Tadqiqotning asosiy muammosi: suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalarida xavf qayerda jamlanadi?

Vodorod toza energiya o‘tishida, ayniqsa transport sektori uchun muhim energiya tashuvchisi sifatida qaraladi. Yoqilg‘i elementli elektr avtomobillar uzoq masofa, tez to‘ldirish va chiqindi gazda karbon emissiyasi hosil qilmaslik kabi afzalliklarga ega. Biroq bu avtomobillar keng tarqalishi faqat transport texnologiyasiga emas; xavfsiz va katta quvvatli vodorod to‘ldirish infratuzilmasi qurilishiga ham bog‘liq.

Suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalari gaz vodorod stansiyalariga nisbatan ayrim muhim afzalliklarga ega. Suyuq vodorodning hajmiy saqlash zichligi yuqoriroq; ya’ni bir xil hajmda ko‘proq vodorod saqlash mumkin. Tashish xarajati kamayishi, bug‘lantirilgandan keyin yuqori tozalikdagi vodorod olinishi va ayrim jarayonlarda saqlash/tashish bosimi gaz vodorod tizimlariga qaraganda pastroq bo‘lishi mumkin. Shu sabab suyuq vodorod kelajakda katta quvvatli vodorod stansiyalari uchun kuchli variant sifatida baholanmoqda.

Ammo ish markazidagi xavfsizlik muammosi aynan shu afzalliklar ortidagi fizik sharoitlardan kelib chiqadi. Suyuq vodorod juda past haroratda, kriogen sharoitda saqlanadi. Stansiyaning ayrim nuqtalarida suyuq faza, bug‘lanish, yuqori bosimli gaz fazasi, issiqlik almashinuvi va avtomobilni to‘ldirish bir jarayon zanjiri ichida joylashadi. Bu holat sizib chiqish yuz bersa vodorod qanday tarqalishini, qanchalik tez yonuvchan aralashma hosil qilishini, qachon jet yong‘iniga yoki kechikkan tutashuv holatida portlashga aylanishini murakkablashtiradi.

Tadqiqotda vodorodning ayrim asosiy xavf xususiyatlari alohida ta’kidlangan. Vodorod rangsiz va hidsiz bo‘lgani uchun sizib chiqishni inson sezgilari bilan bevosita aniqlash qiyin. Minimum tutashish energiyasi taxminan 0,02 mJ atrofida; bu juda past qiymat. Bundan tashqari, diffuziya koeffitsienti 6,11 × 10⁻⁵ m²/s ga yetishi mumkin. Bu vodorodning havo bilan tez aralashishi va mos sharoitda yonuvchan bulut hosil qilishi mumkinligini anglatadi. Kundalik o‘xshatishda aytganda, vodorod sizib chiqishi ko‘rinmas, hidlanmaydigan va havoga tez tarqaladigan xavf hududini yaratishi mumkin; ammo bu o‘xshatish ishning texnik mazmunini soddalashtirish uchungina ishlatiladi. Asosiy xavf bahosi modellash va ehtimollik hisoblari bilan bajarilgan.

Adabiyotdagi bo‘shliq: gaz vodorod stansiyalaridan suyuq vodorod stansiyalariga to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘tilmaydi

Vodorod to‘ldirish stansiyalari uchun xavf baholashda HAZOP, FMEA, xato daraxti tahlili, HyRAM+, Phast va Safeti kabi usullar va dasturlar avvalroq ayniqsa gaz vodorod stansiyalarida keng qo‘llangan. Bu ishlar sizib chiqish ssenariylari, jet yong‘ini, portlash, individual xavf konturlari va ajratish masofalari uchun yetuk yondashuv yaratgan.

Biroq suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalari ayni sharoitlarni olib yurmaydi. Bu yerda kriogen saqlash, faza o‘zgarishi, past harorat ta’siri, yuqori bosimli uskunalar va suyuqdan gazga o‘tish birgalikda baholanishi kerak. Gaz vodorod stansiyasida ishlaydigan xavf modeli suyuq vodorod stansiyasiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri ko‘chirilsa, ayrim muhim fizik jarayonlar e’tibordan chetda qolishi mumkin. Shu bois tadqiqot adabiyotda to‘ldirishga urinayotgan bo‘shliq shundan iborat: suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalarida qaysi tizim ustun xavf birligi ekanini, qaysi asosiy nosozliklar xavfni eng ko‘p kattalashtirishini va qaysi choralar ham sizib chiqish ehtimolini, ham oqibat og‘irligini kamaytirishini butunlashtirilgan QRA doirasida ko‘rsatish.

Stansiya chegarasi va o‘rganilgan tizimlar

Tadqiqotda namunaviy suyuq vodorod to‘ldirish stansiyasi ko‘rib chiqilgan. Stansiya jarayoni tanker orqali suyuq vodorodni tushirish, saqlash, kriogen booster nasos orqali bosimlashtirish, bug‘lantiruvchi va issiqlik almashinuvchidan o‘tkazib yuqori bosimli gaz vodorod holatiga keltirish, yuqori bosimli silindr bankasida ushlab turish, oldindan sovitish va avtomobilni to‘ldirish bosqichlaridan iborat.

Tadqiqotda stansiya oltita funksional birlikka ajratilgan:

• suyuq vodorod saqlash,
• suyuq vodorodni bosimlashtirish,
• bug‘lantirish va issiqlik almashinuvi,
• yuqori bosimli vodorod saqlash,
• vodorodni oldindan sovitish,
• avtomobilni to‘ldirish.

HAZOP va FMEA natijalariga ko‘ra batafsil xavf tahlili uchun to‘rtta muhim tizim tanlangan: suyuq vodorod saqlash tizimi, suyuq vodorod booster nasos tizimi, yuqori bosimli vodorod silindr bankasi va dispenser tizimi. Bu tanlov muhim; chunki ish butun stansiyani bitta xavf qutisi sifatida emas, balki turli uskunalarning alohida xavf hissasi bor muhandislik tizimi sifatida qaraydi.

