Sikkerhedsforhold samt varetagelse af sikkerhedsmæssige aspekter i forbindelse med de øvrige projekter i Brintprogrammet

Transkript

1 Sikkerhedsforhold samt varetagelse af sikkerhedsmæssige aspekter i forbindelse med de øvrige projekter i Brintprogrammet Slutrapport Oktober 2003 ENS j.nr. 1763/

2 Sikkerhedsforhold samt varetagelse af sikkerhedsmæssige aspekter i forbindelse med de øvrige projekter i Brintprogrammet ENS j.nr. 1763/ Slutrapport Oktober 2003 Henrik Iskov Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 2003

3 Titel : Sikkerhedsforhold samt varetagelse af sikkerhedsmæssige aspekter i forbindelse med de øvrige projekter i Brintprogrammet Rapport kategori : Slutrapport Forfatter : Henrik Iskov Dato for udgivelse : Oktober 2003 Copyright : Dansk Gasteknisk Center a/s Sagsnummer : /00; H:\719\53\Slutrapport okt2003_final.doc Sagsnavn : Sikkerhedsforhold samt varetagelse af sikkerhedsmæssige - For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder: at DGC er ansvarlig i henhold til Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89), som er vedtaget for opgaven, med mindre andet aftales skriftligt. at erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse. Ansvaret er dog altid begrænset til maksimum 100% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende opgave. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC s hæftelse. at DGC skal - uden begrænsning - omlevere egne ydelser i forbindelse med fejl, mangler og forsømmelser i DGC s materiale. Dette gælder dog ikke længere end 5 år fra opgavens udførelse. at rekvirenten er ansvarlig for, at de iht. lov gældende sikkerheds- og arbejdsmiljøregler hos rekvirenten kan overholdes af DGC i forbindelse med opgavens udførelse. Såfremt DGC må standse, afbryde og/eller udsætte en opgave, fordi disse regler ikke kan overholdes, må rekvirenten bære DGC s eventuelle ekstraomkostninger i forbindelse hermed. Marts 2000

4 DGC-rapport 1 Indholdsfortegnelse Side 1 Indledning Resume Generelt Projektspecifikt Slutrapport English summary Sikkerhedsforhold og myndighedsgodkendelse ved brintanvendelse til køretøjer Sikkerhedsforhold for projekt Demonstration af brintbaseret brændselscellebus i København, j.nr 1763/ Sikkerhedsforhold for projekt Brintbil med forbrændingsmotor, j.nr. 1763/ Sikkerhedsforhold for projekt Brintbil med brændselscelle, j.nr. 1763/ Sikkerhedsforhold for projekt Letvægtslager til brintbil, j.nr 1763/ Sikkerhedsforhold for projekt Metalhydridlager til brintbil, j.nr 1763/ Formidling... 49

5 DGC-rapport 2 1 Indledning I forbindelse med gennemførelse af Brintprogrammet blev der fra Brintudvalget lagt vægt på, at sikkerheden skulle prioriteres højt. For at styrke de sikkerhedsmæssige aspekter i projekterne blev det besluttet at gennemføre et særskilt sikkerhedsprojekt, der dels skulle opbygge en særlig videnbase omkring brinthåndtering og de sikkerhedsmæssige aspekter og dels skulle assistere de øvrige projekter mht. sikkerhedsforhold, herunder de særlige forhold, der bør iagttages ved brintanvendelse. Hørsholm, oktober 2003 Henrik Iskov Bjarne Spiegelhauer Projektleder Afdelingschef Afdeling for Energiteknik og Sikkerhed Afdeling for Energiteknik og Sikkerhed

