Cinq conseils pour garantir la sécurité des unités de production d’hydrogène

L’hydrogène peut être stocké sous forme de gaz ou de liquide. Le premier nécessite des réservoirs haute pression (100-1 000 bars ou 1 400-14 500 psi), tandis que le second exige des températures cryogéniques. Dans cet article, nous allons parler en détail du gaz hydrogène comprimé.

Pour garantir une sécurité optimale dans une unité de production d’hydrogène, il est essentiel d’utiliser des réservoirs construits avec les matériaux appropriés.

En fonction du volume et de la pression, on utilisera l’un des quatre types de réservoirs sous pression suivants pour stocker l’hydrogène comprimé. 

Ces réservoirs métalliques sont généralement fabriqués en acier ou en aluminium. Ils peuvent résister à une pression maximale estimée comprise entre 175 bars (aluminium) et 200 bars (acier). Les réservoirs de type 1 sont peu coûteux à produire mais pèsent lourd car ils sont entièrement en métal. Ils sont utilisés pour stocker l’hydrogène sous forme liquide et gazeuse. 

Ces réservoirs métalliques sont fabriqués en aluminium mais comportent des enroulements constitués de filaments autour du cylindre métallique. Ces derniers peuvent être composés de fibres de verre/aramide ou de fibres de carbone. Selon le matériau, ils peuvent résister à une pression maximale de 299 bars. 

Les réservoirs de type II sont moins lourds et plus solides, mais aussi plus chers. 

Constitués de matériaux composites entourés d’un revêtement métallique, ces réservoirs peuvent supporter une pression encore plus élevée. Par exemple, un réservoir en aluminium/aramide peut supporter une pression allant jusqu’à 438 bars. Un composite aluminium/carbone, quant à lui, peut même résister à jusqu’à 700 bars de pression. Par conséquent, ces réservoirs sont eux aussi plus onéreux. 

Ces réservoirs ne comportent aucune partie métallique. Ils sont entièrement fabriqués en fibre de carbone avec un revêtement en polymère. Ils peuvent résister à une pression maximale de 700 bars, même s’ils pèsent moins lourd que d’autres types. Leur défaut est qu’ils utilisent beaucoup de fibres de carbone, qui les rend également plus chers. 

L’hydrogène a un effet néfaste sur les propriétés mécaniques de tous les matériaux. Il peut par exemple fragiliser le métal. Cela peut entraîner une perte de la résistance à la traction, de la ductilité et de la ténacité à la rupture et conduire à une accélération de la propagation des fissures par fatigue.

Le degré de cette détérioration dépend du matériau, de la pression et de la température de l’hydrogène ainsi que de la charge mécanique. Cela signifie que certains matériaux sont meilleurs que d’autres.  

Idéalement, les matériaux devraient être testés pour s’assurer qu’ils sont efficaces dans les conditions d’exploitation prévues

Si cela n’est pas possible, voici quelques matériaux couramment utilisés : 

• Acier inoxydable austénitique
• Alliages d’aluminium
• Aciers ferritiques faiblement alliés
• Aciers ferritiques C-Mn
• Alliages de cuivre

En revanche, les matériaux suivants sont à éviter : 

• Aciers ferritiques et martensitiques à haute résistance
• Fonte grise, fonte malléable et fonte ductile
• Alliages de nickel
• Alliages de titane 

Pour ce qui est de la sécurité d’une unité de production d’hydrogène, il est non seulement important de choisir le bon réservoir de stockage, mais aussi un emplacement optimal pour ce dernier. 

S’il est possible de stocker les petites bouteilles d’hydrogène à l’intérieur, cela n’est pas recommandé pour les grands volumes.

Le stockage en plein air est généralement plus sûr, et même requis pour les grands volumes d’hydrogène, car cela permet à l’hydrogène de se dissiper facilement en cas de fuite accidentelle.

Comme nous l’indiquions plus haut, la ventilation est extrêmement importante lorsque vous travaillez avec de l’hydrogène.
Elle garantit que le gaz se dissipe rapidement et ne puisse pas former un mélange potentiellement inflammable avec l’oxygène contenu dans l’air. 

L’hydrogène étant très léger, il va toujours s’accumuler près du plafond d’une pièce ou d’une enceinte.
Il faut en tenir compte lors de la conception de ces installations.
Cela signifie qu’il faut mettre en place des mesures appropriées de ventilation, de détection et de contrôle des pièces élevées. 

En outre, comme une fuite d’hydrogène ne peut jamais être exclue, il est également important d’installer des détecteurs de flamme et/ou de gaz et idéalement un système d’extinction d’incendie. 

Lorsque du H2 est libéré dans un environnement aérien, le gaz monte immédiatement à une vitesse de 10 m/s. Il est donc indispensable de détecter la concentration d’H2 au point le plus élevé de la pièce. Il faut également prévoir une ventilation de la pièce : l’air doit être extrait de la pièce au point le plus haut. Si vous placez le détecteur à un endroit plus bas dans la pièce, la partie de la pièce située au-dessus du détecteur se remplira d’une concentration trop élevée d’hydrogène avant même que vous ne détectiez le gaz. Il en va de même pour la ventilation. Si vous faites entrer de l’air par le haut et que vous l’évacuez à un niveau inférieur, vous ne parviendrez tout simplement pas à évacuer le H2. Le flux de ventilation doit s’écouler du bas vers le haut.

En fonctionnement normal, le débit de ventilation n’est pas très élevé. Vous ne devez immédiatement extraire une quantité massive d’air (mélange de gaz) que lorsque vous détectez du gaz dans le haut de la pièce. Les nouveaux bâtiments destinés à la construction de camions au H2 (qui sont également ravitaillés à l’intérieur de ce bâtiment), peuvent être dotés d’un détecteur de gaz près du toit (plus de 10 m de hauteur) et d’un toit qui s’ouvre tout simplement lorsque du gaz est détecté.

Les fuites constituent un problème majeur pour les opérations utilisant de l’hydrogène. C’est un facteur très petit mais qui est responsable d’une grande partie des incidents. 

Une façon d’éviter les fuites est d’installer des détecteurs de fuites, qui doivent être entretenus et testés périodiquement. Dans tous les cas, des tests d’étanchéité doivent être effectués régulièrement, ce qui inclut des contrôles du bon fonctionnement des valves.  

Deux méthodes de test courantes sont l’utilisation d’une solution de bulles de savon et le détecteur d’hydrogène portatif. Outre les tests classiques, les opérateurs doivent également vérifier l’absence de fuites chaque fois que les joints sont remontés. En outre, les raccords du système doivent être inspectés pour détecter les signes de corrosion, d’érosion, de fissuration, de boursouflage, de cloquage ou toute autre forme de détérioration.