Hidrogénnel üzemelő gépjárművek üzemeltetésének munkavédelme

Átírás

1 MUNKABIZTONSÁG 2.1 Hidrogénnel üzemelő gépjárművek üzemeltetésének munkavédelme Tárgyszavak: munkavédelem; biztonságtechnika; gépjármű; hajtás; hidrogén. Alternatív energiaforrással, így földgázzal üzemelő gépjárművek már több éve forgalomban vannak. Az üzemanyagot nagy nyomáson, nyomásálló tartályban tárolják, és az ezzel kapcsolatos munkavédelmi intézkedéseket már kidolgozták. A hidrogénnel üzemelő gépjárművek esetében a hidrogént nagy nyomáson (CGH 2 ) vagy mélyhűtött folyékony állapotban (LH 2 ) tároló üzemanyagtartály-rendszerek versenyeznek egymással, amelyeknél a munkavédelmi intézkedések jelentősen eltérnek egymástól. Az alábbiak e két rendszerrel kapcsolatos veszélyeket és munkavédelmi előírásokat ismertetik. A gépjárművek földgázzal, illetve hidrogénnel való hajtása között az üzemanyagok gáz halmazállapota ellenére jelentős különbségek vannak. A földgáz természetes állapotában szagtalan gáz. A földgázvezetékek szivárgásának észlelésére a földgázt szagosítják. A hidrogéngáz nem szagosítható, mert a szagosító anyagok korrodeálják a hidrogénvezeték-rendszer fémrészeit. A gépjárművek hidrogénvezeték-rendszerének szivárgó pontjait ezért csak gázérzékelővel lehet kimutatni. A hidrogén/levegő keveréke gyújtóforrás hatására már 4 %(V/V) H 2 -tartalomtól begyullad. A földgáz esetében ez a koncentrációérték 5 %(V/V). A robbanási tartomány felső határa a földgáz esetében 15 %(V/V), a hidrogén esetében 77 %(V/V). A H 2 /levegő keverék robbanóelegyet (durranógáz) alkot. A hidrogén minimális gyulladási energiájának kis értéke (0,02 mj, a földgáz minimális gyulladási energiájának1/10 része) miatt a H 2 már elektrosztatikus kisülés hatására is begyulladhat. A földgáz könnyebb a levegőnél, ezért a vezetékből vagy a tartályból kiáramolva a légtér felső részében összegyűlik. Ugyanez érvényes a hidrogénre is. A hidrogén sűrűsége 10-szer kisebb, mint a földgázé, a felszabaduló hidrogén gyorsan felemelkedve a felső légtérben összegyűlik, ahonnan azonnal el kell vezetni, elvezetéséig gyújtóforrás nem lehet jelen. A belső égésű motorok vagy az üzemanyagcellák működéséhez gázhalmazállapotú hidrogén szükséges. A gáz-halmazállapotú hidrogénnek a fo-

