- Was sind die wichtigsten Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit Wasserstoff in industriellen und gewerblichen Anwendungen (inkl. Explosionsgefahr, Fokus, Verwendung, Wasserstoffversprödung)?
- Wie werden Wasserstoffleckagen und Brände mit den verfügbaren Technologien erkannt?
- Welche gängigen Sensortechnologien sind für Wasserstoffgas nicht geeignet und warum?
- Wie funktionieren Wasserstoffdetektionssysteme, und welche Typen sind am effektivsten?
- Welche Normen und Vorschriften gelten für die Sicherheit und den Nachweis von Wasserstoff in den verschiedenen Branchen?
- Wie oft sollten Wasserstoffsicherheitssysteme geprüft und gewartet werden, damit sie zuverlässig funktionieren?
- Welche Rolle spielt die Belüftung für die Wasserstoffsicherheit in Anlagen?
- Welche Bedeutung haben Klebstoffe im Zusammenhang mit Explosionsschutz und Sicherheit in Wasserstoffumgebungen?
- Was sollte bei der Auswahl und Platzierung von Meldern beachtet werden?
Durchsuchen Sie alle Wasserstoffdetektoren von führenden B2B-Lieferanten auf unserem Marktplatz!
Was sind die wichtigsten Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit Wasserstoff in industriellen und gewerblichen Anwendungen (inkl. Explosionsgefahr, Fokus, Verwendung, Wasserstoffversprödung)?
Wasserstoff-Sicherheit und Detektion ist ein zentrales Thema für alle Bereiche, die mit Wasserstofftechnologien arbeiten. In den ersten Phasen der Entwicklung spielt die genaue Analyse der Eigenschaften von Wasserstoff sowie seiner sicheren Handhabung eine entscheidende Rolle. Besonders in der Industrie liegt der Fokus auf wirksamen Schutzsystemen und Frühwarnmechanismen, um potenzielle Risiken wie Explosionsgefahr zu minimieren.
Da immer mehr Branchen auf Wasserstoff als sauberen Energieträger und Eckpfeiler der Wasserstoffwirtschaft setzen, ist es von entscheidender Bedeutung, die damit verbundenen Gefahren zu kennen und robuste Sicherheitsmaßnahmen und -systeme für Wasserstoff zu implementieren. Wasserstoff-Sicherheit und Detektion spielen dabei eine zentrale Rolle. Wasserstoff ist zwar in mancher Hinsicht sicherer als andere Brennstoffe (da er sich schnell in Luft auflöst und ungiftig ist), aber er ist dennoch leicht brennbar, kann Wasserstoffversprödung verursachen und ist ein erstickendes Gas. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ergeben sich auch besondere Sicherheitsprobleme und Herausforderungen für die Wasserstoffsicherheit. Im Einzelnen:
Wasserstoffgas ist nicht sichtbar und hat keinen Geruch, so dass es von den menschlichen Sinnen nicht wahrgenommen werden kann. Industrielle Geruchsstoffe sind möglicherweise nicht wirksam; viele reagieren mit Wasserstoff oder Oberflächen im Wasserstoffspeicher- und -abgabesystem. Wasserstoff kann Geruchsstoffe abbauen oder Wechselwirkungen mit anderen Materialien verursachen. Hochreiner Wasserstoff, der häufig für Brennstoffzellen und andere Wasserstofftechnologien benötigt wird, verträgt keine Verunreinigungen. Andere Wasserstoffformen wie kryogener Wasserstoff und flüssiger Wasserstoff erfordern eine besondere Handhabung. Wasserstoff ist leichter als Luft. In geschlossenen Räumen steigt er bis zur Decke auf und verdrängt den Sauerstoff. In offenen Räumen ist Wasserstoff jedoch schwer zu erkennen. Lecks unter Druck können schwer zu erkennen sein, da die Richtung des Gasstrahls nicht vorhersehbar ist, was die Platzierung des Detektors erschwert. Im Gemisch mit Luft ist Wasserstoff leicht brennbar und kann sich schnell ausbreiten. Eine reine Wasserstoffflamme ist bei Tageslicht fast unsichtbar und löst herkömmliche Wärmemelder nicht aus. Flüssiger Wasserstoff birgt zusätzliche Risiken wie kryogene Verbrennungen und Überdruck in Wasserstofftanks. Die Beherrschung von Zündquellen und die Kontrolle der Mindestzündenergie in Wasserstoffsystemen ist von entscheidender Bedeutung. Wasserstoff-Luft-Gemische sind besonders explosionsgefährdet. Diese Explosionsgefahr erfordert erhöhte Aufmerksamkeit bei Planung und Betrieb von Anlagen.
