வாயு தொழிற்சாலைகளில் ஹைட்ரஜன் ஒருங்கிணைப்பு

வாயு உபகரணங்களுடன் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி ஒருங்கிணைப்பு

இணைந்த ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்காக மின்சாரப்பிரிப்பான்கள் (PEM/SOEC) மற்றும் வாயு செயலாக்க அலகுகளை இணைத்தல்

புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (PEM) அல்லது திண்ம ஆக்ஸைடு மின்பகுப்பான் செல் (SOEC) அமைப்புகளை இயற்கை எரிவாயு செயலாக்க உள்கட்டமைப்புடன் ஒருங்கிணைப்பது, தொழில்துறை வசதிகளில் இடத்திலேயே ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை சாத்தியமாக்குகிறது. இந்த ஒரே இடத்தில் அமைவது போக்குவரத்து தொடர்பான ஆற்றல் இழப்புகளையும், மூலதன செலவுகளையும் நீக்குகிறது—தற்போதைய தொழில்துறை ஹைட்ரஜன் தேவையில் 40% வரையிலான ஹைட்ரஜனை செறிவூட்டுதல் மற்றும் பரிமாற்றம் ஆகியவற்றைத் தவிர்க்கிறது. முக்கிய ஒருங்கிணைப்பு வாய்ப்புகளில் மின்பகுப்பானின் வெப்ப வீணாக்கத்தை செயல்முறை வெப்பத்திற்காக மீட்டெடுத்தல், உயர் தூய்மை நீர் செயலாக்க அமைப்புகளைப் பகிர்ந்து கொள்ளுதல், மற்றும் ஹைட்ரஜன் வெளியீட்டை எரிவாயு செயலாக்க சுமைகளுடன் ஒத்திசைவு செய்யும் ஒருங்கிணைந்த டிஜிட்டல் கட்டுப்பாட்டு தளங்கள் ஆகியவை அடங்கும்.

உண்மை நேர எரிவாயு கலவை கண்காணிப்பு, மின்பகுப்பான் இயக்கத்தின் வீச்சு மாறும் தன்மையை உறுதிப்படுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் அருகிலுள்ள அலகுகளில்—எடுத்துக்காட்டாக, அமைன் மீட்டமைப்பு அல்லது கந்தக மீட்டெடுப்பு—ஹைட்ரஜனை உடனடியாகப் பயன்படுத்துவது முழு அமைப்பின் திறனை மேம்படுத்துகிறது. ஒருங்கிணைந்த வடிவமைப்பு, தனித்தனியாக மின்பகுப்பு மற்றும் டிரக் மூலம் விநியோகிக்கப்படும் மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடும்போது, அடிப்படை ஆற்றல் சேமிப்பில் வரையறுக்கப்பட்ட 18% வரை காணப்பட்டுள்ளது.

ஹைட்ரஜன்-தயார் நிலைக்கு ஏற்றவாறு பொருள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு மேம்பாடுகள் வாயு உபகரணங்கள்

மின்னியல் மற்றும் இயற்பியல் பண்புகளில் ஹைட்ரஜனின் தனித்துவமான வேறுபாடுகளை—குறிப்பாக அதன் சிறிய மூலக்கூறு அளவு, அதிக பரவுதல் மற்றும் உடைவுக்கு ஏற்படும் ஆபத்து—பாதுகாப்பாக ஏற்றுக்கொள்ள தற்போதைய வாயு உள்கட்டமைப்புகளுக்கு இலக்கு வைத்த மேம்பாடுகள் தேவைப்படுகின்றன. கார்பன் எஃகு பாகங்களை குழாய் வழிகள், வால்வுகள் மற்றும் ஃப்ளேஞ்சுகளில் ஆஸ்டெனிட்டிக் ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல்கள் (எ.கா., 316L), நிக்கல்-அடிப்படையிலான கலவைகள் மற்றும் ஹைட்ரஜனுக்கு எதிரான பாலிமர் சீல்கள் ஆகியவை மாற்றிடப்படுகின்றன. கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் வேகமாக பதிலளிக்கும் ஹைட்ரஜன் செறிவு சென்சார்களை ஒருங்கிணைத்து, ஹைட்ரஜனின் அகன்ற எரியக்கூடிய வீச்சு (காற்றில் 4–75%) மற்றும் விரைவான தீ வேகத்தைக் கருத்தில் கொண்டு மீண்டும் சரிசெய்யப்பட்ட பாதுகாப்பு இடைமுறைகளை ஏற்றுக்கொள்ள வேண்டும்.

