Меню

У какого газа водорода давления в баллоне

Проблемы водородной энергетики

Часть 5

Если судить по прошлым статьям , где описывалась водородная энергетика и перспективы водородной экономики, то может возникнуть заблуждение, что никаких технологических ограничений к переходу на водород, в принципе, нет. Однако это не так.

Самая большая нерешённая проблема водородной энергетики и перспектив водородной экономики – это хранение водорода.

Хранение водорода обходится ещё дороже, чем его производство. Всё дело в плотности энергии водорода на 1 м3 , и в больших утечках. Также к хранению водорода предъявлен список строгих требований, среди которых главным является то, что системы хранения должны выдерживать либо криогенные температуры, либо высокие давления, либо содержать активные материалы, которые взаимодействуют с водой или воздухом.

То есть условия хранения водорода – всегда неблагоприятные, требующие обеспечения высокой надёжности и безопасности.

Какие существуют методы хранения водорода?

1. Хранение газообразного водорода под давлением.

Самый простой метод хранения водорода – это его газообразная форма под давлением.

1 килограмм водорода при комнатных условиях занимает 11,2 м3 объёма, что очень много. Сжимая газообразный водород, мы увеличиваем его плотность. Согласно уравнению состояния идеального газа, чем выше давление газа, тем меньший объём он занимает.

Сам принцип, инфраструктура и технические решения такого метода уже давно отработаны на хранении природного газа.

Для хранения используются цилиндрические баллоны и трубы большого диаметра (контейнеры).

В обычных стальных баллонах хранится водород под давлением до 200 атмосфер .

При таком давлении в 1 м3 хранится около 17,8 килограмм водорода. То есть для хранения 1 кг , водорода при давлении в 20 МПа , нужно 56,3 литра объема. И это честно говоря, вообще трэш с энергетической точки зрения.

Самостоятельно можно подсчитать энергетическую плотность, и узнать, почему это трэш.

Существуют титановые баллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер .

Наиболее передовые, композитные баллоны, используемые на автотранспорте, способны безопасно выдерживать давление до 700 атмосфер .

Однако даже при таком высоком давлении энергетическая плотность водорода составляет всего 4,4 МДж на 1 литр , что более чем в 7 раз меньше аналогичного показателя бензина – 31,6 МДж на 1 литр .

Хранение водорода под рабочим давлением 160 атмосфер в стационарных условиях происходит в трубах-контейнерах, часто объединённых по 18 штук . Это позволяет запасти до 700 кг водорода.

2. Хранение водорода в жидком виде.

Плотность жидкого водорода составляет 70,8 кг/м3 , что в 1,83 раза больше чем в газообразной форме при давлении в 700 Атмосфер . Соответственно, энергетическая плотность будет более 8 МДж на 1 литр .

Однако сам процесс сжижения водорода энергоёмкий: от 25 до 45 % энергии сжиженного водорода расходуется на сам процесс сжижения, что соответствует 10-14 кВт*ч затрат электроэнергии на 1 кг водорода.

Хранится жидкий водород в криогенных контейнерах, конструкция которых сильно отличается от конструкции композитного баллона для хранения газообразного водорода.

Для производства используются высококачественные стали, предназначенные для требуемых температурных диапазонов. Резервуары оснащены фильтрами тонкой очистки жидкого водорода и пробоотборником специальной конструкции, и имеют высокоэффективную теплоизоляционную систему.

Однако, какой бы хорошей ни была изоляция, потери на испарение водорода существуют, и довольно-таки существенные. Они особенно заметны для небольших резервуаров с высоким соотношением поверхности к объему.

Читайте также:  Рукава высокого давления на машиностроительном ростов

Наибольших успехов в плане уменьшения утечек добились специалисты BMW. Они разработали и испытали несколько автомобилей с водородным топливом, хранящимся в жидком виде в специальных баллонах. Им удалось уменьшить потери на испарение до 1,5 % массы в день.

При хранении жидкого водорода в стационарных контейнерах нужно учитывать одну особенность: хранение водорода в герметичных ёмкостях в жидком виде нерационально для небольших количеств водорода (менее 1 кг ), так как утечка жидкого водорода для небольших количеств очень велика, а оборудование слишком дорогое.

Последние разработки в области контейнерного хранения водорода предлагают хранить водород независимо от условий заполнения. Баллоны могут быть заполнены жидким водородом при высоком или низком давлении, сжатым газообразным водородом при низкой или комнатной температуре, возможны и комбинации этих операций (если исходная температура баллона находится в диапазоне от 180 до 300 К ). В этом случае водород хранится не в жидком состоянии, а как сжатый криогаз или смесь жидкого и газообразного водорода (в зависимости от условий). Кроме того, в таких системах могут использоваться сорбенты с большой удельной поверхностью. При заполнении жидким водородом обеспечивается высокая плотность и малые потери на испарение.

