Ventiler spiller en avgjørende rolle i hydrogenanvendelser. Det et svært imponerende mangfold av ventiler innenfor dette området, fra enkle stengeventiler til presise gjennomstrømningsregulatorer. I den forbindelse må sikkerheten, påliteligheten og effektiviteten kunne garanteres. Fra hydrogenproduksjon til brenselcelleteknologi - riktig valg og bruk av denne ventilen er avgjørende for å sikre vellykkede hydrogenanvendelser.
Magnetventiler er av avgjørende betydning for en effektiv hydrogenproduksjon og -bruk. I den forbindelse gjelder det å velge riktig magnetventil for den respektive bruken.
Hva er forskjellen mellom magnetventiler?
De ulike virkemåtene til magnetventiler er ikke alltid synlige på utsiden. Men hva består forskjellen i?
Magnetspolen styrer åpne- og lukkemekanismen til ventilen direkte.
Gjennomstrømningskapasiteten er begrenset
Egnet for anvendelser med lavt trykk
Magnetventil styrer en forstyringsventil, som igjen styrer driften av hovedventilen.
Egnet for bruk ved store trykkforskjeller
Tåler høyere trykk og gjennomstrømningsmengder
Ventilen er lukket i strømløs tilstand og åpnes ved stimulering.
Ved strømbrudd lukkes ventilen automatisk og stopper hydrogenflyten
For sikkerhetsanvendelser, f.eks. til avsperring av gass- og væskestrømmen ved strømbrudd
Ventilen er åpen i strømløs tilstand og lukkes i strømførende tilstand.
Brukes ved anvendelser hvor hydrogenflyten må avbrytere ved tilkobling av strømforsyningen
Egnet for anvendelser hvor standardtilstanden er åpen, f.eks. for å muliggjøre gjennomstrømning av væsker eller gass ved strømbrudd
Styrer gjennomstrømningen av en enkelt væske eller en gass mellom innløp- og utløpstilkoblingen.
Egnet for hydrogenanvendelser hvor en På/Av-styring er påkrevd, eksempelvis for styring av hydrogenflyten til et bestemt sted
Bruk som På/Av-styring i enkle systemer
Kan styre gjennomstrømningen mellom innløpet og en av utløpstilkoblingene eller begge utløpstilkoblingene.
Benyttes dersom det er påkrevd med en omdirigering, blanding eller fordeling av hydrogenflyt eller gassstrømmer
Egnet for væsker og gass
Benytter en fleksibel membran til å styre åpning og lukking av ventilen.
Isolering mellom magnetkomponenter og hydrogenstrøm
Egnet for styring av etsende eller kontaminerte væsker, ettersom membranen skiller magnetene fra væsken
Hvilke særegenheter bør det tas hensyn til nettopp med tanke på hydrogenanvendelser?
Hvorfor beskytter returtrykksikkerhet i ventiler mot uønskede gassutslipp?
Ved drift av gassanlegg oppstår det ofte trykkforskjeller på ventilen, som fører til et høyere trykk ved ventilens utgang enn ved inngangen. Et såkalt returtrykk (høyere trykk på utgangen enn på inngangen) kan åpne ventilen mot strømningen eller føre til at tempoet reduseres i uønsket grad under lukkeprosessen. Direktevirkende eller fastkoblede (tvangskoblede) ventiler tilbyr høyere returtrykksikkerhet takket være sine sterke lukkefjærer. Standarden EN 161 gir her et godt grunnlag for tema som returtrykksikkerhet og ventilklasser.
Hvilken sammenheng er det mellom omgivelsestemperaturen og ytelsen til anlegget ditt?
Aktuell omgivelsestemperatur spiller en underordnet rolle ved mange anvendelser. Dersom omgivelsestemperaturen overskrider 50 °C, bør du kontrollere om magnetventilene er permanent konsipert for en slik temperatur. Spolens kobbervikling reagerer med «økt» motstand ved stigende temperatur. Det medfører redusert ytelse og performance. Med begrenset installasjonsplass, støy- og funksjonsbeskyttelse i hydrogenanlegg, kan en overoppheting føre til redusert performance og dermed funksjonssvikt.
Hvorfor er eksplosjonsbeskyttelsen til komponenter så viktig for din sikkerhet?