முக்கிய மேம்பாடுகள் பின்வருமாறு:

• சுழற்சி அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலைக்கு ஏற்றவாறு தரம் குறிப்பிடப்பட்ட ஹைட்ரஜனுக்கு ஏற்ற எலாஸ்டோமெரிக் சீல்கள் மற்றும் கேஸ்கெட்கள்
• லேசர் உறிஞ்சுதல் அல்லது கேட்டலிட்டிக் பீட் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி 1 ppm-க்கு கீழ் உணர்திறன் கொண்ட கசிவு கண்டறியும் அமைப்புகள்
• எரிப்பான் மாற்றங்கள்—கட்டமைக்கப்பட்ட செலுத்தல் மற்றும் சுழற்சி நிலைநிறுத்தம் போன்றவை—0–30% ஹைட்ரஜன்-மீத்தேன் கலவைகளில் நிலையான எரிதலை பராமரிக்க
• ASME B31.12 படி ஹைட்ரஜன் பயன்பாட்டிற்காக சான்றளிக்கப்பட்ட அழுத்த ஒழுங்குமுறைகள் மற்றும் பாய்வு கட்டுப்பாட்டு வால்வுகள்

இந்த நடவடிக்கைகள் முழு அமைப்பையும் மாற்ற தேவையின்றி, அதிகபட்சம் 30% ஹைட்ரஜன் கலவையில் பாதுகாப்பான, தடையின்றி இயங்கும் செயல்பாட்டை ஆதரிக்கின்றன.

ஹைட்ரஜன் கலவைக்காக வாயு உள்கட்டமைப்பை மேம்படுத்துதல்

ஹைட்ரஜன்-இயற்கை வாயு போக்குவரத்துக்கான பைப்லைன், கம்ப்ரசர் மற்றும் அளவிடும் மாற்றங்கள்

ஹைட்ரஜன் கலப்புக்காக ஏற்கனவே உள்ள இயற்கை வாயு உள்கட்டமைப்பை மீண்டும் பொருத்துதல், ஹைட்ரஜனின் குறைந்த அடர்த்தி, அதிக பரவும் தன்மை மற்றும் உலோகங்களை முறிவுக்கு ஆளாக்கும் தன்மை ஆகியவற்றிற்கு கவனமான பொறியியல் பதில்களை தேவைப்படுத்துகிறது. ஹைட்ரஜனால் ஏற்படும் பிளவுக்கு உள்ளாகும் குழாய் பகுதிகள்—குறிப்பாக சுழற்சி வடிவ வலிமைக்கு உள்ளாகும் பழைய கார்பன் ஸ்டீல் பகுதிகள்—பாலிஎதிலீன் (PE) குழாய்கள், கூட்டு மென்பொருள் உட்பூச்சுகள் அல்லது ஹைட்ரஜனுக்கு எதிரான உலோகக் கலவைகளால் மாற்றப்படுகின்றன. கம்ப்ரஸர் நிலையங்களில், ஷாஃப்ட் சீல்கள் மீண்டும் வடிவமைக்கப்பட வேண்டும், ஹைட்ரஜனுக்கு ஏற்ற திரவ எண்ணெய்கள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும், மேலும் ஹைட்ரஜனின் குறைந்த பாகுத்தன்மை மற்றும் அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறனை கையாள அடித்தள வெப்ப விலக்கு முறைகள் மேம்படுத்தப்பட வேண்டும்.

