Specifikationer och standarder för vätgastankstationer
Allt du behöver veta om H2 tankstationsventiler, standarder och allt däremellan
Högtryckskomprimerat väte växer snabbt fram som den ledande formen för att använda väte som alternativt bränsle, och internationella ansträngningar görs för att kommersialisera dess produktion och tillgänglighet. Detta har gett upphov till behovet av föreskrifter, koder och standarder som tar itu med dess unika egenskaper och säkerhetsproblem som är inneboende i väteenergisystem.
En av huvudapplikationerna för väteenergi är vätgasdrivna fordon, som för närvarande befinner sig i det inledande kommersialiseringsskedet. För att denna applikation ska lyckas och spridas brett måste en infrastruktur för vätgasbränsle utvecklas, tillsammans med specifika säkerhetsstandarder för vätgastankstationer och deras komponenter.
Förstå den nya standarden – ISO 19880 för bensinstationer för gasformigt väte
En av de första sådana säkerhetsstandarderna är ISO 19880, som specificerar kraven på säkerhetsprestanda och testmetoder för konstruktionsbevis (typ) för komponenter som ska användas i bensinstationer för gasformigt väte.
Del 3 av denna standard ISO19880:3-2018 definierar kraven för ventiler. Ventiler är en säkerhetskritisk komponent i vätgastankstationer eftersom de styr flödet av gasformigt väte, är en potentiell källa till väteutsläpp eller läckage och är avgörande för att stänga av system i nödfall. Av denna anledning kommer vi att fokusera på kraven på ventiler i det här blogginlägget, samt fördelarna med att använda vätgasventiler som har testats och certifierats för att uppfylla denna nya standard.
Standardens omfattning
ISO 19880-3:2018 specificerar kraven och testmetoderna för ventiler som är konstruerade och tillverkade för gasformiga vätgasstationer (upp till H70-beteckningen), inklusive: backventiler, överflödesventiler, flödeskontrollventiler, slangkontrollventiler, slangbrytarventiler, manuella ventiler, trycksäkerhetsventiler och avstängningsventiler.
Produktkvalitetskrav
Tillverkare måste definiera och etablera produktionsprocesser med hjälp av kvalitetskontrollåtgärder som säkerställer att deras ventiler uppfyller kraven i ISO 19880-3:2018. Dessa krav inkluderar behovet av ett hydrauliskt tätt trycktest vid 150 % och ett gasläckagetest vid 100 % av komponentens tryckklassificering (eller ett gasläckagetest vid 125 % av komponentens tryckklassificering).
Märkning av ventiler
Enligt ISO 19880-3:2018 måste alla ventiler innehålla tillverkarens namn, varumärke eller symbol, modellbeteckning (artikelnummer) och nominellt tryck. Dessutom, om utrymmet tillåter, bör de också inkludera det nominella temperaturområdet, flödesriktningen, serienummer och tryck för hydrostatisk hållfasthetstest.
Kvaliteten på vätgasbränsle
Utöver specifikationerna som definieras i denna standard bör ventiler inte införa någon förorening av vätgas som passerar genom dem för att säkerställa att kvaliteten på vätgasbränslet uppfyller standarderna definierade i ISO 14687.
Testa temperaturområden och testmedia
Enligt ISO 19880-3:2018 kommer tester vid rumstemperatur att utföras vid 20 °C (± 5) °C och andra specificerade tester kommer att utföras vid −40 °C (+0 °C, −3 °C) och vid 85 °C (+3 °C, −0 °C) när ventilerna används i en dispenser. Dessutom, i de fall där en tillverkare anger ett specifikt temperaturintervall för användning, måste ventilerna testas för de lägsta och högsta temperaturerna i det intervallet.
Följande testmedia specificeras i denna standard:
- Väte för läckagetester
- Väte för genomträngning
- Väte för har tryckcykeltest
- Vätskor som vatten eller olja för hydrostatiska hållfasthetstester
- Väte, helium, kväve eller torr luft för alla andra tester
Materialkrav
Material som används i ventiler för gasformiga vätgasmiljöer måste vara tillräckligt motståndskraftiga mot den kemiska/fysikaliska verkan av vätskor som de innehåller, såväl som mot miljöförstöring. Följande bör beaktas vid val av material och tillverkningsmetoder:
- Material korrosion/nötningsbeständighet
- Elektrisk konduktivitet
- Slagstyrka
- Åldringsmotstånd
- Effekter av temperaturvariationer
- Effekt av kombinerade material
- Effekter av ultraviolett strålning
- Nedbrytningseffekter av väte på mekanisk prestanda (se ISO/TR 15916)
Dessutom måste specifika faktorer beaktas för metalliska material och icke-metalliska material:
Metalliska material
- Beständighet mot kloridspänningskorrosionssprickor i material av rostfritt stål.
- Beständighet mot ihållande belastningssprickor i aluminiummaterial.
- Alla material som normalt kommer i kontakt med väte definieras som acceptabla vid vätgas, men särskild uppmärksamhet måste ägnas åt väteförsprödning och väteaccelererad utmattning.
- Material och design bör inte väsentligt förändra enhetens funktion, orsaka någon deformation/mekanisk förändring av enheten, orsaka skadlig korrosion eller orsaka deformation/försämring av materialen.
Icke-metalliska material
- Alla icke-metalliska material som normalt kommer i kontakt med väte definieras som acceptabelt för vätgas. Som sagt, det faktum att väte diffunderar lättare genom dessa material än genom metaller måste beaktas och materialens lämplighet måste verifieras.
- Icke-metalliska material måste kunna behålla sin mekaniska stabilitet när det gäller styrka – utmattningsegenskaper, uthållighetsgräns och kryphållfasthet – när de utsätts för hela spektrumet av serviceförhållanden och livslängd, enligt tillverkaren.
