Запорные клапаны для водорода (8 видео)

9 марта 2021 года на новостном портале Neftegaz.ru была опубликована статья, посвященная трубопроводной арматуре для водорода, где ключевым вопросом стала готовность российских производителей к эре водородной энергетике.

Увеличение инвестиций в «чистую энергию» с минимальными выбросами и влиянием на атмосферу — один из главных общемировых трендов. В европейских странах в рамках «Парижского соглашения по климату» уже давно взят курс на развитие низкоуглеродной экономики, направленной на снижение выбросов парниковых газов и увеличение доли возобновляемых источников энергии. Особое место здесь занимает водород, который считается ключевым элемент декарбонизации – постепенного уменьшения объемов потребления нефти, природного газа и угля. При этом согласно новому «Зеленому курсу» Еврокомиссии (Green New Deal), водород рассматривается и как энергоноситель, и как средство накопления избыточной электроэнергии, вырабатываемой ВИЭ в периоды активного солнца и ветра, когда ее производство превышает спрос потребителей.

Примером того, насколько серьезно подходят к данному вопросу, может быть водородная стратегия Германии, опубликованная 10 июня 2020 года. Долгосрочная цель страны — нейтральная для климата экономика с сокращением выбросов СО2 на 95% от уровня 1990 года. И водороду в этом процессе отводится центральная роль: на него планируется перевести не только транспорт, но основные отрасли промышленности. В целом до 2023 года на развитие водородной энергетики Германия выделит более €10 млрд.

На азиатском рынке наиболее активно, внедряет водородные технологии Япония, где еще в 2014 году была принята дорожная карта по построению «общества, базирующегося на водороде». Уже сейчас в этой стране насчитывается около 2,5 тысячи автомобилей с водородным двигателем.

Россия также заявляет свои амбициозные планы на счет водорода. Согласно Энергетической стратегии страна должна войти в число мировых лидеров по его производству и экспорту. В октябре прошлого года Правительство РФ утвердило дорожную карту, в которой предусмотрена реализация ряда пилотных проектов: создание установок производства водорода без выбросов углекислого газа; разработка газовых турбин на метано-водородном топливе, создание опытного образца железнодорожного транспорта на водороде, открытие опытных полигонов низкоуглеродного производства водорода, производство водорода с использованием атомных электрических станций.

О своих намерениях принять участие в развитии водородной энергетики уже заявили «Газпром» и «Росатом».

По словам Дэрила Уилсона, исполнительного директора европейского Совета по водородным технологиям (Hydrogen Council), самым большим препятствием, удерживающим водород от прорыва в прошлом, была высокая стоимость его использования. Сегодня обстоятельства меняются и экономические условия представляются исключительно благоприятными для водорода. Последний отчет Совета показывает, что стоимость водородных решений резко упадет в течение следующего десятилетия – и это произойдет гораздо быстрее, чем ожидалось ранее. По мере расширения масштабов производства, к 2030 году стоимость водорода, по прогнозам, снизится до 50%, что сделает водород конкурентоспособным по сравнению с другими низкоуглеродистыми альтернативами.

Вместе с тем распространение водородной энергетики пока ограничено отсутствием инфраструктуры. Самому старому водородному трубопроводу в районе города Рур (Германия) всего 50 лет, а самый длинный подобный трубопровод имеет протяженность всего лишь 400 км. При этом у России есть подспорье — развитая сеть газовых трубопроводов, по которым можно передавать метано-водородную смесь, а затем, уже у потребителя, разделять эту смесь на водород и метан.

Видео:Огнепреградительный клапан для водорода (Flashback arrestor)Скачать

Читайте также: Седло клапана впускного 406

Российские компании в настоящее время уже производят водород, но применяется он в основном для промышленности как химический реагент или как охлаждающий агент. Основные потребители водорода химическая и нефтехимическая промышленность. Так, на производство аммиака тратится 50%, на производство метанола – около 10%, а на нефтеперерабатывающих производствах (в процессах гидрокрекинга, гидроочистки и изомеризации) – до 25% водорода, добываемого промышленным методом.

