Описание проекта

1. Пользователь (заказчик)

Потенциальными заказчиками технологии являются:

• тепло- и атомные электростанции (ТЭЦ, ГРЭС, АЭС),

• нефтехимические и химические предприятия,

• металлургические производства,

• космическая отрасль,

• высокотехнологичные производства (например, производство процессоров),

• организации, эксплуатирующие водородные энергоустановки.

Общий объём рынка согласно презентации — 5350 предприятий, из которых 1024 уже проявляют заинтересованность в снижении рисков при транспортировке водорода. Оценка потенциального годового потребления устройств составляет 10,95 млрд руб.

2. Проблема (задача)

Водород рассматривается как ключевой энергоноситель будущего, что подтверждено Концепцией развития водородной энергетики в Российской Федерации, утверждённой распоряжением Правительства РФ от 5 августа 2021 г. № 2162-р

Однако водород обладает уникальными физическими и химическими рисками:

• высокая диффузионная способность,

• малая энергия воспламенения,

• широкий диапазон взрывоопасных концентраций,

• склонность к образованию водородно-воздушных смесей.

Главная угроза на объектах, использующих водород, — образование взрывоопасной смеси в трубопроводах при утечке.
Отсутствие оперативного снижения концентрации ведёт к:

• риску взрыва,

• угрозе жизни и здоровью персонала,

• разрушению инфраструктуры,

• экономическим потерям и технологическим простоям.

Суть задачи заказчика:
получить систему, которая не только обнаруживает утечку водорода, но и активно подавляет взрывоопасную среду внутри трубопровода, снижая концентрацию водорода до безопасного уровня в автоматическом режиме.

3. Существующие решения и их недостатки

3.1. Традиционные методы обеспечения безопасности

Сейчас на промышленных объектах применяются:

• подбор материалов для труб, устойчивых к водородному охрупчиванию,

• качественная сварка,

• мониторинг и обнаружение утечек,

• вентиляция и газоудаление,

• газоанализаторы,

• электробезопасность и защита от искрообразования,

• предотвращение накопления статического электричества.

Недостатки этих методов:

• они пассивны: только предотвращают возгорание или фиксируют проблему;

• они не снижают концентрацию водорода внутри труб;

• они не действуют мгновенно при реальной утечке.

3.2. Аналоги с активной подачей инертного газа

Проанализированы патенты на системы безопасности (байпасные обвязки, способы подачи огнетушащих средств). На рынке существуют единичные решения на основе подачи азота или инертных газов, однако:

требуется большой объём инертного газа,
низкая скорость заполнения,
сложность работы при высоком давлении в трубопроводе,
высокая стоимость эксплуатации.

3.3. Общее ограничение аналогов

Не существует промышленно внедрённой системы, которая встраивается в трубопровод и за 1 минуту снижает концентрацию водорода до безопасного уровня без остановки процесса.

4. Предлагаемое решение

Разработана система предупреждения взрыва при утечке водорода, основанная на инжекционной подаче ингибитора в трубопровод.

Состав системы (по презентации):

1. Источник ингибитора (баллон).

2. Запорно-пусковое устройство.

3. Магистральная линия высокого давления.

4. Обратный клапан.

5. Инжекционный узел (форсунка).

6. Запорное устройство с электроприводом.

7. Участок трубопровода транспортировки водорода.

8. Датчик давления водорода.

9. Блок управления.

10. Интеграция с АСУ ТП.

Принцип работы

1. Система обнаруживает утечку или аварийное изменение параметров (давление, концентрация).

2. Автоматически открывается клапан подачи ингибитора.

3. Через форсунку в трубопровод подаётся газ (ингибитор).

4. За 60 секунд концентрация водорода снижается до безопасной.

5. Система продолжает мониторинг параметров и передаёт данные в АСУ ТП.

Используемые ингибиторы

• Азот (в качестве инертного газа).

Преимущество:
Система работает при высоком давлении (2× рабочего давления трубопровода), встроена непосредственно в магистраль и не требует вентиляции помещения.

5. Результаты и подтверждение эффективности

5.1. Моделирование

Выполнено численное моделирование в Fire Dynamic Simulator (FDS).
Результат: снижение концентрации водорода в месте утечки до безопасных значений при подаче ингибитора через встроенную форсунку.

5.2. Прототип и расчёты

• Разработан 3D-макет устройства.

• Выполнены расчёты CAPEX и OPEX.

• Проведена смета материалов, монтажных работ и сертификации.

• Выполнено компьютерное моделирование работы системы.

• Найдены стейкхолдеры продукта.

• Подана заявка на регистрации патента на изобретение.

5.3. Экономические показатели

• CAPEX ≈ 1 023 529 ₽

• OPEX ≈ 36 459 ₽/год
  

5.4. Практические эффекты

• Быстрое подавление взрывоопасной концентрации водорода без остановки технологического процесса.

• Повышение уровня промышленной безопасности.

• Снижение риска разрушений, пожаров и человеческих жертв.

• Система интегрируется в существующие трубопроводные решения.

6. Вывод

Разработанная система решает ту проблему, которую не покрывают существующие аналоги:
она активно подавляет взрывоопасную среду внутри трубопровода при реальном сценарии утечки, а не просто фиксирует факт аварии или ограничивает последствия.

Решение относится к категории инновационных разработок в сфере промышленной безопасности и водородной энергетики, соответствует текущим направлениям государственной политики и отвечает рыночному запросу предприятий, работающих с водородом.

Презентации

Система подачи ингибитора для предотвращения воспламенения и взрыва водородно-воздушных смесей в трубопровод для транспортировки водорода

система предупреждения взрыва при утечке водорода

Пульс