ஹைட்ரஜன் கலவைகளுடன் வெப்ப மதிப்பு மற்றும் சுருங்கும் தன்மையில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு ஏற்றவாறு அளவிடும் துல்லியம் குறிப்பிடத்தக்க அளவில் குறைகிறது. மாறும் வாயுக் கலவைகளுக்காக சரிசெய்யப்பட்ட அல்ட்ராசோனிக் மற்றும் வெப்ப நிறை ஓட்ட அளவிகள் 5–20% ஹைட்ரஜன் கலவைகளில் நம்பகமான அளவீடுகளை வழங்குகின்றன. ஹைட்ரஜனின் குறைந்த கனஅளவு ஆற்றல் அடர்த்தியை ஈடுகட்ட, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஓட்ட வேக அதிகரிப்பு மூலம் அழுத்த ஒழுங்குப்படுத்தும் அமைப்புகள் சீராக ஆற்றல் வழங்கலை பராமரிக்க திருத்தப்படுகின்றன.

ஐரோப்பிய சோதனை திட்டங்கள்—ஹைவே 27 முயற்சி மற்றும் ஜெர்மனியின் வலையமைப்பு சோதனைகள் உள்பட—இருப்பு விநியோக வலையமைப்புகளில் 20% வரை ஹைட்ரஜனை பாதுகாப்பாக, நீண்டகாலமாக கடத்துவதை உறுதிப்படுத்தியுள்ளன. இத்தகைய பழுதுபார்க்கும் மாற்றங்கள் புதிய ஹைட்ரஜன் உள்கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதை விட 30–50% குறைந்த செலவில் சொத்துகளின் ஆயுளை நீட்டிக்கின்றன, மேலும் ஹைட்ரஜன் குழாய்கள் மற்றும் குழாய்வழிகளுக்கான ASME B31.12 தரநிலைகளுக்கு இணங்க இருக்கின்றன.

ஹைட்ரஜன்-ஒருங்கிணைந்த நிலையங்களில் இயக்க பாதுகாப்பு மற்றும் எரிதல் நம்பகத்தன்மை

ஹைட்ரஜன்-எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படும் வாயு டர்பைன்களில் ஃபிளாஷ்பேக், பிளோஃப் மற்றும் டர்பைன் நிலையற்றத்தன்மையைக் குறைத்தல்

ஹைட்ரஜனின் குறைந்த குறைந்தபட்ச பற்றவைக்கும் ஆற்றல் மற்றும் அதிக லாமினார் தீப்பிழம்பு வேகம் ஆகியவை திரும்பிவரும் தீப்பிழம்பு (ஃப்ளாஷ்பேக்) — எரிபொருள் வழங்கும் குழாய்களுக்குள் தீப்பிழம்பு பரவுதல் — மற்றும் இடைநிலை இயக்கத்தின் போது மிகக் குறைந்த கலவையில் தீப்பிழம்பு அணைதல் (லீன் ப்ளோ-ஆஃப்) ஆகிய அபாயங்களை அதிகரிக்கின்றன. இந்த அபாயங்களைக் குறைப்பதற்காக, தீப்பிழம்பு தடுப்பான்கள், நீர்ம நீக்க முறை (டிலூஷன் ஸ்டேஜிங்), மற்றும் ஏற்றத்தாழ்வு சுழற்சி நிலைநிறுத்திகள் (டைனமிக் ஸ்விர்ல் ஸ்டேபிலைசர்ஸ்) ஆகியவற்றைக் கொண்டு வடிவமைக்கப்பட்ட எரிபொருள் பெர்னர் அமைப்புகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன; இவை மாறும் சுமை மற்றும் கலவை நிலைகளில் தீப்பிழம்பு முன்னணியை நிலைநிறுத்துகின்றன. உண்மை நேர செயல்பாட்டு தன்னிச்சை கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள், ஹைட்ரஜன் செறிவு குறித்த பின்னூட்டத்தின் அடிப்படையில் தொடர்ந்து எரிபொருள்-காற்று விகிதங்களை சரிசெய்கின்றன, இதனால் செயல்பாட்டு நிலை அச்சத்திற்கு உள்ளாகும் எல்லைகளுக்கு அருகில் இயக்கம் நடைபெறாமல் தடுக்கப்படுகிறது.

