Segurança do hidrogênio - Hydrogen safety

A segurança do hidrogênio cobre a produção, manuseio e uso seguro de hidrogênio - particularmente hidrogênio combustível gasoso e hidrogênio líquido . A principal preocupação em trabalhar com hidrogênio é a inflamabilidade .

O hidrogênio possui a classificação mais alta do NFPA 704 de 4 na escala de inflamabilidade porque é inflamável quando misturado mesmo em pequenas quantidades com o ar comum; a ignição pode ocorrer em uma razão volumétrica de hidrogênio para ar tão baixa quanto 4% devido ao oxigênio no ar e à simplicidade e propriedades químicas da reação. No entanto, o hidrogênio não tem classificação de risco inato de reatividade ou toxicidade . O armazenamento e o uso de hidrogênio apresentam desafios únicos devido à sua facilidade de vazamento como combustível gasoso , ignição de baixa energia , ampla gama de misturas combustível-ar, flutuabilidade e sua capacidade de fragilizar metais que devem ser contabilizados para garantir a segurança Operação. O hidrogênio líquido apresenta desafios adicionais devido à sua densidade aumentada e às temperaturas extremamente baixas necessárias para mantê-lo na forma líquida.

NFPA 704
Fire Diamond
0
4
0
O sinal de perigo do diamante de fogo para o gás hidrogênio elementar e seu isótopo deutério .

Resumo

  • Por mais de 40 anos, a indústria usou hidrogênio em grandes quantidades como produto químico industrial e combustível para a exploração espacial . Durante esse tempo, a indústria desenvolveu uma infraestrutura para produzir, armazenar, transportar e utilizar o hidrogênio com segurança.
  • O gás hidrogênio é um combustível de alta potência que queima rapidamente e é usado principalmente para aplicações que requerem entrega rápida de energia - como foguetes e voos espaciais . Por exemplo, foi usado para alimentar o ônibus espacial .
  • O hidrogênio líquido é às vezes usado como combustível de hidrogênio extremamente condensado.
  • O hidrogênio gasoso pode ser usado como refrigerante para geradores elétricos em usinas de energia. Isso se deve à sua alta condutividade térmica e baixo "vento", reduzindo as perdas por atrito e turbulência.
  • O hidrogênio também é usado como matéria-prima em processos industriais, incluindo a produção de amônia e metanol .

Códigos e padrões de hidrogênio

Códigos e padrões de hidrogênio são códigos e padrões (RCS) para veículos de célula de combustível de hidrogênio , aplicações de célula de combustível estacionária e aplicações de célula de combustível portátil .

Além dos códigos e padrões para produtos de tecnologia de hidrogênio , existem códigos e padrões para a segurança do hidrogênio, para o manuseio seguro do hidrogênio e o armazenamento do hidrogênio .

Diretrizes

O padrão ANSI / AIAA atual para as diretrizes de segurança do hidrogênio é AIAA G-095-2004, Guia de Segurança do Hidrogênio e Sistemas de Hidrogênio. Como a NASA tem sido um dos maiores usuários de hidrogênio do mundo, isso evoluiu a partir das diretrizes anteriores da NASA, NSS 1740.16 (8719.16). Esses documentos cobrem os riscos apresentados pelo hidrogênio em suas diferentes formas e como melhorá-los.

Ignição

Artigo principal: Energia Mínima de Ignição
  • "As misturas de hidrogênio-ar podem inflamar com uma entrada de energia muito baixa, 1/10 que exigia a ignição de uma mistura de gasolina-ar. Para referência, uma faísca invisível ou uma faísca estática de uma pessoa pode causar ignição."
  • "Embora a temperatura de autoignição do hidrogênio seja mais alta do que a da maioria dos hidrocarbonetos, a energia de ignição mais baixa do hidrogênio torna a ignição de misturas de hidrogênio-ar mais provável. A energia mínima para a ignição por centelha à pressão atmosférica é cerca de 0,02 milijoules."

Misturas

  • "Os limites de inflamabilidade com base na porcentagem de volume de hidrogênio no ar a 14,7 psia (1 atm, 101 kPa) são 4,0 e 75,0. Os limites de inflamabilidade com base na porcentagem de volume de hidrogênio em oxigênio a 14,7 psia (1 atm, 101 kPa) são 4.0 e 94.0. "
  • "Os limites de detonabilidade do hidrogênio no ar são de 18,3 a 59 por cento em volume"
  • "As chamas dentro e ao redor de uma coleção de tubos ou estruturas podem criar turbulência que faz com que uma deflagração evolua para uma detonação , mesmo na ausência de confinamento total."

