Nõuanded vesiniku ohutuks hoiule tööstuslikus vesinikugeneraatori kasutamisel

Vesinikuga seotud ohtude mõistmine kohtades kasutatavate generaatorite jaoks

Põlemis- ja süttimisoht töistes generaatorikeskkondades

Hüdrogeeni süttimiseks piisab vaid 0,02 mJst ja see põleb õhus kontsentratsioonis vahemikus 4–75%, mistõttu on see suletud generaatoriruumides eriti ohtlik. Isegi väike elektriseadmete või staatilise elektrilisuse tekitatud säde võib põhjustada tulekahju, eriti kuna hüdrogeenituld on peaaegu võimatu näha enne, kui on juba liiga hilja. Hüdrogeen liigub ülespoole umbes 14 korda kiiremini kui tavapärane õhk, seetõttu koguneb see eelkõige lae alla ja generaatorite väljalaskeavade ümbrusesse. Kui ruumis puudub sobiv ventilatsioonisüsteem, võivad hüdrogeenipilved saavutada ohtliku 4% ületava taseme vaid mõne minuti jooksul. Vastavalt NFPA 2 juhistele peab generaatoriruumis toimuma vähemalt üks täielik õhuvahetus tunnis. Uuringud näitavad, et kui heitgaasi väljalaskeavad asetatakse esialgu seinade asemel lae kõrgusele, väheneb ohtliku kihtide tekke oht ligikaudu 92%. See on loomulikult arusaadav, kui arvestada, kuidas hüdrogeen loomupäraselt üles poole libiseda soovib.

Vesiniku hapendumise mõju generaatoriga ühendatud torujuhtedele ja ventiilidele

Kui süsinikterasest osad generaatori söötesüsteemides seisavad liiga kaua kõrgrõhulises vesiniku keskkonnas, põevad nad nii nimetatud vesinikukeskkonna haprust (HEE). Probleem tekib siis, kui atomaarne vesinik tungib metalli kristallstruktuuri sisse, mistõttu materjalid kaotavad oma võime painduda enne purunemist. On tegemist märkimisväärse plastilisuse langusega – kuni 60%, mis tähendab, et komponendid võivad ootamatult praguneda, isegi kui töötavad alla poole oma tavapärast rõhupiiri. Ka finantsmõju pole asjatu. Värske Ponemon Institute'i uuringu kohaselt kulub ettevõtetel iga sellise haprusjuhtumi korral umbes 740 000 dollarit. Seetõttu on just õige materjali valimine nii oluline. Siin eristub eriti hea vastupidavusega austeniitne roostevaba teras sorti 316L, mis on vesinikugeneraatori seadetes umbes viis korda paremini hapruse suhtes vastupidav kui tavapärane süsinikteras. Ka tööstusstandardid nagu NFPA 2 ja ISO 19880-8:2020 pole lihtsalt soovitused. Need nõuavad konkreetset ühilduvustesti iga komponendi kohta, mis satub kokkupuutele vesinikuga, tagamaks, et tootjad ei hoiaks selle kriitilise ohutusprobleemi puhul kõrvale.

Need ohtud suurenevad, kui generaatorid töötavad salvestusmahutite läheduses, nõudes kompleksseid ohutusprotokolle, mis aadressivad nii vahetuid tuleohte kui ka järk-järgult toimuva materjali rikke.

