5 cách để đảm bảo nhà máy hydro an toàn
Hydro, với đặc tính dễ cháy nổ, đòi hỏi các biện pháp an toàn nghiêm ngặt để ngăn ngừa tai nạn và bảo vệ tài sản cũng như con người. Bài viết này sẽ giới thiệu 5 mẹo quan trọng giúp bạn duy trì an toàn trong quá trình vận hành nhà máy sản xuất hydro, từ đó đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao nhất.
An toàn là yếu tố quan trọng hàng đầu trong việc vận hành các nhà máy sản xuất hydro. Với tính chất dễ cháy nổ của hydro, việc tuân thủ các biện pháp an toàn không chỉ bảo vệ nhân viên mà còn đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của nhà máy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá 5 mẹo quan trọng để đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất hydro, giúp bạn duy trì một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả.
Chọn bình chứa hydro nén phù hợp
Hydro có thể được lưu trữ dưới dạng khí hoặc lỏng. Khí hydro yêu cầu các bình chịu áp suất cao (100-1,000 bar hoặc 1,400-14,500 psi), trong khi hydro lỏng cần nhiệt độ cực thấp. Bài viết này tập trung vào khí hydro nén.
Để đảm bảo an toàn tối ưu cho nhà máy hydro, việc sử dụng các bình chứa được làm từ vật liệu phù hợp là rất quan trọng.
Tùy thuộc vào thể tích và áp suất, có bốn loại bình chứa áp suất nên được sử dụng để lưu trữ hydro nén:
- Loại I: Các bình kim loại này thường được làm từ thép hoặc nhôm, chịu được áp suất tối đa từ 175 bar (nhôm) đến 200 bar (thép). Chúng rẻ để sản xuất nhưng nặng vì hoàn toàn bằng kim loại. Chúng được sử dụng để lưu trữ hydro ở dạng lỏng và khí.
- Loại II: Các bình kim loại này làm từ nhôm nhưng có thêm lớp sợi quấn quanh xi lanh kim loại, có thể là sợi thủy tinh/aramid hoặc sợi carbon. Tùy thuộc vào vật liệu, chúng có thể chịu được áp suất tối đa lên đến 299 bar. Bình loại II nhẹ hơn và mạnh hơn nhưng cũng đắt hơn.
- Loại III: Gồm các vật liệu composite với lớp lót kim loại, các bình này có thể chịu được áp suất cao hơn. Ví dụ, bình nhôm/aramid có thể chịu được áp suất lên đến 438 bar, trong khi composite nhôm/carbon có thể chịu được áp suất lên đến 700 bar. Do đó, chúng cũng đắt hơn.
- Loại IV: Các bình này không có kim loại, hoàn toàn làm từ sợi carbon với lớp lót polymer. Chúng có thể chịu được áp suất tối đa 700 bar mặc dù nhẹ hơn các loại khác. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều sợi carbon cũng làm chúng đắt hơn.
Hình 1. Bên trong nhà máy Hydrogen
Chọn vật liệu phù hợp
Hydro có ảnh hưởng xấu đến các tính chất cơ học của tất cả các vật liệu. Ví dụ, nó có thể làm kim loại trở nên giòn, dẫn đến mất độ bền kéo, độ dẻo và độ bền gãy, và tăng tốc độ phát triển vết nứt mỏi.
Mức độ suy giảm này phụ thuộc vào vật liệu, áp suất và nhiệt độ của hydro và tải trọng cơ học. Điều này có nghĩa là một số vật liệu tốt hơn những vật liệu khác.
Vật liệu nên sử dụng
Lý tưởng nhất là các vật liệu nên được kiểm tra để đảm bảo chúng hoạt động tốt dưới các điều kiện vận hành dự kiến. Nếu không thể, đây là một số vật liệu thường được sử dụng:
- Thép không gỉ Austenitic
- Hợp kim nhôm
- Thép ferritic hợp kim thấp
- Thép ferritic C-Mn
- Hợp kim đồng
Vật liệu sau nên tránh
- Thép ferritic và martensitic cường độ cao
- Gang xám, gang dẻo và gang dễ uốn
- Hợp kim niken
- Hợp kim titan
Chọn vị trí tối ưu để đặt bình chứa hydro
Hình 2. Thiết bị bên trong nhà máy Hydrogen
Khi nói đến an toàn nhà máy hydro, không chỉ quan trọng việc chọn bình chứa phù hợp mà còn phải chọn vị trí tối ưu để đặt nó.
Trong khi có thể lưu trữ các bình hydro nhỏ trong nhà, điều này không được khuyến khích cho các thể tích lớn. Lưu trữ ngoài trời an toàn hơn và thậm chí cần thiết cho việc lưu trữ lượng lớn hydro vì điều này cho phép khí thoát ra dễ dàng trong trường hợp rò rỉ.
Dưới đây là một số đặc điểm của vị trí tối ưu để lưu trữ hydro nén:
- Thông gió tốt để ngăn ngừa tích tụ hydro
- Đặt ở khoảng cách an toàn từ các cấu trúc và cửa hút gió
- Bảo vệ khỏi giao thông xe cộ hoặc vật rơi
- Không có ánh sáng mặt trời trực tiếp và nhiệt độ môi trường không vượt quá 52°C (~126°F)
- Bảo vệ khỏi truy cập trái phép
Ngăn ngừa tích tụ khí hydro trong thùng chứa hoặc khu vực kín
Khi hydro được giải phóng trong môi trường không khí, khí sẽ ngay lập tức bay lên với tốc độ 10m/s. Vì vậy, cần phải phát hiện nồng độ hydro tại điểm cao nhất của phòng. Cũng cần phải dự phòng thông gió cho phòng: không khí phải được hút ra khỏi phòng tại điểm cao nhất. Nếu đặt thiết bị phát hiện ở điểm thấp hơn trong phòng, phần phòng phía trên thiết bị phát hiện sẽ bị lấp đầy trước với nồng độ hydro quá cao trước khi bạn phát hiện ra khí. Tương tự với thông gió. Nếu bạn đưa không khí vào từ trên và hút ra ở mức thấp hơn, bạn sẽ không thể hút hết hydro. Luồng thông gió phải từ dưới lên trên.
Ngăn ngừa rò rỉ hydro
Rò rỉ là một vấn đề lớn đối với các hoạt động sử dụng hydro vì đây là một nguyên tố rất nhỏ và chúng chịu trách nhiệm cho phần lớn các sự cố. Một cách để ngăn ngừa chúng xảy ra là lắp đặt các thiết bị phát hiện rò rỉ, cần được bảo trì và kiểm tra định kỳ. Trong mọi trường hợp, các thử nghiệm rò rỉ nên được thực hiện thường xuyên, bao gồm cả kiểm tra hoạt động của các van.
Hai phương pháp thử nghiệm phổ biến là sử dụng dung dịch xà phòng tạo bọt hoặc thiết bị phát hiện hydro cầm tay. Ngoài các thử nghiệm định kỳ, các nhà vận hành nhà máy cũng nên kiểm tra rò rỉ mỗi khi các khớp nối được lắp lại. Hơn nữa, các kết nối của hệ thống nên được kiểm tra các dấu hiệu ăn mòn, xói mòn, nứt, phồng, phồng rộp hoặc bất kỳ hình thức suy thoái nào khác.