2 lyékony üzemanyagokhoz képest kicsi az energiasűrűsége, ezért a gépjárműbe a megfelelő energiamennyiség betáplálásához a hidrogént 350 bar nyomásra komprimálják, vagy 2 12 bar nyomáson cseppfolyósítva mélyhűtött állapotban ( 253 C) alkalmazzák. A nagy nyomáson való tárolás során problémát jelent a megfelelő anyagú vezetékek, tárolók és tömítések megválasztása, mert a hidrogén számos anyagon átdiffundál. A folyékony állapotban mélyhűtve való tárolás során figyelembe kell venni az anyag törésállóságát az épp abszolút nulla fok feletti hőmérsékleten. A munkavédelmi intézkedések meghatározása szempontjából fontos még a lassú felmelegítés során a tárolórendszerben a nyomás növekedése. A cseppfolyósított gázokhoz hasonlóan a folyékony hidrogén esetében alkalmazott berendezések tartósan nem tömörek. Lefúvatási lehetőséget kell kialakítani, a felmelegedés miatt esetleges gyors nyomásnövekedés esetén a nyomásmentesítés biztosítására, és ezzel a tárolórendszer felhasadásának elkerülésére. A mélyhűtött hidrogén közvetlenül nem érintkezhet a bőrrel, mert az érintkezés súlyos fagyási sérüléseket okoz az érintett testrészen. A hidrogén nagy hidrogéntartalmú folyékony üzemanyagból is előállítható. Különösen alkalmas erre a metanol, amely az Otto-motorok üzemanyagához hasonlóan könnyen gyullad, de ellentétben azzal teljesen vízoldható. A metanol zsírtalanítja a bőrt és a bőrön át a szervezetbe kerül. Alacsony forráspontú anyag a légzésvédő készülékekbe helyezett, hagyományos aktív szenes szűrőkkel nem köthető meg. Folyékony halmazállapotban megtámadja a gumit és számos műanyagot, ezért a munkavégzés során figyelemmel kell lenni a megfelelő minőségű védőkesztyű alkalmazására (a legalább 0,5 mm vastag butil-kaucsuk anyagú kesztyű megfelelő védelmet nyújt a metanol ellen). A gépjárművek felkészítése A hidrogénnel üzemelő gépjárművek hidrogént tároló, illetve a motort vagy az üzemanyagcellát hajtó rendszerének meg kell felelnie a gépjárművek forgalomba helyezését szabályozó rendelet előírásainak. A rendelet 41. -a a nyomás alatti tárolókra, illetve a gázüzemű gépjárművekre vonatkozó előírásokat tartalmazza január 1-jétől a rendeletet kiegészítették a forgalomba helyezésre, illetve az üzembiztonságra vonatkozó előírásokkal. A hidrogént szállító vezetékek tűz- és robbanásveszélyesek. Minden karbantartónak tudnia kell, hogy a gépjármű mely vezetékei szállítanak hidrogént. Ehhez a vezetékeket meg kell jelölni. A DIN 2403 színkódjai a hidrogénvezetékekre sárga jelölést ajánlanak. A jelölést rendszeres távolságokban kell felfesteni, ha a vezeték folytonosan nem festhető be. A hidrogénre annak erősen gyúlékony volta miatt a veszélyes anyagokra vonatkozó rendelet 23. szakaszának 1. fejezetét is alkalmazni kell. Ennek megfelelően a motortérben, az üzemanyagtartályon és annak csatlakozásain az 1. ábrán látható feliratú táblát kell elhelyezni.

3 Hidrogén komprimált CGH 2 folyékony mélyhűtött LH 2 erősen gyúlékony A veszély jellege erősen gyúlékony Biztonságtechnikai tanácsok A gyermekek kezét nem szabad elengedni, a tartályokat jól szellőző helyen, gyújtóforrástól távol kell tartani, dohányozni tilos. Védelem szükséges az elektrosztatikus feltöltődés ellen, megfelelő védőkesztyűt és védőruházatot kell viselni LH 2 -vel való munkánál. 1. ábra Hidrogén jelenlétét jelző tábla felirata a veszélyes anyagokra vonatkozó rendelet előírásai szerint A hidrogén/levegő keverék elektrosztatikus hatásra is begyulladhat, ezért a hidrogénnel üzemelő gépjárművekbe földelő csatlakozást kell beépíteni, amelyen a gépjármű üzemvitele során keletkező elektrosztatikus feltöltődés a műhelyben a javítás megkezdése előtt elvezethető. Nagynyomású hidrogénnel üzemelő gépjárművek (CGH 2 ) A munkavédelmi intézkedések tekintetében nincs jelentősége, hogy a hidrogén üzemű gépjármű hajtása belső égésű motorral vagy üzemanyagcellával fűtött elektromotorral történik. A CGH 2 -vel üzemelő gépjárművekre vonatkozó szabályozásokat jelenleg dolgozzák ki az európai szakmai szervezetek. A gázrendszert úgy alakítják ki, hogy az a szokásos üzemi körülmények között hosszabb idejű napsugárzás hatására is tömör maradjon. A gépjármű kigyulladásakor a hidrogént a nyomás alatt álló gázpalack biztonsági egységén át célzottan lefúvatják, a tartály felrobbanásának elkerülésére és a felszabaduló gázok ellenőrzött elégetése érdekében. A hidrogént tároló tartályok nyomás alatt álló gázpalackok, amelyeket rendszeresen felül kell vizsgálni. A vizsgálat gyakoriságát a tartály üzembehelyezésekor kell meghatározni, és a gépjármű dokumentációjában kell rögzíteni. Ezen határidőtől való eltérés nem megengedett. A földgázzal üzemelő gépjárművek esetében az alkatrészek és a gázpalackok felülvizsgálatának határidejét az üzemeltetési tapasztalatok alapján a kezdeti fél évről 10 évre meghosszabbították. Ezt a meghosszabbított határidőt azonban nem automatikusan alkalmazzák, mindig a gépjármű dokumentumaiban az üzembehelyezéskor bejegyzett határidő az irányadó. A CGH 2 csővezetékeire a nyomás alatti edényekre vonatkozó előírásokat kell alkalmazni. A vezetékeket az üzembe helyezés előtt és ezt követően megadott időközönként a rendelet előírásai szerint felül kell vizsgálni.