Vesiniku generaatori hoiustamise vastavusraamistikud

NFPA 2 ja ISO 19880 nõuded paiksetele generaatoritele ja integreeritud hoiule

NFPA 2 standard koos ISO 19880-ga seab alusnõuded vesiniku genereerimissüsteemide ohutusele, mis hõlmavad ka salvestuskomponente. Need juhised nõuavad, et kontrollitaks materjalide sobivust ventiilides, torudes ja rõhutankides vesinikuga kokkupuutel, mis aitab lahendada metallide hapruse probleemi, mida on täheldatud varasemates tööstusõnnetustes. Standardid nõuavad varurõhulahendusmehhanisme, piisavat vahemaad salvestusalade ja potentsiaalsete süttimiskohade vahel ning usaldusväärseid ventilatsiooni jälgimissüsteeme, mis aktiveeruvad vajadusel. Vastavalt NFPA 2-le peab generaatoriruumis toimuma vähemalt üks täielik õhuvahetus tunnis. Samas läheb ISO 19880-8:2020 veelgi edasi ja nõuab automaatseid lekkedetektorid, mis on piisavalt tundlikud, et tuvastada vesiniku kontsentratsioon alla 1%, turvaliselt allpool seda taseme, kus võiks tekkida põlemisprobleeme. Järgimise tagamiseks peavad asutused saama oma salvestustankide sertifikaadid iseseisvatelt ekspertidelt viie aasta tagant. Hädaseiskamise protokollid tuleb selgelt dokumenteerida ning need tuleb tagada regulaarsete rõhumõõtmistega ja terviklikkustestidega, mis näitavad ohutusvarusid ka tavapärasest kasutusolust eespool.

OSHA ja kohalike eeskirjade kooskõlastamine vesiniku generaatorite jaoks

Vesinikugeneraatorite seadistamine tähendab erinevate valitsustasemete reguleerimismäda all tegutsemist. Üle 1500 naela vesinikku käsitlevad rajatised kuuluvad OSHA protsessiohutuse haldamise eeskirjade alla, mis on toodud kohas 29 CFR 1910.103. See tähendab sobivate ohtude hindamise tegemist, varustuse terviklikkuse säilitamist ja tagamist, et personal teaks, mida ta teeb. Kõik need ohutusmeetmed peavad toimima koos ka Rahvusvahelise Tulekoodi peatükiga 53. See kood hõlmab asju nagu tuleohutud elektrisüsteeme ja paakide hoidmist kindlat vahemaad krundi piiridest eemale. Enamik linnasid järgivad piiranguid seades NFPA 55 suuniseid, võttes arvesse hoone tüüpi ning lubatud vesiniku kogust. Mõned piirkonnad kehtestavad lisaks reegleid maavärinate või keskkonnaküsimuste kohta, eriti oluline väljas asetsete paakide puhul. Regulaarsed kontrollid iga kolme kuu tagant aitavad tagada, et kõik jääks nendega standarditega vastavusse, eriti keskendudes varucontainmendisüsteemidele ja õhuringlussüsteemide tegeliku töö efektiivsuse dokumenteerimisele.

Ohutute, generaatorile sobivate vesiniku salvestuslahenduste valimine

Tüüpi III ja tüüpi IV paagid: toime, ohutusmarginaalid ning integratsioon vesinikgenereatori vajadustega

Tänapäeva turul on tüüpi III rõhudetlid (need, milles süsinikkiu kest ümber alumiiniumist vahtkese) ja tüüpi IV detlid (süsinikkiu üle termoplastse) muutunud hüdrogeni talletamiseks kõrval asukohtades, kus seda toodetakse. Tüüpi III mudelid suudavad tavaliselt vastu pidada rõhudele vahemikus 300–700 bar ja erinevad sellega, et nad suudavad taluda mõjusid ning püsivaid vibratsioone, mis on paljudes tööstuskeskkondades tavaks. Seejärel on olemas tüüpi IV paagid, mis ületavad 700 bar mahutavuse, täielikult kaotades habrastumise ohu, kuna nende vahtkeste ei ole üldse metallist. Need on otstarbekad siis, kui need on otse ühendatud hüdrogenigeneraatori söötesüsteemiga. Mõlemat tüüpi varustatakse spetsiaalsete soojuslike rõhuvabastusseadmetega, mida nimetatakse TPRD-deks. Kui tule tagajärjel tekib liiga kuum, vabastavad need seadmed automaatselt hüdrogaasi. See on tegelikult väga oluline ohutusfunktsioon, eriti neis kitsastes generaatoriruumides, kus plahvatused oleksid katastrofaalsed.