6 DGC-rapport 3 2 Resume Projektet omfatter en generel udredningsdel og en projektspecifik del. 2.1 Generelt Generel udredning om sikkerhedstekniske aspekter ved brintanvendelse til køretøjer og tilhørende stationært udstyr. Indsamle tilgængelig viden om sikkerhedsaspekter ved brintanvendelse via litteratursøgning og Internet samt kontakt til udenlandske eksperter og myndigheder m.m. 2.2 Projektspecifikt For hvert af de øvrige projekter i Brintprogrammet (Journal nr. 1763/ , 0004, 0005, 0011 og 0012) ydes sikkerhedsteknisk rådgivning og bistand ved myndighedsbehandling Medvirke ved behovsanalyse og opstilling af kravspecifikation. Opstilling af sikkerhedsrelaterede krav ud fra myndighedskrav og - standarder. Medvirke til at afklare myndighedsforhold for de enkelte projekter. Medvirke ved risikoanalyser. Indenlandsk ekspertise inden for risikoanalyse. Der er ydet bistand i risikogruppe-arbejdet med fagspecifik viden om gas/brint/sikkerhedsaspekter. For projekt 1763/ er der følgende opgaver: Myndighedsbehandling for etablering af brintbusdrift. Sikkerhedsmæssig gennemgang af brintbusproduktion og udvikling. I forbindelse med driftsfasen analyseret sikkerhedsrelaterede hændelser. Bortfaldet pga. forsinkelser i busprojektet, der har medført, at projektet ikke har kunnet afsluttes inden for Brintprogrammets tidsramme. Generel undersøgelse af de sikkerhedsmæssige aspekter ved en bred implementering af brint i det københavnske bustransportsystem. Bortfaldet.

7 DGC-rapport Slutrapport Slutrapporten består hovedsageligt af to dele: Generel viden om sikkerhed ved brintanvendelse. Herunder krav til komponent- og materialevalg. I forlængelse heraf gennemgås relevante standarder og vejledninger samt myndighedskrav. Sikkerhedsrådgivning af de enkelte brintprojekter. Der oplistes eksempler på den løbende kommunikation, der har været under projektforløbet. Den generelle sikkerhedsrapport er revideret ud fra tilbagemeldingerne på det tidligere udsendte udkast samt senere indhøstede erfaringer: Sikkerhedsforhold og myndighedsgodkendelse ved brintanvendelse til køretøjer. Ud fra litteraturstudier og kontakt til danske aktører inden for tekniske gasser er der opsummeret en basisviden på området til gavn for alle øvrige aktører i Brintprogrammet. 2.4 English summary The project is divided into two parts, i.e. a general review part and a project specific part. General General review of safety aspects related to hydrogen driven vehicles and related stationary equipment. Collecting available knowledge on safety aspects related to hydrogen utilization through literature studies, the Internet and international experts and authorities etc. Project specific For each of the other projects under the Danish hydrogen programme (ref. nos. 1763/ , 0004, 0005, 0011 and 0012) consultancy concerning safety aspects as well as assistance during contact to authorities will be offered. Participation in demand analysis and requirement specification. Specification of safety related requirements based on authority requirements and standards.

8 DGC-rapport 5 Clarification of authority conditions for each project. Participation in risk analyses. National expertise on risk analysis has been involved. Also technical assistance regarding gas/hydrogen/safety aspects has been offered in the risk group work. The tasks in project 1763/ Fuel cell bus in Copenhagen are the following: Contact to authorities regarding establishment of hydrogen bus operation. Review of safety related aspects of hydrogen bus production. During the operation phase, safety related incidents are to be analysed. This part of the project has been cancelled, as the bus was not ready within the time limit of the National Hydrogen Program, phase one. General investigation of safety aspects related to a broad implementation of hydrogen utilisation in busses in Copenhagen. This part has also been cancelled.

9 DGC-rapport 6 3 Sikkerhedsforhold og myndighedsgodkendelse ved brintanvendelse til køretøjer Her bringes indholdsdelen af DGC s rapport Sikkerhedsforhold og myndighedsgodkendelse ved brintanvendelse til køretøjer, August Forord Nærværende rapport over sikkerheds- og myndighedsforhold er udarbejdet som et led i gennemførelsen af Energistyrelsens Brintprogram Sikkerhedsaspektet har ved fastlæggelsen af Brintprogrammet fået en høj prioritet. Rapporten skal ses som en grundlæggende introduktion til sikkerhedsaspektet ved gennemførelse af brintprojekter. Brintprogrammets deltagere takkes for kommentarer og bidrag ved udarbejdelsen af denne rapport. En særlig tak skal rettes til Allan Schrøder Pedersen, RISØ, og Jens Oluf Jensen, DTU, samt Carsten Sørig, Danmarks Gasmateriel Prøvning, og Niels-Anders Nielsen, Færdselsstyrelsen for konstruktive kommentarer til rapportudkastet. Hørsholm, august 2000 Henrik Iskov Projektleder Afd. for Gasanvendelse Bjarne Spiegelhauer Afdelingschef Afd. for Gasanvendelse

