.jpg)
Ученые Пермского политехнического университета создали первую в мире методику проектирования безопасных систем водородной инфраструктуры. Разработка применима при создании магистральных трубопроводов, заправочных станций и топливных систем для энергетических установок.
Ее создание стало ответом на ключевую проблему "зеленой" энергетики, заключающуюся в высоком риске утечек при транспортировке водорода из-за мощных колебаний, возникающих в трубах под давлением.
Водород значительно легче природного газа, что требует поддержания очень высокого давления для его перекачки. Это приводит к возникновению сильных вибраций на каждом повороте или неровности трубы. Вибрации вызывают усталость металла и микроповреждения, через которые молекулы водорода, будучи крайне малыми, легко просачиваются, создавая риск взрыва.
Для подавления опасных колебаний в трубопроводах используют специальные металлические панели, гасящие поток газа. Ранее их проектировали на основе простых расчетов, не учитывавших физику водорода, что могло даже усиливать вибрации.
Новая методика позволяет проектировать оптимальные перегородки. Ученые создали компьютерную модель участка трубопровода с двумя пластинами и запустили виртуальный эксперимент, задав давление. Они отследили, как газовый поток взаимодействует с первой перегородкой, принимающей основной удар.
Сравнение трех состояний первой перегородки (сплошное, с малым и с большим отверстием) показало, как меняется ее вибрация, а также какая часть колебаний передается дальше, что позволило понять влияние размеров отверстий на вибрационную нагрузку всей конструкции.
Модель показала, что отверстия в первой перегородке снижают силу ее вибрации, но энергия колебаний передается дальше. Вторая сплошная пластина при этом начинает колебаться в два раза сильнее. Ученые пришли к выводу, что дополнительная сплошная перегородка снижает колебания на всем участке в два раза. Таким образом, для водорода наиболее эффективна установка трех и более пластин для последовательного гашения вибраций.
Для проверки достоверности модели участок трубы делили на все более мелкие ячейки, чтобы отследить изменения давления и вибраций в зонах. Когда показатели перестали меняться при увеличении детализации, точность модели была подтверждена.
На практике инженеры смогут использовать специальную программу для создания цифровой модели трубопровода с заданными параметрами. Методика выдаст количество необходимых перегородок на конкретном участке, потребность в отверстиях, их диаметр и прогноз поведения под давлением, что защитит оборудование от повреждений и продлит срок его службы.
