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氢能源列车的损害评估
发布时间:2019-08-13 16:36:18

氢能源列车的损害评估


目前,化石燃料曾经供应了天下 86%的能源,估量未来石油需求将会添加,同时,二氧化碳(CO2)的排放导致温室效应,于是,开辟一种只需低资本根底方法同时碳排放低的新型机车,以此来淘汰对状况的影响。依据科学报告,氢能源,举措一种新型能源,是电力等能源的载体。但运用氢燃料电池驱动的列车可以会爆发事故,于是,对密合空间氢气火灾和爆炸的伤害性举行评估具有主要原理。


引 言


为了考察 XQG45-600P 机车用于商业运营是否平安,作家举行了一项关于铁道车辆平安题目的研讨,并考察了氢储存和供应的潜损害。2013 年,中国首次推出氢能源调车机车 (Chen W.,2013)。本案例之以是挑选机车,是因为机车的计划师供应了 XQG45-600P 的精细参数。本案例研讨概述了 XQG45-600P 及其平安性。本章通过损害评估,参观 XQG45-600P避免氢气爆炸的才能上是否足够平安。依据 Chen(2013)的研讨,调车机车是用于编组场调车。XQG45-600P 的框架是基于一种古板的内燃机车(Chen W.,2013)。 


氢能源调车机车构造


试验氢能源调车机车与一般铁道机车相同,由板滞和电气两部分构成。精细构成部分睹外 1。



依据外 1 所示,通通体系包罗供氢体系 (储氢罐、PEMFC 电板、管道)和动力体系(电池组、牵引逆变器、永磁同步电动机)。列车启动时,9 个 35MPa 碳纤维钢瓶中的氢通过管道和压力调治阀供应燃料电池氢气(Chen W.,2013)。质子交换膜燃料电池将氢转化为水,发生电能,从而为牵引式逆变器发电。运转形态下的 PEMFC 和电池组的温度高达 80°C(Chen W .,2013)。牵引逆变器将直流电(DC)转换为三结交换电(AC),以供应牵引电机。该机车的驱动体系由四个主要的子体系构成,即质子交换膜燃料电池(PEMFC)、冷却子体系、氢气瓶排阵和牵引电机,如图 1所示。



从图 1 可以看出,燃料电池动力调车机车最大的部件是氢气瓶排阵。储氢安装由 9 个 35 兆帕的碳纤维钢瓶构成,可以储存约 23 千克压缩氢气(Chen W.,2013)。Chen(2013)还提到,每个氢气瓶义务压力为 50MPa。当压力超越 80MPa 时,高压平安阀(HPSV)会释放氢气以避免氢气爆炸(Chen W.,2013)。于是,假如 HPSV 无法义务,氢气的超驯ボ够会导致氢气瓶决裂,添加氢气走漏的可以性。车辆顶部有两个通风机和一个通风口 PEMFC 模块顶部安装了氢探测器,主要用于检测机车内部的氢气走漏。笔者对目前元器件布置的平安性举行了评估,如外 2 所示。 



氢气储存方法与损害


家喻户晓,氢可以以差别的方法储存,如气态氢、液氢和金属氢化物,大大都氢燃料铁道车辆运用贮保管氢气瓶中的压缩氢,比如 BNSF 的燃料电池调车机车(Hess KS, 2008) 和 NE 的 实 验 轨 道 车 (Taketo F, 2006)。XQG45-600P 中,35MPa 高压氢气瓶中有 9 个安装机车本体内,氢气瓶阵列安装机车中部。同时,PEMFC、电池组和逆变器安装氢气瓶阵列旁边。依据笔者的了解,上述 XQG45-600P 的布置是为了减小对机车重心的影响。然而,平安方面,XQG45-600P 氢气瓶阵列构造可以会导致告急的事故,这是因为氢气可以会聚集主隔间等限制区域,从而添加爆炸的可以,特别是当走漏的氢气接近电气配备时。同时,氢气燃烧会变成向上的火焰,燃烧机车的内部方法,如氢气瓶排阵上方的通风机或安装 PEMFC 上的锂离子电池。因为目前氢气瓶安装位置车辆中部,可以会导值愧生这种事故的损害添加。比如,储存安装中,假如氢气瓶阵列底部氢气着火,火焰会向上燃烧通通的氢气瓶。另外,继续的大火可以会损坏四周的方法,比如PEMFC 和电池组。因为 PEMFC 义务阶段需求运用氢来发电,以是,假如火焰蔓延到 PEMFC,可以会导致另一次爆炸或更大的火灾事故。于是,作家倡议采用车顶线性存储方法,比如运用摆放车辆顶部的 1X9 排阵,而不是运用目今 XQG45-600P 采用的 3×3 排阵。氢气瓶的顶部线性储存是比较抱负的,因为它容许走漏的氢气向上扩散。另外,沿着车顶线性摆放氢气瓶可以使脱轨和碰撞等事故变成损害的可以性降到最低(Hess,2010)。XQG45-600P 采 用 35mpa 氢气瓶。 


如 Rodionov(2010)所述,储氢供应体系由氢气瓶、管 道、高压平安阀(HPSV)、减压阀和压力调治阀构成。每个组件的功用如外 3 所示。



依据 Kesheng(2014)所说,假如火灾爆发氢气瓶上,热量会传到消防配备,消防配备会温渡过高时(600°C)释放氢气。Kesheng(2014)提到,假如火灾爆发图 2 中的血色区域,热量将迟缓转达到消防配备处。 



这种状况下,消防配备可以会达不到足够的热量,从而不行及时释放氢气。同时,氢燃料箱外面可以因过热而决裂(800°C)(Kesheng,2014)。走漏的高压氢气和瓶内爆发的火灾会惹起告急的爆炸(损坏探测面积为 30 米)。


通过对上述对氢气储存体系的研讨,笔者对储氢体系的潜损害评估如外 4 所示。 



事故剖析


假如释放的氢气一个绽放的区域被点燃,氢气会变成向上的火焰,不会对机车变成任何可睹的损坏。这是好的,因为燃烧机会车附近的温度不会过热,机车的部件也不会损坏。假如受影响区域的氢浓度相对较低,即使绽放状况中爆发火灾,氢气也不会爆炸。然而,假如短时间内爆发大宗的氢气溢散,则会因为氢气浓度高而惹起爆炸。特别是封合的空间,比如地道中,氢气的密度可以超越 18.3%,因为氢气不行自遁逸,以是会封合空间的顶部聚集。假如爆发火灾,这可以会导致告急的爆炸。


结 论 


运用环保的氢燃料列车可以淘汰铁道对石油燃料的依赖。然而,举措一种新型的交通东西,大大都氢能源驱动的列车没有加入商业运用。于是,当代铁道墟市上,需求对氢能源列车的损害举行评估。 


作家引荐车顶线性摆放 1X9 氢气瓶,而不是运用目今 XQG45-600P 采用的 3X3 氢气瓶排阵。这是因为走漏的状况下氢气会向上散失,以是采用顶部流线式储存方法更为可取。作家引荐直接通风口系澜安装质子交换膜燃料电池。这种组件构造中,因为氢气的浮力,燃料电池走漏出的氢气将直接进入通风出口排放到外界。否则,释放的氢气可以会聚集机车 XQG45-600P 的密合区域。


稿件根源: 氢云链
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