راهنمای انتخاب موتور ضد انفجار برای کاربردهای هیدروژن

تا اواسط سال 2026، بیش از 1200 ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن در سراسر جهان ساخته شده است که چین حدود 30 درصد آن را تشکیل می‌دهد. با این حال، هیدروژن - کوچکترین مولکول با محدوده انفجاری 4٪ تا 75٪ - به حفاظت در برابر انفجار بسیار فراتر از کاربردهای سنتی نفت و گاز نیاز دارد.

در سال 2023، یک ایستگاه سوخت‌گیری هیدروژن در کره جنوبی دچار آتش‌سوزی شدید ناشی از خرابی آب‌بند در موتور کمپرسور شد. هیدروژن به محفظه یاتاقان نفوذ کرد و در هنگام راه اندازی مشتعل شد و تا حدی ایستگاه را تخریب کرد. خوشبختانه تلفات جانی گزارش نشده است. این تحقیق در نظر گرفتن ناکافی نفوذپذیری هیدروژن و شکنندگی هیدروژن در انتخاب موتور را شناسایی کرد.

قطر مولکول های هیدروژن فقط 0.289 نانومتر است که تقریباً 24 درصد کوچکتر از متان (0.38 نانومتر) است. سازه های آب بندی معمولی تقریباً در برابر هیدروژن بی اثر هستند. حتی شکاف های مشترک میکروسکوپی نیز می توانند به مسیرهای نشتی تبدیل شوند.

در مقایسه با متان (5٪) و پروپان (2.1٪)، LEL 4٪ هیدروژن به این معنی است که حداقل نشت می تواند به غلظت های خطرناک برسد. موتورهای ضد انفجار باید اطمینان حاصل کنند که منابع احتراق بالقوه داخلی هرگز تحت هیچ شرایط کاری با اتمسفر هیدروژن خارجی متصل نمی شوند.

اتم های هیدروژن می توانند به شبکه های کریستالی فلزی نفوذ کنند، چقرمگی مواد را کاهش داده و انتشار ترک را تسریع می کنند. مواد روتور، به ویژه آلیاژهای مس، ممکن است پس از قرار گرفتن طولانی مدت در محیط های غنی از هیدروژن دچار شکستگی ناشی از خستگی شوند.

دمای تخلیه کمپرسور در ایستگاه های هیدروژن می تواند به 80 تا 100 درجه سانتی گراد برسد، در حالی که محیط های الکترولیز ممکن است شامل غبار قلیایی (محلول KOH) باشد. موتورها باید هم دماهای بالا و هم خوردگی شیمیایی را تحمل کنند.

برای کاربردهای هیدروژن، علامت گذاری توصیه شده این است:

Ex d IIC T4 Gb

• فاصله اتصال فلنج تا 0.04 میلی‌متر ≤ کنترل می‌شود (IEC 60079-1 برای IIC 0.04 میلی‌متر ≤ نیاز دارد)
• عرض درز ≥ 25 میلی متر، زبری سطح Ra ≤ 1.6 میکرومتر
• همه بست ها: فولاد ضد زنگ 316 لیتری برای جلوگیری از شکست رزوه تردی هیدروژنی

• هادی روتور: آلومینیوم ریخته گری یا آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا - خطر شکنندگی هیدروژن مس را به طور کامل حذف می کند.
• حلقه انتهایی و میله‌هایی که به صورت یک تکه ریخته می‌شوند، نقاط ضعف اتصال جوش را از بین می‌برند
• سطح روتور غیرفعال می شود تا نرخ نفوذ هیدروژن را کاهش دهد

• دو مهر و موم مکانیکی (سیلیکون کاربید در مقابل کاربید سیلیکون) در هر انتهای محفظه یاتاقان
• حفره میانی پاکسازی شده با نیتروژن خشک (فشار مثبت 0.1-0.3 بار)
• مصرف نیتروژن ≤ 5 لیتر در دقیقه، سازگار با شبکه نیتروژن گیاهی
• تشخیص نشت: سنسور هیدروژن با آستانه تنظیم شده روی 1% v/v (25% LEL)

• جعبه ترمینال: آلیاژ آلومینیوم ریخته گری + گلدان رزین اپوکسی برای از بین بردن حفره ها
• ورودی کابل: غده مهر و موم شده دو لایه، لایه های داخلی و خارجی به طور مستقل مهر و موم شده اند
• پایانه ها: روکش نقره برای جلوگیری از افزایش مقاومت تماسی در جو هیدروژنی

شبیه سازی آزمایشگاه شخص ثالث (غلظت هیدروژن 4٪، کار مداوم 1000 ساعت):