Idrogeno e soluzioni di sicurezza per i rischi elettrici negli ambienti esplosivi
L'impegno per l'azzeramento delle emissioni nette e la decarbonizzazione globale ha determinato un fortissimo aumento della domanda di fonti energetiche rinnovabili. L'idrogeno sta rapidamente emergendo come soluzione promettente, soprattutto per il duplice ruolo di fonte di energia e di mezzo di stoccaggio.
I governi e i diversi settori hanno fissato ambiziosi obiettivi di decarbonizzazione entro il 2030, quindi la produzione, la distribuzione e lo stoccaggio dell'idrogeno sono in espansione in tutto il mondo. Questo aumento di utilizzo di idrogeno comporta però una sfida importante: la sicurezza. L'idrogeno è una risorsa energetica pulita ed efficiente, ma è anche un gas altamente esplosivo che richiede efficaci misure di protezione negli ambienti pericolosi.
Progetti di elettrolisi dell'acqua pianificati e operativi in Europa
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La promessa dell'idrogeno verde e la necessità di una transizione
L'idrogeno è disponibile in vari "colori", ciascuno dei quali corrisponde a un metodo di produzione diverso e di conseguenza a un impatto ambientale differente. Lo spettro cromatico dell'idrogeno comprende l'idrogeno nero, grigio, blu e verde; l'idrogeno verde è quello più ecologico.
I colori dell'idrogeno
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Oggi, nel mondo, la maggior parte dell'idrogeno si produce mediante il reforming del metano a vapore, un processo in cui il gas naturale contenente metano CH4 si scinde in idrogeno H2 e CO2
Reazione di reforming vapore-metano
CH4 + H2O (+ calore) → CO + 3H2
Reazione di spostamento acqua-gas
CO + H2O → CO2 + H2 (+ piccola quantità di calore)
Questa operazione emette quantità significative di anidride carbonica (CO2), sia per effetto del processo in sé, sia a causa del riscaldamento del reformer a 800-900 °C.
Questa forma di idrogeno, spesso indicata come idrogeno nero o grigio, deve essere sostituita se si vuole raggiungere l'obiettivo di azzerare le emissioni nette di carbonio a livello globale.
L'idrogeno verde invece si ottiene per elettrolisi: si utilizza energia elettrica (preferibilmente generata da fonti rinnovabili) per scindere l'acqua (H2O) in idrogeno (H2) e ossigeno (O2). Nonostante gli evidenti vantaggi ambientali, oggi solo il 5% circa della produzione di idrogeno è costituita da idrogeno verde. Aumentare la produzione di idrogeno verde è fondamentale per realizzare un'economia a basse emissioni di carbonio, poiché offre ai settori che dipendono fortemente dai combustibili fossili un percorso sostenibile per la transizione verso soluzioni energetiche più pulite.
La natura esplosiva dell'idrogeno: una sfida costante per la sicurezza
È vero che l'idrogeno offre molti vantaggi, ma la sua natura altamente esplosiva comporta rischi significativi. L'energia di innesco dell'idrogeno è molto inferiore rispetto a quella di altri gas tradizionali, come il gas naturale liquefatto (GNL), inoltre la gamma di miscele idrogeno/ossigeno infiammabili è molto più estesa. Il rischio di esplosione è quindi intrinsecamente superiore ovunque l'idrogeno venga prodotto, immagazzinato o utilizzato.
Negli ambienti in cui si lavora con l'idrogeno si creano automaticamente aree pericolose, con rischi di esplosione. È quindi necessario un quadro operativo di sicurezza completo per prevenire i potenziali pericoli. Le misure di sicurezza relative all'idrogeno devono essere applicate lungo l'intera catena del valore, dagli impianti di produzione alle condutture di trasporto, fino ai serbatoi di stoccaggio e alle applicazioni degli utenti finali.