Обобщая вышенаписанное, подводим итоги:

1. Энергоёмкость водорода, хранимого в газообразной форме под давлением до 400 атмосфер , очень маленькая. Баллоны, способные хранить водород под давлением 700 атмосфер , существенно дороже, и тоже обладают недостаточно высокой энергоёмкостью.

2. Стоимость хранения водорода в жидком виде относительно высокая, так как требует соответствующего оборудования с высокой стоимостью.

3. Уровень утечки жидкого водорода для небольших хранилищ, особенно в случае длительного времени хранения, очень высок.

Всё это заставляет искать новые и более эффективные способы хранения водорода. И они есть. Один из таких способов — это хранение водорода в твёрдых носителях (гидридах металлов), где возможно добиться плотности в 2,7 раза больше, чем в жидком водороде . И об этом в следующей статье.

Часть 6. Современные проблемы хранения водорода

P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте !

Источник

Особенности давления в газовом баллоне, техника безопасности

В статье описано свойства пропанового газа, формула расчета расхода газа. Инструменты для измерения давления. Правила хранения газовых баллонов.

Бесперебойная работа газового оборудования определяется по равномерному горению пламени. Равномерно нагреваемая поверхность дает лучшие результаты, чем поверхность, нагреваемая не стабильным пламенем. В газобаллоном оборудовании, за стабильность работы отвечает давление образующуюся в газовом баллоне.

Особенности давления в газовом баллоне

Давление – это сила давящая на газ при его расширении. Газ расширяется при нагревании. Давление выражается в кгс/см2 или в атм./атмосферах. Давление в газовом баллоне обозначается МПа.

Попадя в ограниченное пространство, другими словами в сосуд или емкость, газ заполняет его равномерно. Это обусловлено тем, что его молекулы находятся в постоянном движении. Поэтому давление равномерно распределяется в сосуде. Хаотичное движение молекул создают силу давящую на стенки сосуда. Не вдаваясь в подробности, определим, что давление газа рассчитывается по формуле на основе закона Ньютона.

Читайте также:  Стук в двигатели ваз 2107 давление не горит

Обычно давление в газовом баллоне бытового назначения составляет около 1,6 МПа и может изменяться в зависимости от различных условий – температуры окружающей среды, состава газа в баллоне, степени его наполненности. Для различных видов газовых баллонов установлены свои нормативы давления.

Газовый баллон представляет собой довольно сложное высокотехнологичное устройство, главной частью которого является ёмкость для хранения, перемещения и использования содержащегося в нём газа. Различные газы используются в производстве, на транспорте, в быту. Сейчас подобное оборудование доступно практически каждому и широко распространено. Частными лицами сжатый газ в баллонах используется по большей части в двух направлениях.

  1. В быту – для отопления и готовки в домах, где отсутствует подключение к магистральному газоснабжению. В этом случае используются баллоны со сжиженным газом.
  2. На мелком и среднем производстве – для сварки и резки металлов при выполнении различных монтажных, строительных и других видов работ. Здесь применяются баллоны со сжатым воздухом, аргоном, кислородом, углекислым газом и другие.
  3. Кроме того, всё более широкое распространение получает использование газового оборудования в транспорте, поскольку это позволяет значительно экономить на топливе в сравнении с бензином.
    Как определить, какое давление в газовом баллоне?

Нормативное давление газа в полном баллоне – максимальное – обязательно указывается на бирке среди прочих показателей. Такая бирка крепится на баллон после каждой периодической проверки. Также на этикетке указывается минимальное остаточное давление, при котором баллон считается пустым и не пригодным к непосредственной эксплуатации. Однако нередко требуется знать, какое давление в газовом баллоне в конкретный текущий момент. Точное знание этой величины позволяет рассчитать количество газа в баллоне и на основании этого знания планировать свои дальнейшие траты и другие действия. Остаточное давление газа в неполном баллоне измеряют манометром, который устанавливается на газовый баллон. Манометр – это чувствительный стрелочный прибор, который выходит из строя при превышении давления, под которое рассчитан. Поэтому для разных видов баллонов существуют манометры подходящих типов. Если манометр показывает нулевое остаточное давление – это верный признак утечки газа, таким баллоном пользоваться нельзя, он пришёл в негодность.