Wie werden Wasserstoffleckagen und Brände mit den verfügbaren Technologien erkannt?
Ultraschall-Gasleckortung (UGLD)
Wenn unter Druck stehender Wasserstoff entweicht, erzeugt er Ultraschall. Die Überwachungsgeräte erkennen Ultraschall in der Luft oberhalb eines bestimmten Wertes. Ein einziger Detektor kann selbst auf ein kleines Wasserstoffleck reagieren, unabhängig von der Windrichtung. UGLD ist ideal für die Überwachung von Rohrleitungen, Wasserstoffspeichern, Wasserstofftanks und Behältern. Die Geräte können schnell Alarm schlagen, da sich der Ultraschall mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet. Diese Methode ist zentral für die effektive Wasserstoffgasdetektion.
Punkt Katalytische Perle
Diese Sensoren nutzen eine chemische Reaktion, die einen Strom erzeugt, der proportional zur Wasserstoffkonzentration ist. Das Gas tritt durch eine Membran ein; Oxidations- und Reduktionsreaktionen erzeugen einen messbaren Strom. Diese Sensoren sind besonders effektiv bei der Erkennung niedriger Wasserstoffkonzentrationen, wie sie in Brennstoffzellensystemen und bei der Handhabung von flüssigem Wasserstoff vorkommen.
Punkt Elektrochemisch
Diese Sensoren nutzen eine chemische Reaktion, die einen Strom erzeugt, der proportional zur Wasserstoffkonzentration ist. Das Gas tritt durch eine Membran ein; Oxidations- und Reduktionsreaktionen erzeugen einen messbaren Strom. Diese Sensoren sind besonders effektiv bei der Erkennung niedriger Wasserstoffkonzentrationen, wie sie in Brennstoffzellensystemen und bei der Handhabung von flüssigem Wasserstoff vorkommen.
UV/IR-Wasserstoff-Flammendetektion
Diese Detektoren überwachen sowohl Infrarot- als auch Ultraviolettstrahlung, um Wasserstoffflammen zu erkennen. Bei der Verbrennung von Wasserstoff wird durch den entstehenden Dampf IR-Strahlung ausgesandt. Ein Algorithmus filtert falsche Signale von heißen Objekten und Reflektionen heraus. UV-Sensoren erkennen tiefe UV-Strahlung, und die kombinierte IR/UV-Erkennung führt zu einer schnellen, zuverlässigen Flammendetektion mit weniger Fehlalarmen.
Welche gängigen Sensortechnologien sind für Wasserstoffgas nicht geeignet und warum?
Wasserstoff ist farblos, geruchlos und für IR-Strahlung durchlässig (es sei denn, er brennt). Infrarotsensoren erkennen die Absorption von IR-Licht durch Gasmoleküle, aber Wasserstoff verfügt über keine signifikante IR-Absorptionsbande im mittleren Infrarotbereich. Daher sind IR-Sensoren für die Erkennung von Wasserstofflecks unwirksam und erfordern eine alternative Wasserstoffdetektion mit anschließender Kalibrierung.
Wie funktionieren Wasserstoffdetektionssysteme, und welche Typen sind am effektivsten?
Ein System, das mehrere Wasserstoffgas- und Feuerdetektionsschichten kombiniert, kann einen zuverlässigen Schutz in verschiedenen Anlagenlayouts gewährleisten. Jede Detektionsart hat Vorteile und Grenzen. Schichten helfen, eine Eskalation von Gefahren zu verhindern. Moderne Wasserstoffdetektionssysteme verwenden einen mehrschichtigen Ansatz, der die menschlichen Sinne nachahmt. Ultraschallsensoren "hören" Lecks, katalytische und elektrochemische Sensoren "riechen" Gase, und optische Sensoren "sehen" Flammen. Diese Systeme sind mit zertifizierten Steuergeräten verbunden, die bei Leckagen oder Bränden Sicherheitsmaßnahmen einleiten können. Sie unterstützen Energieziele wie nachhaltige Energie, erneuerbare Energie und grünen Wasserstoff sowie Anwendungen in der Mobilität.