HAZOP va FMEA nimalarni ko‘rsatdi?

HAZOP jarayonda bosim, harorat, oqim va suyuqlik darajasi kabi parametrlaridagi og‘ishlarni tahlil qiladi. Masalan, “yuqori bosim”, “past harorat”, “oqim yo‘q”, “teskari oqim” kabi holatlar har bir jarayon tugunida ehtimoliy sabab va oqibatlar bilan birga baholanadi. Tadqiqotda stansiya sakkizta tahlil tuguniga bo‘linib, shu tugunlar orqali 61 ta jarayon og‘ishi va 223 ta potensial avariya ssenariysi aniqlangan.

Ushbu 223 ssenariyning 171 tasi past xavf, 52 tasi o‘rtacha xavf sifatida tasniflangan. Yuqori yoki juda yuqori xavf toifasiga kiradigan ssenariy topilmagan. Biroq bu “stansiya butunlay xavfsiz” degani emas. Chunki o‘rtacha xavf ssenariylari ayrim tugunlarda to‘plangan. Ayniqsa suyuq vodorod saqlash, suyuq vodorod bosimlashtirish, yuqori bosimli vodorod saqlash va dispenser tizimlari ajralib chiqqan. Suyuq vodorod bosimlashtirish va yuqori bosimli vodorod saqlash tugunlarining har birida 11 tadan o‘rtacha xavf ssenariysi bor.

FMEA esa uskuna va komponent darajasidagi nosozliklarni tahlil qiladi. Tadqiqotda muhim tizimlar uchun 231 ta nosozlik rejimi va 427 ta potensial sabab aniqlangan. FMEA natijalariga ko‘ra yuqori xavfli nosozlik rejimi yo‘q; ammo o‘rtacha xavfli nosozliklar ayniqsa valf sizishi, quvur sizishi, qistirma nosozligi va sensor nosozligi atrofida jamlangan. Bu juda muhim xulosa: Vodorod xavfsizligi faqat katta tank portlashi kabi dramatik ssenariylardan iborat emas. Juda oddiy ko‘ringan qistirma, valf, ulanish va quvur nosozliklari zanjirli tarzda jiddiy sizib chiqish va yong‘in xavfiga aylanib ketishi mumkin.

FMEA xavf indeksi formulasi

Tadqiqotda FMEA xavf tasnifi uchun qo‘llangan asosiy bog‘lanish quyidagicha:

[ RI = SI + PI ]

Bu yerda RI xavf indeksini, SI og‘irlik indeksini, PI esa yuzaga kelish ehtimoli indeksini bildiradi. SI qiymati nosozlik qanchalik og‘ir oqibat keltirishini, PI esa bu nosozlik qanchalik ehtimoliy ekanini ko‘rsatadi. Masalan, kichik sizish tez-tez uchrasa PI yuqori bo‘lishi mumkin; ammo halokatli oqibat kutilmasa SI pastroq bo‘ladi. Aksincha, kam uchraydigan, lekin o‘limga olib keluvchi ssenariyda SI yuqori, PI past bo‘lishi mumkin. Ish shu ikki o‘lchovni birgalikda baholab, nosozlik rejimlarini past, maqbul, o‘rtacha va yuqori xavf guruhlariga ajratgan.

Xato daraxti tahlili: bitta asosiy hodisa ham sizib chiqishni boshlashi mumkin

HAZOP va FMEA bilan muhim tizimlar aniqlangach, xato daraxti tahlili o‘tkazilgan. Xato daraxti tahlili yuqori hodisa qaysi asosiy hodisalar kombinatsiyasi bilan yuz berishini ko‘rsatadi. Bu ishda yuqori hodisa tegishli tizimdan vodorod chiqishi sifatida belgilangan. Masalan, booster nasos tizimi uchun yuqori hodisa “suyuq vodorod booster nasos tizimidan vodorod chiqishi” deb belgilangan.

Booster nasos tizimi uchun tuzilgan xato daraxtida quvur nosozligi, nasos korpusi shikastlanishi, nasos aksessuar nosozligi, inson omillari va uchinchi tomon zarari hisobga olingan. Tadqiqotda X1 dan X27 gacha belgilangan asosiy hodisalar orasida quvur korroziyasi, ulanish xatosi, bosim nazorat valfi nosozligi, izolyatsiya nosozligi, nasos korpusi sifat muammosi, loyihaviy nuqson, qistirma materiali nosozligi, noto‘g‘ri qistirma o‘rnatilishi, flanj sizishi, valf korpusi sizishi, inshootchilar malakasining yetarli emasligi, korroziya nazoratining sustligi, payvandlash ishlari sifatsizligi, qabul tekshiruvining yetarli emasligi, texnik xizmat yetishmasligi, xavfsizlik boshqaruvi sustligi va tabiiy ofatlar kabi hodisalar bor.

Booster nasos xato daraxtida 26 ta minimal kesish to‘plami aniqlangan. Ulardan 25 tasi bitta hodisadan iborat; faqat bittasi ikki hodisali. Bu tizim ayrim nuqtalarda yakka nosozliklarga nisbatan sezgir ekanini ko‘rsatadi. Boshqacha aytganda, ma’lum asosiy hodisalardan biri yolg‘iz o‘zi yuqori hodisani, ya’ni vodorod chiqishini boshlab yuborishi mumkin. Bu xulosa himoya qatlamlari va sifat kafolati jarayonlari nega muhim ekanini yaqqol ko‘rsatadi.

Tadqiqotda booster nasos tizimi uchun ayniqsa uchta asosiy hodisa alohida ajratilgan:

• X20: qabul va qurilish tekshiruvi yetarli emasligi,
• X1: quvur korroziya shikasti,
• X7: qistirma materiali nosozligi.

