انتخاب فشارسنج برای کاربردهای هیدروژن به دقت و رعایت الزامات خاصی نیاز دارد، زیرا هیدروژن دارای ویژگی‌های خاصی است که میتواند بر عملکرد و ایمنی تجهیزات تأثیر بگذارد. در ادامه به نکات کلیدی که در انتخاب فشارسنج برای این کاربردها باید در نظر گرفته شود، می‌پردازیم:
خطرات شعله هیدروژن (Hydrogen Flame Risks)
خطرات شعله هیدروژن (Hydrogen Flame Risks) یکی از جنبه‌های بسیار مهمی است که هنگام انتخاب گیج فشار برای کاربردهای هیدروژن باید در نظر گرفته شود.
ویژگی های شعله هیدروژن
- شعله نامرئی
شعله هیدروژن تقریباً نامرئی است، زیرا بیشتر انرژی خود را در محدوده فرابنفش منتشر می‌کند.این امر باعث می‌شود که شناسایی شعله‌های هیدروژن در زمان نشت یا اشتعال دشوار باشد. ممکن است افراد در نزدیکی شعله بدون آگاهی از وجود آن قرار گیرند و آسیب ببینند.
- دمای بالای شعله
شعله هیدروژن بسیار گرم است (حدود 2045 درجه سانتی‌گراد)، که میتواند به سرعت باعث خرابی یا آسیب به مواد و تجهیزات شود. تجهیزات نزدیک شعله ممکن است ذوب شوند یا خاصیت مکانیکی خود را از دست بدهند.
- سرعت احتراق بالا
هیدروژن با سرعت بالایی می‌سوزد و شعله به سرعت گسترش می‌یابد.گسترش شعله میتواند به سایر تجهیزات یا مناطق مجاور آسیب برساند.
عوامل مهم در انتخاب گیج فشار
- مواد مقاوم به حرارت
گیج فشار باید از موادی ساخته شود که در برابر دمای بالای شعله مقاوم باشند. برای مثال: فولاد ضدزنگ مقاوم در برابر حرارت: مانند فولادهای L316 یا آلیاژهای اینکونل و پوشش‌های مقاوم به حرارت برای اجزای حساس.
- طراحی ایمن در برابر انفجار
در صورت نشت و اشتعال هیدروژن، طراحی گیج باید به گونه‌ای باشد که احتمال ایجاد انفجار کاهش یابد. استفاده از محفظه‌های تقویت‌شده (Explosion-proof housing) و آب‌بندی دقیق برای جلوگیری از نشت باید در نظر گرفته شود .
- اجتناب از منابع جرقه
شعله هیدروژن ممکن است ناشی از جرقه یا اصطکاک باشد. گیج فشار باید به گونه‌ای طراحی شود که هیچ منبع بالقوه جرقه‌زایی نداشته باشد.انتخاب تجهیزات مطابق با استانداردهای ضدجرقه (ATEX یا IECEx) واجتناب از استفاده از مواد رسانا که ممکن است باعث ایجاد جرقه شوند میتواند راه حل مناسبی باشد .
ایمنی در برابر اشتعال پذیری
- جلوگیری از نشت هیدروژن
نشت هیدروژن میتواند به سرعت مخلوط قابل اشتعالی ایجاد کند. بنابراین گیج فشار باید با اتصالات کاملاً ایمن و سیستم‌های آب‌بندی پیشرفته تجهیز شود و تست‌های فشار و نشتی مطابق با استانداردهای مربوطه مانند ISO 19880 انجام شود.
- محیط ایمن
در مناطقی که هیدروژن استفاده می‌شود، تجهیزات باید برای استفاده در محیط‌های مستعد انفجار طراحی شده باشند.
گیج فشار باید دارای گواهینامه‌های مربوط به ایمنی در محیط‌های قابل اشتعال باشند تا در صورت انفجار یا افزایش فشار، خطرات به حداقل برسد.