Welche Normen und Vorschriften gelten für die Sicherheit und den Nachweis von Wasserstoff in den verschiedenen Branchen?
Feuer und Explosionen sind die wichtigsten Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit Wasserstoff, vor allem wegen seines breiten Entflammbarkeitsbereichs von 4 % bis 77 % in Luft. Der Explosionsschutz wird international durch IEC/EN/ISA 60079 und ISO/IEC 80079 geregelt. Zu den spezifischen Wasserstoffsicherheitsnormen gehören:
ISO 22734 - Wasserstoffgeneratoren durch Wasserelektrolyse - Industrielle, gewerbliche und private Anwendungen: verlangt von den Herstellern von Elektrolyseuren eine Risikobewertung. Je nach dem endgültigen Aufstellungsort des Geräts müssen die Eigentümer/Betreiber der Anlage möglicherweise ihre eigene zusätzliche Bewertung des Wasserstoffgenerators durchführen und die Zoneneinteilung gemäß IEC 60079-10-1 oder einer entsprechenden nationalen Norm anwenden.
ISO 19880 - Gasförmiger Wasserstoff - Tankstellen: verlangt, dass die Standorte gemäß der Norm IEC 60079-10-1 oder ausreichenden nationalen Vorschriften geprüft werden müssen. Dazu gehören die Zoneneinteilung und Zündschutzmethoden nach IEC 60079, ISO/IEC 80079 und NFPA 2.
Das Center for Hydrogen Safety trägt zur Förderung des Bewusstseins und der besten Praktiken bei. Die Hazardous Materials Safety Administration (Behörde für die Sicherheit gefährlicher Materialien) regelt Wasserstoff-Energiesysteme und die damit verbundenen Vorschriften und Normen. Auch Zeitschriftenartikel dienen der Weiterentwicklung von Sicherheitspraktiken.
Wie oft sollten Wasserstoffsicherheitssysteme geprüft und gewartet werden, damit sie zuverlässig funktionieren?
Die routinemäßige Wartung von Detektionssystemen für brennbare Gase ist wichtig, um die langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die Produkthandbücher bieten Anleitungen für die Wartung, und die Benutzer können sich auch auf die IEC/EN 60079-29-2 für bewährte Verfahren bei der Auswahl, Installation, Verwendung und Wartung von Gaswarngeräten beziehen. Die Kalibrierung ist dabei ein kritischer Aspekt.
Die Häufigkeit der Wartung hängt von den Umgebungsbedingungen und der Nutzung des Systems ab. Systeme mit eingebauten Selbsttests können jedoch Echtzeit-Diagnosen liefern und die Bediener warnen, wenn eine Wartung erforderlich ist.
Beispiele:
- UGLD (Ultrasonic Gas Leak Detection): Der Observer® i von MSA verfügt über die Senssonic™ Selbsttestfunktion, die alle 15 Minuten die elektrische Integrität und die Mikrofonleistung überprüft. Dies trägt dazu bei, eine gleichbleibende Empfindlichkeit und Detektionsabdeckung zu gewährleisten.
- Flammendetektoren: Der FL500-H2 von MSA verfügt über eine kontinuierliche optische Pfadüberwachung (COPM), die den optischen Pfad und die Elektronik alle 2 Minuten überprüft. Wenn Trümmer oder andere Hindernisse den Sensor in zwei aufeinanderfolgenden Zyklen blockieren, löst das System eine Fehlermeldung aus.
Proaktive Wartung, unterstützt durch intelligente Diagnose, verbessert die Systemleistung und erhöht die Wasserstoffsicherheit.
Welche Rolle spielt die Belüftung für die Wasserstoffsicherheit in Anlagen?
Belüftung und Luftbewegung dienen gemäß IEC 60079-29-2 zwei Hauptzwecken:
- Verbesserung der Verdünnung und Förderung der Dispersion zur Begrenzung der Ausdehnung gefährlicher Gasbereiche.
- Verhinderung des Fortbestehens explosionsfähiger Atmosphären, die die Einstufung von Gefahrenbereichen beeinflussen könnten.
