thumb|upright=1.35| este un exemplu de explozie mare a hidrogenului Siguranța în activitățile cu hidrogen se referă la producerea, manipularea și utilizarea în siguranță a hidrogenului, în special a combustibilului gazos și a hidrogenului lichid. Conform standardului NFPA 704, hidrogenul se află pe treapta a patra (cea mai înaltă) a clasificării pe scara inflamabilității, deoarece este inflamabil chiar și atunci când este amestecat în cantități mici cu aer obișnuit. Aprinderea poate avea loc la un raport volumic hidrogen/aer de de doar 4 %, datorită oxigenului din aer și simplității și proprietăților chimice ale reacției. Totuși, hidrogenul nu are o clasificare pentru riscul intrinsec de reactivitate sau toxicitate. Depozitarea și utilizarea hidrogenului ridică probleme unice datorită ușurinței sale de scurgere în forma gazoasă, energiei scăzute de aprindere, inflamabilitatea unei game largi de amestecuri combustibil–aer, flotabilității și capacității sale de a , care trebuie luate în considerare pentru a asigura o funcționare în siguranță.
Hidrogenul lichid ridică probleme suplimentare datorită densității sale crescute și temperaturilor extrem de scăzute necesare pentru a-l menține în formă lichidă. Mai mult, cererea și utilizarea sa în industrie – drept combustibil pentru rachete, , agent de răcire pentru , materie primă în procesele industriale și chimice, inclusiv producția de amoniac și metanol etc. – a continuat să crească, ceea ce a dus la creșterea importanței considerațiilor privind protocoalele de siguranță în producerea, depozitarea, transportul și utilizarea hidrogenului.
Dintre toate gazele, cu puține excepții, cum ar fi acetilena, silanul și oxidul de etilenă, hidrogenul are una dintre cele mai largi game de amestecuri de aprindere/explozive cu aerul, iar în ceea ce privește energia minimă necesară aprinderii și raporturile de amestec are cerințe extrem de scăzute pentru ca o explozie să se producă. Aceasta înseamnă că, indiferent de proporția amestecului dintre aer și hidrogen, atunci când este aprins într-un spațiu închis, o scurgere de hidrogen va duce cel mai probabil la o explozie, nu la o simplă flacără.
Există numeroase coduri și standarde privind siguranța hidrogenului în depozitare, transport și utilizare. Acestea variază de la reglementări federale în SUA, ANSI/AIAA, NFPA, și standarde ISO.
Prevenire NFPA 704Codul NFPA 704 atât pentru hidrogenul gazos, cât și pentru izotopul său deuteriu. Există o serie de elemente de luat în considerare la proiectarea sistemelor și procedurilor de evitare a accidentelor atunci când se lucrează cu hidrogen, deoarece unul dintre principalele pericole ale hidrogenului este că este extrem de inflamabil.
Inertare și golire Inertarea recipientelor și golirea conductelor de gaz sunt proceduri standard importante de siguranță care trebuie respectate la transportul hidrogenului. Pentru a inerta sau goli corect, trebuie luate în considerare limitele de inflamabilitate, iar hidrogenul este foarte diferit de alte tipuri de gaze. În aer la presiune atmosferică normală aceste limite sunt de 4 % până la 75 % procent volumic de hidrogen. În oxigen, limitele sunt de 4 % până la 94 %. Limitele potențialului de detonare al hidrogenului în aer sunt de 18,3 % până la 59 % în volum. De fapt, aceste limite de inflamabilitate pot fi adesea mai stricte decât acestea, deoarece turbulența dintr-un incendiu poate provoca o care poate deveni detonație. Pentru comparație, limitele de deflagrație a benzinei în aer sunt de 1,4–7,6 %, iar a acetilenei în aer de 2,5–82 %. MSHA – Safety Hazard Information – Special Hazards of Acetylene . Msha.gov. Accersat la 2012-07-13.