نصب و بهره برداری گیج های فشار در کاربرد های هیدروژن
- مکان نصب
گیج فشار باید در مکانی نصب شود که از خطرات مستقیم شعله یا گرما محافظت شود. برای جلوگیری از تجمع گازهای قابل اشتعال نصب در نقاطی با تهویه مناسب باید انجام شود .
- حسگرهای حرارتی و شعله
اضافه کردن حسگرهای تشخیص شعله یا حرارت به نزدیکی گیج فشار برای شناسایی زودهنگام مشکلات لازم می باشد . این حسگرها می‌توانند به‌طور خودکار سیستم‌های ایمنی را فعال کنند.
استانداردهای مرتبط با گیج فشار برای کابردهای هیدروژن
- ATEX و IECEx
این گیج ها باید استانداردهای ایمنی برای تجهیزات الکتریکی و مکانیکی در محیط‌های مستعد اشتعال را دارا با شند .
گیج فشار باید تاییدیه ATEX (برای اروپا) یا IECEx (برای کاربردهای بین‌المللی) داشته باشد.
- ISO 19880
این استاندارد ایمنی برای ایستگاه‌های سوخت‌رسانی هیدروژن، شامل تجهیزات اندازه‌گیری فشار می باشد .
- NFPA
استاندارد ایمنی ملی برای هیدروژن، با توصیه‌هایی درباره تجهیزات و سیستم‌های مرتبط است .
روش های کاهش خطر شعله هیدروژن
- انتخاب مواد مقاوم
استفاده از مواد مقاوم به حرارت و خوردگی در گیج فشارضروری است و کاهش احتمال اشتعال با طراحی دقیق اجزا امکان پذیر است .
- طراحی‌های مدرن
گیج های فشار مدرن از فناوری‌های الکترونیکی استفاده می‌کنند که خطر جرقه را کاهش می‌دهد. طراحی‌های دیجیتال با سنسورهای غیرتماسی (Non-contact sensors) می‌توانند جایگزین ایمن‌تری باشند.
- آموزش کارکنان
آموزش کاربرانی که با تجهیزات مرتبط با هیدروژن کار می‌کنند، برای شناسایی خطرات و واکنش به آنها بسیار مهم است .
استفاده از تجهیزات حفاظتی فردی (PPE) در مناطق پرخطر ضروری است .
Hydrogen Explosion and Overpressure Risks در انتخاب گیج فشار
هیدروژن، به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، خطرات بالقوه‌ای نظیر انفجار و افزایش ناگهانی فشار (Overpressure) را ایجاد می‌کند. هنگام انتخاب گیج فشار برای کاربردهای هیدروژنی، این خطرات باید به دقت ارزیابی شوند تا هم ایمنی و هم عملکرد بهینه تضمین شود.
محدوده اشتعال پذیری وسیع
هیدروژن دارای یکی از وسیع‌ترین محدوده‌های اشتعال‌پذیری بین گازها است (بین 4% تا 75% در هوا). این ویژگی باعث می‌شود حتی نشت‌های کوچک هیدروژن خطر بالقوه انفجار داشته باشند.
انرژی پایین اشتعال
انرژی لازم برای اشتعال هیدروژن بسیار پایین است (حدود 0.02 میلی‌ژول)، به این معنی که یک جرقه کوچک میتواند باعث انفجار شود. این ویژگی خطر انفجار ناشی از منابع الکتریکی یا اصطکاک را افزایش می‌دهد.
سرعت انفجار بالا
هیدروژن به دلیل سرعت بالا در ترکیب با اکسیژن و هوا، قدرت انفجاری قابل‌توجهی دارد. فشار حاصل از انفجار میتواند به تجهیزات اطراف آسیب جدی وارد کند.
خطرات ناشی از Overpressure (افزایش ناگهانی فشار)
در سیستم‌های حاوی هیدروژن، تغییرات سریع فشار به دلیل نشت، اشتعال، یا نقص مکانیکی ممکن است رخ دهد.اگر گیج فشار نتواند فشار بالا را تحمل کند، ممکن است از کار بیفتد یا بشکند.
