5 mẹo để đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất khí hydro

Tùy thuộc vào thể tích và áp suất, một trong bốn loại bình chịu áp suất nên được sử dụng để lưu trữ khí hydro nén:

• Loại I - Bình chứa hydro bằng kim loại 
  Các bình chứa hydro áp suất cao loại I thường được làm từ thép hoặc nhôm. Chúng có khả năng chịu được áp suất tối đa khoảng 175 bar (nhôm) đến 200 bar (thép).
  Ưu điểm của loại này là chi phí sản xuất thấp, nhưng trọng lượng lớn do toàn bộ cấu trúc đều là kim loại. Loại bình này được sử dụng để lưu trữ khí hydro nén và hydro lỏng trong các hệ thống đơn giản.

• Loại II - Bình nhôm có gia cường bằng sợi 
  Loại bình này vẫn sử dụng nhôm làm lõi, nhưng được gia cường bằng sợi thủy tinh, aramid hoặc sợi cacbon quấn quanh thân bình. Tùy vào loại vật liệu chế tạo bình hydro, chúng có thể chịu được áp suất lên đến 299 bar.
  So với loại I, bình II nhẹ hơn, bền hơn, nhưng cũng có giá thành cao hơn. Đây là lựa chọn phổ biến trong các hệ thống lưu trữ khí hydro nén có yêu cầu cao hơn về hiệu suất và độ an toàn.

• Loại III - Bình composite có lớp lót kim loại
  Loại bình này được cấu tạo từ vật liệu tổng hợp kết hợp với lớp lót kim loại bên trong. Ví dụ, bình nhôm/aramid có thể chịu được áp suất lên đến 438 bar, còn bình nhôm/sợi cacbon có thể chịu được tới 700 bar. Nhờ khả năng chịu được áp suất cao, loại III thường được sử dụng trong các ứng dụng an toàn nhà máy hydro hiện đại, tuy nhiên chi phí sản xuất cũng cao hơn.

• Loại VI - Bình composite hoàn toàn không kim loại
  Đây là loại bình tiên tiến nhất, không chứa kim loại, được làm hoàn toàn từ sợi cacbon với lớp lót bằng polymer.
  Chúng có thể chịu được áp suất tối đa 700 bar, nhưng lại nhẹ hơn so với các loại khác. Nhược điểm là giá thành cao do sử dụng nhiều sợi cacbon cao cấp, nhưng lại rất phù hợp với các hệ thống lưu trữ năng lượng hydro yêu cầu hiệu suất cao và trọng lượng nhẹ.

Khi nói đến an toàn nhà máy hydro, việc lựa chọn đúng loại bình chứa khí hydro nén là rất quan trọng - nhưng vị trí lắp đặt cũng đóng vai trò không kém phần thiết yếu.

Mặc dù có thể lưu trữ các bình chứa hydro nhỏ trong nhà, nhưng điều này không được khuyển nghị đối với các hệ thống có thể tích lớn.

Lưu trữ ngoài trời thường an toàn hơn và thậm chí là bắt buộc đối với các hệ thống lưu trữ hydro quy mô lớn, vì nó cho phép khí hydro thoát ra dễ dàng trong trường hợp xảy ra rò rỉ khí hydro.

Dưới đây là các đặc điểm của một vị trí tối ưu để lắp đặt hệ thống lưu trữ khí hydro nén:

• Thông gió tốt để ngăn ngừa tích tụ khí hydro.
• Cách xa các công trình xây dựng và cửa hút gió.
• Được bảo vệ khỏi xe cộ và vật rơi.
• Không bị ánh nắng trực tiếp, và nhiệt độ môi trường không vượt quá 52°C (~126°F).
• Được kiểm soát truy cập, tránh tiếp cận trái phép.

Như đã đề cập ở trên, hệ thống thông gió đóng vai trò cực kỳ quan trọng khi làm việc với khí hydro.

Thông gió giúp khí hydro thoát ra nhanh chóng, tránh việc hình thành hỗn hợp dễ cháy với oxy trong không khí.