Prin urmare, atunci când în echipament intră aer înainte sau după un transfer de hidrogen, există condiții unice de luat în considerare, care altfel ar fi fost sigure la transferul altor tipuri de gaze. Au avut loc incidente deoarece inertarea sau golirea nu a fost suficientă sau deoarece introducerea aerului în echipament a fost subestimată (de exemplu, la adăugarea de pulberi), rezultând o explozie. De aceea, procedurile și echipamentele de inertare sau golire sunt adesea specifice hidrogenului și, de multe ori, fitingurile sau marcajele de pe o conductă de hidrogen ar trebui să fie complet diferite pentru a se avertiza ca regulile să fie respectate corect, deoarece multe explozii s-au produs pentru că o conductă de hidrogen a fost conectată accidental la o conductă principală sau pentru că conducta de hidrogen a fost confundată cu o alta. Surse de aprindere Energia minimă de aprindere a hidrogenului în aer este una dintre cele mai scăzute pentru substanțele cunoscute, de 0,02 mJ, iar amestecurile hidrogen-aer se pot aprinde cu 1/10 din efortul de aprindere a amestecurilor benzină-aer. Din acest motiv, orice posibilă sursă de aprindere trebuie examinată cu atenție. Orice dispozitiv electric, conexiune la rețea sau împământare trebuie să îndeplinească cerințele de clasificare pentru respective. Orice surse potențiale (cum ar fi unele modele de sisteme de ventilație ) de acumulare a electricității statice ar trebui reduse la minimum, de exemplu prin .
Procedurile pentru lucrări la cald trebuie să fie robuste, cuprinzătoare și bine aplicate. Ele ar trebui să purjeze și să ventileze zonele înalte și să preleve probe din atmosfera înainte de lucru. De asemenea, echipamentele montate pe tavan ar trebui să îndeplinească cerințele pentru zone periculoase (NFPA 497). nu ar trebui utilizate, deoarece acestea au fost o sursă comună de aprindere în multe explozii și incendii. Pentru eliberarea presiunii ar trebui utilizate alte sisteme de supape de siguranță.
Integritate mecanică și chimie reactivă Există patru proprietăți chimice principale care trebuie luate în considerare atunci când se lucrează cu hidrogen care poate intra în contact cu alte materiale chiar și la presiuni și temperaturi atmosferice normale.
Chimia hidrogenului este foarte diferită de cea a substanțelor chimice tradiționale. De exemplu, se oxidează în mediul ambiant. Iar neglijarea acestei chimii unice a cauzat probleme la unele uzine chimice. Un alt aspect este că hidrogenul poate fi generat ca produs secundar al unei reacții diferite, care ar fi putut fi trecut cu vederea, de exemplu, în centralele nucleare reacția dintre zirconiu și abur produce hidrogen. Japanese engineers work to contain nuclear reactor damage, Los Angeles Times, March 14, 2011 Chernobyl Accident Appendix 1: Sequence of Events , World Nuclear Association, November 2009 Acest pericol poate fi combătut într-o oarecare măsură prin utilizarea .
O altă problemă majoră de luat în considerare este compatibilitatea chimică a hidrogenului cu alte materiale comune, cum ar fi oțelul. Din cauza , compatibilitatea materialului cu hidrogenul este luată în considerare în mod special. Aceste considerații se pot schimba în continuare din cauza reacțiilor speciale la .
Difuzivitatea hidrogenului este foarte diferită de cea a gazelor obișnuite, prin urmare materialele de etanșare trebuie alese cu atenție.
Forțele arhimedice și solicitările asupra corpurilor mecanice implicate sunt adesea inverse față de cele date de gazele standard. De exemplu, din cauza flotabilității, solicitările sunt adesea mai pronunțate în apropierea părții de sus a unui rezervor mare de stocare.
