Auswahl an Ventilen, Reglern und Stellantrieben für Wasserstoffanwendungen

Wasserstoffversprödung (auch als wasserstoffunterstützte/wasserstoffinduzierte Rissbildung bekannt) tritt auf, wenn Wasserstoffatome in ein Metall absorbiert werden, wodurch es spröde wird und bricht. Mit zunehmender Konzentration des Wasserstoffs, der in einer Rohrleitung transportiert wird, erhöht sich auch das Risiko von Wasserstoffversprödung. Zur Bewältigung dieser Gefahr müssen diese Faktoren bei der Entwicklung und Herstellung von Ventilen und Stellantrieben für den Wasserstoffeinsatz berücksichtigt werden. So wird bei elektrischen Ventilantrieben kein Leitungsgas zur Energieversorgung verwendet und somit der Kontakt mit dem im System mitgeführten Wasserstoff eingeschränkt.

Es gibt 3 Kernanwendungen, die für alle Arten von Elektrolyseuren gelten: Durchflussregelventil für ultrareines Wasser, Durchflussregelventil für Wasserstoff und Durchflussregelventil für Sauerstoff. Jede Anwendung bringt verschiedene Herausforderungen für das Regelventil mit sich, z. B. potenzielle Leckagen, Ausgasung, Sicherheit, Integrität und Regelbarkeit. Kontaktieren Sie unsere Fachkräfte, um mehr mehr über die Herausforderungen und Lösungen bei der Wasserstoffproduktion zu erfahren.

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

Die Hauptkomponenten der Wasserstoffmischstation sind: Druck- und Durchflussregler zur Anpassung der NG- und H2-Menge und ihres Drucks, Durchflussmessgeräte zur Messung der Menge von NG und eingespritztem Wasserstoff, ein Gaschromatograph (GC) zur Bewertung der Zusammensetzung der Mischung und ein Steuerungssystem mit programmierbarer Logik. Bei der Einspritzung von Wasserstoff in das Verteilnetz kann auch das Einspritzungssystem für Odoriermittel einbezogen werden.

Bei den meisten CO2-Anwendungen besteht die Gefahr, dass sich durch die Abkühlung des Gases aufgrund des Joule-Thomson-Effekts festes CO2 (Trockeneis) am Auslass des Ventils bildet. Wenn das Trockeneis nicht entfernt wird, sammelt es sich im Auslassrohr an und schränkt den Durchflusspfad massiv ein. Da ein modulierendes Sicherheitsventil nur durchfließen lässt, was vom geschützten System benötigt wird, besteht ein hohes Risiko, dass der Durchfluss durch das modulierende Sicherheitsventil während eines Überdruckereignisses zu klein ist, um Trockeneis effektiv aus der Rohrleitung zu entfernen. Umgekehrt öffnet sich ein Ventil mit Vollhub (oder „Pop-Action“) bei jedem Überdruckereignis immer vollständig und gibt die gesamte Kapazitätsmenge frei: Dieser große Durchfluss schwemmt problemlos das Trockeneis heraus und vermeidet gefährliche Ansammlungen in den Abluftleitungen. Wenn Bedingungen bestehen, unter denen sich kein Trockeneis bilden kann (zum Beispiel in einigen Fällen bei überkritischen CO2-Anwendungen), wird die Verwendung eines modulierenden Sicherheitsventils bevorzugt.

Aufgrund der Konstruktionsstandardisierung, des Sicherheitsspielraums und der vielfältigen potenziellen Überdruckszenarien sind Sicherheitsventile immer überdimensioniert: Sie lassen oft viel mehr Medium ab, als die geschützte Anlage benötigt, um sichere Druckgrenzwerte aufrechtzuerhalten. Bei Wasserstoffkompressoren stellt diese übermäßige Abgabe eine große Gas- und Energieverschwendung dar und kann zudem zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen den Steuerungssystemen des Kompressors führen. Ein echt-modulierendes, vorgesteuertes Sicherheitsventil kann je nach Anforderungen des Systems Medium vollständig proportional von 0 bis zum maximalem Durchfluss ablassen. Ein echt-modulierendes, vorgesteuertes Sicherheitsventil hält daher die Menge des abgelassenen Mediums auf einem minimalen Wert, der zum Schutz der Ausrüstung erforderlich ist, und begrenzt dadurch die Störeinflüsse auf das Kompressorsystem.

Die Nähe des Wasserstoffs für die Endnutzung erfordert Sicherheit und effizienten Transport. Forschung und Entwicklung sind bestrebt, eine wirtschaftlich optimale und skalierbare Lösung zu finden. Derzeit gibt es hauptsächlich 4 Lösungen für den Transport von Wasserstoff: 1) Rohrleitungen/Pipelines, 2) komprimierter Wasserstoff, 3) verflüssigter Wasserstoff, 4) Umwandlung des Wasserstoffs zu anderen Chemikalien wie Ammoniak, Methanol oder flüssiger Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC).

Wasserstoffgas wird bei hohen Drücken komprimiert, z. B. 300 bar, 500 bar, 700 bar und 1 000 bar, je nach erforderlicher Kapazität. Der Hochdruck-Wasserstoff wird in speziell konstruierten Röhren gelagert und per Lkw transportiert. Oft wird ein Membrankompressor verwendet, um den gasförmigen Wasserstoffdruck auf das gewünschte Niveau zu erhöhen. Zur Regelung des Auslassdrucks in den Wasserstoff-Kompressionslagergestellen ist ein Druckregelventil erforderlich.

Wasserstoffgas verflüssigt sich bei -254 °C und sein Volumen in dieser Form beträgt 1/800 des gasförmigen Zustands. Aus diesem Grund ist verflüssigter Wasserstoff für den Transport großer Mengen in einem vakuumisolierten kryogenen Tank geeignet. Der Verflüssigungsprozess erfordert kryogene Regelung, eine Kühlbox und Ventile für allgemeine Anwendungen.