Seleção de válvula, regulador e atuador para aplicações de hidrogênio

A fragilização por hidrogênio (também conhecida como fissuração assistida/induzida por hidrogênio) acontece quando átomos de hidrogênio são absorvidos pelo metal, deixando-o frágil e sujeito a fratura. À medida que aumenta a concentração de hidrogênio transportado no gasoduto, o risco de fragilização por hidrogênio também cresce. Para gerenciar esse risco, é preciso considerar com cuidado o design e a fabricação de válvulas e atuadores para serviços com hidrogênio. Por exemplo, atuadores elétricos de válvula não usam o gás da tubulação para alimentação, limitando assim o contato com o hidrogênio transportado no sistema.

Existem três aplicações básicas válidas para todos os tipos de eletrolisador: válvula de controle de vazão de água ultrapura, válvula de controle de vazão de hidrogênio e válvula de controle de vazão de oxigênio. Cada aplicação apresenta vários desafios para a válvula de controle, como risco de vazamento, desgaseificação, segurança, integridade e controlabilidade. Entre em contato com nossos especialistas se quiser saber mais sobre os desafios e soluções na produção de hidrogênio.

Atualmente, o percentual de hidrogênio na mistura GN/H2 fica entre 5% e 10%, podendo atingir 20% em casos raros

Os principais componentes da estação de mistura de hidrogênio são: dispositivos de controle de pressão e vazão para ajustar a quantidade de GN e H2 e suas pressões, medidores de vazão para medir a quantidade de GN e do hidrogênio injetado, um cromatógrafo a gás para avaliar a composição da mistura e um sistema de controle com sua lógica programável. Além disso, pode-se incluir um sistema de injeção de gás odorizador se o hidrogênio for injetado na rede de distribuição.

Na maioria das aplicações de CO2, há risco de formação de CO2 sólido ("gelo seco") na saída da válvula devido ao resfriamento do gás pelo efeito Joule-Thomson. Se não for removido, esse gelo seco se acumulará na tubulação de saída e restringirá perigosamente o caminho da vazão. Como uma válvula de segurança modulante libera somente o fluxo requerido pelo sistema, há um alto risco de que a vazão durante um evento de sobrepressão seja pequena demais para remover o gelo seco da tubulação de forma eficaz. Por outro lado, uma válvula de ação rápida (ou "pop") sempre abre totalmente e descarrega sua capacidade total em cada evento de sobrepressão, e essa vazão grande remove facilmente o gelo seco, evitando acúmulo perigoso na tubulação de exaustão. Claro que, se as condições indicarem baixa probabilidade de formação de gelo seco (em alguns casos de aplicações de CO2 supercrítico, por exemplo), uma válvula de segurança modulante será a opção preferida.

Devido à padronização do projeto, às margens de segurança e aos vários cenários potenciais de sobrepressão, as válvulas de segurança são sempre superdimensionadas e frequentemente aliviam muito mais do que o necessário para permanecer dentro dos limites seguros de pressão no sistema protegido. Nos compressores de hidrogênio, esse alívio excessivo representa um grande desperdício de gás e energia, e ainda pode provocar interações indesejáveis com os sistemas de controle do compressor. Uma válvula de segurança operada por piloto com modulação verdadeira é capaz de aliviar de 0 até sua vazão máxima, de maneira totalmente proporcional, conforme a necessidade do sistema. Portanto, uma válvula de segurança operada por piloto com modulação verdadeira manterá o inventário aliviado no mínimo estritamente necessário para proteger o equipamento, limitando assim as perturbações no sistema do compressor.

A proximidade do hidrogênio ao uso final requer segurança e transporte eficiente. Há pesquisas e desenvolvimentos em andamento para encontrar a solução mais econômica e escalável. Atualmente, existem quatro soluções principais para transportar hidrogênio: 1) gasodutos, 2) hidrogênio comprimido, 3) hidrogênio liquefeito, 4) conversão do hidrogênio em outros químicos, como amônia, metanol ou transportadores orgânicos líquidos de hidrogênio (LOHC).

O hidrogênio gasoso é comprimido a pressões elevadas, como 300 bar, 500 bar, 700 bar e 1000 bar, conforme a capacidade necessária. O hidrogênio em alta pressão é armazenado em tubos especialmente projetados e transportado em caminhão. É comum usar um compressor de diafragma para aumentar a pressão do hidrogênio gasoso até o nível desejado. Uma válvula de controle de pressão é necessária para controlar a pressão de saída nos skids de compressão de hidrogênio.

O hidrogênio gasoso liquefaz a -254 °C e seu volume nessa forma é de 1/800 do estado gasoso. Portanto, o hidrogênio liquefeito é adequado para transporte em grandes quantidades em tanques criogênicos com isolamento a vácuo. O processo de liquefação requer controle criogênico, caixa fria e válvulas de serviço geral.