Vätgas

Egenskaper för vätgas

Vätgas är en brandfarlig gas som är färg-, lukt- och smaklös. Den är inte korrosiv eller giftig men kan i höga koncentrationer vara kvävande om luftens syre trängs undan. Det är en brännbar och brandfarlig gas enligt lagen (2010:1011) om brandfarliga och explosiva varor (LBE), det vill säga att den är antändbar i luft vid en temperatur av 20°C och normalt lufttryck (101,3 kPa). Vätgas har lägst densitet av alla gaser (ca en fjortondel av lufts densitet). Den har även hög så kallad diffusivitet (den hastighet med vilken gasen kan spridas).

Vätgas har ett stort brännbarhetsområde, 4–74 volyms-% och antändningsenergin är låg (0,017 mJ) över en stor del av brännbarhetsområdet. Temperaturen hos en jetflamma uppgår till ca 2000°C men då andelen av effekten som strålar ut från en jetflamma inte är lika hög som för kolvätegaser, i kombination med att förbränningstemperaturen för vätgas är hög, så blir avgaserna från förbränningen extra heta.

Vätgas/luft-blandningar brinner med en mycket hög flamhastigheten vilket gör att tryckökningen vid en förbränning av en vätgas/luft-blandning blir mycket högre än för många andra brandfarliga gaser.

Vätgasmolekylens storlek leder till en förhållandevis hög flöde både vid genomträngning av olika material och vid en potentiell läcka genom till exempel anslutningar eller tätningar jämfört med andra gaser.

Vätgas kan påverka metalliska material exempelvis genom så kallad väteförsprödning och genom väte-attack vid hög temperatur. Väte-attack förekommer främst vid applikationer som använder hög temperatur.

Risker med vätgas

Riskerna i samband med hantering av vätgas sammanfaller i flera avseenden med andra brandfarliga gaser. De avviker något för de egenskaper som är kopplade till:

• densitet
• diffusivitet
• Andtändbarhet
• strålningsandel och heta förbränningsgaser
• höga tryck vid viss hantering
• egenskaper vid explosion i olika miljöer
• risker kopplade till väteförsprödning.

Vid ett utsläpp sprider sig vätgas snabbt genom sin höga diffusivitet. Av den anledningen kan vätgas vara svår att detektera. Av samma anledning späds den också snabbt ut till antändningsbara koncentrationer. Den låga densiteten gör att vätgasen snabbt stiger och kan ansamlas i högt belägna utrymmen där den kan utgöra en explosionsrisk.

Den höga antändbarheten för vätgas gör att ett utsläpp under vissa omständigheter kan antändas. Scenarier med antända utsläpp blir för vätgas vanligare jämfört med många andra brandfarliga gaser. Det finns många uppgifter om under vilka betingelser vätgas självantänder, vilket beskrivs i olika antändningsmodeller som används vid kvantitativ riskanalys, QRA (Quantitative Risk Assessment). De betingelser som behöver vara uppfyllda för att vätgas ska självantända vid ett läckage är bland annat beroende av gasens tryck och flöde. Högre tryck och högre flöde ökar sannolikheten för självantändning men det är svår att peka ut när sannolikheten börjar bli så stor att den inte längre är försumbar i risksammanhang.

De heta förbränningsgaserna vid jetflammor består till stor del av vattenånga. Det gör att värmeöverföring till byggnader och människor ser annorlunda ut jämfört med kolvätegaser där strålningsandelen från jetflamman är högre. För vätgas är det mer relevant att titta på avgasernas temperatur snarare än strålningsvärmen för att beräkna skadeverkan på människor. För byggnader är det svårare att komma fram till ett lämpligt skadekriterie. I de sammanhangen får ett konservativt resonemang föras.

När vätgas innesluts i olika utrymmen och exploderar kan tryckvågen studsa mot omgivningen och bidra till ytterligare förstärkning av det totala trycket. Inneslutningen behöver heller inte vara total som i ett rum med både väggar och tak utan det kan räcka med tre väggar utan tak för att en förstärkning av explosionstrycket ska uppnås. Explosionstrycket kan också bli högt om ett gasmoln med en blandning av luft och vätgas befinner sig i områden som kan förändra flamfronten vid en explosion, exempelvis ett område med många hinder. När det händer ökar intensiteten i förbränningen och explosionen kan till och med övergå i detonation. På anläggningar för vätgas är det viktigt att minska graden av instängdhet och att minimera områden med hinder. I det senare fallet kan det handla om att klä in hinder som exempelvis rörgator och att hålla tillräckliga avstånd mellan tänkbar utsläppskälla och föremål som kan verka hindrande.

Vätgasmolekylens storlek medför att den har en hög benägenhet att läcka genom kopplingar och flänsar. Kraven i föreskrifterna (SRVFS 2004:7) om explosionsfarlig miljö vid hantering av brandfarliga gaser och vätskor, innebär att risken för vätgas i den dagliga driften av anläggningar kan hållas på en acceptabel nivå för mindre läckage. För att hantera större läckage kan andra åtgärder som exempelvis forcerad ventilation behövas.

Vid väteförsprödning tränger väteatomer in i metallens struktur och försämrar därmed metallens mekaniska egenskaper, som duktilitet (som är ett mått på materialets förmåga att utsätts för plastisk deformation utan att spricka) samt brottseghet. Det leder till att exempelvis livslängden med avseende på utmattning kan minska.