Bu uch hodisa ehtimol va ahamiyat jihatidan yuqori hissa qo‘shgani uchun xavfni kamaytirish strategiyasida ustuvor deb qabul qilingan. Bu nuqta ishning amaliy qiymatini oshiradi: xavf faqat “vodorod xavfi”dan emas, balki tekshiruv, material, payvandlash, ulanish, korroziya va texnik xizmat kabi aniq muhandislik jarayonlaridan kelib chiqishini ko‘rsatadi.

Ehtimollik hisoblarining mantiqi

Tadqiqotda asosiy hodisa ehtimollari ikki yo‘l bilan belgilangan. Sensorlar, xavfsizlik klapanlari, nazorat klapanlari va shunga o‘xshash uskunalar uchun OREDA ma’lumotlar bazasi va HIAD 2.1 vodorod hodisalari ma’lumotlari ishlatilgan. Statistikasi zaif hodisalar uchun esa ekspert fikri va noaniq mantiq birlashtirilgan.

Ma’lumotlar bazasiga asoslangan nosozlik darajasini baholashda ishlatilgan muhim formulalardan biri quyidagicha:

\[ \bar{\lambda}=\frac{1}{\sum_{i=1}^{k}\frac{1}{\frac{\lambda_i}{\tau_i}+\hat{\sigma}_i^2}}\times\sum_{i=1}^{k}\left(\frac{1}{\frac{\lambda_i}{\tau_i}+\hat{\sigma}_i^2}\times\frac{n_i}{\tau_i}\right) \]

Bu yerda \bar{\lambda} ma’lum komponent turi uchun o‘rtacha nosozlik darajasini, \lambda_i i namuna uchun qayd etilgan nosozlik darajasini, \hat{\sigma}_i tegishli namunaning standart og‘ish bahosini, n_i nosozlik sonini va \tau_i ishlash vaqtini bildiradi. Formulaning asosiy g‘oyasi turli manbalardan kelgan nosozlik ma’lumotlarini ularning noaniqligi bilan birga vaznlab, yaxshiroq o‘rtacha nosozlik darajasini olishdir.

Ta’mirlanadigan komponentlarda bir birlik nosozlik ehtimoli uchun qo‘llangan bog‘lanish esa quyidagicha:

\[ F=\frac{\lambda}{\lambda+\mu}\approx\frac{\lambda}{\mu}=\lambda t \]

Bu yerda F nosozlik ehtimolini, \lambda vaznlashgan nosozlik darajasini, \mu ta’mirlash darajasini va t o‘rtacha ta’mirlash vaqtini bildiradi. Tadqiqotda \lambda qiymati \mu qiymatidan ancha kichik deb olingani uchun ifoda taxminan F ≈ λt shakliga keltirilgan. Bu amalda shuni anglatadiki, nosozlik darajasi va ta’mirlash muddati oshsa, komponentning nosoz holatda bo‘lish ehtimoli ham ortadi.

Xato daraxtida yuqori hodisa ehtimoli minimal kesish to‘plamlari orqali hisoblangan:

\[ P(T)=P\left(\bigcup_{j=1}^{n}K_j\right) \]

Bu yerda P(T) yuqori hodisaning, ya’ni tizimdan vodorod chiqishining ehtimolini; K_j esa j-raqamli minimal kesish to‘plamini bildiradi. Minimal kesish to‘plami yuqori hodisani yuzaga keltirish uchun yetarli bo‘lgan eng kichik asosiy hodisalar kombinatsiyasidir. Agar tizimda bitta hodisali minimal kesish to‘plamlari ko‘p bo‘lsa, tizim yakka nosozliklarga nisbatan sezgirroq bo‘ladi.

Tadqiqotda hisoblangan yuqori hodisa ehtimollari quyidagicha:

Bu jadvalda dispenser tizimi uchun yuqori hodisa ehtimoli son jihatdan eng katta ko‘rinadi. Biroq ishning integrallashgan xavf bahosida ustun xavf birligi sifatida booster nasos tizimi tanlangan. Buning sababi faqat chiqish ehtimoli emas; balki chiqish tezligi, yonuvchan bulut kengligi, jet yong‘ini radiatsiya maydoni va individual xavf konturlari birgalikda hisobga olinganidir. Ya’ni eng xavfli tizim yagona eng yuqori ehtimollikka ega tizim bo‘lishi shart emas; ehtimol va oqibat og‘irligi birgalikda hal qiluvchi bo‘ladi.

Oqibat modellash: 5 mm sizish ssenariysi nega muhim?

Tadqiqotda namunaviy kichik teshik sizishi sifatida 5 mm ekvivalent sizish diametri tanlangan. Kichik teshik sizishlari yo‘qotilgan muhofaza hodisalarining muhim qismini tashkil qilishi mumkinligi sababli muhandislik xavf tahlillarida ahamiyatli ssenariydir. Ishda to‘rtta tizim uchun alohida chiqish parametrlari belgilangan:

HyRAM+ 5.1 yordamida vodorod chiqish sarfi, jet tarqalishi, jet yong‘ini issiqlik radiatsiyasi va kechikkan tutashuvdan keyingi portlash ortiqcha bosimi hisoblangan. Termofizik xossalar uchun CoolProp ma’lumotlar bazasidan foydalanilgan. Bu yerda muhim bir cheklov bor: tadqiqot natijalar tahlili vodorodning bug‘lanishdan keyingi tarqalishi, yonishi va portlashiga e’tibor qaratgan; orifis yaqinidagi flashing yoki ikki fazali oqimni batafsil yechmagan. Kriogen suyuq vodorod chiqishlari orifisdan keyin bug‘langan ekvivalent gaz vodorod jeti sifatida muhandislik miqyosida modellashtirilgan.

