Водород

 Введение

Водород – в нормальных условиях представляет собой горю¬чий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. С воздухом и кислородом водород может образовывать взрывчатую смесь (так называемый гремучий газ).

Получают водород электролизом воды, методом глубокого охлаждения газовых смесей, содержащих водород, разложением водяного пара при пропускании его через слой раскаленного железа и другими способами. Также возможно его получение в специальных водородных генераторах путем воздействия серной кислоты на железную стружку и цинк.

Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80.

Водородно-кислородное пламя – синего цвета и не имеет четких очертаний характерных зон, что затрудняет его регулировку.

В чистом виде водород для газопламенной обработки металлов применяется сравнительно редко. Чаще всего он является одним из компонентов составного горючего газа.

В зависимости от назначения технический водород выпускается в сжатом и несжатом виде трех марок:

А – используется в электронной, фармацевтической, химической промышленностях, в порошковой металлургии: для осаждения тугоплавких соединений из окислов металлов; при спекании изделий из порошковых материалов, содержащих хром и нержавеющие стали;

Б – используется в электронной, химической, цветной металлургии, фармацевтической промышленностях, промышленности средств связи и в энергетике;

В – используется в пищевой промышленности для гидрогенизации жиров, для гидрирования в процессах органического синтеза, в качестве защитных и охлаждающих сред в электротехнической промышленности, для нужд гидрометеослужбы.

ГОСТ 51673-2000 регламентирует качество и свойства газообразного чистого водорода, применяемого в ракетно-космической технике, в хроматографии, в процессах термообработки металлопродукции, при получении ультрадисперсных металлических порошков и особо чистых металлов, спекании изделий из порошковых материалов, изготовлении изделий электронной техники, нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей и других отраслях промышленности и научных исследованиях.

Газообразный чистый водород в сжатом состоянии выпускают высшего, первого и второго сортов.

 Свойства водорода

Основные свойства водорода приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Основные свойства водорода

Показатель	Данные показателя
Формула	H2
Молекулярная масса	2,016
Плотность (при 0 °С и 101,3 кПа), кг/м3	0,090
Плотность (при 20 °С и 101,3 кПа), кг/м3	0,0837
Минимальная энергия зажигания, МДж	0,017
Температура кипения, °С	–253
Температура плавления, °С	–259
Температура пламени, °С	2000–2100
Температура критическая, °С	–240,2
Температура воспламенения, °С	410–590
Давление критическое, МПа	1,28
Теплота плавления, кДж/кг	173,40
Высшая теплота сгорания, МДж/м3	12,80
Низшая теплота сгорания, МДж/м3	10,83
Высшая теплота сгорания, МДж/кг	141,90
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	120,10

Технический водород по физико-химическим показателям должен соответствовать значениям, указанным в таблице 2.

Таблица 2 — Физико-химические показатели технического водорода

Наименование показателя	Норма для марки
	А Высшая категория качества	Б Высшая категория качества	В
			Высшая категория качества Высший сорт	Первая категория качества Первый сорт
Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, %, не менее	99,99	99,95	98,5	97,5
Общая объемная доля газов (кислорода, азота, окиси углерода, метана, двуокиси углерода) в пересчете на сухой газ, %, не менее	0,005	0,05	1,5	2,5
Концентрация водяных паров в трубопроводах и в резинотканевых газгольдерах при 20 °С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более	0,5	0,5	25,0	25,0
Концентрация водяных паров в баллонах под давлением при 20 °С и 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не более	0,2	0,2	1,0	1,0
Наличие щелочи	Не определяется	Должен выдерживать испытания по п.4.6 (ГОСТ 3022-80)
Наличие сероводорода	Не определяется		Должен выдерживать испытания по п.4.7 (ГОСТ 3022-80)
Наличие хлора	Не определяется		Должен выдерживать испытания по п.4.8 (ГОСТ 3022-80)
Наличие масла	Не определяется		Должен выдерживать испытания по п.4.9 (ГОСТ 3022-80)

Газообразный чистый водород по физико-химическим показателям должен соответствовать значениям, указанным в таблице 3.

