Hydrogen og sikkerhedsløsninger til elfaremomenter i omgivelser med eksplosionsfare

Jagten på netto-nul-emissioner og global udfasning af fossile brændstoffer har skabt en dramatisk stigning i efterspørgslen efter vedvarende energikilder. Hydrogen har hurtigt vist sig som en lovende løsning, især på grund af dets dobbelte rolle som både kilde til og lagermedie for energi. 

Mens regeringer og industri bestræber sig på at overholde meget aggressive mål for udfasning af fossile brændstoffer inden 2030, udbygges produktion, distribution og lagerfaciliteter til hydrogen på verdensplan. Med denne stigning i anvendelsen af hydrogen følger imidlertid en vigtig udfordring: sikkerheden. Hydrogen er ud over at være en ren og effektiv energibærer også meget eksplosivt og kræver meget robuste beskyttelsesforanstaltninger i farlige omgivelser.
 

Planlagte og kørende vandelektrolyseprojekter i Europa

 

 

Tanken om grønt hydrogen og behovet for omstilling

Hydrogen har forskellige "farver", der hver især repræsenterer forskellige produktionsmetoder og dermed forskellige grader af indvirkning på miljøet. Farvespektret for hydrogen omfatter sort, gråt, blåt og grønt hydrogen, hvor det grønne hydrogen er det mest miljøvenlige. 

Farver på hydrogen

I dag produceres størstedelen af verdens hydrogen ved damp-/metan-reformering, som er en proces, hvorved naturgas, der indeholder metan CH4, spaltes til hydrogen H₂ og CO₂

 

Damp-metan-reformeringsreaktion 

CH₄ + H₂O (+ varme) → CO + 3H₂
 

Vand-gas-forskydningsreaktion 

CO + H₂O → CO₂ + H₂ (+ en smule varme)
 

hvilket afgiver større mængder kuldioxid (CO2) som biprodukt af selve processen og som biprodukt af opvarmning af dampreformeren til 800-900°C. 

Denne form for hydrogen, der ofte kaldes sort eller gråt hydrogen, skal erstattes, hvis den globale målsætning om CO2-neutralitet skal realiseres.

Grønt hydrogen produceres på den anden side ved elektrolyse, hvor elektrisk strøm – fortrinsvist genereret ved vedvarende metoder – bruges til at spalte vand (H₂O) til hydrogen (H₂) og oxygen (O₂). Trods de meget markante miljømæssige fordele er det kun omkring 5% af hydrogenproduktionen, der er grøn i dag. Opskalering af grøn hydrogenproduktion er afgørende for at virkeliggøre en økonomi med lav CO2-udledning, da den udgør en bæredygtig vej, som industrier med stærk afhængighed af fossile brændstoffer kan vælge for at skifte til renere energiløsninger.

 

Hydrogens eksplosive natur: En fortsat sikkerhedsudfordring

Selv om hydrogen har mange fordele, udgør stoffets meget eksplosive egenskaber en betydelig risiko. Hydrogens antændelsesenergi er meget lavere end andre traditionelle gasser som f.eks. flydende naturgas (LNG), og dets antændelige hydrogen/ilt-blandingsinterval er langt bredere. Det betyder, at risikoen for eksplosion uundgåeligt er højere på steder, hvor hydrogen produceres, lagres og bruges. 

I områder, hvor hydrogen håndteres, opstår der automatisk fareområder - hvor risikoen for eksplosion foreligger. Dette nødvendiggør omfattende sikkerhedsforanstaltninger, som skal forhindre potentielle faremomenter. Hydrogen-relaterede sikkerhedsforholdsregler spænder over hele værdikæden fra produktionsfaciliteter til transportrørledninger og helt ned til lagertanke og slutbrugeranvendelser.

Mens verden planlægger væsentlig ekspansion af hydrogen-infrastrukturen, er det afgørende, at sikkerhedshensynene udvikler sig i takt med væksten. Denne ekspansion indfører sikkerhedsaspekter, i særdeleshed i forbindelse med elfaremomenter i eksplosionsfarlige omgivelser, som skal varetages for at muliggøre udbredt brug af hydrogen som sikker og effektiv energiløsning.
 
 

Håndtering af elfaremomenter i eksplosionsfarlige omgivelser med hydrogen

Et af de mest kritiske aspekter ved sikkerheden i hydrogenholdige omgivelser er håndtering af elrelaterede faremomenter. Selv minimale gnister fra elektriske komponenter kan antænde hydrogen, og derfor skal virksomheder på dette område indføre meget strenge sikkerhedsprotokoller og -teknologier.

I farlige omgivelser er eksplosionssikkert udstyr afgørende for at forhindre antændelse af hydrogen. Elektriske systemer, der bruges til forarbejdning, opbevaring og transport af hydrogen, skal overholde specifikke sikkerhedsstandarder, der minimerer risikoen for dannelse af gnister og andre antændelseskilder. Dette er ensbetydende med brug af egensikkert (IS) udstyr, som er designet til at fungere sikkert i eksplosionsfarlige atmosfærer ved begrænsning af den elektriske energi og varmeenergien, der måtte kunne forårsage antændelse.

Brugen af egensikre enheder i omgivelser med hydrogen sikrer eksempelvis, at energien fra det elektriske udstyr ikke er tilstrækkelig udløse en hydrogeneksplosion. Det egensikre designprincip er særligt afgørende ved måling og styring af procesværdier som f.eks. tryk, temperatur og flow i processer til produktion og distribution af hydrogen.