Massaviy chiqish tezligi va jet modeli

HyRAM+ ichida ishlatilgan termodinamik orifis modeli sizib chiqish nuqtasidan o‘tuvchi oqimni izentropik deb qabul qiladi. Orifis tezligi va massaviy chiqish miqdorini hisoblashdagi asosiy bog‘lanishlar quyidagicha:

\[ \frac{v^2}{2}+h=h_0 \]

\[ \dot{m}=\frac{\pi}{4}d^2m''C_d=\frac{\pi}{4}d^2\rho vC_d \]

Bu yerda v orifis tezligini, h_0 yuqoridagi oqimning tinchlik entalpiyasini, h orifisdagi xususiy entalpiyani, \dot{m} massaviy chiqish tezligini, d ekvivalent sizish diametrini, \rho suyuqlik zichligini va C_d deşarj koeffitsientini bildiradi. Birinchi formula energiya balansini ifodalaydi: oqimdagi bosim va issiqlik energiyasining bir qismi sizish nuqtasida tezlikka aylanadi. Ikkinchi formula esa shu tezlik, zichlik va teshik yuzasi orqali soniyasiga qancha kilogramm vodorod chiqishini hisoblaydi.

Vodorod jeti tarqalishida tezlik, zichlik va vodorod massa ulushi uchun Gaussga o‘xshash radial profillar ishlatilgan:

\[ v=v_{cl}\exp\left(-\frac{r^2}{B^2}\right) \]

\[ \rho=(\rho_{cl}-\rho_{amb})\exp\left(-\frac{r^2}{\lambda^2B^2}\right)+\rho_{amb} \]

\[ \rho Y=\rho_{cl}Y_{cl}\exp\left(-\frac{r^2}{\lambda^2B^2}\right) \]

Bu yerda r jet markazidan radial masofani, B jetning yarim kengligini, \lambda zichlik tarqalish kengligi bilan tezlik tarqalish kengligi orasidagi nisbatni, Y vodorod massa ulushini, cl markaz chizig‘i sharoitlarini va amb atrof-muhit sharoitlarini bildiradi. Ushbu formulalar vodorod jet markazida zichroq va tezroq bo‘lishini, markazdan uzoqlashgan sari konsentratsiya va tezlik kamayishini ko‘rsatadi.

Jet yong‘ini va issiqlik radiatsiyasi

Vodorod sizishi darhol tutashsa jet yong‘ini yuzaga keladi. Jet yong‘ini — yuqori bosimli sizish nuqtasidan chiqayotgan vodorodning alangali oqim ko‘rinishida yonishidir. Bu holatda eng muhim halokatli ta’sir odatda issiqlik radiatsiyasidir. Tadqiqotda jet alanga uzunligi va issiqlik radiatsiyasi HyRAM+dagi alanga uzunligi korelyatsiyasi va og‘irliklangan ko‘p manbali radiatsiya modeli orqali hisoblangan.

O‘lchovsiz alanga uzunligi quyidagicha ifodalangan:

\[ L^*=\begin{cases}\frac{13.5Fr^{2/5}}{(1+0.07Fr^2)^{1/5}}, & Fr<5\\ 23, & Fr>5 \end{cases} \]

Bu yerda L* o‘lchovsiz alanga uzunligini, Fr Froude sonini bildiradi. Froude soni jet momentining tortishish kuchiga nisbatan qanchalik ustunligini ko‘rsatadi. Yuqori momentli jetlarda alanga uzoqroq cho‘zilishi mumkin; past momentli sharoitlarda esa ko‘tarilish kuchi va tortishish alangа geometriga ko‘proq ta’sir qiladi.

Issiqlik radiatsiyasi hisobida quyidagi bog‘lanish qo‘llangan:

\[ q=\tau S_{rad}\frac{V_F}{A_f} \]

\[ S_{rad}=X_{rad}\dot{m}_{fuel}\Delta H_c \]

Bu yerda q maqsad nuqtadagi issiqlik radiatsiyasi oqimini, \tau atmosfera o‘tkazuvchanligini, V_F ko‘rish koeffitsientini, A_f alanga yuzasini, S_{rad} umumiy radiativ quvvatni, X_{rad} radiativ ulushni, \dot{m}_{fuel} yoqilg‘i massaviy oqimini va \Delta H_c yonish issiqligini bildiradi. Sodda qilib aytganda, sizishdan chiqqan vodorod miqdori va yonish energiyasi oshgan sari alanga atrofga tarqatadigan issiqlik ham ortadi. Bu issiqlik yaqin odamlar, uskunalar, plastik materiallar, yog‘och yuzalar va xavfsizlik tizimlariga zarar yetkazishi mumkin.

Kechikkan tutashuv va portlash ortiqcha bosimi

Vodorod darhol tutashmasa, avval yonuvchan bulut hosil bo‘lishi mumkin. Bu bulut keyin tutashish manbai bilan to‘qnashsa portlash yoki tez yonish natijasida ortiqcha bosim yuzaga keladi. Tadqiqotda kechikkan tutashuvdan keyingi portlash ortiqcha bosimi Baker-Strehlow-Tang modeli bilan hisoblangan.

Yonuvchan bulut massasi, yonish energiyasi va masshtabli masofa bog‘lanishlari quyidagicha berilgan:

\[ m_{flam}=\int_{S=0}^{S=\infty}\left(\int_{r_Y=Y_{UFL}}^{r_Y=Y_{LFL}}\rho Y2\pi r\,dr\right)ds \]

\[ E_{flam}=k_{reflection}m_{flam}\Delta H_c \]

\[ R^*_{BST}=\frac{R}{(E_{flam}/P_{ambient})^{1/3}} \]

\[ P^*=\frac{P_s}{P_{ambient}} \]

Bu yerda m_flam yonuvchan bulut massasini, Y_LFL va Y_UFL vodorodning quyi va yuqori yonuvchanlik chegaralaridagi massa ulushini, E_flam yonish energiyasini, k_reflection yer yuzasi aks ettirish koeffitsientini, R portlash markazidan nishongacha bo‘lgan masofani, P_s cho‘qqi ortiqcha bosimni va P_ambient atrof bosimini bildiradi. Bu model portlash ta’sirini faqat bulut mavjudligiga emas, balki yonuvchan diapazondagi vodorod massasi, energiya va nishon masofasiga ko‘ra hisoblaydi.