10 DGC-rapport 7 2. Erfaringer Alle har hørt om det brintfyldte luftskib Hindenburg, der forulykkede ved brand som følge af antændelse via statisk elektricitet. Men hvor sikker eller farlig er brintanvendelse egentlig? En ide herom kan man få ved at gennemgå hidtidige erfaringer: 2.1 Industriprojekter m.v. Ud over nogle få demoprojekter med brintdrevne køretøjer anvendes en del brint til rumfart, men langt den største del anvendes i industrien. Cirka 90% anvendes til ammoniakproduktion i forbindelse med kunstgødningsproduktion og til olieraffinering. Yderligere 5% anvendes ved metanolproduktion, mens resten går til mange mindre anvendelser som fx brintkøling af kraftværksgeneratorer og hydrogenering af fedt og olier i fødevareindustrien (fx i Danmark) /7/. Generelt anvendes brint i industrien med stor sikkerhed i de store procesindustrier, men alligevel er uheldsraten 5-20 gange højere end for naturgasanvendelse /4/. I /5/ og /6/ er der foretaget analyser af uheld ved brintanvendelse i projekter inden for industrien, rumfart og bil-demoprojekter. Man kan heraf uddrage følgende tendenser og hovedårsager til uheld: Mekaniske fejl i beholdere og rørsystemer mv., ofte grundet hydrogenskørhed eller fastfrysning Reaktion med en forurening (fx luft i systemet) Funktionsfejl i sikkerhedsudstyr Fejlbetjening Fejl i fordampersystem (ventilfejl eller utilsigtet antændelse/brand /eksplosion) For lille renhed af brinten Uheld ved udluftning eller udstødning grundet utilstrækkelig ventilation eller utilsigtet tilbagestrømning af luft ved udluftning Uheld ved purging (skylning og fyldning med inaktiv gas) En større amerikansk undersøgelse af brintuheld i industrien viser, at 80% af uheledene medfører antændelse, hvoraf 65% var eksplosioner /5/. Samtidig viser det sig, at ikke detekterede brintlækager har været involveret i 40% af alle brintuheld /5/, hvilket indikerer, at hydrogendetektorer koblet til alarmer og/eller aktiv ventilation bør overvejes. 2.2 Større rørsystemer/brintnet Verden over er der opsamlet en lang række erfaringer med brint i rørsystemer. De ældste anlæg er fra trediverne og fungerer stadigvæk. Udstrækningen er fra få kilometer og op til omkring 300 kilometer.

11 DGC-rapport 8 Nettene har i de fleste tilfælde været anvendt til at forsyne store proces-industriområder med brint til procesbrug. En oversigt er fundet i /1/, se Figur 1. Det fremgår af Figur 1, at de to betydeligste brintnet er nettene ved Chemische Werke Hülls og Air Liquide på henholdsvis 215 og 290 km. Disse anlæg vil blive beskrevet lidt nærmere i det følgende: Rørnettet ved Chemische Werke Hülls blev, som det fremgår af Figur 1, startet i 1939 til distribution af brint til 12 forbrugere og 2 producenter. Før hver aftager renses gassen til den krævende renhed. Anlægget er omkring 215 km langt med diametre på mm udført i sømløse stålrør. Driftstryk op til 25 bar. Drift og vedligehold af hele nettet er centraliseret og foregår kontinuerligt. Nettet er i drift over 8500 timer om året /2/. Rørnettet ved Air Liquide består af flere delnet på i alt 290 km og med en diameter omkring 100 mm. Driftstrykket er bar. I en del af rørsystemet transporteres urenset brint og i den øvrige del brint af særlig renhed, 99,996%-vol. /2/. Drift og vedligehold af hele rørsystemet foregår som hos Hülls centraliseret og varetages af Air Liquide. I forbindelse med det på Figur 1 nævnte ICI rørsystem i England har man siden starten af 1970 erne haft et stort undergrundsbrintlager (kaverne af udvasket salthorst) på ca. 2 mio. m 3. Her lagres brint ved 50 bar. Temperaturniveauet skal holdes tæt på omgivelsestemperaturen for at undgå spændingsrevner i saltvæggene /2/.

