Des solutions d'hydrogène et de sécurité pour les risques électriques en environnement explosif
La recherche du zéro émission nette et de la décarbonation globale a entraîné une augmentation spectaculaire de la demande en sources d’énergie renouvelable. L’hydrogène se révèle être une solution très prometteuse, en particulier pour son double rôle de source d’énergie et de moyen de stockage d’énergie.
À l’heure où les gouvernements et les industriels s’efforcent d’atteindre des objectifs de décarbonation très exigeants d’ici 2030, les sites de production, de distribution et de stockage d’hydrogène se développent dans le monde entier. Cependant, la croissance de l’utilisation de l’hydrogène entraîne un défi de taille : la sécurité ! Si l’hydrogène est un moyen propre et efficient de stocker l’énergie, il présente l’inconvénient d’être hautement explosif. Il impose donc de prendre d’importantes mesures de prévention dans les environnements dangereux.
Projets d'électrolyse de l'eau planifiés et opérationnels en Europe
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Les promesses de l’hydrogène vert et la nécessité de la transition énergétique
L’hydrogène existe sous différentes « couleurs » représentant chacune une méthode de production et, en conséquence, un impact environnemental différent. Le panel de couleurs de l’hydrogène comprend le noir, le gris, le bleu et le vert, ce dernier étant le plus écologique.
Couleurs de l’hydrogène
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À l’heure actuelle, la majorité de l’hydrogène produit dans le monde entier suit la méthode de reformage du méthane à la vapeur. Il s’agit d’un process décomposant du gaz naturel contenant du méthane CH4 en hydrogène H2 et en CO2
Réaction de reformage du méthane à la vapeur
CH4 + H2O (+ chaleur) → CO + 3H2
Réaction du gaz à l’eau
CO + H2O → CO2 + H2 (+ faible quantité de chaleur)
qui produit une quantité importante de dioxyde de carbone (CO2) en tant que produit dérivé du process et de la chauffe du réformeur à vapeur à 800-900°C.
Cette forme d’hydrogène, souvent appelée hydrogène noir ou gris, doit impérativement être remplacé si nous voulons atteindre les objectifs de zéro émission nette de carbone.
D’un autre côté, l’hydrogène vert est produit par électrolyse. Dans ce cas, le courant électrique (qui provient de préférence d’une source renouvelable) est utilisé pour décomposer l’eau (H2O) en hydrogène (H2) et en oxygène (O2). Malgré les avantages environnementaux évidents, la part d’hydrogène vert dans production actuelle n’est que de 5%. Il est indispensable d’augmenter la part d’hydrogène vert dans la production afin de réduire les émissions de carbone. En effet, l’hydrogène vert ouvre la voie pour faire passer une industrie largement dépendante des énergies fossiles vers des solutions d’énergie plus propre.
La nature explosive de l’hydrogène : un défi de sécurité permanent
Bien que l’hydrogène présente de nombreux avantages, sa nature hautement explosive constitue un risque important. L’énergie d’ignition requise pour l’hydrogène est très faible par rapport aux autres gaz traditionnels tels que le gaz naturel liquéfié (GNL). En outre, la plage d’inflammabilité du mélange hydrogène/oxygène est bien plus large. Cela signifie que la production, le stockage et l’utilisation d’hydrogène entraînent des risques d’explosion bien plus élevés.
La manipulation de l’hydrogène entraîne immanquablement l’apparition de zones dangereuses, où des explosions sont possibles. Un cadre de sécurité complet est donc nécessaire afin de prévenir les risques. Les mesures de sécurité liées à l’hydrogène ont des répercussions sur l’ensemble de la chaîne de valeur, depuis les sites de production aux réservoirs de stockage et aux applications pour les utilisateurs finaux, en passant par les pipelines de transport.
À l’heure où le monde entier prévoit un développement considérable des infrastructures liées à l‘hydrogène, il est essentiel que les réflexions de sécurité suivent cette évolution. Ce développement induit une dimension de sécurité liée notamment aux risques électriques en environnement explosif. Ces risques doivent être traités afin de permettre de développer les technologies à l’hydrogène en une solution énergétique sûre et efficace.
La gestion des risques électriques en environnement explosif du fait de la présence d’hydrogène
Un des aspects les plus importants de la sécurité dans les environnements riches en hydrogène est la gestion des risques électriques. Même de petites étincelles produites par des composants électriques peuvent enflammer l’hydrogène. C’est pourquoi les entreprises qui travaillent dans ces espaces doivent adopter des technologies et des protocoles de sécurité très contraignants.
Dans les environnements dangereux, un équipement anti-déflagrant est essentiel pour prévenir l'ignition de l’hydrogène. Les systèmes électriques utilisés dans le cadre du traitement, du stockage et du transport de l’hydrogène doivent respecter des normes de sécurité spécifiques afin de réduire le risque d’étincelles ou d’autres sources d’ignition. Cela implique l’utilisation d’équipement à sécurité intrinsèque conçu pour fonctionner de manière sûre dans des atmosphères explosives en limitant l’énergie électrique et thermique disponible pour l’ignition.
Par exemple, l’utilisation d’équipement à sécurité intrinsèque dans les environnements comportant de l’hydrogène permet de s’assurer que l’énergie de l’équipement électrique est insuffisante pour déclencher l’explosion de l’hydrogène. Le principe de conception à sécurité intrinsèque est particulièrement essentiel pour la mesure et le contrôle de valeurs telles que la pression, la température et le débit dans les process de production et de distribution d’hydrogène.
