Selezione valvola, regolatore e attuatore per applicazioni su idrogeno

L'infragilimento da idrogeno (noto anche come cracking assistito da idrogeno/indotto da idrogeno) si verifica quando gli atomi di idrogeno vengono assorbiti da un metallo, causandone la fragilità e la frattura. Con l'aumento della concentrazione di idrogeno trasportato in una condotta, aumenta anche il rischio di infragilimento da idrogeno. Per gestire questo rischio, la progettazione e la fabbricazione sia delle valvole sia degli attuatori devono essere attentamente considerate per il servizio su idrogeno. Ad esempio, gli attuatori elettrici delle valvole non utilizzano il gas delle condotte per l'alimentazione, limitando così il loro contatto con l'idrogeno trasportato nel sistema.

Esistono 3 applicazioni principali applicabili a tutti i tipi di elettrolizzatori: valvola di controllo della portata dell'acqua ultrapura, valvola di controllo della portata dell'idrogeno, valvola di controllo della portata dell'ossigeno. Ogni applicazione pone diverse sfide per una valvola di controllo, come potenziali perdite, degassamento, sicurezza, integrità, controllabilità. Contatta i nostri esperti se vuoi saperne di più sulle sfide e sulle soluzioni della produzione di idrogeno.

Attualmente la percentuale di idrogeno nella miscela NG/H2 va dal 5% al 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 GN e di 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 se 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 fa scorrere solo ciò che è necessario al sistema protetto, esiste un alto rischio che il flusso attraverso la valvola di sicurezza modulante durante un evento di sovrapressione sia troppo piccolo per eliminare efficacemente il ghiaccio secco dalle tubazioni. Al contrario, una valvola ad azione a scatto (o "pop") si apre sempre completamente e scarica la sua piena capacità ad ogni evento di sovrapressione: questo grande flusso espellerà facilmente il ghiaccio secco, evitando pericolosi accumuli nelle tubazioni di scarico. Naturalmente, se le condizioni sono tali da impedire la formazione di ghiaccio secco (in alcuni casi di applicazioni di CO2 supercritiche, ad esempio), sarà preferibile l'uso di una valvola di sicurezza modulante.

A causa della standardizzazione della progettazione, dei margini di sicurezza e dei vari potenziali scenari di sovrapressione, le valvole di sicurezza sono sempre sovradimensionate: spesso scaricano molto più di quanto richiesto dal sistema protetto per rimanere entro i limiti di pressione di sicurezza. Sui compressori di 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 continua è in grado di scaricare da 0 alla sua portata massima, in modo completamente proporzionale, a seconda delle necessità del sistema. Una valvola di sicurezza pilotata a modulazione continua manterrà quindi l'inventario scaricato al minimo indispensabile per proteggere l'apparecchiatura e, così facendo, limiterà le perturbazioni sul sistema del compressore.

La prossimità dell'idrogeno per l'uso finale richiede sicurezza e un trasporto efficiente; la ricerca e lo sviluppo sono in corso per trovare la migliore soluzione economicamente sostenibile e scalabile. Attualmente ci sono 4 soluzioni principali per il trasporto dell'idrogeno: 1) gasdotti , 2) idrogeno compresso, 3) idrogeno liquefatto, 4) conversione dell'idrogeno in altre sostanze chimiche come ammoniaca, metanolo o vettore organico liquido di idrogeno (LOHC).

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

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