Следует также понимать, что вклад водорода в углеродную нейтральность зависит от того, как он получен, и в настоящее время существует следующая условная классификация водорода в зависимости от способа его производства и выделяемого при этом углеродного следа:

«зеленый» водород — наиболее чистый водород, получаемый за счет электролиза воды с применением энергии из ВИЭ;
«голубой» водород — водород, получаемый из природного газа с образованием побочного углекислого газа (СО2), который улавливается и хранится в специальных хранилищах;
«cерый» водород — водород, при получении которого CO2 выбрасывается в атмосферу.

Чем более экологичней водород, тем он дороже в производстве (так, затраты электроэнергии на производство 1 м3 водорода методом пиролиза метана составляют 0,7-3,3 кВт*ч, а методом электролиза — 2,5-8 кВт*час).

Основным промышленным способом получения водорода в настоящее время является реакция метана с водой, для проведения которой требуется высокая температура: СН4 + 2Н2О = CO2+ 4Н2 — 165 кДж.

На нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) данная реакция реализуется в установке каталитического риформинга, а в случае его нехватки дополнительно строятся установки, предназначенные исключительно для этой цели. В качестве углеводородного сырья для производства водорода используют гидроочищенные газы и бензиновые фракции, но чаще всего применяется природный газ, практически полностью состоящий из метана. Процесс осуществляется при температуре до +530°C и давлении до 4,0 МПа с выделением углекислого газа CO2, который отделяют от водорода и собирают для дальнейшего использования.

Требования к оборудованию на водород

Оборудование, применяемое в технологических процессах производства водорода, должно не только соответствовать всем требованиям технического процесса (температура, давление), но и учитывать особые свойства рабочей среды.

1.Водород адсорбируется на металле:

Видео:Огнепреградительный клапан своими рукамиСкачать

он заполняет собой все имеющихся на поверхности поры и микротрещины и в силу своей химической активности образует гидриды, которые нарушают пластичность, приводя к хрупкому разрушению стали.

2.Молекулы водорода очень малы:

они обладает высокой проникающей способностью, поэтому все уплотнительные элементы и контактирующие детали должны максимально плотно прилегать друг к другу.

при смеси с воздухом он образует взрывоопасную смесь – «гремучий газ», а значит все оборудование должно обладать повышенным ресурсом надежности, не допуская ни малейшей утечки во внешнюю среду.

АО «ПТПА» — одно из первых предприятий в России предлагает поставку арматуры на водород. Трубопроводная арматура для водорода будет отличаться от стандартной. Например, при разработке кранов шаровых, для эксплуатации в контуре установки каталитического риформинга, специалисты ПТПА заложили следующие обязательные требования:

для основных деталей подбирается марка стали с учетом определенного парциального давления водорода и конкретной рабочей температуры (так, при рабочей температуре до +400°С и парциальном давлении водорода до 19,0МПа применимы стали 20 и 09Г2С, а для больших значений температуры и давления могут потребоваться нержавеющие стали 08Х18Н10Т и 10Х17Н13М3Т);
качество материала деталей должно быть очень высоким, без внешних и внутренних дефектов (трещин, пор и т.п.), поэтому при выборе исходной заготовки предпочтение отдается прокату и поковке, а в процессе производства детали проходят обязательную проверку неразрушающими методами контроля — радиография, ультразвук и капиллярная дефектоскопия;
к водороду устойчивы практически все уплотнения, поэтому при выборе их материала должны быть учтены температура рабочей среды и наличие в ней абразивных частиц (так для температуры более +250°С уплотнения подвижных и неподвижных соединений изготавливают из терморасширенного графита, а при наличии примесей уплотнение затвора выполняется металлическим путем нанесения на уплотнительные поверхности деталей твердого износостойкого покрытия или наплавки);
по требованию заказчика с целью минимизации возможных утечек водорода во внешнюю среду возможно изготовление трубопроводной арматуры с сильфонным уплотнением шпиндельного узла;
работоспособность изделия при рабочих параметрах должна быть подтверждена соответствующими прочностными расчетами с моделированием процесса на 3D конечно элементной модели;
герметичность изделия как по отношению к внешней среде, так и в затворе должна быть подтверждена результатами испытаний, проведенными в соответствии с требованиями ГОСТ33257 или ISO 15848-1 на испытательной среде «гелий», который аналогичен по проникающей способности водороду.