PR electronics : un partenaire de confiance pour les solutions de sécurité relatives à l’hydrogène
Dans les environnements complexes et à haut risque où l’hydrogène est manipulé, PR electronics offre des solutions avancées pour l’interface avec les valeurs de process, en particulier dans les environnements explosifs liés à l’hydrogène. Riche de plus de 50 ans d’expérience, PR electronics est spécialisée dans le développement de solutions économiques d’instrumentation dans les zones dangereuses, y compris celles comportant de l’hydrogène. Notre expertise en matière d’instrumentation anti-déflagrant permet de réaliser une intégration très fluide des capteurs et des systèmes de contrôle, garantissant ainsi la sécurité tout en optimisant l’efficacité du process.
PR electronics met l’accent sur la fourniture d’instruments répondant aux exigences strictes des environnements explosifs et des normes Ex associées telles que ATEX, IECEx, UL, FM, etc. La gamme de dispositifs à sécurité intrinsèque permet d’effectuer une surveillance précise et sûre des process liés à l’hydrogène et de leurs signaux associés, tels que la température, la pression, le niveau, le débit, de la production au stockage en passant par le transport. Cela permet de s’assurer que la mesure des valeurs de process essentielles telles que la pression, le débit, l'état des vannes et la température sont fiables, même dans les conditions les plus difficiles.
À l’heure où la place de l’hydrogène dans le mix énergétique mondial continue de croître, cette croissance concerne également la nécessité de trouver des partenaires de confiance qui comprennent les défis spécifiques que présente l’hydrogène en matière de sécurité. PR electronics est un leader dans ce domaine. Nous proposons des solutions innovantes qui aident les industries à relever les défis qu’entraîne le travail avec des gaz explosifs comme l’hydrogène.
Des solutions à sécurité intrinsèque pour les zones dangereuses
PR electronics fournit toute une gamme de solutions à sécurité intrinsèque, spécialement conçue pour les environnements comprenant de l’hydrogène. Faciles à mettre en œuvre et à entretenir, ces solutions garantissent des performances fiables dans des zones à classification variable comme Zone 0 / Div 1, où de l’hydrogène gazeux est constamment présent. L’hydrogène, catégorisé comme gaz du groupe IIC, nécessite une attention particulière du fait que même une étincelle minime suffit à l’enflammer. PR electronics s’assure de la sécurité de l’interface des instruments tels que les capteurs de température et les transmetteurs de pression dans ces zones dangereuses.
Classifications des zones et conformité
Les produits de PR electronics sont conformes aux normes EN/IEC 60079. Ils garantissent ainsi la sécurité dans les environnements comprenant de l’hydrogène. Des solutions sont réalisées sur mesure pour différentes classifications :
- Zone 0 / Div 1 : présence permanente d’hydrogène gazeux.
- Zone 1 / Div 1 : présence occasionnelle d’hydrogène gazeux.
- Zone 2 / Div 2 : faible risque de présence d’hydrogène, mais des mesures de sécurité sont toujours nécessaires.
Classifications de température pour l’équipement destiné au traitement de l’hydrogène
La température d’auto-ignition de l’hydrogène est de 560°C.
Un produit à sécurité intrinsèque répondant à la classification de température T4 à T6 (T1 étant la classification la moins contraignante) suffit pour prévenir tout risque lié à la température ambiante. Cependant, du fait de la faible énergie d’ignition, l’équipement doit être conçu et surveillé avec précaution. PR electronics propose des solutions répondant à des classifications de température permettant de conserver un bon degré de sécurité, même dans des conditions difficiles.
Exemple de solution pour le contrôle de la température
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Quelques étapes simples pour qualifier votre système à sécurité intrinsèque (environnement ATEX)
- Transmetteur en Zone 0 classifié Exia / barrière en zone sûre classifiée [Ex ia].
- L’hydrogène nécessite un produit classifié pour le groupe de gaz IIC.
- Déterminer la classification de la zone / division pour le transmetteur. Dans le cas présent, Zone 0 / DIV 1 du fait de la présence permanente d’hydrogène.
- Déterminer les températures de fonctionnement du transmetteur, par ex. température ambiante de 80°C. La température d’ignition de l’hydrogène étant de 560°C, elle est largement supérieure aux exigences de températures pour la classification T4, soit 135°C. La barrière a une température ambiante de fonctionnement allant jusqu’à 60°C dans la zone sûre.
- Effectuez un calcul pour l'ensemble du système à sécurité intrinsèque comprenant le transmetteur, le câble et la barrière, avec les paramètres respectifs.
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PR 5337D Transmetteurs de température PR 5337D avec classification ATEX Ex : II 1 G Ex ia IIC T6… T4 Ga |
PR 9106B Barrière PR 9106B pour zone sûre avec classification ATEX Ex : II (1) G [Ex ia Ga] IIC/IIB/IIA |
Pour simplifier, seules les classifications ATEX sont mentionnées ici. Des classifications de produit similaires existent pour IECEx, UL, FM, INMETRO, etc. Veuillez consulter le manuel de produit ou la fiche de données.
Travailler avec des solutions à sécurité intrinsèque de PR electronics
PR electronics propose des dispositifs à sécurité intrinsèque et faciles à utiliser pour simplifier la gestion de la sécurité dans les environnements comportant de l’hydrogène. Conçues pour offrir une grande facilité d’utilisation, nos solutions aident les entreprises à se concentrer sur l’optimisation de leurs process tout en réduisant au maximum les risques dans les zones dangereuses.
Avantages de la sécurité intrinsèque
La sécurité intrinsèque présente de nombreux avantages :
- Maintenance simplifiée avec possibilité de travail sur des circuits sous tension.
- Coûts inférieurs par rapport aux enveloppes antidéflagrantes et aux composants associés
- Conception tolérante aux dysfonctionnements
- Applicable à toutes les zones impliquant du gaz et de la poussière
