Съвети за безопасно съхранение на водород при използване на промишлени генератори на водород

Разбиране на опасностите от водород, специфични за употреба на място на генератора

Опасности от запалимост и възпламеняване в затворени среди на генератори

Фактът, че водорода се възпламенява при само 0,02 mJ и гори в концентрация между 4% и 75% във въздуха, го прави наистина опасен в затворени помещения за генератори. Дори миниатюрен искров разряд от електрическо оборудване или статично електричество може да предизвика пожар, особено като се има предвид, че пламъците на водорода са почти невидими, докато не стане твърде късно. Водородът се издига около 14 пъти по-бързо от обикновения въздух, поради което има тенденция да се натрупва точно под таваните и около местата, където генераторите изпускат газове. Ако няма подходяща система за вентилация, тези водородни „джобове“ могат да достигнат опасни нива над 4% само за няколко минути. Според насоките на NFPA 2, помещенията за генератори трябва да осигуряват поне една пълна смяна на въздуха на час. Проучвания показват, че ако отводните отвори са разположени първо на нивото на тавана, вместо на стените, както е при повечето системи, това намалява риска от опасно натрупване с около 92%. Това напълно има смисъл, като се има предвид как водородът естествено се стреми да се издига.

Влияние на водородната крехкост върху тръбопроводите и вентилите, интегрирани в генератори

Когато части от въглеродна стомана в системи за захранване на генератори останат твърде дълго в среди с високо налягане на водород, те страдат от така нареченото овложняване от средата с водород (HEE). Проблемът възниква, когато атомен водород проникне в решетъчната структура на метала, което кара материалите да загубят способността си да се деформират преди скъсване. Говорим за рязко намаляване на ковкостта — понякога до 60%, което означава, че компонентите могат да се напукат изненадващо дори при работа под половината от нормалните им граници на налягане. Финансовото въздействие също не е незначително. Според последни изследвания на Института Понеман, компаниите обикновено понасят разходи от около 740 000 щатски долара при всяко подобно събитие с овложняване. Затова изборът на подходящия материал е толкова важен. Аустенитната неръждаема стомана клас 316L се отличава с устойчивост към овложняване приблизително пет пъти по-добра от тази на обикновената въглеродна стомана в инсталации за генериране на водород. Промишлените стандарти като NFPA 2 и ISO 19880-8:2020 също не са просто препоръки. Те конкретно изискват тестване за съвместимост на всеки компонент, който влиза в контакт с водород, за да се гарантира, че производителите няма да правят компромиси по този критичен въпрос на безопасност.

Тези рискове се усилват, когато генераторите работят в непосредствена близост до съдове за съхранение, което изисква интегрирани протоколи за безопасност, отчитащи както непосредствените рискове от пожар, така и постепенното разрушаване на материалите.

Рамки за спазване на изискванията при съхранение на водородни генератори

Изисквания на NFPA 2 и ISO 19880 за локална генерация и интегрирано съхранение

Стандартът NFPA 2 заедно с ISO 19880 задават основните правила за безопасност на системите за производство на водород, включващи компоненти за съхранение. Тези насоки изискват проверка дали материалите, използвани в клапани, тръби и съдове под налягане, могат да издържат на въздействието на водороден газ, което решава проблема с охрупчването на метали, наблюдаван при минали индустриални аварии. Стандартите изискват резервни механизми за отпускане на налягане, подходящо разстояние между зоните за съхранение и потенциални източници на запалване, както и надеждни системи за наблюдение на вентилацията, които се активират при нужда. Според NFPA 2, помещенията за генератори трябва да осигуряват поне една пълна смяна на въздуха на час. Междувременно версията ISO 19880-8:2020 отива по-далеч, като задължава автоматични детектори на течове, достатъчно чувствителни да засекат нива на водород под 1%, което е безопасно под прага, при който биха възникнали проблеми с възпламеняване. За да се осигури спазване на изискванията, обектите трябва да получават сертифициране на резервоарите за съхранение от независими експерти на всеки пет години. Протоколите за аварийно изключване трябва да бъдат ясно документирани, подкрепени от редовни измервания на налягането и тестове за цялостност, показващи, че защитните буфери остават непокътнати дори и при условия, надвишаващи нормалните работни параметри.

Съответствие с OSHA и местните нормативи за обекти за производство на водород

Настройването на водородни генератори изисква справяне с плетеница от правила от различни нива на правителството. Обектите, които обработват повече от 1500 паунда водород, попадат под правилата на OSHA за управление на процесната безопасност, посочени в 29 CFR 1910.103. Това означава провеждане на надлежащи оценки на риска, поддържане цялостността на оборудването и осигуряване персоналът да знае какво прави. Всички тези мерки за безопасност трябва да работят заедно с изискванията от Глава 53 на Международния пожарен кодекс. Този кодекс включва електрически системи, които не предизвикват пожари, и задължителни разстояния за разполагане на резервоари спрямо имотните граници. Повечето градове следват насоките на NFPA 55 при определяне на лимитите за количеството съхраняван водород в зависимост от типа сграда. Някои райони прилагат допълнителни правила относно земетресения или околната среда, особено важно за резервоари, разположени навън. Редовни проверки на всеки три месеца помагат да се гарантира, че всичко продължава да отговаря на всички тези стандарти, като се обърне специално внимание на резервните системи за съдържане и документиране на ефективността на системите за вентилация в практиката.