Den kompakte konstruksjonen til stasjonære brenselceller, samt nærheten til stack kan umiddelbart føre til to utfordringer. For det første en høyere omgivelsestemperatur enn vanlig, og for det andre et høyt antall prosessgrensesnitt. Hvert grensesnitt utgjør i seg selv en liten lekkasje for hydrogen, som dermed kan sørge for en hydrogenlagring. Som følge av diffusjon og temperatur vil kunder og/eller inspeksjonsorganer ofte definere Stack-aktiveringen som ATEX-sone 1 eller kategori 2.
Hvordan utvikler temperaturene seg ved komprimering og ekspansjon av hydrogen?
Joule-Thomson-effekten er et fysikalsk fenomen som oppstår når en gass ekspanderer gjennom en drossel, uten varmeutveksling med sine omgivelser. Det fører til en temperaturendring hos gassen. Med Joule-Thomson-effekten kan en gass enten varmes opp eller avkjøles når den ekspanderer, avhengig av dens Joule-Thomson-koeffisient. Gassens inversjonstemperatur er her utslagsgivende. Hos hydrogen er denne inversjonstemperaturen > -80 °C. Hydrogen blir altså varmet opp ved ekspansjon.
Hva er sammenhengen mellom hvor anleggets renhet og ventilenes tetthet?
Partikler i anlegget kan føre til uønskede lekkasjer. Uavhengig av rent hydrogen må det sørges for rengjøring og utblåsning av anlegget før idriftsettelsen. Selv mikropartikler vil ikke bare skade en stack, de forårsaker også skader på de harde, men ømfintlige tetningsoverflatene til ventilseter skades. Installer derfor filtre i anleggene, for å unngå kontaminering oppstrøms grunnet påfylling av tanken eller service.
Hvordan finner jeg riktig magnetventil for min hydrogenanvendelse?
Ventiler som kommer til innsats i hydrogenanvendelser må tåle de mest ulike egenskaper. Valget av en egnet ventil er ikke alltid så enkelt. I vår veiledning behandler vi de sentrale kriteriene og hjelper deg med å velge magnetventil til din anvendelse.
Følgende punkter blir forklart i valgguiden for hydrogenventiler:
Trykkområder
Medietemperatur
Materialkompatibilitet
Gjennomstrømningsmengder
Reaksjonstider
Levetid und koblingssykluser
Energiforbruk
Sertifiseringer og godkjenninger
Tilkoblingstyper
Last ned vår guide her, skaff deg kunnskap og finn den optimale løsningen for din hydrogenanvendelse innen kort tid.
Finn nå den passende magnetventilen for din hydrogenanvendelse
Regulerings- og prosessventiler for hydrogenanvendelser
Regulerings- og prosessventiler kan benyttes ved nesten alle anvendelser innenfor hydrogenverdikjeden. De pneumatiske eller elektromotordrevne ventilene regulerer raskt, presist, samt repeterbart, og garanterer dermed stabile prosesser. Enten de benyttes til krevende gasser eller væsker, vil de sørge for effektivitet og sikkerhet i hydrogenanlegget ditt.
Hvilke typer av regulerings- og prosessventiler finnes?
Regulerings- og prosessventiler for hydrogenanvendelser finnes i ulike varianter, som er optimaliserte for ulike, konkrete behov. Herunder blant annet ventiler for trykkregulering, avsperring av gasser og væsker, reguleringsventiler eller også sikkerhetsventiler. Prinsipielt sondrer vi:
Spesialisert på pneumatisk eller elektromotorisk avsperring og styring av gasser som dannes i hydrogenprosesser
Egnet for svært høye gjennomstrømningsverdier, trykk og temperaturer
Rask, ukomplisert lukking og åpning muliggjør sikker avsperring av gasser
Elektropneumatiske reguleringsventiler egner seg fremfor alt når en svært presis styring av gasstilførselen er relevant.
Hurtige reaksjonstider og integrering i automatiseringssystemer anbefales i svært dynamiske prosesser
Posisjonsindikatoren muliggjør presis og rask sporing av ventilposisjonen
Varianter: Skråseteventiler, rettseteventiler, membranventiler, avhengig av bruken
Elektropneumatiske reguleringsventiler egner seg fremfor alt når en svært presis styring av gasstilførselen er relevant.
Hurtige reaksjonstider og integrering i automatiseringssystemer anbefales i svært dynamiske prosesser
Posisjonsindikatoren muliggjør presis og rask sporing av ventilposisjonen
Varianter: Skråseteventiler, rettseteventiler, membranventiler, avhengig av bruken
Visste du det allerede?
