水素プラントの安全性に関する5つのヒント

1. 適切な圧縮水素貯蔵タンクを選択する

水素はガス、または液体として貯蔵が可能です。ガスの場合は高圧ガス（100-1,000barまたは1,400-14,500psi)が必要で、液体の場合は極低温が必要です。この記事では、圧縮水素ガスに焦点を当てます。

最適な水素プラントの安全性を保証するためには、適切な材料で作られたタンクを使用することが極めて重要です。

圧縮水素の貯蔵には、容積と圧力に応じて4種類の圧力容器のいずれかを使用します。

タイプ 1
これらの金属タンクは、通常スチール製またはアルミニウム製です。最大圧力は175バール（アルミニウム製）から200バール（スチール製）と推定されます。タイプ1のタンクは製造コストが安いですが、全体が金属でできているため重量が重いのが特徴です。液体や気体の水素を貯蔵するのに使われます。

タイプ2
これらの金属タンクはアルミニウム製ですが、金属シリンダーの周囲にフィラメントが巻かれているのが特徴です。ガラス繊維やアラミド繊維、カーボン繊維で構成されています。素材によっては、最大299バールの圧力に耐えることができます。タイプ2のタンクの重量はより軽く強度も強いですが、価格も高くなります

タイプ3
金属ライナー付きの複合材料で構成されたこのタンクは、さらに高い圧力に耐えることができます。例えば、アルミニウム/アラミドタンクは438 barまでの圧力に耐えることができます。一方、アルミニウムとカーボンの複合材は700 barまでの圧力に耐えることができます。その結果、価格も高くなります。

タイプ4
このタンクには金属が使われていません。カーボンファイバーとポリマーライナーのみで作られています。他のタイプよりも重量が軽いにもかかわらず、最大700バールの圧力に耐えることができます。欠点は、カーボンファイバーを多用するため、価格が高くなることです。

2. 適切な素材を選ぶ

水素はあらゆる材料の機械的特性に悪影響を及ぼします。例えば金属をもろくしてしまう可能性があります。その結果、その結果、引張強さ、延性、破壊靭性が失われ、疲労亀裂の成長が加速されます。

この劣化の程度は、素材、水素の圧力と温度、そして機械的負荷によって異なります。つまり、ある素材は他の素材よりも優れているということです。

想定される使用条件下で、素材が確実に機能するかを試験することが理想的です。
それが不可能な場合は、主に使用される素材について、以下を参考にしていただくことができます：

オーステナイト系ステンレス鋼
アルミニウム合金
低合金フェライト鋼
C-Mnフェライト鋼
銅合金

一方で、以下の素材は避けるべきです：

高強度フェライト鋼およびマルテンサイト鋼
ねずみ鋳鉄、可鍛鋳鉄、ダクタイル鋳鉄
ニッケル合金
チタン合金

3. 水素貯蔵タンクを設置する最適な場所を選ぶ

水素プラントの安全性に関しては、適切な貯蔵容器を選ぶだけでなく、最適な設置場所を選ぶことも重要です。

小容量の水素ボンベを室内で保管することは可能ですが、大容量の場合はお勧めできません。

屋外での保管は全体的に安全であり、特に大量の水素を保管する場合には必須です。これは、水素が偶発的に漏れた場合にガスが容易に拡散することを可能にするためです。

以下は、圧縮水素を保管するための最適な場所の特徴です。

-水素の蓄積を防ぐための良好な換気

-構造物や換気口から安全な距離に設置する

-車両の往来や落下物からの保護

-直射日光を避け、周囲温度が52℃(~126°F)を超えない

-不正アクセスからの保護

圧縮水素の保管に適した場所の5つの特徴

水素の蓄積を防ぐための良好な換気
構造物や換気口から安全な距離に設置する
車両の往来や落下物からの保護
直射日光を避け、周囲温度が52℃(~126°F)を超えない
不正アクセスからの保護

4. 容器や囲いの中に水素ガスが溜まるのを防ぐ

前述の通り、水素の取り扱いの際は換気が非常に重要です。

これにより、ガスが素早く拡散し、空気中の酸素と混合して引火する可能性がなくなります。

水素は非常に軽いため、室内や囲いの天井付近に必ず蓄積します。
施設設計時には、この点を考慮する必要があります。
つまり、適切な高所の換気、検知、および制御措置が必要であることを意味します。

さらに、水素漏れを完全に排除することはできないため、炎やガス検知器、そして可能であれば消火システムの設置も重要です。

水素(H2)が空気環境で放出されると、ガスはすぐに上昇し、その速度は10m/sに達します。そのため、部屋の最も高い位置での水素濃度を検出することが不可欠です。また、空気が部屋の最も高い位置から排出されるように、換気を事前に考慮する必要があります。検出器を部屋の低い位置に置くと、ガスを検知する前に、検出器より上の部屋の部分が水素の濃度が高くなりすぎて、先に満たされてしまいます。換気の場合も同様です。上から空気を導入し、低い位置で排気すると、水素が排気されません。換気は下から上に向かって行う必要があります。

通常運転時は、換気はそれほど多くくありません。部屋の最も高い位置でガスを検知した場合のみ、直ちに大量の空気（ガス混合）を抽出する必要があります。水素(H2)トラックの製造用の新しい建物（その中で水素を充填する場合も含む）では、天井付近（高さ10メートル以上）にガス検知器を設置し、ガスが検知されると、屋根が自動的に開く仕組みを導入できます。

5. 水素の漏れを防ぐ

水素を使用する運用においては、水素は非常に小さな元素であるため、漏れは大きな問題であり、事故の大部分を占めています。

それらを防ぐ方法の一つは、漏れ検知器を設置することであり、定期的にメンテナンスとテストを行う必要があります。いずれにしても、漏れ試験は定期的に実施すべきであり、バルブの動作確認も必要です。

2つの一般的な試験方法は、シャボン玉溶液の使用または携帯用水素検知器の使用です。定期的な検査に加え、プラントのオペレーターは継手を再組み立てする際に必ず漏れの有無を確認する必要があります。更に、さらに、システムの接続部は、腐食、浸食、ひび割れ、膨らみ、気泡、その他いかなる形の劣化の兆候がないか検査する必要があります。