Tipy pre bezpečné skladovanie vodíka pri používaní priemyselného generátora vodíka

Pochopenie nebezpečenstiev spojených s vodíkom pri používaní generátorov na mieste

Horľavosť a riziká zapálenia v uzavretých priestoroch generátorov

Skutočnosť, že vodík na zápal potrebuje len 0,02 mJ a horí v koncentrácii vo vzduchu od 4 % do 75 %, ho v uzavretých priestoroch s generátormi činí veľmi nebezpečným. Už malý iskier z elektrického zariadenia alebo zo statickej elektriny môže spôsobiť požiar, najmä preto, že plameň vodíka je takmer neviditeľný, kým už nie je neskoro. Vodík stúpa nahor približne 14-krát rýchlejšie ako bežný vzduch, a má preto tendenciu hromadiť sa priamo pod stropom a okolo miest, kde generátory vyfukujú. Ak nie je k dispozícii vhodný systém vetrania, tieto vankúše s vodíkom môžu dosiahnuť nebezpečnú úroveň nad 4 % už za niekoľko minút. Podľa smerníc NFPA 2 musia mať miestnosti s generátormi aspoň jednu úplnú výmenu vzduchu každú hodinu. Štúdie ukazujú, že ak sú výfukové otvory umiestnené najskôr na úrovni stropu namiesto stien, ako je to pri väčšine usporiadaní, zníži sa tým riziko nebezpečného vrstvenia približne o 92 %. Keď zohľadníme, ako vodík prirodzene stúpa nahor, dáva to celkom zmysel.

Vplyv vodíkovej krehkosti na potrubie a ventily integrované do generátora

Keď časti z uhlíkovej ocele v systémoch napájania generátora príliš dlho pôsobia vo vysokotlakom vodíkovom prostredí, postihuje ich takzvaná krehkosť spôsobená vodíkovým prostredím (HEE). K problému dochádza, keď atómový vodík prenikne do mriežkovej štruktúry kovu, čím materiál stráca schopnosť sa pred prelomením ohnúť. Hovoríme o výraznom poklese tažnosti, niekedy až o 60 %, čo znamená, že komponenty sa môžu neočakávane prasknúť, aj keď pracujú pri tlaku nižšom ako polovica ich normálnych limitov. Finančné dopady tiež nie sú bezvýznamné. Podľa najnovších výskumov inštitútu Ponemon Institute spoločnosti priemerne nesú náklady vo výške približne 740 000 USD pri každej takejto udalosti krehnutia. Preto je také dôležité správne vyberať materiály. Ochrómsťujúcu odolnosť voči krehnutiu má napríklad austenitická oceľ triedy 316L, ktorá odoláva krehnutiu približne päťkrát lepšie ako bežná uhlíková oceľ vo vodíkových generátorových systémoch. Priemyselné normy ako NFPA 2 a ISO 19880-8:2020 nie sú len odporúčaniami. Konkrétne vyžadujú testovanie kompatibility všetkých komponentov, ktoré prídu do kontaktu s vodíkom, aby sa výrobcovia nevyhli tejto kriticky dôležitej bezpečnostnej otázke.

Tieto nebezpečenstvá sa zvyšujú, keď generátory pracujú v blízkosti zásobníkov, čo vyžaduje integrované bezpečnostné protokoly riešiace okamžité požiarne riziká aj postupné porušovanie materiálu.