Die Belüftungsrate muss mit den erwarteten Leckraten brennbarer Gase unter verschiedenen Bedingungen verglichen werden. Diese Bewertung gibt Aufschluss darüber, wie Lüftungs- und Gaswarnsysteme zusammenarbeiten sollten. Eine ausführliche Anleitung findet sich in IEC 60079-10-1, Anhang B.
Zu den integrierten Sicherheitsfunktionen können gehören:
- Abschaltung nicht-explosionsgeschützter Geräte, wenn die Gaskonzentration die Alarmschwellen überschreitet.
- Erhöhung der Belüftungsraten, um zu verhindern, dass die Gaskonzentrationen sichere Werte überschreiten.
In den Normen ISO 22734 und ISO 19880 werden auch Anforderungen an die Belüftung als Teil der Sicherheitsstrategien für die Herstellung, Lagerung und Verteilung von Wasserstoff beschrieben.
Wie haben technologische Fortschritte die Wirksamkeit von Wasserstofferkennungs- und Sicherheitssystemen verbessert?
Die neueste Generation von Ultraschalldetektoren verfügt über ANN-Algorithmen (Artificial Neural Network) zur Erkennung von Druckwasserstofflecks. Diese Algorithmen nutzen eine fortschrittliche Klangverarbeitung, um echte Gasleckgeräusche von Hintergrundgeräuschen zu unterscheiden, und beziehen sich dabei auf akustische Daten, die über Jahre hinweg sowohl in Onshore- als auch in Offshore-Industrieumgebungen gesammelt wurden. Im Vergleich zu älteren Detektoren, die nur Frequenzen oberhalb von 25 kHz überwachen, können moderne Systeme bis zu 12 kHz abhören, wodurch sich der Erfassungsbereich verbessert und Fehlalarme minimiert werden.
Der Observer® i, MSAs neueste UGLD der dritten Generation, erfordert keine Konfiguration von Alarmsollwerten oder Auslöseschwellen und keine zeitaufwändigen "Trainings"-Sequenzen vor der Installation. Für einen zuverlässigen Betrieb sorgt die patentierte Selbsttestfunktion Senssonic™, die alle 15 Minuten eine Integritätsprüfung durchführt. Das Gerät bietet eine genaue Identifizierung und Erkennung von Wasserstoffgaslecks ab einem Druck von 2 bar (29 psi), aus Entfernungen bis zu 28 Metern und mit Schallgeschwindigkeit.
Was sollte bei der Auswahl und Platzierung von Meldern beachtet werden?
Die richtige Platzierung und der Einsatz mehrerer Detektortypen erhöhen die Chance auf eine frühzeitige Erkennung von Wasserstoff. Die meisten Erkennungssysteme beruhen auf Punktgasdetektoren wie katalytischen Kügelchen und elektrochemischen Sensoren. Diese können jedoch in offenen oder nicht abgeschlossenen Bereichen, in denen Wasserstoff in Form von schmalen, schnellen Gasstrahlen entweichen kann, weniger effektiv sein.
Aufgrund der unvorhersehbaren Leckrichtung und des hohen Drucks können solche Gasstrahlen die Detektoren für längere Zeit umgehen. Daher ist es schwierig, sich für eine umfassende Erfassung ausschließlich auf Punktsensoren zu verlassen. Software-Tools für die Modellierung von Gasfahnen und die Kartierung von Gasen können zeigen, wo herkömmliche Sensoren versagen und die Wirksamkeit der Wasserstoffgasdetektion bei der umfassenden Planung der Wasserstoffsicherheit hervorheben.
Inhalt bereitgestellt von
MSA Safety wurde 1914 gegründet und ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung von Sicherheitsprodukten zum Schutz von Menschen, Ausrüstung und Umwelt. Mit einem weltweiten Vertriebs- und Servicenetzwerk statten wir internationale Kunden aus allen Bereichen der Öl- und Gasindustrie, der Petrochemie, der Feuerwehr, des Bauwesens, des Bergbaus, des Militärs, der Automobilindustrie, der Energieerzeugung und der Abwasserwirtschaft und vielen weiteren aus. Wir statten Ihr Wasserstoffprojekt mit dem richtigen Gas- und Flammenerkennungssystem für maximalen Schutz vor explosiven, brennbaren und giftigen Gasen aus.