Forholdet mellom trykk og temperatur i hydrogenanvendelser
I hydrogenanvendelser stilles det ekstra strenge krav til reguleringsventiler. De må ikke bare tåle trykk opptil 40 bar, men også fungere trygt ved høye temperaturer. Forholdet mellom trykk og temperatur spiller her en avgjørende rolle, nettopp ved reguleringen av gasser. Temperaturen må senkes når trykket økes, eksempelvis for å holde oksygen i en gassformet tilstand. Idealgassloven beskriver dette trykk-temperatur-forholdet hos gasser. En trykkøkning ved konstant gassmengde og konstant volum vil dermed føre til en temperaturøkning, og motsatt.
H2-applikasjoner gjør det påkrevd med ekstra tetthet hos ventilene
I motsetning til andre anvendelser er det påkrevd med ekstra tetthet hos ventilene ved produksjon og bruk av hydrogen. Dersom det oppstår lekkasjer, så vil dette utgjøre en usedvanlig høy farekilde, eller redusere anleggets effektivitet. Derfor bør det sørges for en tetthet på 10–4 mbar∙l/s hos reguleringsventiler.
Hvilken sertifisering er ekstra viktig hos reguleringsventiler som benyttes i hydrogenanvendelser?
ISO15848 – Angir testprosedyre og lekkasjeklasse for industrielle armaturer og ventiler
Teknisk veiledning (TV) -Luft - Regulerer utslipp fra industrianlegg
ATEX - Sertifisering for komponenter som kommer til innsats i områder hvor det foreligger eksplosjonsfare
ASME B16.34 – Fastlegger kravene til ventiler i trykkanvendelser
PED - Regulerer konstruksjonen og bruken av trykkutstyr, herunder også ventiler
Produsenterklæring - Sertifiseringer fra ventilprodusenter om effekt, kvalitet og pålitelighet
Prosess- og reguleringsventilene fra Bürkert oppfyller til enhver tid disse høye kravene.
Elektromotordrevne reguleringsventiler i bruk – hva er mulig?
Før serieanvendelse må brenselcellesystemer testes under varierte forhold, og med en rekke parametre. Basert på testresultatene kan deretter eksempelvis ytelse, rekkevidde eller levetid evalueres og optimere hos brenselcelle-stacks. Testutstyret bør være svært fleksibelt for disse oppgavene. En rekke fluidikkomponenter som gjennomstrømningsregulatorer eller ventiler bidrar til dette. De må imidlertid ikke bare arbeide presist og pålitelig, men også være tilpasset det konkrete bruksområdet. Hos hydrogen må for eksempel materialene som benyttes ikke bli sprø, og ikke utsettes for korrosjon ved bruk med avionisert vann.
I den praksisorienterte tekniske rapporten finner du ut hvordan firmaet Segula Technologies GmbH utformet sine H2-laboratorier fleksibelt med justerbare fluidikkomponenter.
Companies in the hydrogen industry are constantly facing new challenges. The solutions, especially in the field of fluidic applications, can be diverse. How Segula Technolgies GmbH from Rüsselsheim has found the right solution is described in the technical report.
Er du interessert i mer teknisk informasjon?
Her kommer du til prosess- og reguleringsventilene for din hydrogenanvendelse
Bürkert er din pålitelige partner når det gjelder utfordringer forbundet med fluidikk i din hydrogenanvendelse. Med over 25 års erfaring innen hydrogen påtar vi også gjerne din utfordring innen fluidikk.
Høytrykks- og ultrahøytrykksventiler for hydrogenapplikasjoner
Høytrykks- og ultrahøytrykksventiler er en viktig komponent i ulike bruksområder, for eksempel transport, lagring og utvinning av hydrogen. De kontrollerer og blokkerer pålitelig hydrogen komprimert til opptil 1034 bar (15 000 psi) i forsyningskjeden. Riktig valg og implementering av disse ventilene er avgjørende for sikker og pålitelig drift av systemet. Ventilene er underlagt de høyeste testkravene når det gjelder tetthet og materialtoleranse. Et eksisterende servicekonsept muliggjør høy systemtilgjengelighet for hydrogenapplikasjonen din utover slitasje.
Hvor brukes ultrahøytrykks- og høytrykksventiler i hydrogenverdikjeden?