Rámce pre dodržiavanie predpisov pri skladovaní vodíkových generátorov

Požiadavky NFPA 2 a ISO 19880 na miestnu výrobu a integrované skladovanie

Štandard NFPA 2 spolu so súborom ISO 19880 stanovuje základné bezpečnostné pravidlá pre systémy výroby vodíka, ktoré zahŕňajú aj skladovacie komponenty. Tieto smernice vyžadujú overenie, či materiály použité vo ventiloch, potrubiach a tlakových nádobách odolajú expozícii voči vodíkovému plynu, čím sa rieši problém krehnutia kovov, ktoré bolo zaznamenané pri minulých priemyselných zlyhaniach. Štandardy vyžadujú záložné mechanizmy na uvoľňovanie tlaku, primerané vzdialenosti medzi skladovacími priestormi a potenciálnymi zdrojmi zapálenia, ako aj spoľahlivé systémy monitorovania vetrania, ktoré sa aktivujú podľa potreby. Podľa NFPA 2 musia miestnosti s generátormi zabezpečiť aspoň jednu úplnú výmenu vzduchu za hodinu. Medzitým štandard ISO 19880-8:2020 ide ďalej a vyžaduje automatické detektory úniku, ktoré sú dostatočne citlivé na zachytenie hladiny vodíka pod 1 %, čo je v bezpečnej miere pod úrovňou, ktorá by mohla spôsobiť spaľovacie problémy. Za účelom dodržiavania predpisov musia prevádzky získať certifikáciu svojich skladovacích nádrží od nezávislých odborníkov každých päť rokov. Protokoly núdzového vypnutia musia byť jasne písomne stanovené a podložené pravidelnými meraniami tlaku a testami integrity, ktoré potvrdzujú, že bezpečnostné rezervy zostávajú zachované aj za hranicami bežných prevádzkových podmienok.

Zhoda s normami OSHA a miestnymi predpismi pre zariadenia na výrobu vodíka

Inštalácia generátorov vodíka si vyžaduje riešenie súboru predpisov z rôznych úrovní vlády. Zariadenia manipulujúce s viac ako 1 500 liber vodíka podliehajú pravidlám OSHA o riadení bezpečnosti procesov uvedeným v 29 CFR 1910.103. To znamená vykonávanie primeraných posudkov rizík, udržiavanie integrity zariadení a zabezpečenie, aby personál vedel, čo robí. Všetky tieto bezpečnostné opatrenia musia byť zladené aj s požiadavkami Kapitoly 53 Medzinárodného požiarníckeho kódu. Tento kód sa týka vecí ako elektrické systémy, ktoré nevyvolávajú požiar, a udržiavanie nádrží vo vymedzených vzdialenostiach od hraníc pozemkov. Väčšina miest dodržiava smernice NFPA 55 pri stanovovaní obmedzení množstva skladovaného vodíka v závislosti od typu budovy. Niektoré oblasti zavádzajú dodatočné predpisy týkajúce sa zemetrasení alebo environmentálnych otázok, čo je obzvlášť dôležité pre vonkajšie umiestnené nádrže. Pravidelné kontroly každé tri mesiace pomáhajú zabezpečiť, že všetko zostáva v súlade so všetkými týmito štandardmi, najmä pokiaľ ide o záložné systémy obsluhovania a evidenciu toho, ako dobre systémy vetrania skutočne fungujú v praxi.

Výber bezpečných riešení na skladovanie vodíka vhodných pre generátory

Nádrže typu III a typu IV: výkon, bezpečnostné rozpätia a integrácia s plochou vodíkového generátora

Na dnešnom trhu sa tlakové nádoby typu III (tie, ktoré sú z uhlíkových vlákien navinutých okolo hliníkových vložiek) a nádoby typu IV (uhlíkové vlákno nad termoplastom) stali preferovanými riešeniami pre skladovanie vodíka priamo vedľa miesta jeho vzniku. Modely typu III zvyčajne vydržia tlaky v rozmedzí od 300 do 700 barov a vyznačujú sa tým, že dobre odolávajú nárazom a priebežným vibráciám, ktoré sa často vyskytujú v priemyselných prostrediach. Nádoby typu IV dokážu prekonať kapacitu 700 barov, čím úplne eliminujú riziko krehnutia materiálu, keďže ich vložky nie sú vôbec kovové. Tieto nádoby sú vhodné pri priamom pripájaní k systémom napájania vodíkových generátorov. Oba typy sú vybavené špeciálnymi tepelnými uzávermi na uvoľnenie tlaku, tzv. TPRD. Keď sa teplota zvýši napríklad pri požiari, tieto zariadenia automaticky uvoľnia vodíkový plyn. Ide o mimoriadne dôležitú bezpečnostnú funkciu, najmä vo vnútorných priestoroch generátorov, kde by výbuch mohol mať katastrofálne následky.