Избор на безопасни решения за съхранение на водород, подходящи за генератори

Резервоари тип III и тип IV: Производителност, параметри за безопасност и интеграция с габаритите на водородните генератори

На днешния пазар резервоарите от тип III (тези с навивка от въглеродно влакно върху алуминиеви подложки) и резервоарите от тип IV (въглеродно влакно върху термопластмаса) са станали предпочитаното решение за съхранение на водород непосредствено до мястото, където той се произвежда на място. Моделите от тип III обикновено издържат на налягане между 300 и 700 бара и се отличават с добра устойчивост при ударите, както и с висока издръжливост спрямо постоянните вибрации, присъстващи в много индустриални среди. От друга страна, резервоарите от тип IV надвишават капацитета от 700 бара, напълно елиминирайки риска от охрупчаване, тъй като техните подложки изобщо не са метални. Те са подходящи при директно свързване към системи за захранване с водород. И двата типа са оборудвани със специални термични предпазни устройства за регулиране на налягането, наречени TPRD. Когато температурата се повиши прекомерно при пожар, тези устройства автоматично освобождават водороден газ. Това всъщност е изключително важна безопасносна характеристика, особено в тесни помещения за генератори, където експлозиите биха били катастрофални.

Хоризонталното монтиране на оборудването помага да се избегнат припокриващи се площи с платформите на генераторите, а поставянето на модулите един върху друг улеснява разширяването на капацитета при нужда. Когато температурата на околната среда достигне около 55 градуса Целзий, резервоарите от тип IV всъщност имат приблизително 30 процента по-добри безопасни граници в сравнение с обикновените стоманени резервоари, както сочат проучванията, публикувани миналата година в Energy Storage Journal. Освен това тези резервоари имат приблизително 19% по-малка вероятност да получат течове при подобни условия. Места с ограничено пространство все още могат да използват подземни инсталации от тип III. Тези системи се вписват добре в съществуващата инфраструктура, без да пречат на достъпа до точките за обслужване на генераторите или блокират необходимите въздушни потоци за подходящо вентилиране.

Инженерни мерки: Вентилация и откриване на течове за обекти с водородни генератори

Вентилационен дизайн с приоритет на тавана за намаляване на стратификацията на водорода около генераторите

Тъй като водородът се издига толкова лесно във въздуха, правилната вентилация става абсолютно задължителна, за да се улови изтичащият газ, преди той да се натрупа до опасни нива. Системите, монтирани на нивото на тавана, работят най-добре, тъй като създават възходящ поток въздух, който улавя водорода точно там, където естествено има тенденция да се събира. Тези конфигурации обикновено осигуряват около 12 до 15 пълни въздушни размяны на час, което поддържа концентрациите на водород значително под 4%, когато нещата стават запалими. Междувременно отворите за вентилация, поставени близо до пода, помагат за поддържане на равномерен въздушен поток в цялото пространство, предотвратявайки мъртви зони, където газът може да се натрупва след наличие на теч. Според компютърни модели, симулиращи моделите на въздушния поток, тази подредба намалява риска от слоистост с почти 92% в генераторни помещения с обем под 500 кубически метра. Това прави тези насочени към тавана системи значително по-ефективни при осигуряване на безопасност в сравнение с по-старите алтернативи, монтирани на стени, които просто не управляват уникалните свойства на водорода толкова ефективно.

Ръководство за избор на сензори: Лазерно абсорбционни срещу електрохимични сензори за реално време мониторинг на генератори на водород

Ефективното засичане на течове изисква съгласуване на технологията на сензора с риска от приложение и пространствен мащаб:

Лазерните сензори за абсорбция осигуряват мониторинг в реално време на цели области чрез тези отворени лъчеви пътища. Те работят изключително добре в големи генераторни помещения, където газовете се разпространяват бързо и се изискват ранни предупреждения за откриване. От друга страна, електрохимичните сензори са отлични за точно локализиране на конкретни проблемни места като фланци или клапани, макар че се нуждаят от по-честа проверка и подмяна в сравнение с лазерните аналогови модели. В повечето обекти днес се прилага т.нар. многослойна стратегия. Поставят се лазерни сензори близо до тавана, за да се засича движението на голям обем газ, а електрохимични единици се групират точно в точките на свързване, където най-често възникват течове. Такава конфигурация обикновено засича около 99,6 процента от течовете, преди нивата дори да достигнат 10% долна граница на възпламеняемост. Системата отговаря на всички изисквания по стандарта NFPA 2, както и на най-новите насоки ISO 19880-8:2020 относно безопасността и производителността.