12 DGC-rapport 9 Sted Rørmateriale Antal driftsår Diameter [mm] Længde [km] Tryk (kpa) & gassens renhed Air Products, Texas, USA Konverteret naturgasrør >10 114, Ren H 2 (stål) Air Products, Texas, USA Stål, Schedule 40 >8 219, Ren H 2 Air Products, Houstonområdet, - Siden , (ren H 2 ) USA L Air Liquide, Frankrig Kulstofstål, sømløs Siden 1966 Forskellige størrelser kpa, ren og uforarbejdet Chemische Werke Hüls* AG Marl., Tyskland Sømløs, tilsvarende SAE 1016 stål >45 (begyndt 1938) 168, Op til 2.500; rågas (årlig produktion = 300 x 10 6 m 3 ) NASA-KSC, Florida, USA 316 SS (austenitisk) > , kpa Sydafrika Los Alamos, New Mexico, 5 Cr-Mo (ASME > ren USA A357 Gr. 5) Cominco, British Columbia, Canada Kulstofstål (ASTM 210 sømløs) Siden x 8,8125 WT 06 >30.000; % ren H 2 ICI Billingham, England Kulstofstål kpa; ren Gulf Petroleum Canada, Varennes/Petromont til Montreal East Air Products, Sarnia (fra Dow til Amoco) Rockwell Int l. S Susana Mountain, NW Los Angeles, USA Kulstofstål sømløs, Schedule , ,5% H 2 ; 7,5% metan ca. 3 - SS 316 > > kpa; ultraren AGEC, Alta. Canada API 5LX X42 Siden x 4,8 WT 3, kpa 99,99% ren NB: Alle rørledninger er i drift, bortset fra Cominco-rørledningen, som står standby, og Los Alamos-rørledningen, der er blevet opgivet. * Nu 2 rørledninger 1 med 98-99% renhed, 1 med ca. 95% renhed (McCann, Pers. Comm.) Figur 1 Oversigt over etablerede brintrørssystemer frem til år 1990 Erfaringer gennem over 20 år viser, at dette lager har fungeret sikkert, økonomisk og miljømæssigt acceptabelt. Tallene har været inden for måleusikkerheden. Der er gennemgående tale om meget positive driftserfaringer med de i Figur 1 viste eksempler på etablerede net. Der er ikke rapporteret om uheld på disse rørsystemer /3/. 2.3 Erfaringerne og det danske brintprogram Ved vurdering af de hidtidige erfaringer med brintanvendelse i industrien er det væsentligt at gøre sig klart, at man i industrien har stor ekspertise og indarbejdede rutiner ved brinthåndtering opnået efter mange års erfaring. Det vil formentlig ikke være tilfældet for samtlige af Brintprogrammets aktører, og der er derfor grund til at udvise ekstraordinær forsigtighed, når demoprojekter skal iværksættes.

13 DGC-rapport Brints karakteristika (gasformig) I det følgende vil hovedsagelig de forhold, der har sikkerhedsmæssig betydning, blive beskrevet. Der vil blive sammenlignet med tilsvarende egenskaber for mere almindelige brændstoffer som benzin og naturgas. Kort sagt: Brint er lettere end alle andre stoffer. Brint har ved rumtemperatur en meget lav densitet i forhold til luft og dermed stor opdrift. Brint diffunderer hurtigere gennem luft end andre gasformige brændsler. Brint er farveløs, lugtfri, smagsløs og umiddelbart ugiftig. Brints antændelsesområde dækker over meget store koncentrationsforskelle. Brintflammen er usynlig i dagslys. Brints tændenergi er ved visse koncentrationer meget lav. Ved en koncentration på 15-45% ligger den på 10-20% af benzins tændenergi. Brints flammehastighed er i visse koncentrationer højere end andre brændslers. Brints antændelsestemperatur er væsentlig højere end fx benzins. Brint er detonerbart over et stort koncentrationsområde, når det er indelukket - men ellers er det svært. I oversigtsform /4/: Brint Naturgas Propan Benzin Opdrift (rel. massefylde) 0,07 0,55 1,52 4 Diffusion (cm 2 /s) 0,61 0,16 0,10 0,05 Nedre tændgrænse (% i luft) Min. tændenergi (mj) 0,02 0,29 0,3 0,24 Do. Ved nedre tændgrænse 0,3 0,3 0,3 0,3 Selvantændingstemperatur min. ( C) Detonationsgrænse, nedre (konc. % i ,3 3,1 1,1 luft) Flammehastighed (m/s) 2,7 0,37 0,47 0,3 Når man skal vurdere risikoen for antændelse ved lækager, er det først og fremmest opdrift, diffusion, nedre tændgrænse samt tændenergi, der betyder noget. For de tre førstnævnte parametres vedkommende kan dette illustreres således, se Figur 2.

