cav – Prozesstechnik für die Chemieindustrie 10.2023

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cav FOKUS ANLAGEN UND KOMPONENTEN FÜR WASSERSTOFF Praktische Tipps für die Wahl der passenden Ausführung Hochleistungsventile für Wasserstoffanwendungen Bei der Suche nach Alternativen zu fossilen Kraftstoffen wird Wasserstoff im Mobilitätssektor zu einer immer praktikableren Lösung. Das Potenzial dieser Technologie kann jedoch nur ausgeschöpft werden, wenn alle Systemkomponenten qualitativ so hochwertig sind, dass Leckagen vermieden und ein möglichst sicherer Betrieb gewährleistet ist. Der Auswahl und Spezifikation der Komponenten, besonders auch der Ventile, für die komplexen Systeme kommt daher besondere Bedeutung zu. Ventile für Wasserstoffanwendungen müssen eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen. Wasserstoffmoleküle sind die kleinsten natürlich vorkommenden Moleküle auf der Erde. Damit sie nicht entweichen können, sind spezielle Fluidsysteme erforderlich. Sowohl für Hersteller als auch Verbraucher gilt es, jegliche Sicherheitsrisiken zu vermeiden. Jede einzelne Verbindungsstelle im System muss absolut dicht sein. Darüber hinaus bedeuten Leckagen natürlich auch verschwendete Ressourcen. Zentrale Bedeutung kommt auch dem Werkstoff zu. Beim Einsatz von Edelstahl niedrigerer Güte kann Wasserstoff in den Edelstahl diffundieren und letztendlich zu einem vorzeitigen Versagen der Komponenten führen. Dieser Vorgang wird auch als Wasserstoffversprödung bezeichnet. Weitere Faktoren, die es bei der Ventilauswahl zu berücksichtigt gilt, sind: • Druck: Um die gewünschte Dichte zu erreichen, muss Wasserstoff in Fahrzeugtanks bei 350 bis 900 bar gespeichert werden. • Belastungen und Vibrationen: Die Systeme müssen für hohe Geschwindigkeiten, Bilder: Swagelok holprige Straßen und schlechte Witterungsverhältnisse ausgelegt sein. • Sicherheit: Wasserstofftankstellen müssen auch für Durchschnittsverbraucher sicher nutzbar sein. • Wartung: Bei Wartungsarbeiten muss es möglich sein, leckagefreie Verbindungen problemlos wiederherzustellen. In der Regel kommen in Wasserstoffsystemen drei verschiedene Ventiltypen zum Einsatz, Kugelhähne, Nadel- und Rückschlagventile. Worauf es bei der Auswahl der passenden Ausführung ankommt, beleuchten die folgenden Abschnitte. Darüber hinaus empfiehlt es sich, auf einen Anbieter mit der erforderlichen Erfahrung zu setzen, der mit umfassenden Beratungsleistungen in diesem Bereich und einem breiten Produktportfolio aufwarten kann. Beim Einsatz in Wasserstoffanwendungen sollten Kugelventile mit einer Spindeldichtung aus einem hochwertigen, verschleißfesten Werkstoff ausgestattet sein Kugelhähne Für die Durchflussregelung in Wasserstoffsystemen werden häufig Kugelhähne eingesetzt. Sie sind entscheidend für ein gut funktionierendes Wasserstoffsystem. Einer der wichtigsten Aspekte bei der Auswahl der Kugelhähne ist, dass sie den anspruchsvollen Bedingungen ohne Beeinträchtigung standhalten. Die vielleicht beste Wahl sind Kugelhähne im Drehzapfendesign, die für eine direkte Belastung ausgelegt sind. Solche Ventile sorgen bei jeder Aktivierung oder Absperrung des Systems für einen leckagefreien Durchfluss. Darüber hinaus können Ventile mit einer von unten belasteten Spindelkonstruktion einen potenziellen Blowout der Spindel verhindern und so die Sicherheit im gesamten System erhöhen. 14 cav 10-2023