- Icke-metalliska material som harts eller gummi expanderar när de kommer i kontakt med högtrycksvätgas och vätgastrycket minskar på kort tid från en hög nivå. Av denna anledning måste effekten av expansion och blåsor på icke-metalliska material testas.
Test-metoder
I det här avsnittet kommer vi att beskriva de olika testmetoderna som specificeras i ISO 19880-3:2018, som var och en är tillämplig för olika ventiltyper.
Hydrogen gas pressure cycle tests
Denna testmetod är tillämplig på alla ventiltyper. Ventiler måste klara 102 000 vätgastryckcykler utan skador eller läckage, och byte av ventiltätningar är acceptabelt med intervaller om 16 000 cykler. I detta test är ventilen i öppet läge (om inget annat anges), ventilens utlopp är igensatt och inloppet är anslutet till en vätgastrycktillförsel. 100 000 cykler måste genomföras vid rumstemperatur, med ytterligare 1 000 cykler vid omgivningstemperaturer på −40 °C (+0 °C, −3 °C) och 85 °C (+3 °C, −0 °C).
Läckagetester
Före konditionering måste ventilerna tömmas med kväve och tätas vid cirka 30 % av komponenttrycket. Alla tester måste utföras medan ventilen utsätts kontinuerligt för de specifika testtemperaturerna; och ventilen måste antingen vara bubbelfri eller ha en läckagehastighet på mindre än 10 cm3/h (normal) av vätgas med den specificerade testmetoden. Testet måste utföras i 1 minut vid en temperatur på −40 °C (+0 °C, −3 °C) och i 1 minut vid en temperatur på 85 °C (+3 °C, −0 °C) .
Vid externa läckagetest måste den testade ventilen och testgasen (väte) hållas vid den erforderliga testtemperaturen under en timme före och under testet. Provtrycket måste vara minst 100 % av komponenttrycket och en flödesmätanordning eller någon annan metod som indikerar den tillåtna läckagehastigheten måste användas.
För ventiler med stängt läge bör även ett internt läckagetest utföras för att kontrollera det stängda systemets trycktäthet.
Worst case fault pressure cycle test
Ventiler som används i gasformiga vätgasbränslemiljöer måste kunna motstå det förväntade trycket i ett feltillstånd i systemet. I detta test utsätts ventilen för tryckcykler som höjs från 5 % till 110 % arbetstryck på upp till 6 sekunder vid rumstemperatur för att säkerställa att inga läckor utvecklas under dessa förhållanden.
Proof pressure test
För detta test måste ventilens inlopp anslutas till en källa som levererar det nödvändiga testtrycket och testmediet bör vara flytande. Med ventilen öppen och dess utlopp tätt, bör trycket långsamt ökas till 150 % av komponenttrycket och detta tryck bör bibehållas i 10 minuter medan ventilen testas för att säkerställa att det inte finns något läckage.
Hydrostatiskt hållfasthetstest
Detta test görs för att säkerställa att ventiler kan motstå, utan att spricka, ett testtryck på 2,4 gånger komponentens klassificering. Testet utförs i rumstemperatur och eftersom det är ett destruktivt test bör testade ventiler inte användas igen. Resultaten av detta test bör inkluderas i ventilens märkning (eller i relevant dokumentation om utrymmet är begränsat på ventilen).
Motståndstest för överdrivet vridmoment
Detta test är avsett för ventiler som är konstruerade för att ansluta direkt till gängade kopplingar eller rör och som måste klara ett vridmoment på 150 % av det nominella installationsvärdet, utan deformation, brott eller läckage.
Test av böjmoment
Detta testar om en ventil kan fungera utan att spricka, gå sönder eller läcka under specifika testförhållanden. Ventilutloppet utsätts för en vikt som hängs på det, medan inloppet är fixerat i fyra olika vinklar i förhållande till ventilens horisontella axel. Inga deformationer, sprickor eller läckor bör utvecklas under dessa förhållanden.
Kall gas i varm ventiltest
Detta test är endast tillämpligt för ventiler som används där förkyld gas transporteras. Ventilen måste utsättas för förkyld vätgas vid −40 °C (+0 °C, −3 °C) och med en flödeshastighet på 30 g/s under minst 3 minuter.
Dessutom, för ventiler med portar som är öppna mot atmosfären eller externa rörliga delar, bör detta test utföras vid 90 % relativ fuktighet (omgivningsförhållanden). Ventilen måste göras trycklös och trycksätts sedan igen efter en 2 minuters uppehållsperiod vid rumstemperatur och detta test måste upprepas 10 gånger. Därefter måste testproceduren upprepas i ytterligare 10 cykler medan hållperioden ökas till 15 minuter.
Habonims H29 vätgasventil, testad för ISO 19880-3
På Habonim stödjer vi utvecklingen och installationen av vätgastankstationer i Europa och runt om i världen och har framgångsrikt levererat ventiler för 700bar och 1 000bar vätgasarbetstryck under de senaste åren. Som sagt, vi förstår också att väte har unika egenskaper, vilket ger upphov till säkerhetsproblem som måste åtgärdas när det gäller unik infrastruktur och utrustning.
Det är därför vi har ansträngt oss för att testa och säkerställa att denna ventil är korrekt testad, fungerar och motstår alla erforderliga testförhållanden enligt ISO 19880-3:2018 ventiler för gasformiga vätgasbränslemiljöer.
Vi har utnyttjat vår omfattande erfarenhet och installerade bas inom vätgasapplikationer för att erbjuda en högtrycksvätekulventil som är optimerad för hållbarhet och säkerhet i högcykelsystem för vätgasbränsle, lagring och tillverkning och vi har bevisat testat det så att du få den sinnesfrid du behöver om dess prestanda och säkerhet.
