Водород: безопасный энергоноситель или взрывоопасная проблема?

Армин Глейзер, вице-президент по стратегии и сотрудничеству

(«Возможны изменения»)

Водород считается энергоносителем будущего. Потенциальные области его применения разнообразны: он используется в сталелитейной промышленности, в химической или стекольной промышленности, в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах или для переработки электроэнергии. Недостаток энергоносителя: газ не имеет цвета и запаха, но при этом легко воспламеняется. Поэтому в процессе производства и обращения с продукцией необходимы соответствующие меры безопасности и системы мониторинга безопасности. Со временем становится все более очевидным: принятие обществом новых технологий напрямую связано с сопутствующими опасностями и управлением потенциальными ошибками. Даже в этих новых областях применения чрезвычайно полезно опираться на опыт, накопленный за более чем 40-летнюю историю функциональной безопасности в отрасли.

Благодаря своим решениям по автоматизации компания Pilz обеспечивает безопасное и экономичное использование водорода — по всей цепочке создания добавленной стоимости энергоносителя: от производства H2 в электролизерах, хранения и транспортировки до использования в топливных элементах или промышленных горелках.

Безопасное, эффективное хранение и транспортировка
Для транспортировки водород подвергается сильному сжатию; его перевозят в специальных резервуарах высокого давления по железной дороге, воде или по автомобильным дорогам. Быстрые изменения давления, например, возникающие при заполнении или извлечении водорода или даже при колебаниях температуры, могут вызывать напряжения в композитном транспортном контейнере, если они происходят неоднократно. В результате: расслоение материала (отдельные слои материала отделяются друг от друга), сокращение срока службы сосуда высокого давления, а также утечки и, в худшем случае, даже взрывы. Для защиты водородных баков и, в частности, людей, находящихся вблизи пунктов перекачки, при заполнении и опорожнении баков необходимо соблюдать особые меры предосторожности.  

Проверенные и безопасные контроллеры Pilz надежно контролируют эти процессы передачи с помощью отказоустойчивой обработки аналоговых значений и останавливают процесс наполнения или опорожнения в случае возникновения ошибки. В Бремерхафене, Германия, GP JOULE полагается на решения по безопасности от Pilz. Энергетическая компания преобразует избыточную электроэнергию, вырабатываемую ветром, в водород с нейтральным выбросом CO2, хранит его в резервуарах на специальных грузовых прицепах и доставляет легковоспламеняющийся газ на водородные заправочные станции в черте города. Здесь, в частности, экологически чистой энергией заправляются транспортные средства компании Bremerhaven Bus. Заправка и опорожнение сосудов высокого давления одинаково просты, быстры и, прежде всего, безопасны во всех точках переправки.  

«Точность, связанная с безопасностью»: измеренные значения с точностью до 1 процента
Значения процесса, критически важные для заправки или хранения H2, регистрируются с помощью безопасных аналоговых датчиков и считываются в контроллер безопасности. При контроле давления в диапазоне от 0 до 1000 бар точность, обеспечивающая безопасность, имеет решающее значение для функционирования всей цепи мониторинга безопасности. Оценка рисков при заправке через прицеп-автоцистерну показала, что точность всего в 1% (в данном случае: 10 бар) может соответствовать требованиям безопасности.

На практике часто считается достаточным указание разрешения аналогового значения. Оно может находиться в допустимом диапазоне в техническом паспорте, но его нельзя автоматически использовать для проектирования систем безопасности! На них стоит посмотреть внимательнее!

После регистрации регулируемых величин важно не только контролировать их на предмет соответствия абсолютным (статическим) предельным значениям, но и распознавать их динамическое течение и при необходимости ограничивать его. Для этого требуются более сложные функции мониторинга, такие как мониторинг безопасного градиента! Контроллеры безопасности используют программный блок «Безопасный мониторинг изменения» для контроля соблюдения соответствующих параметров в отношении критических значений подъема и падения при изменении давления и температуры, а значит, и скорости загрузки и выгрузки водорода. Если такое значение подъема превышено или ниже, безопасный контроллер инициирует необходимую реакцию — например, суживает регулятор или компрессор или полностью закрывает клапан.

Комплексный подход к безопасности машин и защите данных
Решения по автоматизации могут с пользой дополнять классические, более механически обоснованные свойства безопасности компонентов в водородной индустрии. Это связано с тем, что функциональная безопасность всегда учитывает безопасную реакцию процесса на протяжении всего жизненного цикла. Потому что информационная безопасность OT защищает доступность установок и оборудования от манипуляций и неправильного использования. Основное внимание уделяется защите данных установки и вопросу о том, какие лица имеют доступ к процессу. Эти функции особенно важны при рассмотрении объектов критической инфраструктуры.

Компания Pilz твердо верит, что только комплексный подход к обеспечению промышленной и информационной безопасности на раннем этапе гарантирует комплексную защиту в водородной отрасли. Развивающаяся водородная отрасль может извлечь выгоду из многолетнего опыта отрасли.