Mẹo an toàn khi lưu trữ hydro trong sử dụng máy phát điện hydro công nghiệp

Hiểu Về Các Nguy Cơ Liên Quan Đến Hydro Khi Sử Dụng Máy Phát Tại Chỗ

Nguy Cơ Cháy Nổ Và Bắt Lửa Trong Môi Trường Kín Dành Cho Máy Phát

Việc hydro chỉ cần 0,02 mJ để bắt lửa và có thể cháy ở nồng độ từ 4% đến 75% trong không khí khiến nó thực sự nguy hiểm trong các khu vực máy phát kín. Ngay cả tia lửa nhỏ nhất từ thiết bị điện hay tĩnh điện cũng có thể gây ra hỏa hoạn, đặc biệt là vì ngọn lửa hydro gần như không thể nhìn thấy cho đến khi quá muộn. Hydro di chuyển lên trên nhanh hơn khoảng 14 lần so với không khí thường, do đó nó có xu hướng tích tụ ngay dưới trần nhà và xung quanh nơi máy phát thải khí. Nếu không có hệ thống thông gió phù hợp, các vùng khí hydro này có thể đạt đến mức nguy hiểm trên 4% chỉ trong vài phút. Theo hướng dẫn NFPA 2, phòng máy phát cần có ít nhất một lần trao đổi không khí toàn bộ mỗi giờ. Các nghiên cứu cho thấy khi các cửa xả được đặt ở mức trần nhà trước tiên, thay vì trên tường như hầu hết các bố trí thông thường, thì điều này giảm nguy cơ tạo lớp khí nguy hiểm khoảng 92%. Điều này hoàn toàn hợp lý khi xem xét cách hydro tự nhiên có xu hướng bay lên cao.

Tác Động Của Sự Giòn Do Hydro Đối Với Ống Dẫn Và Van Tích Hợp Trên Máy Phát

Khi các bộ phận bằng thép carbon trong hệ thống cấp liệu máy phát điện nằm quá lâu trong môi trường hydro áp suất cao, chúng sẽ bị hiện tượng gọi là giòn hóa do môi trường hydro (HEE). Vấn đề xảy ra khi nguyên tử hydro chui vào cấu trúc mạng tinh thể kim loại, làm cho vật liệu mất khả năng biến dạng dẻo trước khi gãy. Chúng ta đang nói đến sự sụt giảm mạnh về độ dẻo, đôi khi lên tới 60%, có nghĩa là các bộ phận có thể nứt vỡ bất ngờ ngay cả khi đang vận hành dưới một nửa giới hạn áp suất bình thường. Tác động tài chính cũng không hề nhỏ. Theo nghiên cứu gần đây của Viện Ponemon, các công ty thường phải chịu chi phí khoảng 740.000 USD mỗi khi xảy ra sự cố giòn hóa này. Đó là lý do tại sao việc lựa chọn vật liệu phù hợp lại quan trọng đến vậy. Thép không gỉ austenit cấp 316L nổi bật ở điểm này, có khả năng chống giòn hóa tốt hơn khoảng năm lần so với thép carbon thông thường trong các hệ thống máy phát hydro. Các tiêu chuẩn ngành như NFPA 2 và ISO 19880-8:2020 cũng không chỉ là gợi ý. Chúng yêu cầu cụ thể phải thử nghiệm tính tương thích đối với mọi bộ phận tiếp xúc với hydro, đảm bảo rằng các nhà sản xuất không cắt xén trong vấn đề an toàn then chốt này.

Những mối nguy hiểm này gia tăng khi các máy phát hoạt động gần các bồn chứa, đòi hỏi các giao thức an toàn tích hợp nhằm xử lý cả rủi ro cháy nổ tức thì lẫn sự suy giảm vật liệu theo thời gian.