ஹைட்ரஜனின் விரைவான எரிதலால் ஏற்படும் வெப்ப-அலைவியல் அதிர்வுகளைக் குறைப்பதற்காக ஒலி அடங்குத்தன்மை குறைப்பான்கள் (அக்கௌஸ்டிக் டேம்பனர்ஸ்) மற்றும் பிரிவு சார்ந்த எரிபொருள் பீச்சு (செக்மென்டெட் ஃபியூல் இன்ஜெக்ஷன்) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த மாற்றங்கள் சேர்ந்து, 20–100% ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் கலவைகளில் நிலையான, திறன்மிக்க டர்பைன் இயக்கத்தை உறுதிப்படுத்துகின்றன — இதனால் இயந்திர திட்டமைவு பாதுகாக்கப்படுகிறது மற்றும் புலத்தில் சோதிக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளில் அடிப்படை திறனின் 98% பராமரிக்கப்படுகிறது.

ஹைட்ரஜன் உடைவு (ஹைட்ரஜன் எம்பிரிட்டில்மென்ட்), கசிவு கண்டறிதல் மற்றும் கலந்த வாயு அமைப்புகளில் ஒழுங்குமுறை ஒத்துழைப்பு

கலப்பு-வாயு அமைப்புகளில் ஹைட்ரஜன் உடையக்கூடிய தன்மை ஒரு முக்கியமான பொருள் சவாலாக நீடிக்கிறது: அணு ஹைட்ரஜன் அழுத்தத்தின் கீழ் கார்பன் எஃகு நுண்ணமைப்புகளுக்குள் ஊடுருவி, சுழற்சிமுறை சுமையின் கீழ் பரவும் நுண் விரிசல்களைத் தொடங்குகிறது. இதனைத் தணிக்கும் உத்திகளில், ஆஸ்டெனிடிக் துருப்பிடிக்காத எஃகு அல்லது நிக்கல் கலப்புலோகங்களைக் கொண்டு படிப்படியாக மாற்றுதல், உட்புறமாக வெப்பத் தெளிப்பு முறையில் அலுமினியப் பூச்சுகளைப் பூசுதல், மற்றும் NFPA 2 வழிகாட்டுதலின்படி ஒவ்வொரு 12 மாதங்களுக்கும் நடத்தப்படும் கடுமையான அழிவற்ற சோதனை—குறிப்பாக கட்ட வரிசை மீயொலி சோதனை (PAUT)—ஆகியவை அடங்கும்.

கசிவு கண்டறிதலுக்கு சிறப்பு கருவிகள் தேவைப்படுகின்றன: பரவிய லேசர்-அடிப்படையிலான ஹைட்ரஜன் சென்சார்கள் 1% LFL (குறைந்த எரிதல் வரம்பு) வரையிலான செறிவுகளைக் கண்டறிகின்றன, அதே நேரத்தில் ட்ரேசர் கேஸ் முறைகள் (எ.கா., ஹீலியம் ஒருங்கிணைந்த செலுத்தல்) புதைக்கப்பட்ட அல்லது மூடிய உள்கட்டமைப்புகளில் கசிவு இடத்தை துல்லியமாகக் கண்டறிவதில் உதவுகின்றன. ஒழுங்குமுறை ஒத்துழைப்பு என்பது NFPA 2 (ஹைட்ரஜன் தொழில்நுட்பங்கள் குறியீடு) மற்றும் ASME B31.12 ஆகியவற்றை நிறைவேற்றுவதைச் சார்ந்துள்ளது; இவை ஹைட்ரஜன் பயன்பாட்டிற்கான அழுத்த குறைப்பு, சுழலும் உபகரணங்களில் இரட்டை இயந்திர சீல்கள், மூன்றாம் தரப்பு பொருள் சான்றிதழ் (ஹைட்ரஜன் வெளிப்பாட்டு நிலைகளில் செயல்திறனை உறுதிப்படுத்துவது) ஆகியவற்றை கட்டாயப்படுத்துகின்றன.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

PEM அல்லது SOEC அமைப்புகளை வாயு செயலாக்க அலகுகளுடன் ஒருங்கிணைப்பதன் முக்கிய நன்மைகள் யாவை?