4 Cseppfolyósított hidrogénnel (LH 2 ) üzemelő gépjárművek Ha a gépjárműben a hidrogént folyékony, mélyhűtött állapotban (LH 2 ) tárolják, más biztonságtechnikai intézkedéseket kell foganatosítani, mint a CGH 2 -vel üzemelő gépjárművek esetén. A tartályok teljesen nem szigetelhetők el a környezettől, ezért a nyomás az LH 2 gázrendszerben folyamatosan nő. A párolgási sebesség szobahőmérsékleten a szigetelés függvényében 24 óra alatt eléri a 6%-ot. Optimálisan kialakított tartályok esetén 1%-nál kisebb elpárolgási aránnyal lehet számolni. A folyékony, mélyhűtött hidrogén felszíne felett a felmelegedés miatt elpárolgott hidrogéngáz összegyűlik. Ha az üzemi nyomás meghaladja a rendszerben megengedett üzemi túlnyomás értékét, a rendszert egy önmagától nyíló szelepen át le kell fúvatni. Ekkor a hidrogéngáz a környezetbe, így például a javítóműhelyek vagy a gépkocsitárolók légterébe kerül. Az LH 2 -vel üzemelő gépjármű nem teljesen tömör, amit a leállítással, karbantartással és üzembehelyezéssel kapcsolatos munkavédelmi intézkedések meghatározása során figyelembe kell venni. A lefúvatószelepen át kilépő hidrogéngáz a levegő oxigéntartalmával keveredve gyújtóforrás hatására felrobbanhat. Ezért a hidrogént úgy kell a gépjárműből elvezetni, hogy a gépjármű alkatrészei ne robbantsák be. Ez csővezetékeken át valósítható meg, a hidrogéngáz szabadba vezetésével a gépjármű tetején át. A vezetékek vízszintes szakaszt nem tartalmazhatnak, mert onnan a gáz nem tud eltávozni. A lefúvatóvezetékek kilépő nyílásai mögött a lefúvatószelep működésekor gyúlékony atmoszféra keletkezik. Ezért a műhelyekben és a gépkocsitárolókban különleges robbanás elleni védelmi intézkedések megtétele szükséges. A lefúvatórendszerbe elhelyezett, az áramlást nem akadályozó katalizátor segítségével a kiáramló hidrogéngáz a környezet levegőjével vízzé oxidálódik. Az LH 2 -gépjárművek ezzel a robbanás ellen védő rendszerrel gáztömörré tehetők a karbantartás, az üzembehelyezés és a leállítás időtartamára. Sajnos azonban ezek a robbanás ellen védő eszközök kereskedelmi forgalomban még nem kaphatók. A hidrogénrendszerben alkalmazott szerkezeti anyagoknak megfelelő minőségűnek kell lenniük a mélyhűtött hidrogén üzemi hőmérsékletén és az alkatrészeket és a vezetéket is ennek a hőmérsékletnek megfelelően kell szigetelni, a megérintés miatti fagyásveszély elkerülésére. Reformáló egység a hidrogén előállításához Metanol hidrogénforrás alkalmazása esetén reformáló egységben állítják elő a hidrogénben dús gázkeveréket. A metanol (CH 3 OH) átalakításához CO és H 2 gáz keverékévé, hő szükséges. Miután a CO toxikus, szagtalan gáz, a reformáló egységet úgy kell kialakítani, hogy a jelen levő levegő a CO-t CO 2 -

