수소 압력 게이지 선택: 재료, 안전, 취성 및 위험 등급

수소 스키드를 시운전하는 동안 프로젝트 엔지니어가 거의 모든 수소 플랜트에서 듣는 것과 동일한 질문을 했습니다. "여기서 표준 압력 게이지를 사용해도 될까요?" 짧은 대답은 '아니요'입니다. 몇 주 후 해당 스키드의 첫 번째 게이지가 소켓에서 누출되었습니다. 수소는 주기율표에서 가장 작은 분자이며 기존의 황동관 장치를 따르지 않습니다. 적절한 수소 압력 게이지를 사용하려면 용접된 316L 스테인리스강 습식 부품, 뒷면이 터지는 견고한 전면 안전 케이스, 그리고 대부분의 설치에서 방폭 등급이 필요합니다. 이 기사에서는 수소를 차별화하는 네 가지 실패 모드, 이에 따른 재료 및 보호 결정, 수소 서비스 게이지를 수락하기 전에 요청해야 하는 문서에 대해 설명합니다.

기존 압력 게이지에서 수소가 어려운 이유

제품을 선택하기 전에 수소가 게이지를 공격하는 네 가지 방식을 이해하는 것이 도움이 됩니다. 각각의 고장 모드는 서로 다른 설계 요구 사항을 야기하며 공기, 질소 또는 증기 서비스에서는 그 어느 것도 중요하지 않습니다.

수소 침투

수소 분자는 작은 틈이나 특정 금속을 통해서도 이동할 수 있을 만큼 작습니다. 납땜된 조인트와 탄성중합체 O-링이 있는 황동 소켓은 가압된 수소에서 느린 누출 경로가 됩니다. 밀폐된 공간에서는 누출된 가스가 빠르게 축적되어 가연성 농도에 도달할 수 있습니다. 설계상의 해답은 가장 약한 밀봉 지점을 제거하는 전체 용접 압력 함유 어셈블리입니다.

수소 취성

원자 수소는 금속 격자로 확산되어 취성을 유발합니다. 고강도 탄소강은 가장 취약합니다. 게이지가 정상 작동하는 동안 연성을 잃고 균열이 발생할 수 있습니다. 이것이 바로 수소 게이지의 습식 부품이 경화 탄소강이 아닌 저탄소 오스테나이트 스테인리스강을 사용하는 이유이며, 열처리된 부르동관은 현장에 도달하기 전에 수소 사용에 대한 인증을 받아야 하는 이유입니다.

화염 및 발화 위험

수소는 약 0.02밀리줄의 매우 낮은 점화 에너지로 발화하며, 그 불꽃은 낮에는 거의 눈에 띄지 않습니다. 게이지 연결부의 미세 누출로 인해 가스가 점화원을 발견하면 스키드 전체가 위험해질 수 있습니다. 이는 누출 방지 문제일 뿐만 아니라; 또한 게이지에 전기 접점이 포함될 수 있는지 여부와 해당 접점에 필요한 보호 등급도 결정됩니다.

폭발 및 과압 위험

수소 시스템은 압축기 트립, 빠르게 닫히는 밸브 및 열 순환으로 인해 압력 서지가 발생합니다. 취성으로 인해 튜브가 이미 약해진 게이지는 서지 압력으로 인해 파손될 가능성이 훨씬 더 높습니다. 따라서 장비에는 적절한 과압 여유와 튜브가 파열될 경우 작업자를 보호하는 케이스 디자인이 필요합니다.

용접된 316L 스테인리스강 습식 부품 지정

수소의 경우 재료 결정에는 납땜 대신 용접으로 결합된 316L 스테인레스 스틸 부르동관과 소켓이라는 명확한 기본값이 있습니다. 용접 구조는 납땜 또는 납땜 접합부에 수소가 침투하는 미세한 틈을 제거합니다. 316L 오스테나이트계 스테인리스강은 고강도 탄소강보다 수소에서의 연성을 훨씬 더 잘 유지합니다. 범용 게이지에서 흔히 볼 수 있는 황동 및 구리 합금 습식 부품은 가압된 수소 회로에서 떨어져 있어야 합니다. 다공성과 납땜 접합부는 제거하려는 누출 경로를 정확하게 생성합니다.

엘라스토머 씰에도 동일한 관심을 기울일 가치가 있습니다. 게이지가 압력 경로에 O-링을 사용하는 경우 모든 고무 화합물이 수소를 동일하게 보유하는 것은 아니기 때문에 수소 서비스용 엘라스토머 등급을 확인하십시오. 잘 설계된 수소 게이지는 씰을 완전히 최소화하고 압력 경로를 완전히 금속으로 유지합니다.