Horizontálne montážne vybavenie pomáha vyhnúť sa prekrývaniu s generátormi na podvozkoch a skladovaním modulov uľahčuje rozšírenie kapacity v prípade potreby. Keď okolité teploty dosiahnu približne 55 stupňov Celzia, skladovacie nádrže typu IV majú podľa štúdií zverejnených v časopise Energy Storage Journal minulý rok o približne 30 percent lepšie bezpečnostné rozpätie v porovnaní so štandardnými oceľovými nádržami. Navyše tieto nádrže majú približne o 19 % nižšiu pravdepodobnosť netesností za podobných podmienok. Lokality s obmedzeným priestorom môžu napriek tomu použiť podzemné inštalácie typu III. Tieto inštalácie dokonale zapadnú do existujúcej infraštruktúry bez narušenia prístupových bodov údržby generátorov alebo blokovania nevyhnutných tokov vzduchu pre správne vetranie.

Technické opatrenia: Vetranie a detekcia úniku pre lokality vodíkových generátorov

Vetranie od stropu pre zníženie stratifikácie vodíka pri generátoroch

Keďže vodík sa vo vzduchu tak ľahko šíri, je nevyhnutné zabezpečiť správne vetranie, ktoré zachytí unikajúci plyn ešte predtým, ako sa nahromadí na nebezpečných úrovniach. Najlepšie výsledky dosahujú systémy inštalované na úrovni stropu, pretože vytvárajú prúdenie vzduchu smerom nahor, ktoré zachytáva vodík presne tam, kde sa prirodzene hromadí. Tieto systémy zvyčajne zabezpečujú približne 12 až 15 úplných výmen vzduchu každú hodinu, čím udržiavajú koncentráciu vodíka výrazne pod hranicou 4 %, kedy by sa zmes stala horľavou. Medzitým ventilačné otvory umiestnené blízko podlahy pomáhajú udržať rovnomerné prúdenie vzduchu po celom priestore a zabraňujú vzniku mŕtvych zón, kde by sa plyn mohol po úniku nahromadiť. Podľa počítačových modelov simulujúcich obrazce prúdenia vzduchu táto usporiadanie zníži riziko vrstvenia až o 92 % v generátorových miestnostiach menších ako 500 kubických metrov. To znamená, že tieto stropné systémy sú pri riadení bezpečnosti omnoho účinnejšie než staršie alternatívy montované na stenu, ktoré nezvládajú jedinečné vlastnosti vodíka tak efektívne.

Sprievodca výberom snímačov: Laserová absorpcia vs. elektrochemické snímače pre monitorovanie generátorov vodíka v reálnom čase

Účinná detekcia úniku vyžaduje prispôsobenie technológie snímača riziku aplikácie a priestorovej škále:

Laserové senzory na absorpciu ponúkajú sledovanie v reálnom čase cez celé oblasti prostredníctvom otvorených lúčov. Veľmi dobre fungujú vo veľkých generátorových skrinkách, kde sa plyny rýchlo šíria a vyžadujú včasné varovania. Na druhej strane elektrochemické senzory sú výborné na presné lokalizovanie konkrétnych miest problémov, ako sú príruby alebo kmeňové ventily, hoci si vyžadujú častejšie kontroly a výmeny v porovnaní s ich laserovými protikusmi. Väčšina zariadení dnes uplatňuje tzv. viacvrstvovú stratégiu. Umiestnite laserové senzory pri strope, aby zachytili akýkoľvek masívny pohyb plynu, a potom skupinu elektrochemických jednotiek umiestnite priamo na spojovacích bodoch, kde majú úniky tendenciu vznikať. Toto usporiadanie zvyčajne zachytí približne 99,6 percenta únikov ešte predtým, ako úroveň dosiahne 10 % dolnej medze výbušnosti. Systém spĺňa všetky požiadavky noriem NFPA 2, ako aj najnovšie smernice ISO 19880-8:2020 týkajúce sa bezpečnostného výkonu.