Vätgas – Ett Hett Ämne på Valve World Conference
Översättning av Artikeln
Vätgas – Ett Hett Ämne på Valve World Conference
Ingress: 2024 års Valve World-mässa i Düsseldorf, Tyskland, var en given mötesplats för alla som är involverade i implementeringen av vätgas i energiomställningen. Denna artikel sammanfattar några av de viktigaste insikterna från flera konferenspresentationer som adresserade utmaningarna med denna, den minsta av molekyler.
Av KCI Editorial
Provning av Flyktiga Emissioner
Ventiltäthet är naturligtvis en fråga om både miljö och säkerhet för system som innehåller vätgas, förklarade Mr. Sauger från Cetim. Han fortsatte med att konstatera att befintliga täthetstester och konstruktioner baserade på helium eller metan kanske inte är tillräckligt konservativa för vätgas som processfluid. Samtidigt kan många befintliga installationer och utrustning i gasnät, som ursprungligen var avsedda för naturgas, komma att användas för vätgas och/eller blandningar av vätgas och metan, vilket har en identifierad påverkan på tätningar. Detta innebär att det finns ett behov av att validera tätningsprestanda för nya eller ombyggda installationer på material-, tätningssystem- och utrustningsnivå.
Hans presentation fortsatte med flera sektioner som diskuterade följande: utvecklingen av en testanläggning för flyktiga emissioner med vätgas; en procedur för provning av flyktiga emissioner från ventiler; testresultat från en kulventil; samt provning av spindeltätningar på en vätgastestbänk.
Han förklarade vidare att testanläggningen använde en 4-tums kulventil i klass 600 med ett Atex IIC-klassat manöverdon. Gällande specifikationer noterade han att spindeltätningen bestod av elastomer O-ringar (FKM), att det fanns en intern metalltätning och att flänsarna var utrustade med spiralvirade grafitpackningar. Läckagehastigheterna mättes med vakuumtestmetoden.
Sammanfattningsvis noterade Mr. Sauger att Cetim har utvecklat en säkerhetsmetodik för att utföra vätgastester, med anläggningar för att mäta flyktiga emissioner av vätgas vid både höga och minusgrader. Vidare, efter ett testprogram utfört med FKM- och HNBR-tätningar (enligt ISO DIS 12101), observerades lågt gränssnittsläckage vid –20°C. Däremot kunde permeation (genomträngning) av vätgas genom elastomererna observeras vid 60°C.
Polymera Material
”Vätgasens effekter på polymera material: permeations-, RGD- och åldringstester” var titeln på en presentation av Ms. Simona Macchi från Effeciemme Componenti. Behovet av att forska inom detta område framgick tydligt från en av Ms. Macchis första bilder: eftersom vätgas är mycket brandfarligt, måste material väljas som inte påverkas av gaspermeation och läckage.
Hon redogjorde vidare för att tester hade utförts med 100 procent vätgas, såsom permeation i enlighet med ASTM D1434/ISO 2782-1, Rapid Gas Decompression (RGD) i enlighet med API 17J/ISO 13628-2, och åldring i enlighet med Effeciemmes egen standard (vilket inkluderar lagring i vätgas i 36 dagar).
Hennes presentation var relativt djupgående. Termen permeation karakteriserades som en produkt av två ytterligare faktorer: diffusion (återspeglar gasens rörlighet i polymeren) och löslighet (återspeglar gasens affinitet för polymeren).
Vidare beror permeation på faktorer som temperatur, tryck, molekylstorlek och interaktion, polymerens tjocklek och yta, samt polymertyp och eventuella fyllnadsmaterial. Ms. Macchi noterade att efter permeations-, RGD- och åldringstester observerades inga problem med PTFE- och PEEK-baserade material.
Som en inblick i möjliga framtida forskningsområden indikerade hon att ett nästa steg skulle kunna inkludera åldringstester i enlighet med NORSOK M710 (ISO 23936-1).
Kompatibilitet hos Tätningsmedel för Kägelventiler
Resultaten från ett annat forskningsprojekt levererades av Mr. Ochuko Ifie (Flowserve), som diskuterade hur tätningsmedel som används i smorda kägelventiler (plug valves) har utvärderats för kompatibilitet i vätgasservice. Mr. Ifie noterade att forskningsprojektet hade tagit sex månader i samarbete med Fraunhofer. Han belyste behovet av att validera kompatibiliteten genom att hänvisa till API 6D Annex M, som anger att ’smorda kägelventiler ska förses med tätningsmedel/smörjmedel som är validerat för ventilens specificerade designtemperaturintervall i vätgasservice’ och ’tätningsmedlet/smörjmedlet ska kunna bibehålla sin viskositet för att ge en tät försegling och smörjförmåga för att underlätta manövrering i vätgasservice’.
