پالت گاز هیدروژن
با رشد سریع فناوری های مبتنی بر انرژی هیدروژنی، نیاز سامانه ها به ذخیره سازی و حمل و نقل ایمن این گاز بیش از پیش احساس می شود. پالت ها مجموعه ای از سیلندرهای تحت فشار که به صورت مکانیکی و هیدرولیکی به هم متصل شده اند تا حجم زیادی از گاز را در فشار بالا ذخیره و منتقل کنند. این پالت ها در صنایع مختلف از جمله پالایشگاه، ایستگاه های سوخت هیدروژن، صنایع فولاد،مراکز تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند.
تعریف پالت گاز هیدروژن
پالت هیدروژن مجموعه ای از چند سیلندر بدون درز است که به صورت گروهی در یک قاب فلزی نصب شده و از طریق منیفولد به هم متصل می شوند. این مجموعه به گونه ای طراحی می شود که بتواند گاز هیدروژن را در فشار های بالا(معمولا ۲۰۰ تا ۳۰۰ بار) ذخیره و به صورت ایمن حمل کند.طراحی پالت های هیدروژن نیازمند رعایت دقیق استاندارد های بین المللی، انتخاب مواد مقاوم در برابر تردی هیدروژنی،استفاده از تجهیزات ایمن و دقیق است.
هیدروژن به دلیل چگالی انرژی بالا ، وزن کم و قابلیت استفاده در سلول های سوختی، یکی از گزینه های اصلی برای جایگزینی سوخت های فسیلی است. با این حال، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاص آن ، طراحی تجهیزات ذخیره سازی را پیچیده می کند. هیدروژن بهعنوان سبکترین عنصر جدول تناوبی، دارای بالاترین چگالی انرژی در میان سوختهای شناختهشده است (حدود ۱۲۰ MJ/kg) و در عین حال محصول احتراق آن تنها بخار آب است.
این ویژگیها باعث شده هیدروژن بهعنوان یکی از ارکان اصلی اقتصاد انرژی پاک در قرن بیستویکم مطرح شود.پالت گاز هیدروژن مجموعهای از چند سیلندر گاز فشرده است که بهصورت موازی از طریق چندراهه (Manifold) به هم متصل شدهاند و درون یک قاب فلزی مقاوم قرار دارند.این پالتها می تواند شامل ۶ تا ۲۰ سیلندر با ظرفیتهای ۵۰ تا ۸۰ لیتر باشند و برای فشارهای کاری بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ بار طراحی میشوند.
کاربردهای صنعتی پالت گاز هیدروژن
گاز آرگون به دلیل ویژگیهای بیاثر و خواص فیزیکی منحصربهفرد خود در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد. در ادامه به بررسی برخی از مهمترین کاربردهای این گاز در صنایع مختلف پرداخته شده است:
هیدروژناسیون (Hydrigenation): در تولید روغن های خوراکی ، متانول ، آمونیاک و سوخت های سنتزی استفاده می شود.
تصفیه نفت(Hydrodesulfurizaition): حذف گوگرد از فرآوردههای نفتی برای تولید بنزین و گازوئیل کمگوگرد
تولید آمونیاک(ammonia synthesis) به عنوان خوارک اصلی به همراه نیتروژن به روش هابر-بوش
در صنعت نیمه هادی ها هیدروژن برای تمیز کردن و بهبود کیفیت سطح مواد و تراشه های الکترونیکی استفاده می شود. همچنین در تولید گازهای مخصوص در فرآیندهای تولید دستگاه های الکترونیکی نیز به کار می رود.
هیدروژن به عنوان سوخت برای راکتها و فضاپیماها مورد استفاده قرار می گیرد، به خصوص در راکت های سوختی مانند شاتل فضایی ناسا که از هیدروژن مایع استفاده می کند.
تولید فولاد بدون استفاده از کربن: یکی از چالش های اصلی صنعت فولاد استفاده از سوخخت های فسیلی است که منجر به انتشار دی اکسید کربن می شود. در فرآیند جدیدی که در حال توسعه است هیدورژن به عنوان جایگزین کربن برای تولید فولاد بدون انتشار کربن استفاده می شود.
یکی از بزرگترین کاربردهای هیدروژن در صنعت حمل و نقل، استفاده از آن به عنوان سوخت برای خودروهای هیدروژنی به جای بنزین یا گازوئیل است.
متریال مناسب جهت استفاده در پالت گاز هیدروژن
آلیاژهای آلومینیوم، فولادهای زنگ نزن آستنیتی، برنج و آلیاژهای مس.(مس بریلیم Cu-Be )
نیکل و اکثر آلیاژهای نیکل، چدن و همچنین تیتانیوم وآلیاژ های آن ، برای استفاده مناسب نیستتند.
فولادهای ساده کربنی در دما های بالا مقامت زیادی دارند و هرچه میزان کروم و مولیبدن فولادها افزایش پیدا کند مقاوم تر میشوند.
