Запорный клапан 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.

Видео:Огнепреградительный клапан своими рукамиСкачать

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.

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.

Читайте также: Замена ремня грм шевроле авео 16 клапанов

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).

Видео:Огнепреградительный клапан для водорода (Flashback arrestor)Скачать

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:

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:

Видео:САМЫЙ ДЕШЕВЫЙ И БЫСТРЫЙ В УСТАНОВКЕ ВАКУУМНЫЙ КЛАПАН!Скачать

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: Ремонт клапанов замена сальников клапанов

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.

Видео:Огнепреградительный клапан для водородных гаджетов DIY. СтримСкачать

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.

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

Защитные устройства для работы с водородом
Защитные устройства помогают предотвратить:
Печатную версию статьи читайте в журнале Gasworld, выпуск № 72 «Н2 -водородная энергетика», ноябрь-декабрь 2019 г.
🔥 Видео

Защитные устройства для работы с водородом

На протяжении более 40 лет промышленность использовала водород в огромных количествах в качестве промышленного химического вещества и топлива для исследования космоса. За это время промышленность разработала инфраструктуру для безопасного производства, хранения, транспортировки и использования водорода. Часто водород используется при производстве стекла и электроники.

Водород сам по себе является прозрачным газом без запаха и вкуса, нетоксичным, но при взаимодействии с воздухом, кислородом либо в присутствии других окисляющих газов, например фтора или хлора, становится крайне пожаро- и взрывоопасен. Поэтому при обращении с этим газом необходимо учитывать все аспекты обеспечения безопасной эксплуатации – инструктаж персонала и установка специальных защитных устройств. Огнепреградительные и обратные клапаны используются для защиты баллонов, трубопроводов, оборудования и самое главное персонала. Могут применяться практически для всех технических газов: ацетилен, пропан, пропилен, этилен, метан, водород или кислород. Благодаря комбинации установленных защитных элементов они обеспечивают защиту от обратного удара или пламени и предотвращают образование опасных газовых смесей в трубопроводе.

Основными причинами обратного удара или пламени являются неисправные узлы горелки и неправильно установленное давление

Огнепреградительные и обратные клапаны IBEDA

Видео:Обратный клапан для воды – как работает и где устанавливаетсяСкачать

газа, также при работе оборудования возможно повышение температуры выше допустимой, а возможности ее контроля нет из-за отсутствия доступа, например, это печь. Для таких случаев тоже подойдут огнепреградители — в них стоит датчик температуры и при ее повышении клапан закрывается до снижения температурных показателей. Возможно, это даст брак продукции, но позволит избежать возгорания, взрывов и гибели людей. В Европе подобные клапаны ставят даже в обычных домах, это помогает минимизировать ущерб от пожаров. Главным фактором всех инцидентов служат человеческие ошибки. Поэтому все оборудование, взаимодействующее с горючими газами, в т.ч. и с водородом должно поставляться в комплекте с защитными устройствами. Так как без них специалист не сможет быстро среагировать и исправить ситуацию при возникновении обратного удара. Последствия очень опасны. Например, может разорваться газовый шланг, произойти взрыв баллона/моноблока с газом.

Читайте также: Клапан трубы 7 букв

Одним из ведущих мировых производителей таких защитных устройств как огнепреградительные и обратные клапаны является немецкое предприятие IBEDA. Они представляют наиболее широкую их линейку для всех отраслей промышленности и различных областей применений. Все устройства проходят производственные испытания и на герметичность, сертифицированы ведущими центрами, такими как немецкий BAM и американский UL.

Защитные устройства помогают предотвратить:

— поток газа в случае скачков давления;
— поступление воздуха или кислорода в распределительную линию или отдельные баллоны;
— распространение пламени по шлангу/трубопроводу;
— дальнейший поток газа в случае возгорания.

Все устройства помимо встроенного пламегасителя имеют также несколько функций безопасности:

1. Отсечной клапан, чувствительный к давлению (PV) останавливает поток газа в случае скачков давления.
2. Обратный клапан (HB) предотвращает образование опасных газовых смесей, обеспечивая подачу газа только в заданном направлении.
3. Пламегаситель охлаждает пламя до температуры ниже температуры воспламенения, предотвращая обратную вспышку.
4. Отсечной клапан, чувствительный к температуре автоматически закрывается при повышении температуры до критической отметки и перекрывает поток газа.

Каждый огнепреградительный клапан имеет по меньшей мере два предохранительных элемента: обратный клапан и пламегаситель, отсечные клапаны идут в зависимости от модификации. Возможный обратный поток газа останавливается действием подпружиненного обратного клапана, что предотвращает смешивание двух газов. Поэтому образование взрывоопасной газовой смеси невозможно. Механизм основан на высокопористой структуре цилиндрического фильтра. Пламя течет через фильтр, теряя свою энергию, что приводит к остыванию. Таким образом, воспламенение гаснет за доли секунды. Отсечной клапан, активируемый температурой, является еще одним важным элементом безопасности. Прежде чем устройство достигнет опасного уровня температуры, встроенный компонент начинает плавится и мгновенно активирует подпружиненный клапан, автоматически отключая подачу газа: критическая температура воспламенения больше не может быть достигнута и пламя гасится, и никакого вреда не причиняется.

Применительно к водороду стоит помнить об использовании обратных клапанов. Для обеспечения безопасной эксплуатации заправочных комплексов при заправке водородом автомобильного транспорта либо реципиентных блоков устанавливаются обратные клапаны на линии высокого давления. При производстве водорода применяют обратные клапаны на линии низкого давления, например, для исключения перетока перед сжатием.

В Европе еще несколько десятилетий назад эти компактные устройства произвели революцию в безопасности при работе с горючими газами. Их использование обязательно и регламентировано на законодательном уровне. В России, к сожалению, этого нет и все остается в зоне ответственности собственника производства или инженерного состава. Но персональная безопасность и защита оборудования должны быть приоритетами на любом производстве, поэтому согласно мировым стандартам стоит приобретать оборудование, полностью укомплектованное защитными устройствами.