Poiché si prevede una significativa espansione delle infrastrutture legate all'idrogeno in tutto il mondo, è fondamentale che le considerazioni sulla sicurezza si evolvano di pari passo con l'aumento della diffusione. L'espansione prevista introduce nuove dimensioni per la sicurezza, in particolare legate ai pericoli elettrici negli in ambienti esplosivi, che devono essere contrastati per consentire l'utilizzo diffuso dell'idrogeno come soluzione energetica sicura ed efficace.
Gestione dei rischi elettrici e di esplosione negli ambienti con idrogeno
Uno degli aspetti più critici della sicurezza negli ambienti ricchi di idrogeno è costituito dalla gestione dei rischi elettrici: anche piccole scintille generate dai componenti elettrici possono incendiare l'idrogeno, quindi in questi spazi le aziende devono adottare protocolli e tecnologie di sicurezza rigorosi.
Negli ambienti pericolosi, le apparecchiature antideflagranti sono fondamentali per evitare che l'idrogeno si incendi. Gli impianti elettrici negli ambienti di lavorazione, stoccaggio e trasporto dell'idrogeno devono rispettare specifici standard di sicurezza per ridurre al minimo il rischio di scintille o altre fonti di innesco. Questo comporta l'uso di apparecchiature a sicurezza intrinseca (IS), progettate per funzionare in sicurezza nelle atmosfere esplosive, limitando l'energia elettrica e termica che possono incendiare il gas.
Ad esempio, l'utilizzo di dispositivi intrinsecamente sicuri negli ambienti con idrogeno garantisce che l'energia delle apparecchiature elettriche non sia sufficiente per causare un'esplosione. Il principio di progettazione delle apparecchiature a sicurezza intrinseca è particolarmente importante per misurare e controllare valori di processo come la pressione, la temperatura e il flusso nei processi di produzione e distribuzione dell'idrogeno.
PR electronics: un partner di fiducia per le soluzioni di sicurezza in presenza di idrogeno
Negli ambienti complessi e ad alto rischio in cui si lavora l'idrogeno, PR electronics propone soluzioni avanzate per l'interfacciamento dei valori di processo, in particolare in presenza di idrogeno che potrebbe esplodere. Con oltre 50 anni di esperienza, PR electronics è specializzata nello sviluppo di soluzioni economicamente convenienti per la strumentazione nelle zone pericolose, comprese quelle che coinvolgono l'idrogeno. La nostra esperienza nella strumentazione antideflagrante consente un'integrazione perfetta dei sensori e dei sistemi di controllo, garantendo la sicurezza e ottimizzando l'efficienza dei processi.
PR electronics si dedica alla fornitura di strumentazione conforme ai rigorosi requisiti degli ambienti esplosivi e agli standard Ex associati, come ATEX, IECEx, UL, FM ecc. La gamma di dispositivi intrinsecamente sicuri consente il monitoraggio accurato e sicuro dei processi che coinvolgono l'idrogeno e dei segnali associati, relativi ad esempio, alla temperatura, alla pressione, ai livelli, al flusso e alla produzione per lo stoccaggio e il trasporto. Si ha così la certezza di misurare in modo affidabile i valori di processo critici come pressione, flusso, stato delle valvole e temperatura, anche nelle condizioni più difficili.
Parallelamente all'aumento dell'importanza dell'idrogeno nel mix energetico globale aumenta la necessità di partner di fiducia, che conoscano e comprendano le sfide riguardo alle specifiche di sicurezza introdotte dall'idrogeno. PR electronics è leader in questo settore e propone soluzioni innovative che aiutano a superare le complessità legate al lavoro con i gas esplosivi, come l'idrogeno.