안전 사례 및 방폭 보호 선택

케이스는 파열된 튜브와 작업자 사이의 최후의 방어선입니다. 후면이 터지는 견고한 전면 케이스를 지정합니다. 부르동관이나 소켓이 고장 나면 압력 펄스가 게이지 앞에 서 있는 사람을 때리는 대신 뒤로 배출됩니다. 우리의 안전 압력 게이지 시리즈 이 원칙을 바탕으로 구축되었으며 이는 수소 스키드에 대해 제가 받아들일 수 있는 최소값입니다.

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압력 서지는 일반적인 수소 작동의 일부입니다. 압축기 트립 또는 빠르게 닫히는 차단 밸브는 운전자가 반응할 수 있는 것보다 더 빠르게 압력을 급등시킬 수 있습니다. 게이지가 이미 눈금 상단 근처에서 작동 중인 경우 튜브가 탄성 한계를 초과하도록 강제될 수 있습니다. 이것이 바로 다음 섹션에서 논의할 범위 선택이 정확성 결정만큼이나 안전 결정인 이유입니다.

전기 접점이 있는 게이지의 경우 인클로저는 위험 상황을 완전히 바꿉니다. 공기 중의 수소는 부피 기준 약 4% ~ 75%의 농도에서 점화되며 최소 점화 에너지는 0.02mJ에 가깝습니다. 따라서 일반 스위치 접점은 기밀 구역에서 허용되지 않습니다. 올바른 악기는 방폭형 전기 접촉식 압력계 인증된 방폭 인클로저를 사용하여 내부 스파크를 주변 대기로부터 격리시킵니다.

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범위, 정확도 및 과압 한계 설정

범위 선택은 다른 공정 유체와 동일한 규칙을 따르지만 오류로 인한 결과는 수소에서 더 심각합니다. 정상 작동 압력을 스케일 중간 절반(전체 스케일의 대략 25%~75%)으로 유지하십시오. 200bar 수소 튜브 트레일러의 경우 최소 0~400bar 게이지를 사용합니다. 700bar 급유 버퍼의 경우 0~1000bar 게이지는 작업 지점을 거의 70%로 유지합니다. 시스템이 600bar 이상에서 작동할 때, 600~1000bar 정격의 고압 압력 게이지 실용적인 선택입니다.

정확도 등급은 카탈로그가 아닌 프로세스 요구 사항과 일치해야 합니다. 클래스 1.6 게이지는 대부분의 수소 공정 모니터링에 적합합니다. 재급유 또는 혼합 작업이 더 엄격한 표시에 따라 달라지는 경우 클래스 1.0을 선택하십시오. 제어실에 실시간 값이 필요한 경우 4~20mA 출력을 갖춘 범용 압력 트랜스미터 기계 계측기를 설계 의도 이상으로 강제하는 대신 로컬 기계식 게이지와 함께 사용합니다.

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인증 및 테스트 기록 확인

수소 프로젝트에는 문서 기록이 함께 제공되며 게이지가 기록에 맞아야 합니다. 유럽 ​​위험 지역에서는 일반적으로 장비에 ATEX 인증이 필요합니다. 유럽 ​​이외의 지역에서는 IECEx 승인이 프로젝트 사양에 점점 더 많이 반영되고 있습니다. 가스 그룹이 수소가 분류되는 IIC를 포함하는지, 온도 등급이 해당 구역과 일치하는지 확인하십시오. 정기적으로 제작하는 제조업체 ATEX 및 IECEx 인증을 받은 방폭 압력 게이지 특별한 요청으로 처리하지 않고 인증서 팩을 제공합니다.

인증서 외에도 게이지가 수소 사용 가능함을 증명하는 기록을 요청하세요.

1. 316L 또는 지정된 합금을 확인하는 습식 부품의 재료 인증서입니다.
2. 어셈블리가 측정 가능한 누출 없이 압력을 유지함을 보여주는 헬륨 누출 테스트 보고서입니다.
3. 정격 범위의 압력 테스트 기록.
4. 가스 그룹 및 온도 등급을 포함한 ATEX 또는 IECEx 인증서 사본.

싱글 없음 압력계 모든 수소 응용 분야에 적합하며 이것이 바로 핵심입니다. 저압 퍼지 라인, 200bar 저장 트레일러 및 700bar 급유 스키드는 범위, 재료 및 인클로저 요구 사항이 다릅니다. 4가지 고장 모드를 통해 작업하고, 용접된 316L 습식 부품을 지정하고, 후면이 폭발하는 견고한 전면을 추가하고, 인클로저를 위험 지역 분류에 일치시킵니다. 그런 다음 배송 전에 인증서와 테스트 기록을 확인하십시오. 이렇게 하면 수소 압력 게이지가 스키드의 가장 약한 부품이 아니라 신뢰할 수 있고 검증 가능한 시스템 구성 요소가 됩니다.