Parametric Analysis of the Structural Integrity of a Protective Wall Installed Onboard a Hydrogen Tube Trailer

Abstract

Hydrogen er en lovende kandidat for å erstatte konvensjonelle drivstoff og oppnå målet for klimagassutslipp. Dette har resultert i en større interesse for utviklingen av hydrogen som energibærer. Til tross for fremskritt innen teknologiene relatert til hydrogen, er sikkerhet fortsatt en stor bekymring for hydrogens sosiale aksept. Selv om det er en mengde forskning for å designe sikkerhetsbarrierer i tilfelle den katastrofale eksplosjonen av hydrogen, mangler det forskningsarbeid om førerens sikkerhet under transport av hydrogen via tilhengere, selv om det er mange rapporterte hydrogen- relaterte ulykker der sjåførene var de første rapporterte omkomne. Målet med studien er å utvikle konsekvensreduserende barrierer for tap av inneslutning av komprimert gassformig hydrogen (CGH2) under transport. På grunn av det teoretiske grunnlaget som ble etablert i masterns spesialiseringsrapport med MCE AS, ønsket selskapet å studere videre utformingen av førerhusets sikkerhetssystem mot høytrykkssprengning forårsaket av tap av CGH2-inneslutning. Studien fokuserer på utformingen av en ny kontinuerlig vegg mellom førerhuset og lagringstankene for hydrogen. Valget av veggen er basert på modellering av et potensielt storeffektulykkesscenario, med trykkstøt mot veggen. Deretter er alternativene for konstruksjon av veggen basert på tilgjengelige materialer i samsvar med MCEs teknologiske evner, styrken på materialene og tillatte veggdimensjoner. Studien evaluerer et utvalg av designhensyn for valg av sikkerhetsbarrierevegg, der sammenligninger blir gjort mellom den enkle barriereveggen, den forsterkede veggen og den femkantede armerte barrieren. Responsen på eksplosjonens overtrykkeffekt studeres og det konkluderes med at det ved hjelp av en forsterket femkantet vegg med en tykkelse på 50 mm er mulig å beskytte førerhuset mot den kritiske hendelsen av hydrogentankeksplosjon.

Hydrogen is a promising candidate for replacing conventional fuels and achieving the greenhouse gaseous emissions target. This has resulted in a greater interest in the development of hydrogen as an energy carrier. Despite advances in the technologies related to hydrogen, safety remains a major concern for hydrogen's social acceptance. Even though there is a body of research to design safety barriers in the case of the catastrophic explosion of hydrogen, there is a lack of research work on the safety of the driver during the transport of hydrogen via trailers even though there are many reported hydrogen-related accidents where the drivers were the first reported casualties. The objective of the study is to develop consequence-reducing barriers for the loss of containment of compressed gaseous hydrogen (CGH2) in transportation. Due to the theoretical foundation established in the master's specialization report with MCE AS, the company wanted to study further the design of the driver's cabin safety system against the high-pressure blast caused by the loss of CGH2 containment. The study focuses on the design of a novel continuous wall between the driver’s cabin and hydrogen storage tanks. The selection of the wall is based on modeling a potential high-impact accident scenario, with pressure shocks against the wall. Then, the options for the construction of the wall are based on the available materials consistent with MCE’s technological capabilities, the strength of materials, and allowable wall dimensions. The study evaluates a selection of design considerations for choosing a safety barrier wall, where comparisons are made between the simple barrier wall, reinforced wall, and the pentagonal reinforced barrier. The response to the overpressure effect of the explosion is studied and it is concluded that by using a reinforced pentagonal wall of 50mm thickness, it is possible to safeguard the driver’s cabin against the critical event of hydrogen tank explosion.