 i Delaware County Ohio exploderar efter krasch. Tre personer fördes till sjukhus med lindriga skador.	10tv nyhetsrapport: [1] RAW VIDEO: Lastbil som transporterar vätebränsle exploderar efter krasch på US-23 i Delaware County

Vätgaskoder och standarder

Vätgaskoder och standarder är koder och standarder (RCS) för vätebränslecellsfordon , stationära bränslecellstillämpningar och bärbara bränslecellstillämpningar .

Utöver koder och standarder för vätgastekniska produkter finns koder och standarder för vätgassäkerhet, för säker hantering av väte och lagring av väte . Vad som följer är en lista över några av de viktigaste koderna och standarderna som reglerar väte:

Namn på standard	Kort titel
NFPA 2	Kod för väteteknik
NFPA 30A	Regler för utformning av tankstationer
NFPA 50A	Standard för gasformiga vätesystem på konsumentställen
NFPA 50B	Standard för system med flytande väte på konsumentställen
NFPA 52	Kod för komprimerad naturgas för fordonsbränslesystem
NFPA 57	Standard för flytande naturgas för fordonsbränslesystem
29CFR1910.103	Gasformigt och kryogent vätehantering och lagring
29CFR1910.119	Processsäkerhetshantering av mycket farliga kemikalier
40CFR68	Bestämmelser om förebyggande av kemikalieolyckor
49CFR	Föreskrifter om frakt och hantering av vätgas och kryogent väte
ISO 13984:1999	Flytande väte — Gränssnitt för bränslesystem för landfordon
ISO/AWI 13984	Protokoll för bränsle för flytande väte för landfordon
ISO/AWI 13985	Flytande väte — Bränsletankar för landfordon
ISO/CD 14687	Vätgasbränslekvalitet — Produktspecifikation
ISO/AWI TR 15916	Grundläggande överväganden för vätesystems säkerhet
ISO 16110	Vätgasgeneratorer som använder bränslebearbetningsteknik
ISO 16111	Transportabla gaslagringsanordningar — Väte absorberat i reversibel metallhydrid
ISO/AWI 17268	Gasformiga vätgasanslutningsanordningar för tankning av landfordon
ISO 19880	Gasformigt väte — Bränslestationer
ISO/AWI 19881	Gasformigt väte — Bränslebehållare för landfordon
ISO 19882	Gasformigt väte — Termiskt aktiverade tryckavlastningsanordningar för fordonsbränslebehållare med komprimerat väte
ISO/TS 19883	Säkerhet för trycksvängadsorptionssystem för väteseparation och rening
ISO/WD 19884	Gasformigt väte — Cylindrar och rör för stationär lagring
ISO/CD 19885	Gasformigt väte — Bränsleprotokoll för vätgasdrivna fordon — Del 1: Design- och utvecklingsprocess för bränsleprotokoll
ISO/CD 19887	Gasformigt väte — Bränslesystemkomponenter för vätgasdrivna fordon
ISO/AWI 22734	Vätgasgeneratorer som använder vattenelektrolys — Industriella, kommersiella och bostadsapplikationer
ISO/AWI 24078	Väte i energisystem — Ordförråd
ISO 26142:2010	Apparater för detektering av väte — Stationära applikationer

Riktlinjer

Den nuvarande ANSI / AIAA -standarden för riktlinjer för vätesäkerhet är AIAA G-095-2004, Guide to Safety of Hydrogen and Hydrogen Systems. Eftersom NASA har varit en av världens största användare av väte, har detta utvecklats från NASA:s tidigare riktlinjer, NSS 1740.16 (8719.16). Dessa dokument täcker både riskerna med väte i dess olika former och hur man kan lindra dem. NASA hänvisar också till säkerhetsstandarden för väte- och vätesystem och Sourcebook for Hydrogen Applications.

En annan organisation som ansvarar för säkerhetsriktlinjer för väte är Compressed Gas Association (CGA), som har ett antal egna referenser som täcker allmän vätgaslagring, rörledningar och ventilation.

Se även

externa länkar