14 DGC-rapport 11 Figur 2 Illustration af antændelsesrisiko. Afbildning af opdrift, diffusion og nedre tændgrænse. De største værdier er mest sikre, dvs. mht. disse parametre er brint mest sikkert!! /4/ Brints tændenergi varierer usædvanlig meget som funktion af koncentrationen. Ved lave og høje koncentrationer er den på niveau med de øvrige brændsler til køretøjer såsom benzin og naturgas, men i det mellemliggende område falder tændenergien op til en faktor 100. Se Figur 3. Som tidligere nævnt viser erfaringer, at der sker antændelse af brint i 80% af de registrerede driftsuheld, og størstedelen medfører eksplosion, dvs. en deflagration eller en detonation *. Dette indikerer, at brints lave tændgrænse i et stort koncentrationsområde i praksis medfører en øget risiko for antændelse - til trods for at de øvrige betydende parametre indikerer det modsatte. * Ved deflagration, der det mest almindelige, foregår flammeudbredelsen med under lydhastighed og maks tryk er 8-9 bar. Ved detonation sker udbredelsen over lydhastighed og maks. tryk kan være op til cirka 20 bar. Væsentlig mere ødelæggende end deflagration.

15 DGC-rapport 12 Figur 3 Tændenergi som funktion af brint/metanandel i luft Når man skal vurdere risikoen for detonation, er det først og fremmest nedre detonationsgrænse, opdrift, diffusion og flammehastighed, der betyder noget. Disse størrelser kan ligeledes illustreres med en polygon i et koordinatsystem, hvor de sikreste værdier er de største. Derfor er der afbildet den inverse flammehastighed. Se Figur 4.

16 DGC-rapport 13 Figur 4 Illustration af detoneringsrisiko for forskellige brændsler. Det ses, at brint har mindst sandsynlighed for at nå en detonerbar gassky. Såfremt en eksplosion opstår, er der dog størst sandsynlighed for, at en brintsky overgår fra deflagration til detonation. /4/. Konklusion: Ved en sammenligning af brændslerne naturgas, propan, brint og benzin i køretøjer når man overraskende frem til, at brint mht. detonation er mere sikker end benzin og propan og naturgas /4/. Omkring risiko for antændelse af udslip vurderes brint samlet set at være mindre sikkert, når der er tale om større udslip på grund af den lave tændenergi i et stort område. Når der er tale små, langsomt sivende utætheder, vurderes brint at være mere sikkert end de øvrige brændsler på grund af brints opdrifts- og diffusionsegenskaber. Forudsat at der altid er en passende ventilation! Positive faktorer for sikkerheden under realistiske drifts- og uheldsforhold er brints stærke opdrifts- og spredningsegenskaber, relativt høje tændgrænse og detonationsgrænse. De negative faktorer for sikkerheden: lav tændenergi, stort antændelsesområde, høj flammehastighed og detonationsvillighed vurderes i gennemtænkte uheldsscenarier for mere eller mindre betydende.

