Sélection de vannes, de détendeurs et d’actionneurs pour les applications d’hydrogène

La fragilisation de l’hydrogène (également connue sous le nom de craquage assisté par l’hydrogène/induit par l’hydrogène) se produit lorsque des atomes d’hydrogène sont absorbés dans un métal, ce qui le fragilise et le fracture. À mesure que la concentration d’hydrogène transporté dans une conduite augmente, le risque de fragilisation de l’hydrogène augmente également. Afin de gérer ce risque, la conception et la fabrication des vannes et des actionneurs doivent être soigneusement étudiées pour le service d’hydrogène. Par exemple, les actionneurs de vanne électriques n’utilisent pas de gaz de conduite comme alimentation, limitant ainsi leur contact avec l’hydrogène transporté dans le système.

Il existe 3 applications de base qui s’appliquent à tous les types d’électrolyseurs : vanne de régulation du débit d’eau ultra pure, vanne de régulation du débit d’hydrogène, vanne de régulation de débit d’oxygène. Chaque application soulève divers défis pour une vanne de régulation, tels que : fuites potentielles, dégazage, sécurité, intégrité, contrôlabilité. Contactez nos experts si vous souhaitez en savoir plus sur les défis et les solutions pour la production d’hydrogène.

Actuellement, le pourcentage d’hydrogène dans le mélange GN/H2 va de 5 % à 10 %, et dans de rares cas, il peut atteindre 20 %

Les principaux composants de la station de mélange d’hydrogène sont : des appareils de régulation de la pression et du débit pour ajuster la teneur du GN et du H2 et leur pression, des débitmètres pour mesurer la teneur de GN et d’hydrogène injecté, un GC pour évaluer la composition du mélange et un système de contrôle-commande avec sa logique programmable. En outre, un système d’injection d’agents odorants peut être inclus si de l’hydrogène est injecté dans le réseau de distribution.

Sur la plupart des applications de CO2, il existe un risque de formation de CO2 solide (« glace sèche ») à la sortie de la vanne en raison du refroidissement du gaz dû à l’effet Joule-Thomson. Si elle n’est pas évacuée, cette glace sèche s’accumulera dans le tuyau d’évacuation et restreindra dangereusement le trajet d’écoulement. Étant donné qu’une soupape de sécurité modulée ne débite que ce dont le système protégé a besoin, il existe un risque élevé que le débit via la soupape de sécurité modulée lors d’une surpression soit trop faible pour faire évacuer efficacement la glace sèche hors de la tuyauterie. En revanche, une vanne à action rapide (ou action « pop ») s’ouvre toujours complètement et décharge sa pleine capacité à chaque surpression : ce débit important permet d’évacuer facilement toute glace sèche, évitant ainsi une accumulation dangereuse dans la tuyauterie d’échappement. Bien sûr, si les conditions sont telles que la glace sèche ne risque pas de se former (dans certains cas d’applications super-critiques au CO2, par exemple), il est préférable d’utiliser une soupape de sécurité à modulation.

En raison de la standardisation de la conception, des marges de sécurité et des divers scénarios de surpression potentielle, les soupapes de sécurité sont toujours surdimensionnées : elles déchargent souvent beaucoup plus que ce dont le système protégé a besoin pour maintenir des limites de pression de sécurité. Sur les compresseurs d’hydrogène, ce soulagement excessif représente un gros gaspillage de gaz et d’énergie, mais peut aussi provoquer des interactions indésirables sur les systèmes de contrôle-commande des compresseurs. Une vanne de sécurité actionnée par pilote et entièrement modulée est capable de décharger de 0 à son débit maximum, de manière entièrement proportionnelle, en fonction des besoins du système. Une vanne de sécurité actionnée par pilote et entièrement modulée permettra donc de maintenir les stocks déchargés au strict minimum nécessaire pour protéger l’équipement et, ce faisant, de limiter les perturbations sur le système de compresseur.

La proximité de l’hydrogène pour une utilisation finale exige la sécurité et le transport efficace. Des recherches et développements sont en cours pour trouver la meilleure solution économiquement viable et modulaire. Il existe actuellement 4 solutions majeures pour transporter l’hydrogène : 1) conduites, 2) hydrogène comprimé, 3) hydrogène liquéfié, 4) conversion de l’hydrogène vers d’autres produits chimiques comme l’ammoniac, le méthanol ou le vecteur d’hydrogène organique liquide (LOHC).

L’hydrogène gazeux se comprime à des pressions élevées, par exemple 300 bar, 500 bar, 700 bar et 1 000 bar, en fonction de la capacité requise. L’hydrogène haute pression est stocké dans des tubes spécialement conçus et transporté dans un camion. Il est courant de voir un compresseur à membrane augmenter la pression de l’hydrogène gazeux au niveau souhaité. Une vanne de régulation de pression est nécessaire pour contrôler la pression aval dans les skids de compression d’hydrogène.

L’hydrogène gazeux se liquéfie à -254 °C et son volume sous cette forme est de 1/800 de l’état gazeux. Par conséquent, l’hydrogène liquéfié convient au transport de grandes quantités dans un réservoir cryogénique isolé sous vide. Le procédé de liquéfaction nécessite une régulation cryogénique, une boîte froide et des vannes à usage général.