Таблица 3 — Физико-химические показатели газообразного чистого водорода

Наименование показателя	Значение
	Высший сорт	Первый сорт	Второй сорт
Объемная доля водорода в пересчете на сухой газ, %, не менее	99,9999	99,999	99,994
Суммарная объемная доля кислорода и аргона, %, не более	0,00002	0,0002	0,002
Объемная доля азота, %, не более	0,00005	0,0005	0,002
Объемная доля метана, %, не более	0,00003	0,0003	0,002
Объемная доля паров воды, %, не более	0,0002	0,002	0,004

 Транспортирование и хранение

Техническим водородом наполняют стальные баллоны емкостью 40 и 50 дм³ по ГОСТ 949 под давлением (14,7±0,5) МПа [(150±5) кгс/см²] при 20 °С.

Технический водород транспортируется также по трубопроводу.

Давление газа в баллоне и в трубопроводе измеряют манометром по ГОСТ 8625-77 класса точности не ниже 2,5.

Газообразным чистым водородом соответствующего сорта наполняют специально подготовленные баллоны вместимостью 40 и 50 дм³ по ГОСТ 949 под давлением (14,7±0,5) МПа [(150±5) кгс/см²] при 20 °С или стальные бесшовные баллоны большого объема по ГОСТ 12247 под давлением (39,2±1,0) МПа [(400±10) кгс/см²] при 20 °С, или контейнеры.

Давление газа в баллоне (контейнере) измеряют манометром по ГОСТ 2405 класса точности не ниже 1,5.

Баллоны должны возвращаться потребителем с остаточным давлением водорода не ниже 0,05 МПа (0,5 кгс/см²).

Транспортная маркировка - по ГОСТ 14192 с нанесением на маркировочный ярлык манипуляционного знака «Беречь от нагрева», а также знаков опасности по ГОСТ 19433 (класс опасности 2, подкласс 2.3, классификационный шифр 2311), номер ООН - 1049.

Баллоны, наполненные водородом, транспортируют транспортом всех видов, кроме авиации, в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на транспорте соответствующего вида, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Транспортирование баллонов должно производится в горизонтальном положении с прокладками между баллонами или в вертикальном положении обязательно с ограждением от возможного падения.

Совместная перевозка баллонов с водородом и кислородом категорически не допускается.

Баллоны, наполненные водородом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим баллоны от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Складское хранение баллонов с водородом и баллонов с другими газами допускается только в помещениях, изолированных друг от друга.

 Требования безопасности

Водород – бесцветный горючий газ без запаха. Плотность водорода при нормальных условиях - 0,0899 кг/м³, плотность по воздуху - 0,0695.

Водород физиологически инертен, при высоких концентрациях вызывает удушье. Наркотическое действие проявляется при высоких давлениях.

При работе в среде водорода необходимо пользоваться изолирующим противогазом (кислородным или шланговым).

Водород коррозионно неактивен, диффундирует через нагретые металлы и растворяется в них; при нормальных условиях химически малоактивен, термически устойчив. Химическая активность водорода увеличивается при повышении температуры, под действием ультрафиолетового и радиоактивного излучений.

В смеси с воздухом и кислородом водород пожаровзрывоопасен, что обусловлено низким значением минимальной энергии зажигания водородно-воздушной смеси (0,017 мДж), высоким значением минимальной теплоты сгорания (121000 кДж/кг) и широкой областью горения и детонации.

Концентрационные пределы распространения пламени для водородно-воздушной смеси – 4,12–75 % об., для водородно-кислородной смеси – 4,1–96 % об.

Водород способен проникать через мельчайшие дефекты уплотнений в окружающую среду, образуя взрывоопасные смеси с воздухом. Поэтому при работе необходимо обращать особое внимание на герметичность аппаратуры и газовых коммуникаций.

Температура самовоспламенения водородно-воздушной смеси – 510 °С.

Смеси водорода с воздухом относятся к категории взрывоопасности IIC, группе взрывоопасности Т1 по ГОСТ 12.1.011.

Показатели пожаровзрывоопасности водорода определены по ГОСТ 12.1.044.

Смесь с хлором (1:1) на свету взрывается; с фтором водород соединяется со взрывом в темноте; смесь с кислородом (2:1) – гремучий газ.