17 DGC-rapport Materialevalg 4.1 Brintskørhed Brintskørhed er fundet i tre former /10/, der også kan være kombineret: Miljørelateret skørhed er fundet i metalliske materialer, hvor der er plastiske deformationer og påvirkning af gasformig brint. Der opstår overfladerevner og øget sprødhed. Intern hydrogenskørhed pga. absorberet brint i metalliske materialer. Materialenedbrud sker indefra og uden varsel. Skørhed pga. at brint reagerer med elementer i metalliske materialer og danner hydrider. Fx kan brint reagere med kulstof i stål og danne metan. Omsætningshastigheden øges ved højere temperaturer, over 20 grader C. Jo højere renhed af brint, desto mere udsat er stål for brintskørhed. Højt legeret stål er mere udsat for brintskørhed end lavt legeret stål. Svejsninger er ofte udsat for brintskørhed. Efterfølgende udglødning kan bedre situationen. Svejsekrav kan findes i fx ASME B Anvendelige materialer til gasformig brint For flydende brint gælder særlige forhold, der ikke vil blive behandlet her. Generelt afhænger det optimale valg af driftsforholdene. Tilladelige spændinger kan findes i standarder som ASME B31.3, se afsnittet om standarder m.m. Typisk vil den tilladelige spænding ligge under 50% af flydespændingen Metalliske materialer Metalliske materialer med fladecentreret gitterstruktur fx austenitisk rustfast stål, alulegeringer, kobber og legeringer heraf regnes for velegnet. Visse typer af austenitisk rustfast stål i 300 serien er ikke stabiliserede og kan under høj belastning ændre struktur til martensitisk og blive mere sprøde. De bør derfor ikke anvendes. Almindeligt kulstofstål kan anvendes til gasformig brint ved rumtemperatur. Til brug ved meget lave temperaturer kan anvendes nikkellegerede ståltyper, der dog skal udvælges efter det ønskede temperaturområde. Der foreligger en særdeles omfattende viden inden for området optimalt materialevalg til en given brintanvendelse. En tilgang hertil kan findes i /10/ Plast m.m. PTFE kan anvendes til fx ventilsæder og godt beskyttede pakninger i øvrigt. Bl.a. bør de for at undgå udflydning være helt omsluttet Pakningsmaterialer i øvrigt Nasa har i /11/ anført en række velegnede materialer. I øvrigt bør pakningsleverandøren skaffe dokumentation for anvendeligheden i forhold til brint.

18 DGC-rapport Smøremidler Brint påvirker visse smøremidler på utilsigtet vis. Forsøg udført i slutningen af 70 erne, hvor et rørsystem beregnet til naturgas i stedet blev fyldt med brint i seks måneder, viste tydelige forandringer i diverse smøremidlers egenskaber. Derfor bør der skaffes leverandørdokumentation for eventuelle smøremidlers anvendelighed. 4.3 Ikke anvendelige materialer Støbejern, lavt legeret stål, krom, molybdæn, niobium, zink og de fleste metalliske materialer med rumcentreret gitterstruktur bør især ikke anvendes ved kryogene temperaturer. Styrkeegenskaberne for de sidstnævnte materialer er stærkt temperaturafhængige. Metaller og plast med lavt smeltepunkt skal anvendes med omtanke, idet disse ved brand hurtigt nedbrydes og dermed kan medvirke til at forøge udslip og brand.

19 DGC-rapport Basale sikkerhedsforhold 5.1 Forebyggelse af lækager Alle systemkomponenter bør udformes, så lækagemuligheder reduceres. Dette kan bl.a. ske ved: Korrekt materialevalg. Metaller med lavt smeltepunkt eller plast og elastomerer bør så vidt muligt undgås i brændstofsystemet, da de ved brand hurtigt bliver defekte og forøger udslip. Se endvidere Afsnit 4. Tætte samlinger, dvs. gevindsamlinger og almindelige flangesamlinger er uheldige. Største sikkerhed mod utætheder opnås via svejste eller hård -loddede samlinger. Ventiltyper bør vælges med høj tæthed i lukket tilstand og lille mulighed for pakningssvigt. Pakningsløse ventiler bør overvejes. 5.2 Detektering af brintlækager Ved naturgasanvendelse til køretøjer kræves normalt ikke (fx ikke af den amerikanske færdselsstyrelse DOT) lækdetektorer, idet gassen jo er forsynet med et effektivt sporstof, der ved en helt ufarlig koncentration advarer om udslip. Brint er så vidt vides hidtil aldrig forsynet med et lignende sporstof, idet stoffets indhold af svovl ville deaktivere de katalytiske dele af brændselscellen. Derfor bør brintdetektorer overvejes anvendt i såvel køretøj som eventuel garage, såfremt den er aflukket. Detektorerne kan kobles til alarmer og evt. åbning af vinduer eller aktivering af ventilation. Se også afsnittet om instrumentering. 5.3 Gnistforebyggelse Så vidt muligt bør brintførende komponenter og forbindelser holdes fysisk adskilt fra alle elektriske komponenter, herunder batterier, elmotorer og ledninger. Det gælder både stationære anlæg og køretøjer. For stationære anlæg angiver Stærkstrømsreglementet krav om eksplosionssikkert udstyr. Jording bør konsekvent gennemføres - på korrekt vis. Gnistforebyggelse er uddybet i Afsnit 7.2 Eludrustning. 5.4 Servicering af brintanlæg (mobile og stationære) Særligt indrettet værksted Særligt instrueret personale Gnistsikkert eludstyr og andet værktøj Princip med jording før berøring Purging med inaktiv gasart før og efter adskillelse