Han kommenterade att vätgasekonomin och de resulterande standarderna driver fram nya krav på ventilkvalificering och observerade att Flowserves smorda kägelventiler har använts i vätgasservice i årtionden, till exempel i återvinningsledningar i katalytiska processer.
Metoder som användes under detta specifika projekt inkluderade reologisk undersökning, termogravimetrisk analys och differentiell svepkalorimetri. Testförhållandena sattes för att efterlikna typiska rörledningsapplikationer för smorda kägelventiler. Tre olika tätningsmedel från Flowserve utvärderades.
Sammanfattningsvis indikerade Mr. Ifie att vätgasens påverkan inte var tillräckligt betydande för att påverka prestandan och att tätningsmedlets stabilitet bibehölls efter exponeringen. Kort sagt, ’testprocessen kvalificerade effektivt Flowserves tätningsmedel för vätgasservice’.
Vätgasdrivna Flygplan
”Kryogeniska högprestandaventiler för vätgasdrivna flygplan” var ämnet som diskuterades av Mr. Nozomi Matsumura från KITZ. Som bakgrund hänvisade han till Japans deklaration om koldioxidneutralitet till 2050 och ett NEDO-projekt (New Energy and Industrial Technology Development Organization) för flygplansutveckling.
Specifikt siktar KITZ på att utveckla backventiler, mottrycksreglerande ventiler och avstängningsventiler (kulventil med elektriska manöverdon). De är avsedda för användning med flytande vätgas och lågtempererad vätgas (ca –253°C). Gällande kraven indikerade han att ventiler för vätgasflygplan måste ha hög prestanda, vara kompakta, lätta och tillförlitliga.
Han specificerade att backventilerna skulle ha en inline-struktur och kunna fungera även vid mycket lågt tryck. Avstängningsventilerna skulle kräva en kompakt struktur utan förlängd överdel (bonnet), men ändå vara lämpliga för extremt låga temperaturförhållanden. För backventilen överväger KITZ att använda ultratunna väggar för att uppnå viktbesparingar.
Gällande projektets status indikerade Mr. Matsumura att KITZ, efter utvärdering av den funktionella prototypen, har gått vidare till design-, tillverknings- och utvärderingsstadiet, med målet att installera systemet i faktiska flygplan.
API Spec 6D, Annex M
Jonathan Geleijns kom till Valve World-konferensen med två hattar. För det första är han Energy Transition Technologies Manager på SLB. Dessutom är han medordförande för API spec 6D, Annex M. Det var i denna andra kapacitet han höll en presentation som beskrev API:s arbete gällande ventiler för vätgasservice.
Han inledde med att gå igenom de viktigaste utmaningarna med vätgas. Dessa inkluderar: vätgasrelaterade materialskador, effekter på mjuka material, tätningsförmåga samt brand- och explosionsrisker.
Gällande API:s arbetsgrupp sa han att de 172 medlemmarna inkluderade slutanvändare, ventiltillverkare, tätningstillverkare och testcenter från elva länder.
Han gick snabbt igenom huvudkraven, vilka inkluderar frågor som: specifikationsnivåer för vätgas, designvalideringstester, materialkrav, kompletterande acceptanstestning, oförstörande provning, kvalitetskontroll, märkning och dokumentation.
När han tittade på huvudkraven för metalliska material diskuterade Mr. Geleijns ämnen som: överensstämmelse med NACE MR0175/ISO 15156, tillåtna material, material som kräver ytterligare provning, fjädrar, svetsning och påläggssvetsning (cladding), bultförband etc.
Djupkryogenisk Provning
”Gör sig redo för flytande vätgas – en vision för djupkryogenisk provning” var ämnet som adresserades av Ventils Emiel Lechevallier. Gällande ”varför”, indikerade Mr. Lechevallier att flytande vätgas har en högre energidensitet per volym jämfört med gasformig vätgas. Därför skulle det kunna vara en mycket användbar energibärare.
Men det finns ett ”kryo-dilemma”, fortsatte han. Faktorer inkluderar: det stora temperaturfallet för att övergå från kryogenisk vätgas vid –196°C och flytande vätgas vid –253°C; effekterna av materialkrympning och toleranser; samt det faktum att fluidens fysikaliska egenskaper kommer att förändras, vilket resulterar i läckage, inte emissioner.
Ventil forskar därför på det optimala sättet att testa ventiler avsedda för flytande vätgasservice. Under utveckling är ett system som använder kylning i ett slutet kretslopp baserat på helium, med fördelen att det endast förbrukar elektrisk energi. Detta tillvägagångssätt, indikerade Mr. Lechevallier, skulle underlätta cykel- och tillförlitlighetstester över längre tidsperioder, utan oproportionerliga kostnader.
Källa: Artikeln är en översättning och sammanfattning av innehåll från Valve World. Originalartikel: Hydrogen a hot topic at Valve World Conference.