Horisontaalse paigaldusvarustuse kasutamine aitab vältida ülekattumist nende generaatorite alustega ja moodulite kihistamine muudab võimsuse laiendamise vajadusel lihtsamaks. Siis, kui ümbritsev temperatuur jõuab umbes 55 kraadi Celsiuse juurde, on IV tüüpi säilitustankidel tegelikult ligikaudu 30 protsenti paremad ohutusmarginaalid tavaliste terastankidega võrreldes, nagu näitas eelmisel aastal Energy Storage Journali poolt avaldatud uuringutes. Lisaks on nende tankide puhul umbes 19% väiksem tõenäosus lekete tekkeks sarnastes tingimustes. Ka siis, kui ruum on piiratud, saab siiski kasutada maapealseid III tüüpi seadistusi. Need paigaldused sobivad hästi olemasolevasse infrastruktuuri, ei sega generaatorite hoolduspunkte ega takista vajalikku õhuvoolu korraliku ventilatsiooni tagamiseks.

Tehnilised meetmed: Ventilatsioon ja vesiniku lekke tuvastamine vesinikugeneraatoripaikades

Lage esimesena projekteeritud ventilatsioonisüsteem, et vähendada vesiniku kihtimist generaatorite läheduses

Kuna vesinik liigub õhus nii kergesti, on sobiv ventilatsioon hädavajalik selleks, et tuvastada iga põgenev gaasi enne, kui see koguneb ohtlikesse kontsentratsioonidesse. Laesüsteemid töötavad kõige paremini, kuna need loovad ülespoole suunatud õhuvoolu, mis püüab vesiniku just seal, kus see loomulikult koguneb. Need seadmed teostavad tavaliselt umbes 12 kuni 15 täielikku õhuvahetust tunnis, hoides vesiniku kontsentratsiooni oluliselt alla 4% piiri, kus tekib süttimisoht. Samal ajal aitavad põranda lähedal paiknevad ventilaatorid tagada ühtlase õhuvoolu kogu ruumi ulatuses, takistades niinimetatud surnaids, kuhu gaas võib lekke korral koguneda. Arvutimudelite, mis simuleerivad õhuvoolu mustreid, kohaselt vähendab see paigutus kihtide tekkimise ohtu peaaegu 92% generatoriruumides, mis on väiksemad kui 500 kuupmeetrit. See muudab lae-kesksete süsteemide ohutuse haldamisel palju tõhusamaks võrreldes vanema seinakinnitusseadmega, mis ei toimi vesiniku unikaalsete omadustega nii efektiivselt.

Sensori valiku juhend: laserabsorptsioon- vs elektrokeemilised sensorid vesiniku generaatori reaalajas jälgimiseks

Tõhus lekketuvastus nõuab sensoritehnoloogia sobitamist rakenduse riskiga ja ruumilise ulatusega:

Laseriabsorptsiooni andurid võimaldavad tervele alale laialiulatuvat reaalajas jälgimist avatud kiirte kaudu. Need toimivad eriti hästi suurtes generaatorikapslites, kus gaasid levivad kiiresti ja nõuavad varajasi hoiatusi. Teisest küljest on elektrokeemilised andurid suurepärased konkreetsete probleemkohtade, nagu flangide või ventiili tihendite, tuvastamiseks, kuigi neid tuleb kontrollida ja vahetada sagedamini kui laserandureid. Enamik seadmeid kasutab tänapäeval seda, mida me nimetame kihtstrategiaks. Paigutatakse laserandurid laeni kohale, et tuvastada suuremahulisi gaasiliikumisi, ja elektrokeemilised andurid grupeeritakse ühenduspunktide juurde, kus lekked tavaliselt tekkivad. See paigutus tuvastab tavaliselt umbes 99,6 protsenti lekketest enne, kui tasemed jõuavad isegi 10% piiri alla Süttimispiir. Süsteem vastab kõigile NFPA 2 standardite nõuetele ning viimastele turvajõudluse suunistele ISO 19880-8:2020.