Поради щодо безпечного зберігання водню при використанні промислового генератора водню

Розуміння небезпек, пов’язаних із використанням генераторів на місці

Небезпека займання та ризики запалювання в обмежених просторах генераторних установок

Той факт, що для запалювання водню потрібно всього 0,02 мДж і він горить у діапазоні концентрацій від 4% до 75% у повітрі, робить його надзвичайно небезпечним у закритих приміщеннях генераторів. Навіть найменська іскра від електроустаткування або статичної електрики може спричинити пожежу, особливо через те, що полум'я водню практично неможливо побачити, доки не станеться занадто пізно. Водень піднімається вгору приблизно в 14 разів швидше, ніж звичайне повітря, тому він має тенденцію накопичуватися безпосередньо під стелею та в місцях виходу генераторів. Якщо система вентиляції не передбачена, ці кишені водню можуть досягти небезпечного рівня понад 4% всього за кілька хвилин. Згідно з рекомендаціями NFPA 2, у приміщеннях генераторів потрібно забезпечувати принаймні одну повну заміну повітря кожну годину. Дослідження показують, що якщо витяжні вентиляційні отвори розташовані на рівні стелі, а не на стінах, як у більшості випадків, це зменшує ризик небезпечного прошарковування приблизно на 92%. Це цілком логічно, якщо враховувати природну схильність водню підніматися вгору.

Вплив водневого охрупчення на трубопроводи та арматуру, інтегровані з генератором

Коли деталі з вуглецевої сталі в системах подачі генератора надовго залишаються у середовищі високого тиску водню, вони страждають від так званого водневого ембріттлення (HEE). Проблема виникає, коли атомарний водень проникає в кристалічну решітку металу, через що матеріали втрачають здатність до деформації перед руйнуванням. Ми говоримо про різке зниження пластичності — іноді аж на 60%, що означає, як компоненти можуть несподівано потріскатися, навіть працюючи при тиску нижче половини своїх нормальних меж. Фінансові наслідки теж не є незначними. Згідно з нещодавніми дослідженнями інституту Ponemon, компанії зазвичай несуть витрати близько 740 000 доларів США кожного разу, коли відбуваються такі випадки ембріттлення. Саме тому так важливо правильно підбирати матеріали. Аустенітна нержавіюча сталь марки 316L вирізняється тим, що вона приблизно в п'ять разів краще протистоїть ембріттленню, ніж звичайна вуглецева сталь, у системах генераторів водню. Промислові стандарти, такі як NFPA 2 та ISO 19880-8:2020, теж не є просто рекомендаціями. Вони чітко вимагають перевірки сумісності будь-якого компонента, що контактує з воднем, забезпечуючи, щоб виробники не робили компромісів у цьому життєво важливому питанні безпеки.

Ці небезпеки посилюються, коли генератори працюють поруч із резервуарами зберігання, що вимагає комплексних протоколів безпеки, які враховують як безпосередню загрозу пожежі, так і поступове відмовлення матеріалів.

Рамки дотримання вимог для зберігання генераторів водню

Вимоги NFPA 2 та ISO 19880 щодо генерації на місці та інтегрованого зберігання

Стандарт NFPA 2 разом із ISO 19880 встановлює базові правила безпеки для систем генерації водню, які включають компоненти зберігання. Ці рекомендації передбачають перевірку того, чи матеріали, що використовуються у клапанах, трубах та посудинах під тиском, стійкі до впливу водневого газу, що допомагає уникнути проблеми крихкості металу, яка спостерігалася при попередніх промислових аваріях. Стандарти вимагають наявності резервних механізмів зниження тиску, дотримання відповідної відстані між зонами зберігання та потенційними джерелами запалювання, а також надійних систем контролю вентиляції, які автоматично активуються за необхідності. Згідно з NFPA 2, приміщення генераторів мають забезпечувати принаймні одну повну заміну повітря кожного годину. Тим часом, версія ISO 19880-8:2020 йде далі, передписуючи наявність автоматичних детекторів витоків, достатньо чутливих, щоб виявляти рівень водню нижче 1%, що є безпечним рівнем, недостатнім для виникнення горіння. Для дотримання вимог, об'єкти повинні проходити сертифікацію своїх резервуарів для зберігання кожні п'ять років у незалежних експертів. Протоколи аварійного вимкнення мають бути чітко задокументовані, підтверджені регулярними вимірами тиску та тестами цілісності, які показують, що запаси безпеки залишаються непорушеними навіть за межами нормальних умов експлуатації.

Відповідність вимогам OSHA та місцевим нормативним актам для об'єктів з виробництва водню

Налаштування генераторів водню передбачає роботу з величезною кількістю нормативних вимог на різних рівнях урядового регулювання. Об'єкти, що працюють з більш ніж 1500 фунтами водню, підпадають під правила OSHA щодо управління безпекою процесів, викладені в 29 CFR 1910.103. Це означає проведення належного аналізу ризиків, забезпечення цілісності обладнання та переконання, що персонал добре розуміє свої завдання. Усі ці заходи щодо безпеки мають дотримуватися вимог Міжнародного кодексу пожежної безпеки, розділ 53. Цей кодекс стосується таких питань, як електричні системи, що не викликають займання, і розміщення резервуарів на певній відстані від меж ділянки. Більшість міст дотримуються рекомендацій NFPA 55 при встановленні обмежень на кількість водню, який можна зберігати, залежно від типу будівлі. Деякі райони вводять додаткові правила щодо землетрусів або екологічних аспектів, що особливо важливо для резервуарів, встановлених назовні. Регулярні перевірки кожні три місяці допомагають забезпечити відповідність усім цим стандартам, особливо щодо систем резервного утримання, а також ведення записів про те, наскільки добре працюють системи вентиляції на практиці.