Khung tuân thủ đối với lưu trữ máy phát hydro

Các yêu cầu NFPA 2 và ISO 19880 về phát điện tại chỗ và lưu trữ tích hợp

Tiêu chuẩn NFPA 2 cùng với ISO 19880 đặt ra các quy tắc an toàn tối thiểu cho các hệ thống phát điện hydro bao gồm các thành phần lưu trữ. Các hướng dẫn này yêu cầu kiểm tra xem các vật liệu dùng trong van, ống dẫn và bình chịu áp lực có khả năng chịu được sự tiếp xúc với khí hydro hay không, nhằm giải quyết vấn đề giòn hóa kim loại từng xuất hiện trong các sự cố công nghiệp trước đây. Các tiêu chuẩn yêu cầu phải có cơ chế xả áp dự phòng, khoảng cách phù hợp giữa khu vực lưu trữ và các điểm phát lửa tiềm tàng, cũng như hệ thống giám sát thông gió đáng tin cậy, tự động kích hoạt khi cần thiết. Theo NFPA 2, phòng máy phát phải đảm bảo ít nhất một lần trao đổi không khí hoàn toàn mỗi giờ. Trong khi đó, phiên bản ISO 19880-8:2020 đi xa hơn bằng việc yêu cầu các thiết bị dò rò rỉ tự động đủ nhạy để phát hiện nồng độ hydro dưới 1%, ở mức an toàn thấp hơn ngưỡng có thể gây cháy nổ. Để duy trì sự tuân thủ, các cơ sở phải thực hiện chứng nhận bồn chứa bởi chuyên gia độc lập mỗi năm năm. Các quy trình tắt khẩn cấp cần được ghi rõ ràng, hỗ trợ bởi các phép đo áp suất định kỳ và kiểm tra độ bền vững, chứng minh các lớp đệm an toàn vẫn còn nguyên vẹn ngay cả trong điều kiện vượt quá vận hành bình thường.

Tuân thủ OSHA và Quy định Địa phương cho Cơ sở Phát điện Hiđro

Việc thiết lập các máy phát điện hydro đòi hỏi phải tuân thủ một hệ thống phức tạp các quy định từ nhiều cấp chính quyền khác nhau. Các cơ sở xử lý trên 1.500 pound hydro bị áp dụng các quy định Quản lý An toàn Quy trình của OSHA được nêu tại 29 CFR 1910.103. Điều này đồng nghĩa với việc phải thực hiện đánh giá rủi ro đúng cách, duy trì độ bền vững của thiết bị và đảm bảo nhân viên hiểu rõ công việc mình đang làm. Tất cả các biện pháp an toàn này cũng cần phải phù hợp với các yêu cầu trong Chương 53 của Bộ Quy chuẩn Phòng cháy Quốc tế. Quy chuẩn này bao gồm các vấn đề như hệ thống điện không gây tia lửa cháy nổ và việc đặt các bồn chứa cách ranh giới khu đất một khoảng cách nhất định. Hầu hết các thành phố đều tuân theo hướng dẫn NFPA 55 khi đặt ra giới hạn lượng hydro được phép lưu trữ tùy theo loại công trình. Một số khu vực còn bổ sung thêm các quy định về động đất hoặc các mối lo ngại môi trường, đặc biệt quan trọng đối với các bồn đặt ngoài trời. Việc kiểm tra định kỳ ba tháng một lần giúp đảm bảo mọi thứ luôn tuân thủ các tiêu chuẩn này, đặc biệt là hệ thống chứa dự phòng và việc ghi chép hồ sơ về hiệu suất hoạt động thực tế của các hệ thống thông gió.

Lựa chọn Giải pháp Lưu trữ Hydro an toàn, Phù hợp với Máy phát điện

Bình loại III và Loại IV: Hiệu suất, Biên an toàn và Tích hợp với Dấu chân Máy phát điện Hydro

Trên thị trường ngày nay, các bình chứa áp suất loại III (loại được quấn sợi carbon xung quanh lớp lót nhôm) và loại IV (sợi carbon trên nền nhựa nhiệt dẻo) đã trở thành giải pháp phổ biến để lưu trữ khí hydro ngay tại nơi sản xuất tại chỗ. Các mẫu loại III thường chịu được áp suất từ 300 đến 700 bar và nổi bật nhờ khả năng chịu va chạm tốt cũng như chống lại rung động liên tục trong nhiều môi trường công nghiệp. Trong khi đó, các bình loại IV có thể vượt quá khả năng chịu áp 700 bar, hoàn toàn loại bỏ nguy cơ giòn hóa vì lớp lót của chúng không làm bằng kim loại. Những bình này rất phù hợp khi kết nối trực tiếp với các hệ thống cấp liệu máy phát hydro. Cả hai loại đều được trang bị thiết bị xả áp suất do nhiệt đặc biệt gọi là TPRD. Khi nhiệt độ tăng quá cao do cháy nổ, các thiết bị này sẽ tự động xả khí hydro. Đây thực sự là một tính năng an toàn cực kỳ quan trọng, đặc biệt bên trong các phòng máy phát kín, nơi mà vụ nổ sẽ gây hậu quả nghiêm trọng.

