Визначення межі вогнестійкості теплозахисного покриття газогенератора системи зберігання та подачі водню

Автор(и)

  • Юрій Олексійович Абрамов https://orcid.org/0000-0001-7901-3768
  • Олексій Євгенович Басманов Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-6434-6575
  • Валентина Іванівна Кривцова Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0002-8254-5594
  • Андрій Олександрович Михайлюк Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна https://orcid.org/0000-0002-4116-164X
  • Євген Олексійович Макаров Національний університет цивільного захисту України, Україна https://orcid.org/0000-0003-0785-3041
  • Володимир Едуардович Абракітов Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна https://orcid.org/0000-0003-0583-5122

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.332546

Ключові слова:

водневі системи, газогенератор, пожежа, теплозахисне покриття, межа вогнестійкості, перетворення Лапласа

Анотація

Роботу присвячено проблемі запобігання пожеж в системах зберігання і експлуатації водню. Предметом дослідження є властивості теплозахисного покриття газогенератора системи зберігання та подачі водню. В якості такої властивості використовується межа вогнестійкості. Сукупність теплозахисного покриття і стінки газогенератора розглядається як термодинамічна система, яка має два входи. Сигнал на одному вході відображає вплив теплових чинників пожежі, а сигнал на другому вході відповідає тепловому стану порожнини газогенератора. Побудовано математичний опис такої термодинамічної системи, який представлено в операторній формі із використанням інтегрального перетворення Лапласа. Особливістю такого математичного опису є те, що він включає гіперболічні функції ірраціонального аргументу. Здійснено апроксимацію математичних моделей термодинамічної системи і показано, що ці моделі, які є передаточними функціями, належать до дробово-раціональних функцій із поліномами Гурвіца третього порядку. Точність апроксимації складає 3,8%. Одержано вираз для реакції термодинамічної системи за умови, що вплив теплових чинників пожежі описується довільною функцією часу, а тепловий стан порожнини газогенератора описується функцією Хевісайда. Для побудови цього виразу використовується теорема Бореля та допоміжні функції, параметрами яких є параметри коренів алгебраїчного рівняння Гурвіца. Наведено приклади визначення межі вогнестійкості теплозахисного покриття газогенератора системи зберігання та подачі водню для характерних умов її експлуатації. Показано, що межа вогнестійкості такого покриття складає 462,8 с при критичній температурі 320°С за умов, що вплив теплових чинників пожежі має лінійний характер (узагальнена швидкість зміни температури складає 2,0°С·с-1). При цьому тепловий стан порожнини газогенератора є стаціонарним і характеризується температурою 60°C

Біографії авторів

Юрій Олексійович Абрамов

Доктор технічних наук, професор

Олексій Євгенович Басманов, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор, провідний науковий співробітник

Науково-випробувальний відділ дослідження систем протипожежного захисту та пожежогасіння

Науково-дослідний центр досліджень та випробувань

Інститут наукових досліджень з цивільного захисту

Валентина Іванівна Кривцова, Національний університет цивільного захисту України

Доктор технічних наук, професор

Кафедра фізико-математичних дисциплін

Андрій Олександрович Михайлюк, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Кафедра охорони праці та безпеки життєдіяльності

Євген Олексійович Макаров, Національний університет цивільного захисту України

Доктор філософії, заступник начальника кафедри

Кафедра спеціальної підготовки та підводного розмінування

Володимир Едуардович Абракітов, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра охорони праці та безпеки життєдіяльності