Natijalar: nega booster nasos tizimi ajralib chiqdi?

To‘rtta muhim tizim uchun hisoblangan maksimal vodorod chiqish tezliklari quyidagicha:

Bu natija booster nasos tizimi nega kritik bo‘lib qolishini aniq ko‘rsatadi. Xuddi shu 5 mm sizish diametri ostida booster nasos chiqishidagi 100 MPa bosim va kriogen sharoitlar ancha yuqori massaviy chiqishga olib kelgan. Soniyasiga 2,23 kg vodorod chiqishi, kichik ko‘ringan 5 mm lik teshikda ham katta yonuvchan bulut va jiddiy issiqlik radiatsiyasi maydoni hosil qilishi mumkin.

4 hajm foizli vodorod quyi yonuvchanlik chegarasiga ko‘ra hisoblangan yonuvchan bulut uzanmalari quyidagicha:

Booster nasos tizimida yonuvchan bulutning gorizontal uzanmasi 36,89 m ga yetgan. Bu stansiya joylashuvi, uskunalar oralig‘i, xodimlar joylashuvi, avtomobil kutish maydoni va maydon chetiga yaqin jamoaviy ta’sir nuqtai nazaridan kritik qiymatdir. Tadqiqotdagi shakllarda ko‘rsatilgan vodorod mole ulushi maydonlari vodorodning jet o‘qi bo‘ylab yuqori konsentratsiyada ilgari siljishini va keyin atrof havo bilan aralashib siyraklashishini ko‘rsatadi. Oq kontur 4 hajm foizlik quyi yonuvchanlik chegarasini ifodalaydi. Shu kontur ichidagi hudud, agar mos tutashish manbai bo‘lsa, yong‘in yoki portlash jihatidan xavfli hisoblanadi.

Jet yong‘ini tahlilida ham booster nasos tizimi eng katta ta’sir maydonini bergan. 1,6 kW/m² dan yuqori zona diametri taxminan 72 m deb berilgan. Bundan tashqari, booster nasos tizimida 4, 12,5 va 25 kW/m² chegaralarini oshgan maydonlar mos ravishda 1385 m², 531 m² va 227 m² ni tashkil etgan. Tadqiqotda qo‘llangan chegaralarga ko‘ra 37,5 kW/m² 1 daqiqalik ta’sirda 100 foiz o‘limga olib kelishi mumkin bo‘lgan daraja, 25 kW/m² jiddiy jarohat va uzoq muddatli ta’sirda o‘lim xavfi nuqtayi nazaridan juda kritik, 12,5 kW/m² kuyish va material shikastlanishi uchun muhim, 4 kW/m² esa 20 soniyadan uzun ta’sirda og‘riq keltirishi mumkin bo‘lgan darajadir.

Portlash ortiqcha bosimi tomonida esa ish natijasi boshqacha. 60 soniyalik kechikkan tutashuv ssenariylarida cho‘qqi ortiqcha bosimlar barcha ssenariylarda 25 kPa dan past bo‘lgan. Xodimlarga ta’sir asosan yengil jarohat darajasida, inshootga ta’sir esa ko‘proq oynalar sinishi kabi yengil zararlar shaklida baholangan. Shu sabab ishda o‘limga olib keluvchi ta’sir bo‘yicha asosiy mexanizm sifatida jet yong‘ini issiqlik radiatsiyasi tanlangan.

Individual xavf hisoblash: ma’lum nuqtadagi odamning yillik o‘lim xavfi

Individual xavf ma’lum nuqtada doimiy bo‘lgan odamning yil davomida o‘limga olib keluvchi ta’sirga uchrash ehtimolini bildiradi. Tadqiqotda qo‘llangan asosiy formula quyidagicha:

\[ IR(x,y)=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}f_{i,j}d_{i,j}(x,y) \]

Bu yerda IR(x,y) koordinatasi (x,y) bo‘lgan nuqtadagi individual xavfni, f_i,j i manbadan chiqqan j avariya oqimining yillik chastotasini, d_i,j(x,y) esa ayni nuqtadagi shartli o‘lim ehtimolini bildiradi. Ya’ni formula ikki narsani ko‘paytiradi: avariya qanchalik tez yuz berishi mumkin va u yuz bersa ayni nuqtadagi odam uchun qanchalik o‘limli bo‘lishi mumkin?

Fizik ta’sir qiymatlari, ya’ni issiqlik radiatsiyasi yoki portlash bosimi probit modeli orqali o‘lim ehtimoliga aylantirilgan:

\[ d_i=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{-\infty}^{Y-5}\exp\left(-\frac{u^2}{2}\right)du \]

Bu yerda d_i o‘lim ehtimolini, Y probit o‘zgaruvchini va u integral o‘zgaruvchini bildiradi. Issiqlik radiatsiyasi uchun tadqiqotda qo‘llangan doza bog‘lanishi quyidagicha:

\[ Y=-37.23+2.56\ln D \]

\[ D=I^{1.33}t_s \]

Bu yerda D o‘limga olib keluvchi dozani, I issiqlik radiatsiyasi oqimini va t_s ta’sir davomiyligini bildiradi. Tadqiqotda ta’sir davomiyligi 60 soniya qilib olingan va stansiya atrofi 5 m × 5 m kvadrat hujayralarga bo‘linib, har bir hujayra markazida individual xavf hisoblangan.

Xavf tasnifi: D2 sinfi nimani anglatadi?