Вибір безпечних рішень для зберігання водню, що відповідають генераторам

Балони типу III та IV: продуктивність, запаси безпеки та інтеграція з габаритами генератора водню

На сьогоднішньому ринку посудини під тиском типу III (з обмоткою з вуглепластика навколо алюмінієвих вкладишів) та посудини типу IV (з вуглепластиком поверх термопластика) стали основним рішенням для зберігання водню безпосередньо біля місць його генерації на майданчику. Моделі типу III зазвичай працюють під тиском від 300 до 700 бар і вирізняються тим, що добре витримують ударні навантаження та постійні вібрації, характерні для багатьох промислових умов. Посудини типу IV можуть працювати при тиску понад 700 бар, повністю усуваючи ризик крихкості, оскільки їхні вкладиші зовсім не металеві. Це робить їх доцільними для безпосереднього підключення до систем подачі водню від генераторів. Обидва типи оснащені спеціальними термічними пристроями зниження тиску (TPRD). Коли через пожежу температура стає надто високою, ці пристрої автоматично випускають водень. Це дуже важлива функція безпеки, особливо всередині закритих приміщень генераторів, де вибухи могли б мати катастрофічні наслідки.

Горизонтальне кріплення обладнання допомагає уникнути перекриття з генераторними установками, а вертикальне розміщення модулів полегшує розширення потужності за необхідності. Коли температура навколишнього середовища досягає приблизно 55 градусів Цельсія, баки типу IV мають на 30 відсотків кращі запаси безпеки порівняно зі звичайними сталевими резервуарами, що підтверджено дослідженнями, опублікованими в Energy Storage Journal минулого року. Крім того, ці баки приблизно на 19% менш схильні до витоків за подібних умов. На майданчиках із обмеженим простором все ще можна використовувати підземні установки типу III. Такі системи гармонійно вписуються в існуючу інфраструктуру, не заважаючи точкам доступу для обслуговування генераторів і не блокуючи необхідних шляхів повітрообміну для належної вентиляції.

Інженерні заходи: вентиляція та виявлення витоків на об’єктах водневих генераторів

Вентиляція з пріоритетом стелі для зменшення стратифікації водню поблизу генераторів

Оскільки водень дуже легко піднімається в повітрі, належна вентиляція стає абсолютно необхідною, щоб виявити будь-який витік газу, перш ніж він досягне небезпечних рівнів. Системи, встановлені біля стелі, працюють найефективніше, оскільки створюють потік повітря вгору, який захоплює водень саме там, де він природним чином має тенденцію збиратися. Такі установки зазвичай забезпечують близько 12–15 повних обмінів повітря щогодини, утримуючи концентрацію водню значно нижче позначки 4%, коли речовина стає вибухонебезпечною. У той же час, вентиляційні отвори поблизу підлоги допомагають підтримувати рівномірний потік повітря по всьому приміщенню, запобігаючи мертвим зонам, де газ може накопичитися після витоку. Згідно з комп'ютерними моделями, що моделюють схеми руху повітря, таке розташування зменшує ризик шаруватості майже на 92% у кімнатах генераторів об’ємом менше 500 кубічних метрів. Це робить системи, зосереджені на стелі, набагато ефективнішими у забезпеченні безпеки порівняно зі старішими альтернативами, встановленими на стінах, які не так добре справляються з унікальними властивостями водню.

Посібник з вибору сенсорів: лазерна абсорбція проти електрохімічних сенсорів для моніторингу генераторів водню в реальному часі

Ефективне виявлення витоків вимагає підбору технології сенсорів залежно від ризику застосування та просторового масштабу:

Датчики лазерного поглинання забезпечують моніторинг у реальному часі на всій території за допомогою відкритих променів. Вони дуже добре працюють у великих генераторних приміщеннях, де гази швидко поширюються й потрібні попередження про раннє виявлення. З іншого боку, електрохімічні датчики чудово підходять для точного визначення окремих проблемних зон, таких як фланці або штоки клапанів, хоча їх потрібно перевіряти та замінювати частіше, ніж лазерні аналоги. Більшість об'єктів сьогодні застосовують так звану стратифіковану стратегію. Розташовуйте лазерні датчики ближче до стелі, щоб виявляти масовий рух газу, а електрохімічні блоки групуйте безпосередньо в точках з'єднань, де найчастіше трапляються витоки. Така конфігурація зазвичай виявляє близько 99,6 відсотка витоків до того, як рівень навіть досягне 10% нижньої межі вибуховості. Система відповідає всім вимогам стандартів NFPA 2, а також останнім рекомендаціям ISO 19880-8:2020 щодо показників безпеки.