Flammability Limits and Mixing Behavior of an Under-Expanded Hydrogen-Blended Natural Gas Jet Following Accidental Pipeline Release
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि पाइपलाइन परिचालन दबाव अंडर-एक्सपेंडेड जेट्स के फैलाव और ज्वलनशीलता को नियंत्रित करने वाला प्रमुख कारक है, प्राकृतिक गैस में 20% तक हाइड्रोजन मिलाने का प्रवाह व्यवहार पर नगण्य प्रभाव पड़ता है, जो यह सुझाव देता है कि प्राकृतिक गैस रिसाव के लिए मौजूदा सुरक्षा दिशानिर्देश लागू रहने योग्य हैं।
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जब प्राकृतिक गैस ले जाने वाला एक उच्च-दबाव वाला पाइप फट जाता है, तो निकलने वाली गैस केवल बहकर दूर नहीं जाती; यह एक हिंसक, सुपरसोनिक जेट के रूप में बाहर की ओर विस्फोट करती है। यह अचानक होने वाली रिहाई शॉक वेव्स (आघात तरंगों) और विक्षोभ (टर्बुलेंस) का एक जटिल नृत्य पैदा करती है, जो आसपास की हवा को संकुचित और गर्म कर देती है। दशकों से, इंजीनियर शुद्ध प्राकृतिक गैस के लिए बनाए गए सुरक्षा नियमों पर भरोसा करते आए हैं ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि यह खतरनाक बादल कितनी दूर तक जाएगा और कहाँ आग लग सकती है। हालाँकि, आज ऊर्जा कंपनियाँ एक स्वच्छ ईंधन बनाने के लिए इन पाइपलाइनों में हाइड्रोजन मिलाना शुरू कर रही हैं। हाइड्रोजन प्राकृतिक गैस की तुलना में अलग तरह से जलता है; यह अधिक आसानी से प्रज्वलित होता है और सांद्रता (कंसंट्रेशन) की बहुत व्यापक श्रेणी में जल सकता है। इसने सुरक्षा विशेषज्ञों के सामने एक महत्वपूर्ण प्रश्न खड़ा कर दिया है: यदि हम मिश्रण में हाइड्रोजन मिलाते हैं, तो क्या निकलने वाली गैस का अदृश्य बादल इस तरह व्यवहार करेगा जिससे वर्तमान सुरक्षा नियम अप्रचलित हो जाएं?
ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक उच्च-दबाव वाली पाइपलाइन के विफल होने के सटीक क्षण का अनुकरण (सिमुलेशन) करके इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने हवा में फूटते गैस जेट के भौतिकी को फिर से बनाने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया, और उन मिश्रणों का परीक्षण किया जिनमें शून्य से लेकर बीस प्रतिशत तक हाइड्रोजन शामिल था। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या हाइड्रोजन के जुड़ाव ने शॉक वेव्स के आकार, गैस के तय किए गए सफर की दूरी, या हवा के साथ मिलकर ज्वलनशील बादल बनाने की गति को बदला। सिमुलेशन कठोर थे, जिसमें इस तथ्य का ध्यान रखा गया कि उच्च दबाव पर, गैसें सरल, आदर्श तरल पदार्थों की तरह व्यवहार नहीं करती हैं, और उन्हें वास्तविक दुनिया के प्रयोगों के विरुद्ध सावधानीपूर्वक जांचा गया ताकि डिजिटल मॉडल सटीक हों।
शोधकर्ताओं ने पाया कि मिश्रण में हाइड्रोजन की मात्रा, पाइप के भीतर के दबाव की तुलना में बहुत कम मायने रखती है। चाहे गैस शुद्ध प्राकृतिक गैस हो या बीस प्रतिशत हाइड्रोजन वाला मिश्रण, जेट का व्यवहार इस मामले में लगभग समान था कि वह कितनी दूर तक आगे बढ़ा, उसने कितनी हवा खींची, और खतरनाक ज्वलनशील क्षेत्र कितना बड़ा हुआ। आपदा को आकार देने वाली प्रमुख शक्ति स्वयं पाइपलाइन का दबाव थी। चार मेगापास्कल पर संचालित होने वाली एक उच्च-दबाव वाली ट्रांसमिशन लाइन से होने वाली रिहाई ने एक ऐसा जेट बनाया जो 0.4 मेगापास्कल वाली कम-दबाव वाली वितरण लाइन की तुलना में बहुत अधिक दूर तक गया और बहुत अधिक तीव्रता से मिश्रित हुआ। परीक्षण की गई सीमा के भीतर, हाइड्रोजन की मात्रा दबाव की उस प्रचंड शक्ति की तुलना में एक मामूली कारक थी जो गैस को बाहर धकेल रही थी।
यह निष्कर्ष बताता है कि प्राकृतिक गैस पाइपलाइनों के लिए वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले सुरक्षा दिशानिर्देश संभवतः तब भी लागू रह सकते हैं जब हाइड्रोजन को मिलाया जा रहा हो, कम से कम बीस प्रतिशत के स्तर तक। कंप्यूटर मॉडल ने दिखाया कि शॉक संरचनाएं, जो हवा में स्पष्ट छल्लों और डिस्क की तरह दिखती हैं, और वे विक्षुब्ध मिश्रण परतें (टर्बुलेंट मिक्सिंग लेयर्स) जो यह निर्धारित करती हैं कि गैस कितनी तेज़ी से पतला होती है, हाइड्रोजन द्वारा महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तित नहीं हुई थीं। एकमात्र बड़ा अंतर यह था कि मिश्रण की ज्वलनशील सीमा थोड़ी स्थानांतरित हो गई थी, लेकिन बादल द्वारा तय की गई भौतिक दूरी और उसके फैलने की गति पाइपलाइन के दबाव द्वारा ही निर्धारित थी। अध्ययन ने यह भी पुष्टि की कि सटीक कंप्यूटर मॉडलिंग के लिए गैस को एक वास्तविक पदार्थ के रूप में मानना आवश्यक है जो अत्यधिक दबाव में घनत्व और तापमान बदलता है, न कि उन सरलीकृत धारणाओं का उपयोग करना जो केवल कम-दबाव वाले परिदृश्यों में काम करती हैं।
अंततः, यह कार्य हाइड्रोजन ऊर्जा की ओर संक्रमण के लिए एक आश्वस्त करने वाला डेटा बिंदु प्रदान करता है। यह इंगित करता है कि प्राकृतिक गैस के लिए निर्मित बुनियादी ढांचा मध्यम मात्रा में हाइड्रोजन को संभालने के लिए पर्याप्त मजबूत है, बिना किसी नए, अप्रत्याशित खतरे को पैदा किए। प्राथमिक जोखिम कारक सिस्टम का ऑपरेटिंग प्रेशर है, न कि उसके भीतर मौजूद गैसों का विशिष्ट मिश्रण। हालांकि शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि उनका अध्ययन बीस प्रतिशत तक के मिश्रण और विशिष्ट दबाव सीमाओं तक सीमित था, उनके परिणाम एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं: सुरक्षा आकलन पाइपलाइन के दबाव पर केंद्रित होने चाहिए, और गैस के फैलाव की वर्तमान समझ ईंधन मिश्रण के विकसित होने पर भी सत्य बनी रहती है।
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