Tadqiqotda jet yong‘ini ehtimollari va oqibat og‘irligi birgalikda baholangan. Jet yong‘ini ehtimollari quyidagicha hisoblangan:

Xodimlarga ta’sir bo‘yicha tadqiqotda maydondagi aholi zichligi 0,003 kishi/m² deb qabul qilingan. Shu taxmin ostida booster nasos tizimi uchun o‘lim, og‘ir jarohat va yengil jarohat sonlari mos ravishda 1, 2 va 4 deb hisoblangan. Yuqori bosimli silindr bankasi va dispenser tizimlarida o‘lim soni 0, og‘ir jarohat 1, yengil jarohat 2 deb berilgan. Suyuq vodorod saqlash tizimida esa bu ssenariyda o‘lim, og‘ir jarohat va yengil jarohat deyarli nolga teng.

Integrallashgan xavf tasnifi quyidagicha:

Bu jadval ishning asosiy xulosasini ochiq qiladi: Booster nasos tizimi nafaqat ehtimollik jihatidan, balki oqibat og‘irligi jihatidan ham kritik bo‘lib, to‘rtta tizim orasida o‘rtacha xavf sinfiga kirgan yagona tizim bo‘lgan. Shu sabab stansiya darajasidagi individual xavf xaritasi va xavfni kamaytirish choralari aynan shu tizim orqali baholangan.

ALARP va jamoaviy xavf: maydon tashqarisi nega muhim?

Tadqiqotda xavfni qabul qilish uchun ALARP yondashuvi va Buyuk Britaniya HSE individual xavf mezonlari qo‘llangan. Ishchilar uchun yuqori tolerant chegara 1 × 10⁻³ yil⁻¹, jamoat uchun yuqori tolerant chegara 1 × 10⁻⁴ yil⁻¹, ikkala guruh uchun keng qabul qilinadigan chegara esa 1 × 10⁻⁶ yil⁻¹ deb olingan.

Booster nasos yaqinida individual xavf 10⁻⁴ yil⁻¹ darajasiga yetgan. Stansiya ichidagi ishchi xavfi umumiy holda tolerant hududda qolgan bo‘lsa-da, stansiya binosi hududi 10⁻⁷ yil⁻¹ darajadan pastga tushgan. Biroq maydon tashqarisidagi ayrim yaqin hududlarda jamoat uchun xavf 1 × 10⁻⁴ yil⁻¹ qabul mezonidan oshib ketgan. Bu ishning xavfsizlik nuqtayi nazaridan eng muhim xabarlaridan biridir: Stansiya ichida xodimlar uchun maqbul ko‘ringan dizayn maydon tashqarisidagi jamoat uchun qabul qilib bo‘lmaydigan xavf tug‘dirishi mumkin.

Bu natija kundalik hayot uchun ham muhim. Vodorod to‘ldirish stansiyalari faqat texnik xodimlar bo‘lgan sanoat inshootlari emas; shahar ichida yoki transport koridorlariga yaqin joylarda avtomobil foydalanuvchilari, servis xodimlari, piyodalar va qo‘shni hududlar ham ta’sirlanishi mumkin. Shu bois xavf baholash nafaqat uskuna ichida nima bo‘layotganiga, balki sizib chiqish stansiya chegarasidan tashqariga tarqaladigan ta’sirga ham qarashi kerak.

Xavfni kamaytirish: ehtimolni kamaytirishmi yoki oqibatni kamaytirishmi?

Tadqiqotda xavfni kamaytirish ikki asosiy yo‘nalishda baholangan: sizib chiqish ehtimolini pasaytirish va oqibat og‘irligini kamaytirish. Eng yaxshi natija bu ikki yondashuv birga qo‘llanganda olingan.

Booster nasos tizimi uchun muhim asosiy hodisalar bo‘lgan X20, X1 va X7 nishonga olingan. X20, ya’ni qabul va qurilish tekshiruvi yetarli emasligi uchun uskuna va quvur tizimida to‘liq jarayon qabul tizimi tavsiya etilgan. Bu doirada payvand sifatini, flanj moslashuvini, tizimning sızdirishsizligini va kuzatiladigan tekshiruv yozuvlarini kuchaytirish kerakligi ta’kidlangan. X1, ya’ni quvur korroziyasi uchun kriogen va korroziyaga chidamli materiallar, tirsak va payvand kabi nozik joylarda kuchaytirilgan himoya, vodorod konsentratsiyasini kuzatish, qalinlik o‘lchovi va davriy boreskop tekshiruvlari tavsiya etilgan. X7, ya’ni qistirma materiali nosozligi uchun kriogen harorat va yuqori bosimga chidamli qistirma materiallari, optimallashtirilgan sızdirish geometriyasi va oldindan almashtirish dasturi taklif qilingan.

Bu choralar qo‘llanganda booster nasos chiqish ehtimoli 1 × 10⁻³ darajaga, jet yong‘ini ehtimoli esa 5,3 × 10⁻⁵ ga tushirilgan. Bu ehtimolni kamaytirish choralarining xavf xaritasini sezilarli darajada toraytirishini ko‘rsatadi. Biroq tadqiqot faqat ehtimolni kamaytirish barcha yuqori xavf konturlarini yo‘qotmasligini ham ta’kidlaydi.

Oqibatni kamaytirish tomonida booster nasos o‘rnatilish balandligini oshirish o‘rganilgan. Bu chora yerga yaqin vodorod to‘planishini kamaytirishga yordam bergan va 10⁻⁴ hamda 10⁻⁶ yil⁻¹ xavf konturlarini kichraytirgan. Ayniqsa 10⁻⁴ yil⁻¹ konturining katta qismi stansiya ichida qolishi jamoat xavfi nuqtayi nazaridan ijobiy baholangan. Ammo bu yolg‘iz o‘zi kuchli xavf kamayishi bermagan.