Читайте также: Концевой выключатель клапан закрыт

Помимо требований к конструкции, для шаровых кранов ПТПА на водород заложены особые требования к технологии изготовления. Например, если используется сварка, то помимо надлежащего контроля качества сварных швов, особое внимание уделяется тому, чтобы в зону сварки не попала влага, в составе которой в металл проникает водород. Электроды должны храниться в подогреваемом контейнере, чтобы быть сухими, а охлаждение после термообработки должно быть медленным и плавным, чтобы не спровоцировать повреждение металла. Также изготовление деталей для обеспечения полной герметичности изделия должно осуществляться на высокоточном механообрабатывающем оборудовании, обеспечивающем установленные зазоры и минимальную шероховатость уплотнительных поверхностей.

По требованию заказчика стойкость материала деталей и сварных швов к водородному растрескиванию может быть подтверждена заключением специализированной аккредитованной испытательной лаборатории, оформленным по результатам проведенных испытаний в соответствии с требованиями, например, NACE TM 0284.

Таким образом выпуск арматуры для водорода требует особого внимания к конструкции изделий, подбору материалов, выполнению необходимого объема контроля, проведению испытаний готового продукта. Обеспечить высокое качество изготовления и гарантировать надежную работу изделия возможно только если эти работы выполняются на предприятии, которое имеет опыт выпуска высокотехнологичной арматуры для сложных условий работы и нестандартных рабочих сред.

Видео:Огнепреградительный клапан для водородных гаджетов DIY. СтримСкачать

ПТПА готово к эре водорода, а вы?

Среди отраслей, готовых к переходу на водород, основное внимание многие десятилетия привлекал автотранспорт. Осенью 2014 года на автосалоне в Лос-Анджелесе корпорация Toyota представила первую серийную легковую машину на водородных топливных элементах Toyota Mirai.

Содержание

Запорная арматура для газообразного водорода
Производство водорода осуществляется двумя методами:
То есть, весь процесс производства водорода протекает по схеме:
Водород используется в промышленных процессах:
Но есть одно «но»…
Требования к ней:
Требования к приводам и навесному оборудованию для водорода:
🎥 Видео

Запорная арматура для газообразного водорода

Водород представляет собой очень важный вид химического сырья.

Примерно половина всего объема его добычи используется на производство аммиака, четверть – на производство метанола, остальная часть – в гидрогенизационных процессах нефтепереработки.

Производство водорода осуществляется двумя методами:

каталитическая паровая конверсия с использованием водяного пара;
окислительная конверсия с использованием кислорода воздуха.

Часто эти процессы совмещают, включая дополнительно разные виды очистки сырья, для получения технического водорода, который впоследствии идет на производство аммиака.

Каталитическая паровая конверсия протекает с поглощением тепла при температуре

Окислительная конверсия метана для получения водорода протекает с большим выделением тепла. Сырьем может служить любое углеводородное сырье, вплоть до тяжелых нефтяных остатков. В этом случае получают сырьевую смесь H₂+H₂ или H₂+CO.

То есть, весь процесс производства водорода протекает по схеме:

очистка сырья от примесей серы;
каталитическая конверсия метана;
каталитическая конверсия CO (протекает в два этапа);
очистка водорода от примесей (CO, CO₂ и метана);
компримирование водорода.

Видео:Обратные клапаны Valtec VT.151 и VT.161: в чем отличия?Скачать

Компримирование (или повышение давления газа) необходимо для дальнейшей транспортировки по трубопроводам, закачки на газонаполнительные компрессорные станции для заправки автомобилей и т.д.

Читайте также: Как очистить клапана от нагара в домашних условиях

Водород используется в промышленных процессах:

для охлаждения турбогенераторов в электроэнергетике благодаря своей высокой теплопроводности;
в металлургии для получения чистых металлов благодаря тому, что водород умеет «восстанавливаться», притягивая к себе атомы кислорода из оксидов металлов. Например, при производстве вольфрама, молибдена, меди водород просто необходим.
пищевая промышленность, производство маргаринов, упаковка;
мыловаренные заводы;
фармацевтика, всем известная перекись водорода;
космос, благодаря тому, что при сгорании водород освобождает колоссальное количество энергии.