Việc lắp đặt thiết bị theo phương ngang giúp tránh chồng lấn với các bệ đỡ máy phát điện, và việc xếp chồng các mô-đun sẽ dễ dàng mở rộng công suất khi cần. Khi nhiệt độ môi trường đạt khoảng 55 độ Celsius, các bồn chứa loại IV thực tế có biên độ an toàn cao hơn khoảng 30 phần trăm so với các bồn thép thông thường, dựa trên các nghiên cứu được đăng tải trên Tạp chí Lưu trữ Năng lượng năm ngoái. Ngoài ra, các bồn này cũng ít hơn khoảng 19% khả năng rò rỉ trong điều kiện tương tự. Các vị trí chật hẹp về không gian vẫn có thể sử dụng hệ thống chôn ngầm loại III. Những hệ thống lắp đặt này phù hợp với cơ sở hạ tầng hiện có mà không làm ảnh hưởng đến các điểm tiếp cận bảo trì cho máy phát hoặc cản trở luồng không khí cần thiết cho thông gió đúng cách.

Các Biện Pháp Kỹ Thuật: Thông Gió và Phát Hiện Rò Rỉ tại Các Trạm Máy Phát Hydro

Thiết Kế Thông Gió Từ Trần Xuống Để Giảm Thiểu Hiện Tượng Phân Tầng Hydro Gần Các Máy Phát

Vì hydro bay hơi rất dễ dàng trong không khí, việc thông gió đúng cách trở nên cực kỳ quan trọng để phát hiện bất kỳ khí rò rỉ nào trước khi nồng độ tích tụ đến mức nguy hiểm. Các hệ thống lắp đặt ở mức trần hoạt động hiệu quả nhất vì chúng tạo ra luồng không khí hướng lên trên, hút khí hydro ngay tại vị trí mà nó có xu hướng tập trung tự nhiên. Những hệ thống này thường duy trì khoảng từ 12 đến 15 lần trao đổi không khí hoàn toàn mỗi giờ, giữ cho nồng độ hydro luôn thấp hơn mức 4% – ngưỡng bắt đầu gây cháy nổ. Trong khi đó, các cửa thông gió đặt gần sàn giúp duy trì luồng không khí lưu chuyển đều khắp không gian, ngăn ngừa các khu vực chết nơi khí có thể đọng lại sau khi xảy ra rò rỉ. Theo các mô hình máy tính mô phỏng mẫu lưu chuyển không khí, cách bố trí này giảm nguy cơ phân tầng tới gần 92% trong các phòng máy phát điện có thể tích nhỏ hơn 500 mét khối. Điều đó khiến những hệ thống tập trung vào trần này vượt trội hơn nhiều về quản lý an toàn so với các phương án thay thế cũ hơn được gắn trên tường, vốn không xử lý hiệu quả các đặc tính riêng biệt của hydro.

Hướng dẫn Chọn Cảm biến: Cảm biến Hấp thụ Laser so với Cảm biến Điện hóa cho Giám sát Máy phát Hydro Thời gian Thực

Phát hiện rò rỉ hiệu quả đòi hỏi phải lựa chọn công nghệ cảm biến phù hợp với mức độ rủi ro ứng dụng và quy mô không gian:

Các cảm biến hấp thụ laser cung cấp khả năng giám sát theo thời gian thực trên toàn bộ khu vực thông qua các chùm tia đường đi hở. Chúng hoạt động rất hiệu quả trong các khoang máy phát điện lớn nơi khí gas lan tỏa nhanh và cần cảnh báo phát hiện sớm. Mặt khác, các cảm biến điện hóa rất phù hợp để xác định chính xác các điểm sự cố cụ thể như mặt bích hay trục van, mặc dù chúng cần được kiểm tra và thay thế thường xuyên hơn so với loại cảm biến laser. Phần lớn các cơ sở hiện nay áp dụng chiến lược mà chúng ta gọi là chiến lược từng lớp. Hãy lắp đặt các cảm biến laser gần trần nhà để phát hiện chuyển động của lượng lớn khí gas, sau đó bố trí tập trung các thiết bị điện hóa ngay tại các điểm nối nơi thường xảy ra rò rỉ. Cách bố trí này thường phát hiện được khoảng 99,6 phần trăm lượng rò rỉ trước khi nồng độ đạt đến mức 10% Giới hạn cháy thấp hơn. Hệ thống đáp ứng đầy đủ các yêu cầu theo tiêu chuẩn NFPA 2 cũng như hướng dẫn mới nhất ISO 19880-8:2020 về hiệu suất an toàn.