Украинские энергетики и ученые заинтересовались использованием водородных технологий уже давно, более 30 лет назад. Использование водорода с газом способно значительно повысить экологичность газа. А у чистого водорода вообще довольно амбициозные перспективы.
Летом 2020 компания РГК первой взялась испытывать водород в собственных сетях. И привлекла к процессу ученых.
Во время VI Украинского газового форума Восточно-европейское газовое партнерство, состоялся в конце октября, украинские ученые представили первые результаты исследований использования водорода и газоводородной смеси в сетях и бытовых приборах.
Сети низкого давления – предварительно пригодны для водорода
Результаты испытания опытных газовых сетей на герметичность при заполнении водородом показали, что участки среднего давления при работе на водороде имели значительные утечки. И не соответствовали требованиям герметичности. Зато участки низкого давления этим требованиям предварительно отвечали, рассказал к.т.н. Кирилл Костогрыз.
Испытания проводились на опытных полигонах, где были смонтированы макеты газовых сетей с полным соответствием существующим газораспределительным сетям.
Исследователи выяснили, что падение давления в сетях среднего давления составляло от 0,24 до 0,4% в час и превышало допустимую норму в 2,5-4 раза.
На одном участке среднего давления зафиксировали место утечки, где концентрация водорода имела очень высокое значение и приближалась к опасной черте. Утечка была ликвидирована. Дальнейшее испытание на этом полигоне показало значительное снижение падения давления до 0,09% в час. Что уже соответствовало допустимому нормативу герметичности для технологических газопроводов.
В газопроводах низкого давления на всех полигонах падение давления было незначительным – в среднем 0,01% в час.
Типичные зафиксированные места утечек – сварные швы, даже высококачественные. Это было неожиданно, отметил Костогрыз. Также не удержали водород резьбовые и муфтовые соединения с применением современных специализированных уплотнительных материалов, и места подключения датчиков.
“По результатам исследований уже есть возможность сформулировать направления работ по техническому переоснащению распределительных сетей и решению сопутствующих проблем”, – отметил Костогрыз.
Взрывоопасность водорода: угроза преувеличена
В Ивано-Франковском национальном техническом университете исследователи выполнили математическое моделирование последствий взрыва смеси водорода. Выяснили, что даже при условии давления 4 кг 100%-ного водорода на расстоянии 4 метров серьезных последствий для жизни и здоровья людей нет. Есть небольшой риск невозобновляемых разрушений зданий и сооружений, рассказал профессор ИФНТУ Максим Карпаш.
Также значительным оказалось влияние температур среды на водородную смесь.
“Изменение температуры может сильнее влиять, чем изменение давления по показаниям манометров, что является нетипичным вызовом”, – отметил Карпаш.
Из последующих этапов, которые видят исследователи – нужно разработать и испытать исследования влияния различных концентраций водорода на качество одоризации (придание запаха газовой смеси). Также – исследовать типичные используемые приборы. И отдельно исследовать проблему микроутечек газоводородной смеси.
Бытовые приборы и использование водорода
Заведующий отделом высокотемпературного тепломассообмена Института газа НАНУ Борис Сорока рассказал, какие результаты получили исследователи на Житомирском полигоне, изучая возможность работы смеси водорода в бытовых приборах.
Испытания проводили на бытовой газовой плите и нагревательном бойлере. Результаты экспериментальной части показали, что 50% концентрация водорода в метане является оптимальной для безопасного сгорания.
Относительно загрязняющего фактора метано-водородной смеси, эксперименты показали, что чем больше содержание водорода в смеси, тем ниже образование оксида углерода.
Кроме того, при сжигании смеси с водородом исследователи получили более низкий уровень образования оксида азота, чем при сжигании чистого природного газа. Причем – чем выше была концентрация водорода, тем меньше оксида азота образовалось. До сих пор наука утверждала, что сжигание газа без примесей – самое чистое. Исследователи объяснили этот эффект сгоранием водорода и образованием водяного пара.
“Первые результаты использования 50% -ной смеси водорода и газа являются многообещающими. Но нужны дальнейшие исследования”, – подытожил Борис Сорока.
Материалы для транспортировки водорода
Ведущий научный сотрудник Физико-механического института им. Г. В. Карпенка Григорий Никифорчин рассказал о рисках разрушения трубопроводов под действием водорода.
Результаты получили в результате опыта по оценке состояния длительно эксплуатируемых транзитных газопроводов.
Никифорчин объяснил, что даже из-за небольшой влажности газа возможна конденсация влаги на внутренней поверхности труб, что начинает процесс коррозии, который является источником водорода. И часть образованного водорода абсорбируется металлом в атомарном состоянии и может проходить через всю стенку трубы. То есть, даже при транспортировке природного газа есть опасность наводороживания труб.
Когда дополнительно наполнять трубу молекулярным водородом, возможно наводороживание стенки трубы со стороны внутренней поверхности в случае диссоциации (разложения) молекулярного водорода на атомарный. Только атомарный водород может проникать и вредить материалу, пояснил ученый.
Есть ли связь между первым и вторым механизмом наводороживания – пока исследователи не выяснили. Но в целом наводороживание труб вредит их надежности. По подсчетам ученых существенно хрупким материал становится через 53 года эксплуатации. Если существуют микроповреждения труб – это в разы повышает опасность их хрупкости. И процесс наводороживания активно этому способствует.
Однако, если металл трубы трубопровода будет иметь низкую чувствительность к водородной хрупкости – негативное влияние водорода может и не проявиться, заметил ученый.
В общем все спикеры сошлись во мнении, что исследования необходимо продолжать. Пока только первая стадия и есть еще немало того, что нужно выяснить экспериментально и проанализировать. В частности, ученым, которые работают над вопросами использования водорода, нужно объединять усилия и делиться результатами, проводить совместные исследования.
Также исследователи акцентировали на вопросе отсутствия в Украине нормативной базы для применения водорода вообще, и в газотранспортной сети в частности. Ее тоже надо нарабатывать. (Янина Ткачук, Kosatka.media/Энергетика Украины и мира)