(Para comparação: limite de deflagração da gasolina no ar: 1,4-7,6%; de acetileno no ar, 2,5% a 82%)

Vazamentos

  • O hidrogênio é inodoro, incolor e insípido, então a maioria dos sentidos humanos não ajudará a detectar um vazamento. Em comparação, o gás natural também é inodoro, incolor e insípido, mas a indústria adiciona um odorante contendo enxofre chamado mercaptano para torná-lo detectável pelas pessoas. Atualmente, todos os odorantes conhecidos contaminam as células de combustível (uma aplicação popular para o hidrogênio). No entanto, dada a tendência do hidrogênio de subir rapidamente, um vazamento de hidrogênio em ambientes internos se acumularia brevemente no teto e, eventualmente, se moveria em direção aos cantos e para longe de locais onde as pessoas poderiam estar expostas a ele. Por essa e outras razões, a indústria costuma usar sensores de hidrogênio para ajudar a detectar vazamentos de hidrogênio e tem mantido um alto recorde de segurança ao usá-los por décadas. Os pesquisadores estão investigando outros métodos que podem ser usados ​​para detecção de hidrogênio: traçadores, nova tecnologia de odorante, sensores avançados e outros.
  • Vazamentos de hidrogênio podem suportar a combustão em taxas de fluxo muito baixas, tão baixas quanto 4 microgramas / s.

Hidrogênio líquido

  • "O ar atmosférico condensado e solidificado, ou ar residual acumulado na fabricação, contamina o hidrogênio líquido , formando uma mistura instável. Essa mistura pode detonar com efeitos semelhantes aos produzidos pelo trinitrotolueno (TNT) e outros materiais altamente explosivos"

O hidrogênio líquido requer uma tecnologia de armazenamento complexa, como os recipientes isolados termicamente, e requer um manuseio especial comum a todas as substâncias criogênicas . Isso é semelhante, mas mais grave do que o oxigênio líquido . Mesmo com recipientes isolados termicamente, é difícil manter uma temperatura tão baixa e o hidrogênio irá vazar gradualmente. (Normalmente, ele irá evaporar a uma taxa de 1% ao dia.)

Prevenção

O hidrogênio se acumula sob telhados e beirais, onde forma um risco de explosão; qualquer edifício que contenha uma fonte potencial de hidrogênio deve ter boa ventilação, fortes sistemas de supressão de ignição para todos os dispositivos elétricos e, de preferência, ser projetado para ter um telhado que possa ser soprado com segurança para longe do resto da estrutura em uma explosão. Ele também entra nas tubulações e pode segui-los até seus destinos. Os tubos de hidrogênio devem ser localizados acima de outros tubos para evitar essa ocorrência. Os sensores de hidrogênio permitem a detecção rápida de vazamentos de hidrogênio para garantir que o hidrogênio possa ser ventilado e a fonte do vazamento rastreada. Como no gás natural, um odorante pode ser adicionado às fontes de hidrogênio para permitir que os vazamentos sejam detectados pelo cheiro. Embora as chamas de hidrogênio possam ser difíceis de ver a olho nu, elas aparecem prontamente nos detectores de chamas UV / IR . Mais recentemente, foram desenvolvidos detectores Multi IR, que têm detecção ainda mais rápida em chamas de hidrogênio. 1 2 Indicadores quimiocromáticos podem ser adicionados às fitas de silicone para fins de detecção de hidrogênio. DetecTape H2 - Detector Visual de Vazamento de Hidrogênio de Baixo Custo

Incidentes

O hidrogênio é extremamente inflamável. No entanto, isso é mitigado pelo fato de que o hidrogênio sobe rapidamente e geralmente se dispersa antes da ignição, a menos que a fuga seja em uma área fechada e sem ventilação. As demonstrações mostraram que um incêndio de combustível em um veículo movido a hidrogênio pode queimar completamente com poucos danos ao veículo, em contraste com o resultado esperado em um veículo movido a gasolina.

Desastre de Ahlhorn. Em 5 de janeiro de 1918, um incêndio detonou um zepelim de hidrogênio dentro de um hangar na Alemanha. A explosão resultante foi sentida a 40 km de distância e destruiu vários hangares e zepelins vizinhos.

Desastre de Hindenburg . 6 de maio de 1937. Enquanto o zepelim Hindenburg se aproximava do pouso na Naval Air Station Lakehurst , um incêndio detonou uma das células de hidrogênio da popa, rompendo as células vizinhas e fazendo com que o dirigível caísse ao solo na popa. O inferno então viajou para a popa, explodindo e incendiando as células restantes. Apesar de 4 estações de notícias gravando o desastre em filme e sobrevivendo depoimentos de testemunhas oculares da equipe e de pessoas no terreno, a causa do incêndio inicial nunca foi determinada de forma conclusiva.