Do hydro có khối lượng rất nhẹ, khí này thường tích tụ gần trần nhà hoặc khu vực kín phía trên. Điều này cần được xem xét kỹ lưỡng khi thiết kế hệ thống lưu trữ hydro, bao gồm việc bố trí thông gió ở vị trí cao, cũng như các biện pháp phát hiện và kiểm soát khí hydro.

Ngoài ra, vì rò rỉ khí hydro là rủi ro không thể loại trừ hoàn toàn, nên cần lắp đặt cảm biến phát hiện khí và/hoặc lửa, và lý tưởng nhất là có hệ thống dập lửa tự động.

Khi hydro được giải phóng trong môi trường không khí, khí sẽ bay lên ngay lập tức với tốc độ khoảng 10 m/s. Vì vậy, việc phát hiện nồng độ hydro tại điểm cao nhất trong phòng là bắt buộc.

Hệ thống thông gió cũng cần được thiết kế để hút khí từ điểm cao nhất, vì nếu đặt cảm biến ở vị trí thấp, phần phía trên sẽ bị tích tụ hydro trước khi cảm biến phát hiện được. Tương tự, nếu luồng gió vào từ trên và thoát ra ở dưới, thì hydro sẽ không được loại bỏ hiệu quả.

Luồng thông gió nên đi từ dưới lên trên để đảm bảo khí hydro được thoát ra ngoài.

Trong điều kiện vận hành bình thường, lưu lượng thông gió không cần quá lớn. Tuy nhiên, khi phát hiện khí hydro ở phía trên, cần ngay lập tức hút một lượng lớn không khí (hỗn hợp khí) ra khỏi phòng.

Tại các công trình mới như nhà xưởng sản xuất xe tải chạy bằng hydro, nơi xe được nạp khí ngay trong nhà, có thể lắp cảm biến khí gần mái nhà (cao hơn 10 mét). Khi phát hiện khí hydro, mái nhà sẽ tự động mở ra để thoát khí.

Rò rỉ khí hydro là một vấn đề nghiêm trọng trong quá trình vận hành, vì hydro là nguyên tố cực kỳ nhỏ và là nguyên nhân chính gây ra nhiều sự cố trong các nhà máy.

Một cách hiệu quả để ngăn ngừa rò rỉ là lắp đặt cảm biến phát hiện khí hydro, và cần bảo trì, kiểm tra định kỳ các thiết bị này.

Dù có hệ thống phát hiện, việc kiểm tra rò rỉ thường xuyên vẫn là bắt buộc, bao gồm cả việc kiểm tra hoạt động của các van.

Hai phương pháp kiểm tra phổ biến là:

• Dùng dung dịch tạo bong bóng xà phòng
• Sử dụng máy dò khí hydro cầm tay

Ngoài các kiểm tra định kỳ, người vận hành nhà máy cần kiểm tra rò rỉ mỗi khi lắp ráp lại các khớp nối.

Hệ thống cũng cần được kiểm tra các dấu hiệu hư hỏng như:

• Ăn mòn
• Mài mòn
• Nứt gãy
• Phồng rộp
• Bong tróc
• Hoặc bất kỳ hình thức xuống cấp vật liệu nào

Việc lưu trữ và vận hành khí hydro trong môi trường công nghiệp đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ để đảm bảo an toàn nhà máy hydro và bảo vệ con người cũng như tài sản. Qua bài viết này, chúng ta đã điểm qua 5 yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa độ an toàn:

1. Lựa chọn đúng loại bình chứa hydro – phù hợp với áp suất và thể tích sử dụng.
2. Chọn vật liệu chế tạo phù hợp – tránh hiện tượng giòn vật liệu và suy giảm cơ học do ảnh hưởng của hydro.
3. Bố trí vị trí lắp đặt tối ưu – đảm bảo thông gió, cách ly, và kiểm soát nhiệt độ môi trường.
4. Ngăn ngừa tích tụ khí hydro – thiết kế hệ thống thông gió và cảm biến tại điểm cao nhất của không gian.
5. Phòng tránh rò rỉ khí hydro – kiểm tra định kỳ, lắp đặt thiết bị phát hiện và xử lý sự cố kịp thời.

Việc tuân thủ các nguyên tắc này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mà còn nâng cao hiệu quả vận hành trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng hydro và máy nén khí hydro công nghiệp.