Посилання

  1. Shi, C., Zhu, S., Wan, C., Bao, S., Zhi, X., Qiu, L., Wang, K. (2023). Performance analysis of vapor-cooled shield insulation integrated with para-ortho hydrogen conversion for liquid hydrogen tanks. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (8), 3078–3090. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.10.154
  2. Kukkapalli, V. K., Kim, S., Thomas, S. A. (2023). Thermal Management Techniques in Metal Hydrides for Hydrogen Storage Applications: A Review. Energies, 16 (8), 3444. https://doi.org/10.3390/en16083444
  3. Li, H., Cao, X., Liu, Y., Shao, Y., Nan, Z., Teng, L. et al. (2022). Safety of hydrogen storage and transportation: An overview on mechanisms, techniques, and challenges. Energy Reports, 8, 6258–6269. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.04.067
  4. Kang, S., Lee, K. M., Kwon, M., Lim, O. K., Choi, J. Y. (2022). A Quantitative Analysis of the Fire Hazard Generated from Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicles. International Journal of Fire Science and Engineering, 36 (2), 26–39. https://doi.org/10.7731/kifse.f4b33457
  5. Kang, D., Yun, S., Kim, B. (2022). Review of the Liquid Hydrogen Storage Tank and Insulation System for the High-Power Locomotive. Energies, 15 (12), 4357. https://doi.org/10.3390/en15124357
  6. Abohamzeh, E., Salehi, F., Sheikholeslami, M., Abbassi, R., Khan, F. (2021). Review of hydrogen safety during storage, transmission, and applications processes. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 72, 104569. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2021.104569
  7. Yang, F., Wang, T., Deng, X., Dang, J., Huang, Z., Hu, S. et al. (2021). Review on hydrogen safety issues: Incident statistics, hydrogen diffusion, and detonation process. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (61), 31467–31488. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.07.005
  8. Jeon, J., Kim, S. J. (2020). Recent Progress in Hydrogen Flammability Prediction for the Safe Energy Systems. Energies, 13 (23), 6263. https://doi.org/10.3390/en13236263
  9. Liu, Y., Liu, Z., Wei, J., Lan, Y., Yang, S., Jin, T. (2021). Evaluation and prediction of the safe distance in liquid hydrogen spill accident. Process Safety and Environmental Protection, 146, 1–8. https://doi.org/10.1016/j.psep.2020.08.037
  10. Yu, X., Kong, D., He, X., Ping, P. (2023). Risk Analysis of Fire and Explosion of Hydrogen-Gasoline Hybrid Refueling Station Based on Accident Risk Assessment Method for Industrial System. Fire, 6 (5), 181. https://doi.org/10.3390/fire6050181
  11. Cui, S., Zhu, G., He, L., Wang, X., Zhang, X. (2023). Analysis of the fire hazard and leakage explosion simulation of hydrogen fuel cell vehicles. Thermal Science and Engineering Progress, 41, 101754. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101754
  12. Suzuki, T., Shiota, K., Izato, Y., Komori, M., Sato, K., Takai, Y. et al. (2021). Quantitative risk assessment using a Japanese hydrogen refueling station model. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (11), 8329–8343. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.035
  13. Shen, Y., Lv, H., Hu, Y., Li, J., Lan, H., Zhang, C. (2023). Preliminary hazard identification for qualitative risk assessment on onboard hydrogen storage and supply systems of hydrogen fuel cell vehicles. Renewable Energy, 212, 834–854. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.037
  14. Li, B., Han, B., Li, Q., Gao, W., Guo, C., Lv, H. et al. (2022). Study on hazards from high-pressure on-board type III hydrogen tank in fire scenario: Consequences and response behaviours. International Journal of Hydrogen Energy, 47 (4), 2759–2770. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.205
  15. Kashkarov, S., Dadashzadeh, M., Sivaraman, S., Molkov, V. (2022). Quantitative Risk Assessment Methodology for Hydrogen Tank Rupture in a Tunnel Fire. Hydrogen, 3 (4), 512–530. https://doi.org/10.3390/hydrogen3040033
  16. Tamura, Y., Takabayashi, M., Takeuchi, M. (2014). The spread of fire from adjoining vehicles to a hydrogen fuel cell vehicle. International Journal of Hydrogen Energy, 39 (11), 6169–6175. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.01.140
  17. Abramov, Y., Basmanov, O., Krivtsova, V., Mikhayluk, A., Khmyrov, I. (2023). Determining the possibility of the appearance of a combustible medium in the hydrogen storage and supply system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (122)), 47–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.276099
  18. Correa-Jullian, C., Groth, K. M. (2022). Data requirements for improving the Quantitative Risk Assessment of liquid hydrogen storage systems. International Journal of Hydrogen Energy, 47 (6), 4222–4235. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.266
  19. Abramov, Y., Kryvtsova, V., Mikhailyuk, A. (2023). Determination of the reliability of the gas generator of the storage system and hydrogen supply. Municipal Economy of Cities, 3 (177), 142–146. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2023-3-177-142-146
  20. Abramov, Y., Kryvtsova, V., Mikhailyuk, A. (2021). Algorithm for determination of reliability indicator of gas generator of hydrogen storage and supply system. Municipal Economy of Cities, 4 (164), 153–157. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2021-4-164-153-157
  21. Abramov, Y., Kryvtsova, V., Mikhailyuk, A. (2022). Method of designation of the fire safety of the gas generator water saving systems. Municipal Economy of Cities, 4 (171), 107–111. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2022-4-171-107-111
  22. Abramov, Y., Basmanov, O., Krivtsova, V., Mikhayluk, A., Makarov, Y. (2024). Determining the functioning efficiency of a fire safety subsystem when operating the hydrogen storage and supply system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (128)), 75–84. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.300647
  23. Abramov, Yu. O., Kryvtsova, V. I., Mykhailiuk, A. O. (2020). Hazoheneratory system zberihannia ta podachi vodniu na osnovi hidroreahuiuchykh skladiv: modeli, kharakterystyky, metody kontroliu. Kharkiv, 87.
  24. Seraji, M. M., Arefazar, A. (2021). Thermal ablation‐insulation performance, microstructural, and mechanical properties of carbon aerogel based lightweight heat shielding composites. Polymer Engineering & Science, 61 (5), 1338–1352. https://doi.org/10.1002/pen.25648
  25. Le, V. T., Ha, N. S., Goo, N. S. (2021). Advanced sandwich structures for thermal protection systems in hypersonic vehicles: A review. Composites Part B: Engineering, 226, 109301. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109301
  26. Kwan, T. H., Zhang, Z., Huang, J., Yao, Q. (2024). Fire safety parametric analysis of vehicle mounted hydrogen tanks based on a coupled heat transfer and thermomechanics model. International Journal of Hydrogen Energy, 50, 792–803. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.063
  27. Sharshanov, A. Ya., Abramov, Yu. O. (2023). Zakhyst rechovyn i materialiv vid teplovoho vplyvu pozhezhi za dopomohoiu ekraniv i pokryttiv. Kharkiv, 280.
Визначення межі вогнестійкості теплозахисного покриття газогенератора системи зберігання та подачі водню

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-25

Як цитувати

Абрамов, Ю. О., Басманов, О. Є., Кривцова, В. І., Михайлюк, А. О., Макаров, Є. О., & Абракітов, В. Е. (2025). Визначення межі вогнестійкості теплозахисного покриття газогенератора системи зберігання та подачі водню. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(10 (135), 26–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.332546

Номер

Том 3 № 10 (135) (2025): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Yuriy Abramov, Oleksii Basmanov, Valentina Krivtsova, Andriy Mikhayluk, Yevhen Makarov, Volodymyr Abrakitov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.