20 DGC-rapport Risikoanalyse 6.1 Generelt Risikoanalyse er en disciplin, der normalt gennemføres i forbindelse med større potentielt risikable anlæg, som visse procesanlæg og atomkraftværker. Efterhånden er de blevet mere almindelige. Fx er det et krav i Maskindirektivet, at der skal udføres risikoanalyser. En analyse kan dog udføres på mange niveauer og i forskellige faser af et projektforløb. En typisk fremgangsmåde kunne være: Man udfører en indledende analyse af designet og finder herved ofte nogle svagheder, hvor designet skal ændres. Herefter udføres en fornyet analyse osv. frem til det endelige design. Ligeledes udføres risikoanalyser af driftsforhold som opstart og nedlukningsprocedurer samt analyser af nødprocedurer. I rigtige risikoanalyser sættes vurderede sandsynligheder på alle tænkelige hændelser, og der opstilles risikotræer for mulige hændelsesforløb, hvor der kan beregnes sandsynligheden for en vilkårlig hændelse. Ud fra krav til hvor stor en risiko, der kan accepteres (fx for en alvorlig ulykke på et A kraftværk), ændres og genberegnes på systemet, indtil ingen hændelser har en sandsynlighed, der overstiger den ønskede værdi. For mindre og enklere anlæg anvendes ofte en mere enkel analyse, hvor man undlader at sætte (spekulative) sandsynligheder på hændelserne og derfor heller ikke regner på de kombinerede sandsynligheder. I det følgende opregnes en oversigt over risici i forbindelse med drift af brintdrevne køretøjer. Tiltag til modvirkning heraf foreslås. Inspiration til gennemgangen er hentet i /4/ og /8/. Afsnittet er tænkt som inspiration til konceptudformning og indledende risikoanalyse. Som et yderligere eksempel er vedlagt en indledende analyse af en fyldestation for gasformig brint hentet i /4/, se Bilag Risikotyper Brand og eksplosion Omfanget vil afhænge af brændselsudslipshastighed, spredningshastighed og brandkarakteristik. Fysiologiske risici Herunder regnes påvirkninger fra varme og fysisk overlast (overtryk ved eksplosion). 6.3 Design og risici Brændstoftank Under normal drift kan lækager opstå ved: Statisk fejl. Træthed/udmattelse. Ses især, når der er anvendt kompositmateriale. Korrosion eller ætsning, fx fra batterisyre. Ældning. Specielt for kunststoffer. Fx fra UV-stråler. Svigt af trykbegrænser/sikkerhedsventil.

