Водородные клапаны — конфигурация, применение, функции и перспективы

В последние годы, когда чистая энергия становится всё более популярной темой, водородная промышленность привлекает всё больше внимания. С одной стороны, на рынке растёт спрос на водород; с другой стороны, промышленные клапаны, используемые в водородных системах, могут представлять определённую угрозу безопасности. В этой быстро развивающейся отрасли обеспечение безопасности должно учитывать различные аспекты, такие как выбор материалов, контрольные испытания конструкции и испытания на неконтролируемые выбросы.

Водород — самая маленькая из известных молекул в природе, и как источник энергии он обладает неограниченным потенциалом применения. Водород чрезвычайно огнеопасен, и водородные клапаны играют важнейшую роль в управлении его потоком, обеспечивая безопасность персонала, оборудования и окружающей среды. Info@geko-union.com

01

• Выбор клапана -

Правильный выбор клапанов, используемых в водородной среде, абсолютно необходим для обеспечения безопасности и надёжной работы оборудования. К распространённым типам водородных клапанов относятся шаровые краны, запорные клапаны и обратные клапаны. Шаровые краны идеально подходят для выполнения функций открытия/закрытия, обладая превосходными запорными характеристиками и обеспечивая эффективную изоляцию водорода. Запорные клапаны обеспечивают точное управление и регулирование, обычно используемые в узлах водородных систем, требующих регулирования. Обратные клапаны предотвращают обратный поток, обеспечивая безопасность системы и играя важную роль в поддержании её общей целостности. При выборе водородных клапанов необходимо соблюдать такие стандарты, как API 600, API 602 или ASME B16.34, чтобы гарантировать их соответствие требованиям системы и их нормальную работу.

02

• Основные материалы -

Выбор правильного сырья крайне важен для производства водородных клапанов, обеспечивая безопасность и надежность оборудования. Наиболее распространённые материалы включают нержавеющую сталь (ASTM A351 CF8M), никелевые сплавы (ASTM B564, N10276) и титан (ASTM B348). Все эти материалы обладают стойкостью к водородному охрупчиванию и хорошо подходят для работы в сложных условиях, связанных с водородом.

Несколько ассоциаций по стандартизации, включая ASTM International, Американский институт нефти (API) и Американское общество инженеров-механиков (ASME), предоставляют рекомендации по выбору материалов и их совместимости для условий водорода, которые являются весьма ценными справочными материалами.

03

• Проверка правильности конструкции -

Безопасность имеет первостепенное значение, особенно для водородных клапанов, которые должны выдерживать экстремальные условия, связанные с этим активным газом. Это означает необходимость выдерживать высокое давление, предотвращать утечки и эффективно контролировать потоки жидкостей для минимизации потенциальных рисков и защиты жизни и имущества.

Клапаны для работы с водородом должны пройти испытания на соответствие конструкции перед использованием, чтобы подтвердить их способность выполнять свои функции и надёжно работать в сложных условиях. Рекомендуемые виды испытаний включают инженерные расчёты и моделирование, а также испытания под давлением. Эти испытания могут служить имитацией функциональных испытаний, оценивая общую целостность и герметичность клапанов под высоким давлением и в условиях многократного циклирования. Рекомендуется использовать автоматизированные циклические испытания для снижения рисков для безопасности персонала.

Для водородных клапанов в настоящее время наблюдается тенденция к использованию газовых испытаний в пропорции к испытаниям статическим давлением воды. Основная причина заключается в том, что молекулы воды могут не выявлять некоторые малозаметные дефекты при испытаниях низким давлением. Более того, для некоторых конструкций клапанов вода не должна использоваться в качестве испытательной среды. Инертные газы значительно повышают чувствительность испытаний. Кроме того, необходимо проводить испытания с использованием чистого, сухого воздуха, азота, гелия, аргона или даже водорода для имитации реальных условий эксплуатации. Операторы испытаний должны быть хорошо осведомлены о связанных с этим рисках и мерах предосторожности.

При испытаниях газа под высоким давлением следует рассмотреть возможность использования защитных кожухов. Криогенные испытания необходимы для проверки работоспособности клапанов при низких температурах, особенно водородных. Конструкция клапанов и проверочные испытания должны соответствовать таким стандартам, как API 598 и ASME B16.34. На практике часто возникает необходимость увеличить предписанное время испытаний или использовать более высокие, чем стандартные, критерии испытаний для получения более надежных гарантий.

04

• Неконтролируемые выбросы -

Для водородных клапанов основной задачей испытаний являются не только функциональные испытания, испытания под давлением газа и криогенные испытания. Чтобы гарантировать работоспособность клапанов даже в самых неблагоприятных условиях, необходимы также испытания на неконтролируемые выбросы и огневые испытания.

Можно ли объединить функциональные испытания и испытания на неконтролируемые выбросы в целях экономии? Если клапаны способны выполнять свои функции в самых экстремальных условиях, это может снизить утечки, загрязнение окружающей среды и даже предотвратить аварии. При проведении испытаний промышленных клапанов на неконтролируемые выбросы в водородной среде необходимо соблюдать специальные процедуры испытаний для обеспечения безопасности персонала и окружающей среды. Испытание на утечки гелия с помощью масс-спектрометрии или других методов обнаружения газа — это широко используемый и высокочувствительный метод проверки герметичности клапанов.

Как правило, для испытаний на неконтролируемые выбросы используется метод обнаружения ASME V. Этот метод эффективен для обнаружения крайне слабых утечек, не поддающихся обнаружению универсальными измерительными приборами, что позволяет подтвердить соответствие клапанов строгим стандартам герметичности и снизить риск неконтролируемых выбросов. Более того, испытания на неконтролируемые выбросы должны соответствовать таким стандартам, как ISO15848-1 и API 622/624, чтобы гарантировать соответствие водородных клапанов требованиям по охране окружающей среды и безопасности.

• Заключение -

В водородной отрасли для обеспечения безопасности необходимо уделять особое внимание всем связанным аспектам, включая выбор материалов, проверочные испытания конструкции, испытания на неконтролируемые выбросы, выбор клапанов и оценку потенциальных угроз безопасности в зависимости от конкретных условий применения. Производителям, акционерам и владельцам крайне важно расставлять приоритеты и управлять всеми аспектами соответствующим образом, следуя действующим отраслевым стандартам и передовым практикам для достижения высочайших стандартов безопасности, делая водород надежным, устойчивым и безопасным источником энергии. Несмотря на постоянное расширение водородной отрасли, приверженность безопасности остается краеугольным камнем ее перспектив развития, поскольку только безопасность может завоевать доверие общественности к этому активному источнику энергии.