Eng samarali yo‘l — chastota kamaytirish va oqibat kamaytirish choralarini birgalikda qo‘llash. Tadqiqotda umumiy choralar qo‘llangandan so‘ng maydon tashqarisidagi individual xavf va jami xavf konturi yakka choralar bilan solishtirganda ancha pasaygani ko‘rsatilgan. Natijada suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalarida xavf boshqaruvi faqat “sizib chiqsa to‘siq qo‘yamiz” yondashuviga topshirilmasligi, balki avvaldan sizib chiqish ehtimolini kamaytiradigan sifat, material, texnik xizmat, monitoring va qabul tekshiruvi choralariga tayangan bo‘lishi kerakligi xulosa qilingan.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

Ushbu ishning kuchli tomonlaridan biri shundaki, u faqat sifat jihatidan xavf tanlash bilan cheklanmaydi. HAZOP va FMEA bilan xavflar aniqlangan, xato daraxti tahlili bilan asosiy hodisalar hissasi hisoblangan, HyRAM+ bilan fizik oqibatlar modellashtirilgan va yakunda individual xavf konturlari chiqarilgan. Shu tariqa tadqiqot “qaysi tizim xavfli?” savolidan tortib “qaysi asosiy nosozlik, qaysi fizik oqibat bilan, qaysi hududda qabul qilib bo‘lmaydigan xavf tug‘diradi?” degan savolgacha yetib boradigan butunlashtirilgan doira beradi.

Yana bir kuchli jihat — xavfni kamaytirish takliflarining bevosita tahlil natijalaridan chiqarilganidir. Masalan, qabul tekshiruvi, quvur korroziyasi va qistirma materiali nosozligi bo‘yicha tavsiyalar umumiy xavfsizlik maslahatlari emas; ular booster nasos xato daraxtida yuqori hissa bergani uchun ustuvorlashtirilgan. Xuddi shuningdek, uskuna joylashuvi, ventilyatsiya va radiatsiya himoyasi ham HyRAM+ natijalaridagi bulut va issiqlik radiatsiyasi izlariga asoslangan.

Tadqiqotning cheklovlari

Tadqiqot o‘zi ko‘rsatgan cheklovlarga ham diqqat bilan qarash kerak. Avvalo faqat namunaviy 5 mm sizish ssenariysi modellashtirilgan. Katta diametrli quvur uzilishi, uzoq muddatli mikro sizishlar yoki bir nechta uskunaning bir vaqtda ishdan chiqishi kabi murakkab ssenariylar ochiq ko‘rib chiqilmagan. Shu sabab natijalar barcha ehtimoliy avariya ssenariylarining to‘liq xaritasi deb qaralmasligi kerak.

Ikkinchi cheklov — ayrim asosiy hodisa ehtimollarining umumiy ma’lumotlar bazalaridan moslashtirilgani yoki ekspert fikri bilan baholanganidir. OREDA va HIAD 2.1 ma’lumotlari ishlatilgan bo‘lsa-da, suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalariga xos operatsion ma’lumotlar cheklangan bo‘lishi mumkin. Bu xato daraxti ehtimollarida noaniqlik tug‘diradi.

Uchinchi cheklov — kriogen sizishlarda flashing va orifis yaqinidagi ikki fazali oqim batafsil yechilmaganidir. Ish bug‘langandan keyingi chiqishni ekvivalent gaz vodorod jeti sifatida modellashtirgan. Bu yondashuv muhandislik miqyosida ma’noli baho beradi; biroq yuqori aniqlikdagi oqim fizikasi uchun kelajakda CFD asosidagi modellar bilan to‘ldirilishi kerak bo‘lishi mumkin.

To‘rtinchidan, ish preprint bo‘lib, peer reviewdan o‘tmagan. Shu bois natijalar qimmatli texnik tahlil sifatida ko‘rilishi kerak, ammo yakuniy sanoat standarti yoki tasdiqlangan dala dalili sifatida emas.

O‘tmish, bugun va kelajak nuqtayi nazaridan ahamiyati

O‘tmishda vodorod xavfsizligi tadqiqotlarining katta qismi gaz vodorod to‘ldirish stansiyalariga qaratilgan edi. Ushbu ish esa suyuq vodorod stansiyalariga xos kriogen, yuqori bosimli va faza o‘zgarishli sharoitlarni birgalikda ko‘rib, bu sohadagi bilim bo‘shlig‘ini kamaytirishga urinadi.

Bugun nuqtayi nazaridan qaralganda, vodorod to‘ldirish infratuzilmasining xavfsiz o‘sishi uchun faqat quvvat va xarajat emas, balki joylashuv, uskuna sifati, texnik xizmat, monitoring, favqulodda izolatsiya, ventilyatsiya va jamoat xavfi kabi masalalar ham boshidan loyihaga kiritilishi lozim. Tadqiqotning booster nasos tizimini kritik birlik sifatida ajratishi dizaynerlar va operatorlar uchun to‘g‘ridan-to‘g‘ri amaliy ogohlantirishdir.

Kelajak nuqtayi nazaridan esa bunday miqdoriy xavf baholashlar vodorod to‘ldirish stansiyalarining shahar ichi, avtomagistral, logistika markazi yoki og‘ir transport infratuzilmasi kabi turli kontekstlarda xavfsiz kengayishiga yordam berishi mumkin. Ko‘proq real ishlash ma’lumoti, CFD yordamidagi batafsil oqim modellashtirish, jamoaviy xavf egri chiziqlari va xarajat-foyda tahlillari bilan bu doira yanada mustahkamlanishi mumkin.

Kundalik hayotdagi ta’siri esa shundan iborat: vodorodli avtomobillar kengayishi faqat avtomobil texnologiyasi muvaffaqiyatiga bog‘liq emas. Odamlar xavfsiz yoqilg‘i oladigan, stansiya xodimlari himoyalanadigan va qo‘shni hududlardagi jamoat xavfi qabul qilinadigan darajada ushlab turiladigan infratuzilma kerak. Ushbu tadqiqot ana shu xavfsizlik muammosini ko‘rinmas “xavf” sifatida emas, balki o‘lchanadigan, xaritalanadigan va kamaytiriladigan muhandislik muammosi sifatida qaraydi.