استاندارد شیر و سیلندر گاز هیدروژن
سیلندرهای فولادی که در کاربری گازهای هیدروژن استفاده قرار می میشوند باید با دیگر سیلندر ها متفاوت و متریال مناسب در آنها به کار رفته باشد، معمولا بنابر الزامات طراحی کاربری هیدروژن ، H یا H2 یا Hydrogen را روی شانه سیلندر باید حکاکی شود و بدلیل آتش زا بودن به رنگ قرمز و دارای شیر چپ گرد باشد. شیر سیلندرهای هیدروژن معمولا DIN1 یا BS4 است.
تجهیزات و اجزای پالت گاز هیدروژن
سیلندرها
معمولاً از فولاد آلیاژی یا آلومینیوم با استحکام بالا ساخته میشوند و از نظر حجم و فشار کاری در یک محدوده مشخص قرار دارند. فشار کاری معمول آنها بین ۱۵۰ تا ۳۰۰ بار است.
شیراصلی
جریان کل پالت را کنترل می کند. از جنس فولاد ضد زنگ هستند و قابلیت تحمل فشار تا ۴۰۰ بار را دارند.
گیج فشار
برای نمایش فشار داخلی پالت با محدوده اندازهگیری ۰ تا ۴۰۰ بار بهکار میرود و دارای بدنهای از فولاد ضدزنگ است. در طراحیهای جدید، از ترانسمیترهای دیجیتال فشار بهجای گیجهای آنالوگ استفاده میشود. حداقل دو عدد گیج فشار روی پالتهای گازی نصب میشود که امکان کنترل فشار ورودی و خروجی را فراهم میکنند.
قاب فلزی
از جنس فولاد کربنی با پوشش ضد زنگ و همچنین دارای نقاط مهار برای حمل و نقل و مقاومت در برابر ضربه و لرزش است.
منیفولد یا چند راهه
منیفولد بهعنوان بخش مرکزی عمل میکند که سیلندرها از طریق شیلنگ یا لوله به آن متصل میشوند. گاز از همه سیلندرها وارد منیفولد شده و سپس از طریق یک خروجی مشترک به سیستم مصرفکننده منتقل میشود. منیفولد نقش بسیار مهمی در اتصال همزمان چند سیلندر گاز و تأمین فشار و جریان یکنواخت دارد.
سیستم ایمنی
گاهی سنسور نشت هیدروژن
اتصالات و شلنگ ها
از جنس فولاد ضدزنگ یا مس نیکلدار برای جلوگیری از واکنش با هیدروژن استفاده می شود.
خطرات مرتبط با پالت های گاز هیدروژن
حد اشتعال پالت گاز هیدروژن
مخلوط های گازی و بخارات قابل احتراق زمانی مشتعل می شوند که غلظت سوخت به میزان مشخصی رسیده باشد. این محدوده مجاز غلظت سوخت برای اشتعال به صورت تجربی به دست آمده و به آن مرز اشتعال (Flammability limits) یا مرز انفجار (Explosive Limits) گفته می شود.
|
نام گاز |
حد LEL |
حد UEL |
|---|---|---|
|
هیدروژن H2 |
۴% |
۷۵% |
خطر تردی هیدروژنی
نفوذ اتم یا یون های هیدروژن به ساختار فلز باعث کاهش استحکام و شکست ناگهانی می شود.راهکارها: طراحی قاب مقاوم، استفاده از مهارهای ایمن ، آموزش اپراتورها. شکنندگی ناشی از هیدروژن می تواند در دماهای محیط در مورد گاز های خالص به سیلندر آسیب وارد کند هیدروژن قدرت نفوذ پذیری یالایی دارد با نفوذ این گاز به برخی فلزات مثل آهن و فولاد باعث ایجاد ترک خوردگی در سطح می شود. شکنندگی ناشی از هیدروژن می تواند در دماهای محیط در مورد گاز های خالص به سیلندر و آسیب وارد کند.اغلب فلزات در دمای بالای ۱۵۰ درجه سانتی گراد در برابر پدیده تردی هیدروژنی مقاوم هستند. به همین علت این پدیده بیشتر در دماهای پایین رخ می دهد.تردی هیدروژنی هیچ گونه علائم ظاهری قابل مشاهده ندارد. همچنین با بسیاری از روش های متداول نظیر متالوگرافی، سختی سنجی، کشش معمولی و … نیز قابل مشاهده نیست.
در صورتی که بدنه مخازن تحت فشار هیدروژن دچار ترک، شکستگی یا هر نوع آسیب ساختاری شود، گاز ذخیرهشده که در فشار بسیار بالا قرار دارد میتواند بهطور ناگهانی از مخزن خارج گردد و در صورت برخورد با منبع جرقه، موج انفجاری شدیدی ایجاد کند. به همین دلیل، مخازن نگهداری هیدروژن باید بهصورت دورهای تحت آزمونهایی از قبیل کنترل فشار، بررسی نشتی، ارزیابی خوردگی و سنجش استحکام مکانیکی قرار گیرند تا ایمنی بهرهبرداری از آنها تضمین شود.