Umiddelbart etter produksjon i elektrolyseanlegget komprimeres hydrogenet til 160 bar og lagres for økonomisk lagring. For mobil transport skjer komprimeringen og lagringen i bunter med flasker opp til 350 bar. I industrianlegg fjernes lageret via høytrykksventiler som betjenes pneumatisk eller magnetisk.
For H2-påfyllingssystemer og dispensere skjer en komprimering på 500 til 1000 bar ved hjelp av membrankompressorer. Dette gir naturlig overløp inn i tanken for nyttekjøretøy. Høytrykksventiler styrer strømmen fra kompressoren til kjøretøytanken.
Produksjon av grønt hydrogen – elektrolyse
Lavtrykksventiler(< 40 bar)
Høytrykksventiler(> 40 bar)
Buffertank (30–40 bar)
Varme- og energiproduksjon for bygninger
Industriell bruk av hydrogen
Kompressor Kompresjon fra 30–40 bar til 200–300 bar
Transport
Lagring
Kompressor Kompresjon fra 200–300 bar til 500–600 bar eller 1 000–1 100 bar
Kompressor Kompresjon fra 30–40 bar til 80–100 bar
Hydrogennettverk 80–100 bar
Lagring
Kompressor Kompresjon fra 80–100 bar til 500–600 bar eller 1 000–1 100 bar
Påfylling Trykkreduksjon fra 500–600 bar eller 1 000–1 100 til 350 eller 700 bar
Buffertank
Bruk av hydrogen for mobilitet
Hydrogenrørledning 30–40 bar
Industri
Trykkreguleringsstasjon Trykkreguleringsstasjon reduserer trykket fra 80–100 bar til 1–40 bar
Kompressor Kompresjon fra 30–40 bar til 500–600 bar eller 1 000–1 100 bar
Hydrogen produseres innen elektrolyse ved middels trykk og store nominelle diametre. Etter kompresjon inntar høytrykksventilene ikke bare en trykkregulerende rolle, men oppfyller også kravene til en Ex-sone definert av kunden.
Styring av trykk og strømning av hydrogenet som produseres
Nødvendig krav opp til DN 50
Eksplosjonsbeskyttelse for sone 1 (Kat. 1) og sone 2 (kat. 3)
Flere applikasjoner krever en komprimert form for hydrogen. Enten i transport eller lagring for å spare plass, ved tanking av kjøretøy eller i industrielle applikasjoner.
Styring av trykket for å sikre et konstant optimalt trykknivå
Sikker låsing
Krav: > 350 bar og laveste setelekkasje
Når du kobler tilhengeren til det stasjonære systemet, er sikkerhet prioritet. Manuelle stengeventiler er montert på tilhengertanken på utløpssiden. Tank- eller industrianlegget kobles til på inngangssiden via fleksible trykkledninger. Magnetiske eller pneumatiske høytrykksventiler sikrer automatisk drift av systemet. Pneumatiske ventiler styres vanligvis ved hjelp av ventiløyer og mediet nitrogen for å unngå en eksplosiv atmosfære. Magnetventiler i Ex-utførelse er en alternativ løsning uten beskyttelsesgass.
Styring av trykket for å sikre et konstant optimalt trykknivå
Sikker avstengning av gassene
Krav: > 350 bar og svært lav setelekkasje
Når du fyller drivstoff på hydrogenkjøretøy, fylles hydrogen i tanken fra buffertanken med 500...1000 bar. Høytrykksventiler er ansvarlige for å stenge buffertanken fra kjøretøytanken. Det utstrømmende hydrogenet kjøles ned til -40 °C for å unngå for sterk oppvarming av kjøretøytanken (maks. 85 °C).
Krav: 500–1000 bar
Medietemperatur: -40 °C
Visste du det allerede?
Hva skjer under en eksplosiv dekompresjon?
Elastomerer er permeable for atomært og molekylært hydrogen. Selv ved lavt gasstrykk trenger hydrogenet inn i det elastomerte tetningsmaterialet. Ved sterk trykksenkning kan ikke det lagrede hydrogenet slippe ut raskt nok. Pakningen blir så alvorlig skadet av denne prosessen at den mister sin tetningseffekt. Bobledannelse på tetningsmaterialet er et tegn på eksplosiv dekompresjon. Skaden oppstår på grunn av høyt differansetrykk under koblingsprosessen. Derfor bør du være oppmerksom på riktig materialvalg for ventiler. Peek er førstevalget for svært høye trykk.