تأثیر موج ضربه ای (Pressure Shock)
موج ضربه‌ای ناشی از انفجار هیدروژن میتواند باعث آسیب به اجزای داخلی گیج فشار شود.این آسیب ممکن است به خطا در اندازه‌گیری یا تخریب کامل دستگاه منجر شود.
محدوده فشار عملیاتی مناسب
انتخاب گیجی با محدوده فشاری مناسب که بتواند فشارهای بالای سیستم هیدروژنی را تحمل کند. به عنوان مثال: برای سیستم‌های هیدروژنی با فشار کاری 700 بار، گیجی با محدوده کاری حداقل 1000 بار توصیه می‌شود.
مفهوم نفوذ هیدروژن
- طبیعت هیدروژن
مولکول هیدروژن (H₂) بسیار کوچک است و به راحتی میتواند در مواد مختلف، به ویژه فلزات، نفوذ کند.در فشار و دمای بالا، میزان نفوذ هیدروژن افزایش می‌یابد.
هیدروژن میتواند به ساختار کریستالی مواد نفوذ کرده و از آنها عبور کند. در برخی موارد، اتم‌های هیدروژن پس از نفوذ، دوباره به مولکول‌های H₂ تبدیل می‌شوند و باعث ایجاد فشار داخلی یا مشکلات ساختاری می‌شوند.
مشکلات ناشی از نفوذ هیدروژن
- نشت گاز
نفوذ هیدروژن از جداره‌های گیج فشار میتواند منجر به نشت گاز به محیط اطراف شود. این موضوع خطر اشتعال و انفجار را افزایش می‌دهد، به خصوص در محیط‌های بسته.
- کاهش دقت اندازه‌گیری
نفوذ هیدروژن به اجزای داخلی، مانند دیافراگم یا سنسورهای فشار، ممکن است باعث تغییر خواص مکانیکی یا الکتریکی آنها شود. این تغییرات می‌توانند دقت و پایداری اندازه‌گیری را کاهش دهند.
شکنندگی هیدروژنی (Hydrogen Embrittlement)
یا شکنندگی هیدروژنی یکی از چالش‌های مهم در کاربردهای مرتبط با هیدروژن است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که هیدروژن به داخل ساختار مواد، به‌ویژه فلزات، نفوذ کرده و خواص مکانیکی آنها را تغییر دهد. اتم‌های هیدروژن پس از نفوذ به فلزات می‌توانند باعث کاهش استحکام و ایجاد ترک در ساختار فلز شوند. این پدیده میتواند منجر به خرابی یا شکستگی گیج فشار شود.
نفوذ هیدروژن به مواد غیر فلزی مانند الاستومرها (واشرها و آب‌بندی‌ها) میتواند باعث تورم یا تغییر شکل آنها شود و در نهایت منجر به نشتی شود.
اثرات عملیاتی بر نفوذ هیدروژن
- فشار و دما
با افزایش فشار و دمای سیستم، نرخ نفوذ هیدروژن افزایش می‌یابد. گیج‌های فشار باید طوری طراحی شوند که تحت این شرایط عملکرد مطلوب داشته باشند.
- طول عمر تجهیزات
نفوذ هیدروژن به مرور زمان میتواند به کاهش عمر مفید گیج فشار منجر شود. گیج‌های فشار باید به طور دوره‌ای کالیبره و سرویس شوند.
روش های کاهش خطرات ناشی از نفوذ هیدروژن
- کالیبراسیون منظم
بررسی و کالیبره کردن گیج فشار به طور منظم برای تشخیص و رفع مشکلات ناشی از نفوذ هیدروژن ضروری است .
- استفاده از حسگرهای پیشرفته
استفاده از گیج‌های فشار دیجیتال با سنسورهای مقاوم در برابر نفوذ هیدروژن راه کار مناسبی است .
- بهینه سازی محیط عملیاتی
کاهش فشار یا دمای سیستم در حد امکان برای کاهش نرخ نفوذ هیدروژن ضروری می باشد .