Em janeiro de 2007, uma explosão de hidrogênio comprimido durante a entrega na fábrica de carvão Muskingum River (pertencente e operada pela AEP ) causou danos significativos e matou uma pessoa. Para obter mais informações sobre incidentes envolvendo hidrogênio, visite a página Relatório de Incidentes de Hidrogênio e Lições Aprendidas do DOE dos EUA.

Durante o acidente nuclear de Fukushima em 2011 , três edifícios do reator foram danificados por explosões de hidrogênio. As barras de combustível revestidas de Zircaloy expostas ficaram muito quentes e reagiram com o vapor, liberando hidrogênio . As contenções eram preenchidas com nitrogênio inerte, o que evitava que o hidrogênio queimasse na contenção. No entanto, o hidrogênio vazou da contenção para o prédio do reator, onde se misturou com o ar e explodiu. Para evitar novas explosões, orifícios de ventilação foram abertos no topo dos edifícios restantes do reator.

Em 2015, ocorreu uma explosão na refinaria do Formosa Plastics Group em Taiwan devido ao vazamento de hidrogênio de um tubo. Não há mais detalhes disponíveis.

Em fevereiro de 2018, a caminho de uma estação de hidrogênio da FCV , um caminhão que transportava cerca de 24 tanques de hidrogênio comprimido pegou fogo. Isso causou a evacuação inicialmente de uma área de raio de uma milha de Diamond Bar , um subúrbio de Los Angeles, CA. O incêndio começou no caminhão por volta das 13h20 no cruzamento da South Brea Canyon Road com a Golden Springs Drive, de acordo com um despachante do Corpo de Bombeiros do Condado de Los Angeles . O National Transportation Safety Board lançou uma investigação.

Em agosto de 2018, um caminhão de entrega que transportava hidrogênio líquido pegou fogo em Veridam em El Cajon CA.

Em maio de 2019, o vazamento de hidrogênio levou a uma explosão na AB Specialty Silicones em Waukegan, Illinois , que matou quatro trabalhadores e feriu gravemente um quinto.

Também em maio de 2019, um tanque de hidrogênio explodiu, matando 2 e ferindo 6 em Gangneung, Coreia do Sul, no Gangwon Technopark.

Em junho de 2019, ocorreu um incidente nas instalações da Air Products and Chemicals, Inc. em Santa Clara, Califórnia. A instalação de transfusão de hidrogênio teve uma explosão durante o carregamento de um caminhão-tanque que estava sendo abastecido. Isso resultou no desligamento temporário de várias estações de abastecimento de hidrogênio na área de São Francisco.

Em junho de 2019, a estação de abastecimento de Uno-X na Noruega experimentou uma explosão, resultando no desligamento de todas as estações de abastecimento de hidrogênio Uno-X e na paralisação temporária das vendas de veículos com células de combustível na Noruega. Com base nas conclusões da investigação preliminar, nem o eletrolisador nem o dispensador usado pelos clientes tiveram qualquer relação com este incidente. Portanto, a divisão de eletrolisadores voltará aos negócios normalmente. 27 de junho de 2019 Nel ASA anuncia que a causa raiz do incidente foi identificada como um erro de montagem de um plugue específico em um tanque de hidrogênio na unidade de armazenamento de alta pressão.

Em dezembro de 2019, uma explosão de gás em uma instalação da Airgas em Waukesha, Wisconsin, feriu um trabalhador e causou o vazamento de 2 tanques de armazenamento de hidrogênio.

Em 7 de abril de 2020, uma explosão ocorreu na planta de combustível de hidrogênio OneH2 em Long View, Carolina do Norte , causando danos significativos aos edifícios circundantes. A explosão foi sentida a vários quilômetros de distância, danificando cerca de 60 casas. Nenhum ferimento da explosão foi relatado. O incidente continua sob investigação. A empresa publicou um comunicado à imprensa: Sistemas de Segurança de Hidrogênio Operados Efetivamente, Prevenção de Lesões na Explosão da Planta.

Em 11 de junho de 2020, uma explosão ocorreu na Praxair Inc., 703 6th St. Texas City, Texas , uma planta de produção de hidrogênio.

Em 30 de setembro de 2020, um tanque de hidrogênio caiu e explodiu na cidade de Changhua , Taiwan, matando o motorista.

Em 9 de agosto de 2021, a Central Elétrica de Medupi na África do Sul foi severamente danificada após uma explosão na Unidade 4 causada por um procedimento impróprio enquanto o gerador estava sendo purgado de hidrogênio.

Veja também

Referências

[1] (PDF) recuperado em 09/08/2014

links externos