Hvordan forhindres hydrogensprøhet i magnetventiler?
Hydrogensprøhet er endringen i mekaniske egenskaper forårsaket av penetrering av hydrogenatomer inn i metallgitteret i rustfritt stål. Et operasjonelt høyt H2-systemtrykk fremmer denne prosessen. Som et resultat av den såkalte hydrogeninduserte spenningskorrosjonssprekken kan det oppstå mikrosprekker i metallet som forringer de mekaniske egenskapene. Flytegrensen til rustfritt stål avtar og materialet blir sprøtt. En spesielt dynamisk belastet komponent i en magnetventil er for eksempel kjerneføringsrøret med plugg. Ikke bare støtter den belastningsendringene, men den er også laget av magnetisk og ikke-magnetisk stål. For å unngå svake punkter, som de som oppstår under sveiseprosesser, skrus komponentene i hydrogenhøytrykksventiler sammen og forsegles.
Hvordan påvirker setetetthet levetiden til en ventil?
Dette emnet reiser spørsmålet om trykkområdet og den maksimale lekkasjen som kan forventes. Tettheten mot utsiden kan vanligvis oppnås uten at det går på bekostning av levetiden i området 1x 10-5 mbar l/s. Ting er mer komplisert ved de dynamiske tetningspunktene på ventilsetet. Trykk på opptil 1000 bar eller medietemperaturer på -40 °C krever harde forseglinger og presis mekanikk for å oppnå en setelekkasje på 10-4 ml/s. De høye lukkekreftene legger ekstrem belastning på både metall- og plastpakninger. Dette betyr at etter hvert som antall skiftesykluser øker, er ventilene i hydrogenområdet underlagt serviceintervaller, da den lave setelekkasjen ellers ikke kan garanteres. Vi anbefaler en kontroll etter ca. 80 000...100 000 skiftesykluser.
Hvilken påvirkning har ising på sikker drift?
Hydrogenet som produseres under elektrolyse, har et trykk på 30...40 bar. For kommersiell bruk må det lagres og transporteres. Til dette formålet komprimeres det ved hjelp av gasskompressorer i 2 til 3 trinn til 160 eller 350 bar og transporteres i sylinderbunter eller lagres i høye beholdere. For drift på bensinstasjoner økes lagringstrykket for mellom- eller bufferlageret (innhold 0,4...1,2 t) til 500 eller 1034 bar (15 000 psi). Dette betyr at passiv tanking (uten kompressor) kan utføres ved bruk av overløp. Med bufferlagertilførselen kan det genereres ca. 30 tankfyllinger. Maksimal tillatt tanktemperatur for kjøretøy er 85 °C. Etter komprimering kjøles derfor hydrogenet ned til -10…-40 °C når det utvider seg i tanken og temperaturen ved påfyllingshalsen øker. Høytrykksventilene iser fra utsiden fordi kondensatet fra omgivelsene legger seg på det kalde ventilhuset. Plasthylser beskytter ventilen mot ising og gir dem lang levetid.
Hva er spesielt med ultrahøytrykksventiler og høytrykksventiler?
Finner du ut alt om høytrykksventilene i videoen? Hvordan er de konstruert for å virkelig tåle maksimalt trykk? Hvordan er det mulig for dem å sikre maksimal sikkerhet i hydrogenapplikasjoner? Og mye mer om teknologien og merverdien til de små kraftpakkene. Se videoen her med vår ekspert Markus Wirth (Product Manager Solenoid Valves) i dialog med Hyfindr.
Dette kan Bürkerts høytrykks- og ultrahøytrykksventiler gjøre
In hydrogen applications of all kinds, reliable fluidic solutions are essential. Whether valves, sensors, automation or even complete fluidic systems - Bürkert is ready for your challenge.
Eller besøk vår nettside for hydrogenindustrien og finn din løsning
Hydrogen spiller en betydelig rolle som energibærer i forbindelse med klimaendringene. Den er karbonfri, og kan dermed bidra til akutt påkrevd dekarbonisering – fremfor alt dersom den blir fremstilt av fornybar energi. For lønnsom produksjon og bruk av grønt hydrogen trengs imidlertid sikre, vedlikeholdsfrie og fremfor alt effektive anlegg og systemer, for å oppnå så høy samlet effektivitet som mulig.
