Ignition probability of hydrogen facilities

Abstract

Sikkerhet er et viktig aspekt for at hydrogen skal vokse som energibærer. I sikkerhetsrådgivning er ofte målet med en risikoanalyse å finne en tennsannsynlighet. Hvis man kombinerer tennsannsynligheten med andre parametre, kan dette brukes til å avgjøre om et anlegg er trygt, og om det tilfredsstiller krav fra myndigheter. For å oppnå et resultat som er mest mulig nøyaktig, er det viktig å bruke en passende tennsannsynlighetsmodell. Dette er et av målene i SAFEN-prosjektet, og vil være fokusområdet i denne masteroppgaven. I oppgaven simuleres hydrogenlekkasjer med CFD-verktøyet KFX RBM. Dette gjøres for å finne en tennsannsynlighet for en hydrogenfyllestasjon og en fraktcontainer for hydrogen. I tillegg brukes resultatene til å beskrive hydrogenets oppførsel når man simulerer utslipp med CFD, og beskrive viktige designdetaljer når man skal konstruere et hydrogenanlegg som har lav risiko for ulykke. Når det ble brukt utslippsrater på 0.1, 1 og 10 kg/s for å tømme en hydrogentank på 13 kg, ble det funnet tennsannsynligheter på 1.7%, 12.0% og 8.6% respektivt. Det ble også konkludert med at det er viktig med vegger rundt utslippspunkter for å hindre stor gassspredning, og å bruke utstyr som er godkjent for bruk i brennbare atmosfærer for å forebygge en høy tennsannsynlighet. Denne masteroppgaven gir et detaljert bilde over hva som bidrar til en tennsannsynlighet, og et bredt perspektiv på modellering av tennsannsynlighet.

For hydrogen to grow as an energy carrier, safety is highly important. In risk consultant businesses, the goal of a risk assessment is often to find an ignition probability. This can in turn be used with other parameters to make up an overall risk level of a certain facility, and whether or not the facility meets regulatory demands. To ensure accuracy of the final result, a proper ignition probability model is required. This is one of the goals of the SAFEN project, and will be the focus of this master thesis. In the present thesis, hydrogen leaks are simulated with the CFD software KFX RBM, and the ignition probability for a hydrogen refueling station and hydrogen storage container are obtained. In addition, the results are used to describe the behaviour of hydrogen leaks when simulated with CFD software, and construct key design points for hydrogen facilities to lower the risk of accidents. When using leak rates of 0.1, 1 and 10 kg/s to empty a 13 kg vessel of hydrogen, the ignition probability obtained was 1.7%, 12.0% and 8.6% respectively. Design details such as fencing surrounding leak sources, and using equipment rated for use in explosive atmospheres were found to be key to ensure a low ignition probability. The thesis will provide a detailed picture of what contributes to an ignition probability, and a wide perspective of ignition probability modelling.