21 DGC-rapport 18 Især svigt af trykaflastning må anses som en realistisk mulighed. Der kan anvendes sprængplader, smeltesikringer (en prop, der løsnes ved en bestemt temperatur) og/eller almindelig fjederbelastede sikkerhedsventiler. De gennemgående erfaringer fra LPG og naturgasanvendelse til køretøjer er, at smeltesikringer medfører færrest fejl. I et nyt udkast til standard for brintanlæg på køretøjer /12/ foreskrives smeltesikringer (aktiveret ved 110 C) for højtrykstanke. Under uheld kan lækager opstå ved: Ydre påvirkning: Kollision, passage af for lav bro, værkstedshåndtering. Brand. Sabotage: Fx beskydning. Brændstoftanken bør placeres og orienteres så tilslutningsarmaturet på tanken er beskyttet mod at blive slået af ved kollision. Af brandsikkerhedsgrunde bør tanken placeres adskilt fra resten af brændstofsystemet Brændselscelle Lækagedetektering i brændselscellestakken kan advare om kritisk forøgelse af de småhuller, der ofte findes i de enkelte membraner. Det kan fx ske i form af temperaturovervågning hen over cellestakken. (Større huller vil føre til en temperaturstigning grundet lokal forbrænding af brint). Herved er der mulighed for at bypasse defekte dele af stakken uden nedlukning, samtidig med at en risikabel situation kan forhindres i at udvikles Optankningssystem Fyldningsgrad af brændstoftank Det er meget vigtigt at have et pålideligt system til sikring af, at der hverken fyldes for lidt eller for meget i tanken. For stor fyldning kan medføre overbelastning af tanken eller udløsning af sikkerhedsventilen og dermed forøget brandrisiko. For lille opfyldning betyder primært mulighed for uheldige trafikale situationer, såsom at løbe tør for brændstof. Der bør endvidere overvejes indført en overvågning og sikring af et minimumstryk i tanken, når den er næsten tom, idet der ellers kan være risiko for luftindtrængning og dermed mulighed for eksplosiv gasblanding Samspil mellem køretøj, tankforbindelse og fyldeanlæg For at opnå en høj sikkerhed under optankningen er det endvidere af afgørende betydning, at funktionssikkerheden og samspillet mellem køretøj og fyldeanlæg er af høj klasse. For at opnå en høj sikkerhed ved optankning foreslås følgende funktionskrav opfyldt: For køretøjet: Start af køretøj må ikke være mulig, så længe tankningsforbindelsen opretholdes. Tilbagestrømning fra køretøjets tanke under optankning må ikke være mulig. En kontraventil kan løse problemet.

22 DGC-rapport 19 Der bør ikke være fri adgang mellem tankningsstuds og motorrum, hvor der kan være antændelseskilder. Køretøjet bør jordes, før tankning kan påbegyndes for at hindre gnistdannelse fra statisk elektricitet For tankningsforbindelsen: Brint må kun kunne strømme gennem forbindelsen, når tilslutningen er helt i orden. Der bør være dobbeltsikring mellem brint og omgivelserne, dvs. både en automatisk og en manuelt virkende stopventil. Stopventilen skal være fail-safe, således at hvis tilslutningen er defekt, afbrydes brintstrømmen. Brud på forbindelsen må kun medføre et beskedent gasudslip. Afbrydelse af forbindelsen bør kun være mulig, når denne er gjort trykløs. For fyldeanlægget: Der bør være indbygget en volumenstrømsbegrænser. Anlægget bør forsynes med en måler, der løbende angiver den påfyldte mængde. Anlægget bør sikres mod ledningsbrud Anlægget skal være sikret mod påkørsel. Det er en betingelse for godkendelse af brandmyndighederne Installation og placering af brændstofkomponenter på køretøj Generelt: Alle komponenter skal placeres og fastgøres således, at komponenterne så vidt muligt efter en kollision fastholder deres placering og i øvrigt er intakte. Fx gælder ifølge /12/ for brintkøretøjer, at fx brændstoftanke skal fastgøres, så de kan modstå 20/10/6,6 g i køretøjets længderetning og 8/5/5 g horisontalt på tværs af kørselsretning, afhængigt af om køretøjet er af kategori M1/M2/M3 eller N1/N2/N3. Hele brændstofsystemet bør placeres, hvor der er effektiv ventilation. Brændstofforbindelser: Alle forbindelser skal have en vis fleksibilitet. Det har vist sig, at stive rørforbindelser bliver utætte væsentligt hyppigere end slangeforbindelser. Det skyldes, at et køretøjs chassis under drift flexer en del, mens der samtidig er vibrationer. Brændstofledninger bør som kollisionsbeskyttelse placeres i dækning af bærende dele om muligt. Brændstoftanke: Bør placeres hensigtsmæssigt som tidligere nævnt. Udluftning fra sikkerhedsventil: Denne skal vende i en retning, så personer ikke rammes, eller brint samles under køretøj, dvs. opad Sikkerhedsudrustning Det vurderes, at ved at følge kravene i /12/ opnås fundamentet for en acceptabel sikkerhed. Dette indebærer bl.a., at systemet forsynes med: Sikkerhedsventiler på brændstoftanken Overstrømsventil