5 vé oxidálja. A légkörbe kerülő CO mennyisége olyan kicsi legyen, hogy mérgezés ne következhessen be. Ez akkor biztosítható, ha a CO-emisszió értéke kisebb a dízelüzemű tehergépkocsikra és autóbuszokra megengedett 1,5 g/kwh értéknél. A tűz- és robbanásveszélyt tekintve a metanol/hidrogén üzemanyagrendszer hasonló a benzinüzemű gépjárművekéhez. A metanol gyúlékony folyadék, a benzinnel ellentétben azonban vízben oldódik. A hidrogénben gazdag gázkeverék erősen gyúlékony, de a CGH 2 -gépjárművek üzemanyagával ellentétben nem áll nyomás alatt. Az üzemanyagrendszer kialakításakor figyelembe kell venni a metanol műanyaggal és gumival való reakcióképességét. A gépkocsitárolókra vonatkozó előírások A metanollal üzemelő gépjárműveket a tűz- és robbanásveszélyes anyagokra vonatkozó törvény előírásai szerint szabad tárolni. Ha a reformáló egységet úgy állítják be, hogy a hidrogén termelődése a gépkocsi leállításakor leáll, és a gázrendszerben meglevő és a felszabaduló hidrogén mennyisége 10 dm 3 -nél kevesebb, a gépjárműnél nincs robbanásveszély. A tűzveszély hasonló a benzinüzemű gépjárművekéhez. A CGH 2 gépjárműveket a tömör gázrendszerük miatt a kikapcsolás során úgy kell kezelni, mint a földgázhajtású gépjárműveket. A gépkocsitárolókra vonatkozó rendelet feloldotta a nyomás alatt levő gázzal üzemelő gépjárművekre vonatkozó parkolási tilalmat. A CGH 2 gépjárművek elhelyezése a gépkocsitárolókban ma már előzetes jóváhagyás nélkül megengedett. Ha a gépkocsitárolóban csak CGH 2, földgáz- vagy dízelüzemű gépjárműveket tárolnak, a gépkocsitárolók működését szabályozó rendelet szerint nem szükséges a tárolók levegőztetése. Veszélyes mértékű CO-emisszió ezekből a gépjárművekből nem keletkezik. A robbanás kockázatának csökkentése érdekében sem szükséges minden esetben a gépkocsitároló levegőztetése. Meghibásodás esetén a kilépő hidrogén a tároló felső légterében összegyűlik. Ezt a területet 2. robbanásveszélyes zónaként kell kezelni, és az összegyűlt hidrogént el kell vezetni. Ehhez a tető legmagasabb pontján levegőztető nyílásokat kell kialakítani, amelyek gyújtóforrásmentes módon (pl. nyomás alatti levegővel) nyílnak, és a tetőbe épített hidrogéngáz-érzékelő szabályozza a működésüket. A levegőztetőnyílások füstelvezető szeleppel kombinálhatók. A robbanás kockázatának minimálisra csökkentése érdekében a levegőztetőnyílásoknak az alsó robbanási határ elérésekor ki kell nyitniuk. Az üzemi tapasztalatok szerint a levegőztetők nyitása az alsó robbanási határ 25%-ának elérésekor (azaz 1 %(V/V) hidrogénkoncentráció esetén) már megtörténik. A levegőztetők nyitásakor vészjelzésnek is meg kell szólalnia, és a gépkocsitárolót az ott tartózkodó személyeknek azonnal el kell hagyniuk.

6 Az LH 2 -gépjárművek nem teljesen gáztömörek. A gépkocsitárolókban való elhelyezésük során ezért különleges intézkedéseket kell tenni a robbanásveszély megszüntetésére. Ehhez például minden gépjárművet a fentiekben leírt, a lefúvatóvezetékben elhelyezett robbanás ellen védő katalizátorral lehet felszerelni vagy a tárolóban levegőztetőt kell kialakítani. A gépkocsitárolók működését szabályozó rendelet szerint a tárolókat COérzékelővel kell felszerelni. Ez a hidrogénnel üzemelő gépjárművek esetében nem szükséges, mert ezek a gépjárművek nem vagy csak kis mennyiségben bocsátanak ki CO-t. Ha a tárolóban csak hidrogénüzemű gépjárművet helyeznek el, az illetékes építészeti hatóságtól felmentést kell kérni a gépkocsitárolókra vonatkozó rendelet CO-mérésre vonatkozó előírásai alól. (Regősné Knoska Judit) Wilms, W.: Arbeitsschutz beim Betrieb von Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb. = Technische Überwachung, 43. k. 10. sz p McEnaney, B.: Go further with H 2. = Chemistry in Britain, 39. k. 1. sz p