Факторы, влияющие на изменение давления газа

  1. Сжатие газов.
    Сжатие газов считается основным показателем, влияющим на давление. Чем больше количество молекул в емкости, тем больше давление.
  2. Температура газа или газовой смеси.

Давление меняется, если на нее действует два фактора – температура и объем газа. Равномерное давление достигается при равномерном воздействии температуры и количества газовой смеси в сосуде.

Меняя один из факторов, происходит изменение давления газовой смеси. Температура газа нагревается – давление увеличивается и наоборот. Количество газа уменьшается – давление уменьшается и наоборот.

В зависимости от типа емкости, применяют разные инструменты и способы измерения давления.

К таким приборам относятся:

Для измерения давления в закрытых емкостях применяют манометр. Если нет возможности измерить давление манометром или другим инструментом, то применяют формулу расчета давления.

Давление измеряется силой перпендикулярно действующей на площадь поверхности тела.

Читайте также:  Что нельзя при повышенном внутриглазном давлении

P=F/S
P – давление измеряется в кгс/см2;
F – сила измеряется в кгс;
S – площадь измеряется в см2.

Какое давление в газовом баллоне

Газовый баллон – это не просто сосуд, а устройство для хранения и транспортировки газа. В нем поддерживается давление 1,6 МПа или 7 атмосфер.

В конструкцию баллона входят;

  • механизмы, контролирующие давление в газовом баллоне;
  • механизмы, стабилизирующие подачу газа потребителю;
  • механизмы безопасности.

Пропановый баллон должен проходить проверку на пригодность использования. Регулярность проверки указывается в тех. паспорте баллона. В паспорте указываются особые отметки и дата прохождения проверки.

Помимо проверки, газовые баллоны проходят тех. обслуживание

На тех. обслуживании проверяют:

  • герметичность шва;
  • меняют вентиль;
  • красят в красный цвет и наносят белую надпись «ПРОПАН»;
  • на металлической бирке выбивают контрольную дату тех. осмотра.

В баллонах применяют пропанобутановую газовую смесь, которая при нагревании расширяется, поэтому пропановые баллоны заправляются на 85%. Баллон, заправленный более чем на 85%, становится взрывоопасным, т.к. при нагревании больше 30 градусов Цельсия газ существенно расширяется и увеличивает давление в емкости. Избыточное давление газа воздействует на шов баллона, который может не выдержать предельной нагрузки и взорваться.

Заправляя баллон на газозаправочной станции, обращайте внимание на фактический объем заправленного газа. Недобросовестные заправки заправляют на 85%, а денег берут как за 100%.

Как хранятся баллоны, чтобы поддерживать стабильное давление в пропановом баллоне

Как упоминалось выше, температура является основным фактором, влияющим на давление в пропановом баллоне. При нагревании баллона увеличивается давление газовой смеси, газ начинает подаваться быстрее, при охлаждении, скорость подачи газа уменьшается вплоть до затухания пламени в горелки.

Такие перепады давления приводят к досрочному износу механизмов баллона. Для обеспечения стабильной температуры сооружают помещения для хранения баллонов. Которые оборудованы безопасным теплоносителем с термореле. При изменении температуры воздуха, срабатывает термореле, которое включает или отключает теплоноситель.

Рекомендуемая температура окружающего воздуха 15 гр. Цельсия. Стабильная температура обеспечивает полное сгорание газов и продлевает срок службы механизмов в баллонах.

Давление в пропановом баллоне как параметр безопасности

Одной из важных мер безопасности при работе с газовыми баллонами является контроль за давлением в ёмкости. В обычных условиях давление пропана в баллоне составляет примерно 5 атмосфер. Именно благодаря давлению газ сжижается и лишается своей высокой взрывоопасности, что делает его пригодным к использованию в промышленных и бытовых целях.

При эксплуатации и транспортировке газовых баллонов следует тщательно следить за соблюдением всех мер безопасности – обеспечить их надёжную фиксацию и предохранить от ударов как сам баллон, так и дополнительное оборудование – манометр, редуктор, не трясти и не перегревать. Только тщательно соблюдая технику безопасности и контролируя давление в газовом баллоне можно использовать все достижения прогресса.

Похожие статьи

One Response to Особенности давления в газовом баллоне, техника безопасности

1,6 МПа или 7 атмосфер. Ну и ну. Может и все остальное написанное здесь ничего не стоит?
1.6 мПа = 16.315 кГс/см2 (kgf/cm2);
1.6 мПа = 16 бара (bar);
1.6 мПа = 15.791 атм (atm);

Источник

Adblock
detector