Selezione di valvola, regolatore e attuatore per applicazioni su idrogeno blu

L'infragilimento da idrogeno (noto anche come criccatura assistita/indotta dall'idrogeno) si verifica quando gli atomi di idrogeno vengono assorbiti da un metallo, rendendolo fragile e causandone la fessurazione. Con l'aumento della concentrazione di idrogeno trasportato in un pipeline, aumenta anche il rischio di infragilimento da idrogeno. Per gestire questo rischio, la progettazione e la fabbricazione di valvole e attuatori devono essere attentamente progettate per il servizio su idrogeno. Ad esempio, gli attuatori elettrici delle valvole non utilizzano il gas delle tubazioni per l'alimentazione, limitando quindi il contatto con l'idrogeno trasportato nel sistema.

Esistono 3 applicazioni principali per tutti i tipi di elettrolizzatori: valvola di controllo del flusso di acqua ultrapura, valvola di controllo del flusso di idrogeno, valvola di controllo del flusso di ossigeno. Ogni applicazione pone problemi diversi per una valvola di controllo, come potenziali perdite, degassamento, sicurezza, integrità, controllabilità. Contatta i nostri esperti per saperne di più sulle sfide e le soluzioni della produzione di idrogeno.

Attualmente la percentuale di idrogeno nella miscela NG/H2 è compresa tra 5% e 10%, in alcuni rari casi può raggiungere il 20%

I componenti principali della stazione di miscelazione dell'idrogeno sono: dispositivi di controllo della pressione e della portata per regolare la quantità di NG e H2 e la loro pressione, misuratori di portata per misurare la quantità di NG e idrogeno iniettato, un GC per valutare la composizione della miscela e un sistema di controllo con la sua logica programmabile. Inoltre, è possibile includere un sistema di iniezione di odorizzante quando l'idrogeno viene iniettato nella rete di distribuzione.

Nella maggior parte delle applicazioni su CO2, esiste il rischio che si formi CO2 solida ("ghiaccio secco") all'uscita della valvola a causa del raffreddamento del gas dovuto all'effetto Joule-Thomson. Se non viene eliminato, questo ghiaccio secco si accumulerà nel tubo di uscita e restringerà pericolosamente il percorso del flusso. Poiché una valvola di sicurezza modulante lascia passare solo la quantità necessaria al sistema protetto, esiste un rischio elevato che la portata attraverso la valvola di sicurezza modulante durante un evento di sovrapressione sia troppo ridotta per rimuovere efficacemente il ghiaccio secco dalle tubazioni. Al contrario, una valvola di sicurezza ad azione a scatto (o "pop") si apre sempre completamente e scarica la sua piena capacità ad ogni evento di sovrapressione: questo grande flusso invierà facilmente fuori il ghiaccio secco, evitando pericolosi accumuli nelle tubazioni di scarico. Naturalmente, se le condizioni sono tali da rendere improbabile la formazione di ghiaccio secco (ad esempio in alcuni casi di applicazioni con CO2 supercritica), sarà preferibile l'uso di una valvola di sicurezza modulante.

A causa della standardizzazione della progettazione, dei margini di sicurezza e dei vari scenari di sovrapressione potenziali, le valvole di sicurezza sono sempre sovradimensionate. Spesso scaricano molto più di quanto richiesto dal sistema protetto per restare entro i limiti di pressione di sicurezza. Sui compressori a idrogeno, questo scarico eccessivo rappresenta un grande spreco di gas ed energia, ma può anche causare interazioni indesiderate con i sistemi di controllo del compressore. Una valvola di sicurezza pilotata a modulazione reale è in grado di scaricare da 0 alla portata massima, in modo completamente proporzionale, a seconda delle esigenze dell'impianto. Una valvola di sicurezza pilotata a modulazione reale manterrà quindi l'inventario scaricato al minimo indispensabile per proteggere l'apparecchiatura e, così facendo, limiterà le perturbazioni sul sistema di controllo dei compressori.

La prossimità dell'idrogeno al punto di uso finale richiede sicurezza ed efficienza nel trasporto. Sono in corso attività di ricerca e sviluppo per trovare la soluzione migliore dal punto di vista economico e scalabile. Attualmente ci sono 4 soluzioni principali per il trasporto dell'idrogeno: 1) tubazioni, 2) idrogeno compresso, 3) idrogeno liquefatto, 4) conversione dell'idrogeno in altre sostanze chimiche come ammoniaca, metanolo o vettore di idrogeno organico liquido (LOHC).

Il gas idrogeno si comprime ad alte pressioni, ad esempio 300 barra, 500 barra, 700 barra e 1000 barra, a seconda della capacità richiesta. L'idrogeno ad alta pressione viene immagazzinato in tubi appositamente progettati e trasportato su autocarri. È comune vedere l'utilizzo di un compressore a membrana per aumentare la pressione dell'idrogeno gassoso al livello desiderato. È necessaria una valvola di controllo della pressione per regolare la pressione di uscita negli skid di compressione dell'idrogeno.

L'idrogeno gassoso si liquefa a -254 °C e il suo volume in tale forma è pari a 1/800 dello stato gassoso. Pertanto, l'idrogeno liquefatto è adatto per il trasporto di grandi quantità in un serbatoio criogenico isolato e sottovuoto. Il processo di liquefazione richiede valvole di controllo criogeniche, cold box e generiche.