Aufgrund der hohen Krafteinwirkung beim Öffnen und Schließen sind Nadelventile in Wasserstoffanwendungen sehr anfällig für Verformungen und müssen aus hochfesten Werkstoffen gefertigt sein Für eine ordnungsgemäße Funktionsweise müssen Wasserstoffkompressoren mit Rückschlagventilen ausgestattet sein, die einen potenziell gefährlichen Rückfluss verhindern Kugelhähne sind als 2- oder 3-Wege-Ventile, als Option zur Direktmontage und mit einer Vielzahl von Durchflusskoeffizienten erhältlich und können so an die jeweiligen Systemanforderungen angepasst werden. Nadelventile Für die Feinanpassung der Durchflussmenge werden in Wasserstoffanwendungen häufig Nadelventile eingesetzt. Genauso wie Kugelhähne müssen auch Nadelventile bestimmte Anforderungen erfüllen. Da Nadelventile normalerweise vollständig aus Metall bestehen, ist für ihre Abdichtung ein relativ großer Kraftaufwand nötig. Bei solch hohen Kräften kann es leider auch zu Verformungen der Nadel und möglicherweise auch des Gehäusesitzes kommen, was mit potenziellen Gefährdungen sowie kostspieligen Reparaturen einhergeht. Zudem erfolgt die Krafteinwirkung in der Regel über große pneumatische oder elektrische Stellantriebe. Elektrische Stellantriebe arbeiten jedoch langsam und brauchen bis zu zwei Minuten, bis sie ihr volles Leistungsniveau erreichen. Da sich die Krafteinwirkung auf die Nadelventile nicht vermeiden lässt, ist es umso wichtiger, dass sie aus einem hochfesten und wasserstoffbeständigen Werkstoff gefertigt sind. Damit wird das Risiko potenzieller Beschädigungen bei jedem Einsatz gesenkt. Die Nadelventile sollten für Hochdruckumgebungen zugelassen sein, da in Wasserstoffanwendungen in der Regel Drücke zwischen 350 und 900 bar vorliegen. Für einen leckagefreien Betrieb sollten die Ventile außerdem in speziellen Prüfungen auf ihre Kompatibilität mit Wasserstoff getestet werden. Rückschlagventile Rückschlagventile werden in Wasserstoffbetankungssystemen eingesetzt, um einen etwaigen Rückfluss bei der Anwendung durch Endverbraucher zu verhindern . Diese Ventile sind in anderen industriellen Anwendungen zwar weit verbreitet, für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen müssen sie allerdings einige spezifische Kriterien erfüllen. In Rückschlagventilen sind beispielsweise häufig Federn verbaut, die meistens nicht beständig gegenüber Wasserstoffversprödung sind. Für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen sollten diese Federn aus hochwertigem 316er-Edelstahl gefertigt sein. Während der Betankung kommt es mitunter sehr schnell zu erheblichen Temperatur- und Druckschwankungen, die für die Elastomerdichtungen des Rückschlagventils eine starke Belastung darstellen. Im Fall von Wasserstoffkompressoren kann es daher sinnvoller sein, stattdessen Kugelrückschlagventile zu verbauen. Wie alle Ventile sollten auch Rückschlagventile auf ihre Kompatibilität mit anderen Systemkomponenten überprüft werden, um die Sicherheit der Endverbraucher zu gewährleisten. www.prozesstechnik-online.de Suchwort: Swagelok AUTOR: CHUCK HAYES Global Technical Lead for Clean Energy, Swagelok Smarte Technologien für die Sicherheit von Mensch und Umwelt „Im Bereich der Anlagensicherheit trägt die Messtechnik von KROHNE zu zwei wesentlichen Punkten bei: Zum einen äußerst zuverlässige Messwerte, um die Prozesssicherheit zu gewährleisten. Zum anderen Geräte-Eigenschaften, die direkt zum Unfallschutz beitragen.“ Michelle Zaers, Expertin für Prozesssicherheit im Bereich Prozessanalytik Interaktive Live-Webinare zur Anlagensicherheit in der Prozessindustrie Jetzt kostenlos anmelden: cav 10-2023 15 krohne.link/occupational-safety-de