Tadqiqotning metod va natijalari

Metod bosqichlari

1. Tizim chegarasi belgilandi: Suyuq vodorod tushirish, saqlash, bosimlashtirish, bug‘lantirish, yuqori bosimli saqlash, oldindan sovitish va avtomobilni to‘ldirish jarayonlari aniqlandi.
2. HAZOP qo‘llandi: Sakkizta jarayon tuguni bosim, harorat, oqim va suyuqlik darajasi og‘ishlari jihatidan ko‘rib chiqildi.
3. FMEA qo‘llandi: Muhim uskuna va komponent nosozliklari, sabablari, oqibatlari va xavf darajalari aniqlandi.
4. Xato daraxti tahlili bajarildi: Suyuq vodorod saqlash, booster nasos, yuqori bosimli silindr bankasi va dispenser tizimlari uchun vodorod chiqishi yuqori hodisasi modellashtirilib, asosiy hodisalar hissasi hisoblandi.
5. HyRAM+ oqibat modellashi amalga oshirildi: 5 mm sizish ssenariysi uchun chiqish tezligi, yonuvchan bulut, jet yong‘ini issiqlik radiatsiyasi va portlash ortiqcha bosimi hisoblandi.
6. Individual xavf hisoblandi: Jet yong‘ini issiqlik radiatsiyasi halokatli ta’sir mexanizmi sifatida tanlanib, 5 m × 5 m kataklar bilan xavf konturlari chiqarildi.
7. Xavfni kamaytirish baholandi: Chiqish ehtimolini kamaytirish, oqibatni kamaytirish va ikkalasini birga qo‘llash solishtirildi.

Asosiy sonli natijalar

Texnik izoh

Tadqiqotning texnik ma’nosi shundan iboratki, suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalarida xavf faqat “saqlash tanki” markazida deb o‘ylab bo‘lmaydi. Booster nasos suyuq vodorodni yuqori bosimli bosqichga olib o‘tadigan muhim o‘tish nuqtasidir. Bu yerda past harorat, yuqori bosim, zichlik, quvur ulanishlari, qistirma tizimlari va mexanik tebranish kabi omillar birlashadi. Shu sabab kichik sizish ham yuqori chiqish tezligi va keng yonuvchan bulut hosil qilishi mumkin.

Model natijalari yong‘in xavfi portlash xavfiga nisbatan ustunligini ko‘rsatadi. Bu ayniqsa ochiq maydon sharoitlari va 5 mm sizish ssenariysi uchun to‘g‘ri keladi. Biroq bu natija barcha LHRS avariyalarida portlash ahamiyatsiz degani emas. Tadqiqotning aytmoqchi bo‘lgani ancha tor: ko‘rib chiqilgan kichik teshik, ochiq maydon va 60 soniyalik kechikkan tutashuv sharoitida halokatli xavf nuqtayi nazaridan jet yong‘ini issiqlik radiatsiyasi ustun kelgan.

Tadqiqotning amaliy xabari ravshan: loyihalash va ekspluatatsiya bosqichida booster nasos atrofida material tanlovi, sızdirish, korroziya monitoringi, qabul tekshiruvi, ventilyatsiya, uskunani joylashtirish, favqulodda izolatsiya va issiqlik radiatsiyasidan himoya birgalikda ko‘rib chiqilishi kerak. Bitta to‘siqqa ishonib bo‘lmaydi; ko‘p qatlamli va bir-biridan mustaqil himoya qatlamlari kerak.

Manba va metod izohi

Ushbu maqola Jiepu Li, Xiaoxiong Lei, Shouhua Zhang, Hong Yang, Wulin Han, Weihua Wang va Xiang Li tomonidan tayyorlangan “Quantitative risk assessment and mitigation of hydrogen releases at a liquid hydrogen refuelling station” nomli tadqiqotga asoslanadi. Ish suyuq vodorod to‘ldirish stansiyalarida vodorod sizishi xavfini miqdoriy baholaydi; HAZOP, FMEA, xato daraxti tahlili, HyRAM+ oqibat modellashi va individual xavf hisobini birlashtiradi.

Manba matni preprint tadqiqot maqolasi bo‘lib, unda ochiq ravishda “This preprint research paper has not been peer reviewed” jumlasi bor. Shu sabab ish peer reviewdan o‘tmagan. Natijalar aniq dala dalili yoki yakuniy sanoat standarti sifatida emas; hakamlik jarayoni yakunlanmagan texnik xavf baholash ishlanmasi sifatida o‘qilishi kerak.

Ushbu mazmundagi izohlar PDFdagi ish asosida tayyorlangan. PDFda bo‘lmagan aniq amaliyot, tijoriy muvaffaqiyat, dala muvaffaqiyati, xavfsizlik kafolati yoki tartibga soluvchi ruxsat iddaosi qo‘shilmagan. Tadqiqot tajribaviy avariya dalillari bilan bevosita tasdiqlangan holat tahlili emas; u namunaviy stansiya joylashuvi ustida o‘tkazilgan miqdoriy xavf baholash, xato daraxti tahlili va HyRAM+ asosidagi oqibat modellashidir.

Tadqiqotning muhim cheklovlari bor. Faqat namunaviy 5 mm sizish ssenariysi modellashtirilgan; katta quvur yorilishi, uzoq davom etuvchi mikro sizishlar va bir nechta uskunaning birgalikdagi nosozligi ochiq tahlil qilinmagan. Ayrim asosiy hodisa ehtimollari umumiy ma’lumotlar bazalaridan moslashtirilgan yoki ekspert fikri bilan baholangan. Kriogen suyuq vodorod chiqishlarida orifis yaqinidagi ikki fazali oqim batafsil yechilmagan; bug‘lanishdan keyingi chiqish ekvivalent gaz vodorod jeti sifatida baholangan. Bu cheklovlar natijalarni ehtiyotkor talqin qilishni talab qiladi.