De top 5 praktijkvoorbeelden voor het ontwerpen van waterstofsystemen
Waterstof is een van de meest veelbelovende bronnen van schone en duurzame energie. Van transport en materiaalverwerking tot stationaire en draagbare energie en noodstroomvoorziening, waterstof is nuttig in een groot aantal toepassingen en industrieën.
Maar om het volledige potentieel van waterstof te benutten, moeten de systemen die het gas hanteren, transporteren, opslaan en distribueren zo veilig en betrouwbaar mogelijk zijn. En het is belangrijk dat traditionele industriële kennis en ontwerpinzicht - die meestal afkomstig zijn uit de olie- en gasindustrie - niet altijd direct worden toegepast op waterstoftoepassingen.
Waterstof is heel anders dan typische olie- en gasmedia en vereist daarom andere ontwerpstrategieën voor een betrouwbare infrastructuur. Met dit in gedachten is dit dé top vijf van systeemontwerpoverwegingen voor waterstof toepassingen:
#1. Wie is de eindgebruiker
Afgezien van de benzinepomp bevinden de meeste industriële olie- en gassystemen zich buiten het gezichtsveld van de consument. En deze toepassingen worden meestal bediend door professionals.
Waterstofsystemen moeten worden ontworpen met specifieke gebruiksuitdagingen
in gedachten.
Echter, de mogelijkheden van waterstof als duurzame energiebron maken dat waterstofsystemen direct toegankelijk worden voor het grote publiek.
Denk aan vervoer: Een waterstofbrandstofcelvoertuig wordt bijgetankt in een waterstofstation waar de gebruiker een gas onder hoge druk via een handige dispenser in zijn voertuig transporteert. Om de veiligheidsproblemen te verminderen, moet de waterstofinfrastructuur ontworpen worden met specifieke gebruiksuitdagingen in het achterhoofd.
#2. Potentiële lekkagepunten minimaliseren
Een van die uitdagingen is de kans op lekkage en daarom is het belangrijk om het aantal potentiële lekkagepunten in uw systeem tot een minimum te beperken.
Waterstofmoleculen zijn bijzonder klein en kunnen zelfs door de kleinste openingen in een gassysteem ontsnappen. In tegenstelling daarmee is het voor grotere moleculen, zoals ruwe olie, veel moeilijker om door dezelfde openingen te dringen. Dit betekent dat het traditionele ontwerp van olie- en gassystemen meestal niet geschikt is voor het lekvrij insluiten van waterstof. De afdichtingen, materialen en de gebruikelijke verbindingsmethoden om pijpen en leidingen in de olie- en gassector, zijn onvoldoende geschikt voor het veilige transport van waterstof.
Waterstofmoleculen zijn extreem klein en kunnen zelfs door de kleinste opening in een gassysteem ontsnappen.
Om het aantal lekkagepunten in de waterstofinfrastructuur te verminderen, is het belangrijk om het aantal afzonderlijke verbindingen in het systeem te beperken en de juiste buigtechnieken voor tubes op strategische plaatsen toe te passen. Dit voorkomt het inbouwen van een extra fitting.
#3: Gebruik roestvast staal van hoge kwaliteit
Omdat waterstofmoleculen zo klein zijn, kunnen ze ook bijdragen aan een unieke vorm van corrosie die bekend staat als waterstofbrosheid, een fenomeen dat de vervormbaarheid en weerstand van een metaal tegen breuk en metaalmoeheid vermindert. Deze problemen kunnen leiden tot falen van het systeem, met veiligheidsrisico's, meer stilstand en financieel verlies tot gevolg.
Maar de keuze van het juiste materiaal kan waterstofbrosheid voorkomen. Over het algemeen moet een goed ontworpen waterstofsysteem worden gemaakt van hoogwaardige roestvaststalen tubes van 316, waarvan is aangetoond dat ze goed presteren gedurende een lange levensduur.
De keuze van het juiste materiaal kan waterstofbrosheid voorkomen.
Met name het gebruik van roestvast staal met een hoog nikkelgehalte is een goede keuze in waterstofsystemen. De American Society voor Testing en Materials (ASTM) vereist een minimum van 10% nikkel in 316 roestvast staal, maar 316 roestvast staal met een minimum van 12% nikkel is beter voor de unieke uitdagingen van waterstof. Het nikkelgehalte helpt de microstructuur van roestvrij staal te stabiliseren, waardoor het beter bestand is tegen waterstofbrosheid.
#4: Optimaliseer uw pijpfittingen
Traditionele cone en thread fittingen worden veel gebruikt in olie- en gassystemen. Ze hebben echter een grotere kans op lekkage in een waterstofsysteem. Het cone en threadontwerp stamt eigenlijk uit de late 19e eeuw, en tegenwoordig zijn er veel modernere en beter presterende alternatieven beschikbaar.
Fittingen met cone en thread geven meer kans op lekkage
in een waterstofsysteem.
Fittingen uit de Swagelok FK-serie zijn speciaal ontworpen voor gebruik in waterstoftoepassingen. Ze hebben ideale drukwaarden tot 1050 bar en worden sinds hun introductie in een groot aantal industrieën en toepassingen gebruikt. Ze zijn en blijven een optimale keuze voor waterstofvoertuigen, waterstofinfrastructuur en nog veel meer. Omdat deze waterstoffittingen verkrijgbaar zijn in hoogwaardige roestvrijstalen materiaalopties, zijn ze ideaal voor gebruik in een waterstofontwerp.
#5: Raadpleeg de experts
Waterstof vertegenwoordigt een nieuwe horizon voor schone energie. Infrastructuurontwikkelaars en producenten van voertuigen werken nauw samen om betrouwbare oplossingen te bieden die groei van de industrie bevorderen.
De antwoorden zijn niet altijd eenvoudig en kunnen vaak complex zijn, vooral gezien de unieke uitdagingen die waterstofsystemen met zich meebrengen. Bij het zoeken naar oplossingen is het daarom van belangrijk om experts te raadplegen die beschikken over waterstofspecifieke kennis. Deze specialisten hebben niet alleen een veel kennis van de chemische en fysische eigenschappen van waterstof, maar ook van de technische vereisten die nodig zijn om veilige en efficiënte systemen te ontwerpen. Het raadplegen van deze experts kan een aanzienlijke impact hebben op het succes van een project, door ervoor te zorgen dat de systemen niet alleen voldoen aan de huidige normen, maar ook voorbereid zijn op toekomstige ontwikkelingen in de waterstofindustrie.
Bij twijfel kan het nuttig zijn om samen te werken met een leverancier die waterstofspecifieke kennis, ontwerpexpertise en productaanbevelingen kan bieden.
Dat is een van de redenen waarom Swagelok zich richt op schone energie. We leveren niet alleen kwalitatieve gas- en vloeistofsysteemcomponenten, zoals fittingen die speciaal ontworpen zijn voor waterstof, maar ook expertise op het gebied van materiaalwetenschap en deskundige technische ondersteuning. Met een volledig assortiment aan producten en diensten voor waterstoftoepassingen kunnen wij u ondersteunen bij het ontwikkelen van snellere, eenvoudigere en betrouwbaardere oplossingen.
Chuck Hayes
Global Technical Lead, Clean Energy, Swagelok