Toți acești patru factori sunt luați în considerare în timpul proiectării inițiale a unui sistem care utilizează hidrogen și se realizează de obicei prin limitarea contactului dintre metalele sensibile și hidrogen, fie prin spațiere, galvanizare, curățarea suprafeței, alegerea materialelor și asigurarea calității în timpul fabricației, sudării și instalării. În plus, defectele provocate de hidrogen pot fi detectate prin echipamente specializate de monitorizare. The Australian Institute for Non Destructive Testing (AINDT), Detection and Quantification of Hydrogen Damage
Sisteme de detectare a scurgerilor și flăcărilor Amplasamentele surselor de hidrogen și ale conductelor de hidrogen trebuie alese cu grijă. Deoarece hidrogenul este un gaz mai ușor decât aerul, acesta se acumulează sub acoperișuri și console (denumite de obicei „locuri de captare”), unde apare pericolul de explozie. Multe persoane sunt familiarizate cu protejarea centralelor de vaporii mai grei decât aerul, dar nu sunt familiarizate cu „privirea în sus”. De asemenea, hidrogenul poate intra în conducte și poate difuza până la capătul lor. Pentru a preveni acest lucru, conductele de hidrogen ar trebui să fie bine etichetate și amplasate deasupra altor conducte.
Chiar și cu o proiectare adecvată, scurgerile de hidrogen pot întreține arderea la debite foarte mici, de până la 4 micrograme/s. M.S. Butler, C.W. Moran, Peter B. Sunderland, R.L. Axelbaum, Limits for Hydrogen Leaks that Can Support Stable Flames, International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 5174–5182. În acest scop, detectarea este importantă. Senzorii de hidrogen sau detectoarele de conductivitate termică permit detectarea rapidă a scurgerilor de hidrogen pentru a permite evacuarea hidrogenului și identificarea locului scurgerii. În jurul anumitor țevi sau locuri se pot plasa benzi speciale pentru detectarea hidrogenului. O metodă tradițională este amestecarea în gaz a unui odorant pentru hidrogen, așa cum se procedează în cazul gazelor naturale. În aplicațiile cu pile de combustie, acești odoranți pot contamina pilele, dar cercetătorii studiază și alte metode care ar putea fi utilizate pentru detectarea hidrogenului: trasoare, noi odoranți, senzori avansați și altele.
Deși flăcările de hidrogen pot fi greu de văzut cu ochiul liber (flacăra poate fi „invizibilă”), acestea apar ușor pe detectoarele de flacără UV/IR. Recent au fost dezvoltate detectoare multi IR, care permit o detectare și mai rapidă a flăcărilor de hidrogen. Acest lucru este important în stingerea incendiilor de hidrogen, deoarece metoda preferată de stingere a unui incendiu este oprirea sursei de conbustibil. În anumite cazuri (și anume, la hidrogenul criogenic) stropirea directă a sursei cu apă poate provoca formarea de gheață, care la rândul său poate provoca o ruptură secundară.
Ventilare și faclă Pe lângă preocupările legate de inflamabilitate, în spațiile închise, hidrogenul poate acționa și ca un . Prin urmare, trebuie să se asigure o ventilație adecvată pentru a rezolva ambele probleme în cazul în care apar. În general, evacuarea hidrogenului în atmosferă este sigură. Totuși, atunci când se amplasează și se proiectează astfel de sisteme de ventilație, trebuie să se țină cont de faptul că hidrogenul va tinde să se acumuleze spre tavane și vârfurile structurilor, nu spre podea. Multe pericole pot fi atenuate de faptul că hidrogenul se ridică rapid și adesea se dispersează înainte de aprindere.
În anumite situații de urgență sau de întreținere, hidrogenul poate fi ars la .
Gestionarea stocurilor și spațierea instalațiilor Ideal, nu ar trebui să se producă vreun incendiu sau explozie, dar instalația ar trebui proiectată astfel încât în cazul unei aprinderi accidentale să se minimizeze daunele suplimentare. Ar trebui luate în considerare distanțele minime de separare dintre unitățile de stocare a hidrogenului, împreună cu presiunea unităților de stocare respective (cf. NFPA 2 și 55). Ventilarea exploziei ar trebui făcută astfel încât alte părți ale instalației să nu fie afectate. În anumite situații, acest lucru se traduce printr-un acoperiș care în cazul unei explozii poate fi desprins în siguranță de restul structurii.
Hidrogen criogenic