Soluzioni intrinsecamente sicure per le zone pericolose
PR electronics fornisce una gamma di soluzioni intrinsecamente sicure (IS), progettate per gli ambienti esposti all'idrogeno. Caratterizzate da facile ingegnerizzazione e manutenzione, queste soluzioni garantiscono prestazioni affidabili in aree con diverse classificazioni, come Zona 0 / Div. 1, dove è sempre presente gas idrogeno che potrebbe esplodere. L'idrogeno, classificato come appartenente al gruppo di gas IIC, richiede una cura particolare poiché anche scintille di entità minima possono incendiarlo. PR electronics garantisce l'interfacciamento sicuro di strumenti come sensori di temperatura e trasmettitori di pressione in questo tipo di zone pericolose.
Classificazione delle zone e conformità
I prodotti di PR electronics sono conformi alle norme EN / IEC 60079, garantendo la sicurezza negli ambienti con presenza di idrogeno. Le soluzioni sono realizzate su misura per le diverse classificazioni:
- Zone 0 / Div 1: Presenza continua di idrogeno allo stato gassoso.
- Zone 1 / Div 1: Presenza occasionale di idrogeno allo stato gassoso.
- Zone 2 / Div 2: Basso rischio di presenza di idrogeno, ma si applicano comunque le misure di
Classificazione delle temperature per le apparecchiature a idrogeno
L'idrogeno ha una temperatura di autoaccensione di 560 °C.
Un prodotto IS con classificazione di temperatura T4-T6 (T1 è la meno rigorosa) è sufficiente per evitare i pericoli legati alla temperatura ambiente, ma a causa della bassa energia di accensione è necessario che le apparecchiature siano accuratamente progettate e monitorate. PR electronics fornisce soluzioni a temperatura controllata che garantiscono la sicurezza anche in condizioni difficili.
Esempio di soluzione per il monitoraggio della temperatura
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Alcuni semplici passaggi per qualificare il proprio sistema di sicurezza intrinseco (ambiente ATEX)
- Trasmettitore in Zona 0, classificazione Ex ia / barriera in area sicura, classificazione Ex ia.
- L'idrogeno richiede un prodotto classificato per il gruppo di gas IIC.
- Determinare la classificazione della zona / divisione per il trasmettitore; in questo caso, Zona 0 / Div. 1 per la presenza continua di idrogeno.
- Determinare le temperature operative del trasmettitore, ad esempio 80 °C ambiente. La temperatura di accensione dell'idrogeno di 560 °C è ben al di sopra del requisito per la classificazione di temperatura Ex T4 = 135 °C. La barriera ha una temperatura ambiente operativa fino a 60 °C nell'area sicura.
- Eseguire un calcolo del loop per il sistema IS completo, includendo il trasmettitore, il cavo e la barriera, con i rispettivi parametri.
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PR 5337D Trasmettitore di temperatura PR 5337D con classificazione Ex ATEX: II 1 G Ex ia IIC T6...T4 Ga |
PR 9106B Barriera PR 9106B per installazione in aree sicure con classificazione Ex ATEX: II (1) G [Ex ia Ga] IIC/IIB/IIA |
Per semplicità, qui sono elencate solo le classificazioni ATEX. Classificazioni simili si potranno trovare per IECEx, UL, FM, INMETRO ecc. Consultare il manuale / la scheda tecnica del prodotto specifico.
Lavorare con le soluzioni IS di PR electronics
PR electronics propone dispositivi facili da usare e intrinsecamente sicuri che semplificano la sicurezza negli ambienti in cui è presente l'idrogeno. Progettate per essere facili da usare, le nostre soluzioni aiutano le aziende a concentrarsi sull'ottimizzazione dei processi riducendo al minimo i rischi per la sicurezza nelle zone pericolose.
Vantaggi della sicurezza intrinseca
La sicurezza intrinseca offre diversi vantaggi:
- Manutenzione semplificata, con la possibilità di lavorare su circuiti in tensione.
- Costi inferiori rispetto alle cassette antideflagranti e ai componenti associati.
- Circuiti con tolleranza ai guasti.
- È applicabile a tutte le zone con gas e polveri.