PR electronics: En betroet partner i forbindelse med hydrogensikkerhedsløsninger

I de komplekse og risikofyldte omgivelser, hvor hydrogen håndteres, tilbyder PR electronics avancerede løsninger til aflæsning af procesværdier, i særdeleshed i eksplosionsfarlige omgivelser med hydrogen. Med mere end 50 års erfaring har PR electronics specialiseret sig i at udvikle økonomisk attraktive løsninger til instrumentering i farezoner, herunder områder, hvor der kan forekomme hydrogen. Vores ekspertise inden for eksplosionssikker instrumentering muliggør en problemfri integration af følere og styresystemer, hvilket opretholder sikkerheden, samtidig med at proceseffektiviteten optimeres.

PR electronics fokuserer på at levere instrumentering, der lever op til de strenge krav til eksplosionsfarlige omgivelser og de tilknyttede Ex-standarder som f.eks. ATEX, IECEx, UL, FM osv. Uvalget af egensikre enheder muliggør præcis og sikker overvågning af hydrogen-relaterede processer og disses tilknyttede signaler vedr. f.eks. temperatur, tryk, niveau, flow fra produktion til opbevaring og transport. På denne måde sikres det, at kritiske procesværdier som tryk, flow, ventilstatus og temperatur måles pålideligt også under de mest udfordrende forhold.

Mens hydrogens rolle i den globale energisammensætning fortsætter med at tage til i omfang, øges også behovet for betroede partnere, der forstår de unikke sikkerhedsudfordringer, som hydrogen medfører. PR electronics er førende på dette område og tilbyder innovative løsninger, der hjælper industrien med at finde vej i det komplekse arbejde med eksplosionsfarlige gasser som hydrogen.

 

Egensikre løsninger til farezoner

PR electronics leverer en række egensikre (IS) løsninger, som er designet til områder, der udsættes for hydrogen. Disse løsninger er nemme at konstruere og vedligeholde, og de sikrer pålidelig ydeevne i områder med forskellige zoneklassifikationer, herunder Zone 0 / Div 1, hvor eksplosiv hydrogengas er til stede kontinuerligt. Hydrogen, klassificeret som Gasgruppe IIC, kræver særlig påpasselighed, da det kan antændes af selv minimale gnister. PR electronics sørger for sikker sammenkobling af instrumenter som temperaturfølere og tryktransmittere i sådanne farezoner.
 

Zoneklassifikationer og overensstemmelse

PR electronics’ produkter er i overensstemmelse med EN / IEC 60079-standarderne, hvilket sørger for sikkerhed i omgivelser, hvor der kan forekomme hydrogen. Løsningerne er skræddersyet til forskellige klassifikationer:

• Zone 0 / Div 1: Kontinuerlig tilstedeværelse af hydrogengas.
• Zone 1 / Div 1: Lejlighedsvis tilstedeværelse af hydrogengas.
• Zone 2 / Div 2: Lavere risiko for tilstedeværelse af hydrogen, men sikkerhedsforholdsregler gælder stadig.

Temperaturklassifikationer for hydrogenudstyr 

Hydrogen har en selvantændelsestemperatur på 560°C.

Et egensikkert produkt med T4-T6 temperaturnormeringen (T1 er mindst streng) er tilstrækkeligt til at undgå eventuelle faremomenter i forbindelse med omgivelsestemperatur, men udstyret skal på grund af den lave antændelsesenergi designes og overvåges meget nøje. PR electronics leverer temperaturnormerede løsninger, som opretholder sikkerheden selv under krævende betingelser.

Lær mere om grundprincipperne for egensikkerhed

Løsningseksempel til overvågning af temperatur

Enkle trin til kvalifikation af dit egensikre system (ATEX-miljø)

1. Transmitter i Zone 0  Exia-normeret / barriere i sikkert område [Ex ia]-normeret.
   
   
2. Hydrogen kræver et Gasgruppe IIC-normeret produkt.
   
   
3. Fastlæg zone- / divisionsområdeklassifikationen for transmitteren – i dette tilfælde, Zone 0 / DIV 1 på grund af kontinuerlig tilstedeværelse af hydrogen.
   
   
4. Fastlæg transmitterens driftstemperaturer – f.eks. 80°C omgivelsestemperatur. Hydrogens antændelsestemperatur på 560°C er langt over temperaturkravet til Ex-temperaturklassifikation T4 = 135°C. Barrieren har en omgivelsesdriftstemperatur på op til 60°C i det sikre område.
   
   
5. Udfør en loop-beregning for hele IS-systemet inkl. transmitteren, kablet og barrieren med de pågældende enhedsparametre

PR 5337D Temperaturtransmitter PR 5337D med ATEX Ex-normering: II 1 G Ex ia IIC T6...T4 Ga		PR 9106B Barriere PR 9106B til installation i det sikre område med ATEX Ex-normering: II (1) G [Ex ia Ga] IIC/IIB/IIA

 

Der er for overskuelighedens skyld kun anført ATEX-normeringer her. Tilsvarende produktnormeringer overholdes for IECEx, UL, FM, INMETRO osv. Se venligst produktmanualen / databladet.

Lær mere om grundprincipperne for egensikkerhed

Arbejde med PR electronics IS-løsninger

PR electronics tilbyder nemme egensikre enheder, der forenkler sikkerheden i hydrogenholdige omgivelser. Vores enheder er designet med tanke på brugervenlighed, og de hjælper virksomheder med at fokusere på optimering af processer, samtidig med at de minimerer sikkerhedsrisiciene i farezoner.
 

Fordele ved egensikkerhed

Egensikkerhed giver flere fordele:
 

• Forenklet vedligeholdelse med mulighed for arbejde under drift.
• Lavere udgifter sammenlignet med eksplosionssikre kapslinger og tilhørende komponenter.
• Fejltolerante designs.
• Anvendelighed i alle gas- og støvzoner.

 

Har du brug for eksperthjælp med dine IS-løsninger til hydrogen?