Lösungen für Wasserstoffarmaturen, -regler und -stellantriebe

Wasserstoff ist in den meisten Anwendungen ein überkritisches Fluid. Es wirft viele Sicherheits- und Umweltbedenken auf. Wasserstoff ist farblos, geruchlos, aber brennbar. Es gilt als indirektes Treibhausgas und ist nach Methan das zweithäufigste reaktive Spurengas in der Atmosphäre, was zu einer indirekten Erwärmung führt. Auch die Handhabung bei der Produktion ist eine Herausforderung – es erwärmt sich, wenn es sich bei den meisten Arbeitstemperaturen durch die Armaturen ausdehnt, und kann unter bestimmten Bedingungen in das Metall diffundieren. Die Auswahl bewährter Armaturentechnologien in Kombination mit technischem Fachwissen ist sehr wichtig, um Kunden dabei zu helfen, Sicherheit, Zuverlässigkeit und eine optimierte Ventilleistung zu erreichen.

Wasserstoffversprödung (auch als wasserstoffunterstützte/wasserstoffinduzierte Rissbildung bekannt) tritt auf, wenn Wasserstoffatome in ein Metall absorbiert werden, wodurch es spröde wird und bricht. Mit zunehmender Wasserstoffkonzentration in einer Rohrleitung steigt auch das Risiko einer Wasserstoffversprödung. Um dieses Risiko zu minimieren, müssen sowohl die Konstruktion als auch die Herstellung von Armaturen und Antrieben sorgfältig auf den Einsatz mit Wasserstoff abgestimmt werden. Elektrische Armaturenantriebe nutzen beispielsweise kein Leitungsgas zur Stromerzeugung, wodurch der Kontakt mit dem im System transportierten Wasserstoff begrenzt wird.

Es gibt drei Kernanwendungen, die auf alle Arten von Elektrolyseuren anwendbar sind: Durchflussregelventil für ultrareines Wasser, Durchflussregelventil für Wasserstoff, Durchflussregelventil für Sauerstoff. Jede Anwendung stellt ein Regelventil vor verschiedene Herausforderungen, wie z. B. potenzielle Leckagen, Ausgasung, Sicherheit, Integrität und Steuerbarkeit. Wenden Sie sich an unsere Experten, wenn Sie mehr über die Herausforderungen und Lösungen bei der Wasserstoffproduktion erfahren möchten.

Derzeit liegt der Wasserstoffanteil in der NG/H2-Mischung zwischen 5 % und 10 %, in seltenen Fällen kann er bis zu 20 % betragen.

Die Hauptkomponenten der Wasserstoffmischstation sind: Druck- und Durchflussregelgeräte zur Einstellung der Menge an Erdgas und Wasserstoff und ihres Drucks, Durchflussmesser zur Messung der Menge an Erdgas und eingespeistem Wasserstoff, ein Gaschromatograph zur Bewertung der Zusammensetzung des gemischten Gemischs und ein Steuerungssystem mit seiner programmierbaren Logik. Auch ein Geruchsstoff-Einspritzsystem kann integriert werden, wenn Wasserstoff in das Verteilernetz eingespeist wird.

Bei den meisten CO2-Anwendungen besteht die Gefahr, dass sich festes CO2 („Trockeneis“) am Ventilausgang bildet, da das Gas durch den Joule-Thomson-Effekt abkühlt. Wenn dieses Trockeneis nicht herausgespült wird, sammelt es sich im Auslassrohr an und behindert den Durchfluss auf gefährliche Weise. Da ein modulierendes Sicherheitsventil nur so viel durchlässt, wie das geschützte System benötigt, besteht ein hohes Risiko, dass der Durchfluss durch das modulierende Sicherheitsventil bei einem Überdruckereignis zu gering ist, um das Trockeneis effektiv aus den Rohren zu entfernen. Umgekehrt öffnet sich ein Schnappventil (oder „Pop“-Ventil) bei jedem Überdruckereignis immer vollständig und gibt seine volle Kapazität ab: Durch diesen großen Durchfluss wird Trockeneis leicht herausbefördert, wodurch eine gefährliche Ansammlung in der Abgasleitung vermieden wird. Wenn die Bedingungen so sind, dass sich wahrscheinlich kein Trockeneis bildet (in einigen Fällen von überkritischen CO2-Anwendungen zum Beispiel), ist natürlich die Verwendung eines modulierenden Sicherheitsventils vorzuziehen.

Aufgrund der Standardisierung des Designs, der Sicherheitsmargen und der verschiedenen potenziellen Überdruckszenarien sind Sicherheitsventile immer überdimensioniert: Sie lassen oft viel mehr ab, als das geschützte System benötigt, um innerhalb sicherer Druckgrenzen zu bleiben. Bei Wasserstoffkompressoren stellt diese übermäßige Entlastung eine große Verschwendung von Gas und Energie dar, kann aber auch unerwünschte Wechselwirkungen mit den Kompressorsteuerungssystemen verursachen Ein echt modulierendes, pilotgesteuertes Sicherheitsventil kann je nach Bedarf des Systems von 0 bis zu seinem maximalen Durchfluss vollständig proportional entladen werden. Ein echt modulierendes, pilotgesteuertes Sicherheitsventil hält daher den entladenen Bestand auf dem zum Schutz der Ausrüstung unbedingt erforderlichen Minimum und begrenzt so die Störungen im Kompressorsystem.

Die Nähe von Wasserstoff zum Endverbrauch erfordert einen sicheren und effizienten Transport. Es wird fortlaufend geforscht und entwickelt, um die beste wirtschaftlich tragfähige und skalierbare Lösung zu finden. Derzeit gibt es vier Hauptlösungen für den Transport von Wasserstoff: Pipelines, komprimierter Wasserstoff, verflüssigter Wasserstoff, Umwandlung von Wasserstoff in andere Chemikalien wie Ammoniak, Methanol oder flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC).

Wasserstoffgas wird je nach erforderlicher Kapazität bei hohen Drücken von 300 bar, 500 bar, 700 bar und 1000 bar komprimiert. Der unter hohem Druck stehende Wasserstoff wird in speziell entwickelten Rohren gelagert und in einem LKW transportiert. Häufig wird ein Membrankompressor eingesetzt, um den Druck des gasförmigen Wasserstoffs auf das gewünschte Niveau zu erhöhen. Ein Druckregelventil ist erforderlich, um den Ausgangsdruck in den Wasserstoff-Kompressionsanlagen zu regeln.

Wasserstoffgas verflüssigt sich bei -254 ⁰ und sein Volumen beträgt in dieser Form 1/800 des gasförmigen Zustands. Daher eignet sich verflüssigter Wasserstoff für den Transport großer Mengen in einem vakuumisolierten Kryotank. Der Verflüssigungsprozess erfordert eine kryogene Steuerung, eine Kühlbox und allgemeine Serviceventile.