Удивительные свойства водорода привели к тому, что ученые стали его рассматривать, как основной источник энергии в будущем. Ведь ресурсы газа и нефти постепенно истощаются, а водород можно получать в любых количествах.

В смысле экологии водород совершенно безвреден, единственным продуктом сгорания является вода, которую опять-таки можно запустить на производство водорода…

Но есть одно «но»…

Водород очень взрыво- и пожароопасен.

Арматура, используемая для подачи и перекачки водорода должна обладать целым рядом специфических свойств.

Требования к ней:

надежность (легкость закрытия после длительного нахождения в открытом состоянии);
долговечность;
герметичность по штоку.
обслуживающая арматура должна быть взрывобезопасной;
герметичность в затворе;
коррозионная стойкость корпусных деталей.

Когда мы говорим о герметичности в закрытых помещениях, то более важным становится герметичность прокладочных соединений, сальников или сильфонов. Газ, просочившийся сквозь неплотные сальники, в определенной концентрации может быть взрывоопасен (возгорается при контакте с кислородом), вреден для обслуживающего персонала и нарушает коррозионную стойкость оборудования.

Видео:В чем отличие предохранительного затвора и клапана обратногоСкачать

Для герметизации фланцев конструктивно используют соединение «шип – паз» или «выступ-впадина». За счет такой комбинации создается абсолютная герметичность соединения.

Зазор подвижного соединения шпиндель-корпус (или уплотнение по штоку) уплотняется сильфоном. Сильфон исключает утечки по штоку и является обязательным требованием для таких сред, как водород.

Долговечность сильфона определяется его напряженно-деформированным состоянием. Для запорного клапана ARI-FABA сильфон изготовлен из высоколегированной стали X 6 Cr Ni Mo Ti 17122. В маркировке стали буква X обозначает, что это высоколегированная сталь, следующая цифра показывает содержание углерода, последующие знаки показывают химические легирующие элементы. Более того, сильфон уплотнен дополнительным сальником. В ARI-FABA – SUPRA сильфон дополнительно одевают в защитный стальной кожух, что дает возможность работать запорному клапану в особо агрессивных средах.

Материал корпуса для запорной арматуры на газопровода выбирается из расчета среды с Ph 8-13, т.е. щелочная. Поэтому лучше всего использовать высоколегированные коррозионностойкие стали. Для более нейтральной среды можно использовать ковкий чугун.

Если требуется автоматизация управления арматурой применяются приводы.

Дополнительным приводом может служить электрический и пневматический привод.

Требования к приводам и навесному оборудованию для водорода:

открытие и закрытие запорной арматуры при конкретном перепаде давления;
сигнализация о крайних положений запорной арматуры;
возможность автоматического управления запорной или регулирующей арматурой; в т.ч. дистанционного управления;
при отсутствии электроэнергии или пневмопитания возможность ручного управления;
взрывобезопасное исполнение приводов и навесного оборудования.

ARI-Armaturen может предложить электрические и пневматические приводы. На электрических приводах, для предотвращения привода от действия высокой температуры, устанавливают специальные термовыключатели или РТС термисторы. Термовыключатели разрывают электрическую цепь при превышении температуры обмотки 140C. Время задержки в этом типе приводов сведен к min, для этого в электропривод встраивают систему AUMA MATIС, благодаря которой двигатель немедленно отключается. Штекерное соединение снабжено взрывонепроницаемой оболочкой. Приводы и навесное оборудование должно быть выполнено по требованию ЕЕх d (взрывонепроницаемая оболочка).

Для обеспечения безопасной работы арматуры, на корпусе ( приводах) обязательно ставят соответствующие маркировки.

Завод ARI-EPMATUREN может предложить большой ассортимент арматуры для агрессивных сред, таких как аммиак, водород, пара, жидких сред, масел.