الزامات ایمنی در طراحی و بهره برداری
ایمنی در کار با پالتهای هیدروژن حیاتی است، با توجه به شعاع اشتعال پایین و انرژی احتراق بالا.
عوامل موثر بر قیمت گذاری پالت گاز هیدروژن
قیمت پالت های هدروژن تابعی از چند عامل کلیدی است.
جنس منیفولد و اتصالات
منیفولد از جنس فولاد ضد زنگ گران تر از منیفولد فولادی معمولی است. وجود شیرهای اطمینان، رگولاتورهای چند مرحلهای و سیستمهای مانیتورینگ فشار همچنین قیمت جداگانه دارند.
هزینه آزمون و گواهی ها
آزمون های مربوط به سیلندرها و تجهیزات و همچنین دریافت گواهی و تاییده ها هزینه های مخصوص به خود را دارند.
هزینه حمل و مونتاژ
پالت ها معمولا در کارخانه مونتاژ و سپس به محل مصرف ارسال می شوند.
ظرفیت کل پالت
هرچه تعداد سیلندرها و حجم گاز ذخیره شده بیشتر باشد هزینه افزایش می یابد.
جنس و نوع سیلندرها
سیلندرهای فولادی ارزان تر ولی سنگین تر اند سیلندرهای کامپوزیتی گران تر اما مقاوم در برابر خوردگی است.سیلندرهای h_type به دلیل ظرفیت بالا، مقاومت مکانیکی زیاد و قابلیت استفاده در فشارهای بالا، گزینهی استاندارد برای پالتهای هیدروژن محسوب می شوند.
آینده فناوری پالتهای گاز هیدروژن
پیش بینی میشود تا سال ۲۰۳۵، بیش از ۴۰٪ از ذخیرهسازی هیدروژن فشرده در جهان از طریق پالتهای کامپوزیتی انجام شود. توسعه فناوریهای Hydrogen Tube Trailer و Smart Pallet Systems مسیر آینده این صنعت را شکل میدهد.تحقیقات جدید بر استفاده از مواد نانوکامپوزیتی برای افزایش مقاومت مکانیکی و کاهش وزن تمرکز دارند .همچنین، ادغام پالتها با سیستمهای دیجیتال پایش از راه دور، ایمنی و بهرهوری را بهطور چشمگیری افزایش خواهد داد.
سوالات متداول پالت گاز هیدروژن
معمولا سیلندرهای قرمز رنگ و با حک H روی آنها،رنگ از جنس مقاوم در برابر خوردگی و حرارت رنگ اپوکسی
خطر نشت، انفجار و آتش سوزی در اثر تماس با جرقه یا حرارت
با آزمون سقوط از ارتفاع مشخص و بررسی نشتی پس از ضربه
تست فشار و نشتی با نیترون خشک
نیتروژن خشک یا آرگون
به دلیل چگالی پایین، قابلیت نفوذ بالا و محدوده اشتعال وسیع ، هیدروژن در دسته گازهای بسیار قابل اشتعال قرار دارد.نشت آن به سختی قابل تشخیص است زیرا بی رنگ و بی بو است.
شیر یک طرفه برای جلوگیی از بازگشت جریان گاز طراحی شده در مقابل شیر اطمینان برای محافظت از سیستم در برابر افزایش فشار ناگهانی استفاده می شود.در طراحی رامپ های مدرن،هر دو شیر به صورت ترکیبی استفاده میشود تا هم از افزایش فشار هم از برگشت جریان جلوگیری شود.
استفاده از پالت باعث افزایش ظرفیت ذخیرهسازی، کاهش زمان تعویض سیلندرها و بهبود ایمنی میشود. در سیستمهای صنعتی که مصرف گاز بالا است، استفاده از سیلندرهای تکی باعث افت فشار و افزایش خطر نشت میشود.
چون هیدروژن تمایل به نفوذ در فلزات دارد و امکان تردی هیدروژنی را افزایش می دهد. فولاد ضد زنگ مقاومت بالایی در برابر این پدیده دارد و از نشت یا ترک خوردگی جلوگیری می کند.
یکی از دلایلی که هیدروژن بهعنوان سوخت در صنایع پیشرفته مانند فضانوردی و حملونقل نوین مورد استفاده قرار میگیرد، نسبت انرژی به وزن بسیار بالا است. یک کیلوگرم هیدروژن میتواند نزدیک به سه برابر انرژی یک کیلوگرم بنزین تولید کند. این مزیت چشمگیر، عامل کلیدی در انتخاب هیدروژن برای سوخت موشکها و فضاپیماهاست.
پادکست صوتی تولید شده با هوش مصنوعی