இந்த ஒருங்கிணைப்பு இடத்திலேயே ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியை சாத்தியமாக்குகிறது, இது போக்குவரத்து தொடர்பான ஆற்றல் இழப்புகள் மற்றும் செலவுகளைக் குறைக்கிறது. மேலும், வெப்ப மீட்டல், பகிரப்பட்ட நீர் சுத்திகரிப்பு அமைப்புகள் மற்றும் ஒத்திசைவு டிஜிட்டல் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றையும் அனுமதிக்கிறது, இது திறனை மேம்படுத்துகிறது.

வாயு உள்கட்டமைப்பிற்கு ஹைட்ரஜன் பிரிவு (hydrogen embrittlement) ஏன் கவலைக்குரியதாக உள்ளது?

அணு ஹைட்ரஜன் கார்பன் எஃகு போன்ற பொருள்களில் ஊடுருவி, வலுவின் கீழ் நுண்ணிய பிளவுகளை ஏற்படுத்தும். இதைச் சமாளிக்க ஆஸ்டெனிட்டிக் ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல் அல்லது நிக்கல் கலவைகள் போன்ற சிறப்பு பொருள்கள் மற்றும் தொடர்ச்சியான பாதுகாப்பற்ற சோதனைகள் தேவைப்படும்.

ஹைட்ரஜன்-ஒருங்கிணைந்த தொழிற்சாலைகளில் இயக்க பாதுகாப்பு எவ்வாறு பராமரிக்கப்படுகிறது?

பின்னோக்கிய தீப்பற்றுதல் (flashback) மற்றும் வெப்ப-ஒலியியல் அதிர்வுகள் (thermoacoustic oscillations) போன்ற அபாயங்களைக் குறைப்பதற்காக செயல்பாட்டு கட்டுப்பாட்டு முறைகள், எரிப்பான்களின் மாற்றங்கள், தீ நிறுத்திகள் (flame arrestors) மற்றும் ஒலி அடங்கும் கருவிகள் (acoustic dampeners) ஆகியவற்றின் மூலம் பாதுகாப்பு உறுதிசெய்யப்படுகிறது.

ஹைட்ரஜன் கலப்புக்கான உள்கட்டமைப்பை மீளமைப்பதற்கு என்ன மேம்படுத்தல்கள் தேவை?

ஹைட்ரஜனுக்கு எதிரான குழாய்கள், மறுவடிவமைக்கப்பட்ட கம்ப்ரஸர் அமைப்புகள், சரியாக அளவிடப்பட்ட அளவிடும் அமைப்புகள், மேலும் ஹைட்ரஜனின் தனித்துவமான பண்புகளுக்கு ஏற்றவாறு அழுத்த ஒழுங்குப்பாட்டு அமைப்புகளில் செய்யப்படும் திருத்தங்கள் ஆகியவை மேம்படுத்தல்களில் அடங்கும்.

ஹைட்ரஜன் கலவைகளை முழுமையான மாற்றங்கள் இல்லாமல் ஏற்கனவே உள்ள வாயு அமைப்புகள் கையாள முடியுமா?

ஆம், இலக்கு வைத்த மேம்படுத்தல்களுடன், பெரும்பாலான ஏற்கனவே உள்ள அமைப்புகள் 30% வரையிலான ஹைட்ரஜன் கலவையை பாதுகாப்பாக கையாள முடியும்; இது முழுமையான மாற்றங்களின் செலவைத் தவிர்க்கிறது.