يتميز الهيدروجين بمحتوى طاقة عالٍ بالنسبة لوزنه، ولكنه منخفض جدًا بالنسبة لحجمه. ولجعل الهيدروجين مناسبًا لمركبات خلايا الوقود والنقل الصناعي، يجب ضغطه إلى ضغوط عالية جدًا، تصل عادةً إلى 350 بار (5000 رطل لكل بوصة مربعة) للشاحنات الثقيلة، و700 بار (10000 رطل لكل بوصة مربعة) لسيارات الركاب. وتُستخدم ضغوط أعلى في مستودعات التخزين المتتالية الثابتة.
تتطلب إدارة هذه الضغوط الهائلة بنية أمان موثوقة تمامًا. تتناول هذه المقالة الدور الحاسم لـأقراص التمزقوأجهزة تخفيف الضغط المنشطة حرارياً (TPRDs) في سلسلة قيمة تخزين الهيدروجين، من مقطورات الأنابيب إلى الأسطوانات المركبة من النوع الرابع.
مقطع دعائي لـ "Tube: ثورة "
قبل وصول الهيدروجين إلى محطة التزود بالوقود، يتم نقله غالبًا عبر مقطورات الأنابيب أو حاويات الغاز متعددة العناصر. تحمل هذه الأنابيب الضخمة المصنوعة من الفولاذ أو المواد المركبة مئات الكيلوغرامات من الهيدروجين.
تفرض لوائح السلامة (مثل ADR/يتخلص في أوروبا و نقطة في الولايات المتحدة) أجهزة السلامة الاحتياطية.
دورأقراص التمزقيجب حماية كل أنبوب من الضغط الزائد الناتج عن التعبئة الزائدة أو التمدد الحراري. ونظرًا للطاقة المخزنة الهائلة،قرص ممزق يجب توفير فتحة كاملة على الفور لتهوية الغاز قبل أن تتأثر سلامة الخزان.
الاتجاه السائد: نشهد تحولاً نحو استخدام أقراص الانبعاج العكسي في هذه التطبيقات. والسبب؟ قدرتها على تحمل ضغوط تشغيل تصل إلى 95% من ضغط الانفجار. وهذا يسمح للمشغلين بملء الخزانات بالقرب من الحد الأقصى دون الخوف من التسرب العرضي، مما يزيد من كفاءة النقل.
دبابات النوع الرابع وخطر الحريق:
تستخدم أنظمة تخزين الهيدروجين الحديثة خزانات من النوع الرابع (بطانة بوليمرية مغلفة بألياف الكربون). ورغم متانتها، فإن راتنج ألياف الكربون يتلف بسرعة عند تعرضه للحريق. فإذا ما اشتعلت النيران في خزان الهيدروجين، يرتفع الضغط بينما يضعف جدار الخزان، مما يُنذر بكارثة وشيكة.
وهنا يأتي دور جهاز تخفيف الضغط المُنشط حرارياً (تي بي آر دي)، والذي غالباً ما يعمل بالتزامن معأقراص التمزق.
كيف يعمل: على عكس المعيارقرص ممزق بينما يتفاعل صمام تي بي آر دي مع الضغط، فإنه يتفاعل مع الحرارة. تعمل بصلة زجاجية أو سبيكة معدنية قابلة للانصهار على فتح الصمام عندما تتجاوز درجة الحرارة حوالي 110 درجة مئوية، مما يسمح بتنفيس الهيدروجين بأمان قبل أن يرتفع الضغط إلى مستوى كافٍ لانفجار الخزان.
التمزق القرص المكون: في العديد من أنظمة التخزين الثابتة، أقرص ممزق يُوضع قبل صمام تخفيف الضغط أو صمام التنفيس لضمان إحكام الإغلاق. يُعد تسرب الهيدروجين عبر مقعد الصمام أمرًا شائعًا؛قرص ممزق يعمل كسدادة مثالية، مما يضمن عدم حدوث أي تسرب حتى حدوث حالة طارئة.
معالجة تأثير جول-تومسون ("):
من الخصائص الفريدة للهيدروجين أنه يسخن عند تمدده (تأثير جول-طومسون العكسي) عند درجات حرارة معينة. مع ذلك، أثناء عملية التنفيس السريع (التفريغ)، قد تتسبب السرعة الهائلة للغاز في حدوث اهتزازات وصدمات صوتية.
حديثأقراص التمزقصُممت أقراص تخزين الهيدروجين لتكون غير قابلة للتفتت. ففي حال تحطم القرص، قد تتطاير شظايا معدنية على الأنابيب، مما قد يؤدي إلى اشتعال تيار الهيدروجين المتسرب. لذا، تُعد تقنيات التقطيع، أو التقطيع المتقاطع، أو دبابيس التثبيت ضرورية لضمان فتح القرص بسلاسة دون إطلاق شظايا.
المعايير والامتثال: ISO 11119 و ISO 19881:
يشهد السوق العالمي اندماجاً حول معايير ISO الصارمة. ويُطلب الآن من مصنعي أنظمة تخزين الهيدروجين إجراء اختبارات دورية دقيقة على أجهزة السلامة الخاصة بهم.
أقرص ممزق لا يتم اختبار خزان ضغط 700 بار مرة واحدة فقط، بل يجب أن يتحمل آلاف دورات الضغط (التعبئة والتفريغ) دون أن يتأثر. وقد دفع هذا إلىقرص ممزق يتعين على المصنعين تطوير سبائك فائقة المتانة وتقنيات دقيقة للقطع بالليزر تضمن الاستقرار على مدى عمر أسطوانة التخزين الذي يتراوح بين 15 و20 عامًا.
مع توسع نطاق استخدام البنية التحتية للهيدروجين من مشاريع تجريبية محدودة إلى اعتماد واسع النطاق، تُصبح سلامة أنظمة التخزين أولوية قصوى. ويتجه القطاع نحو حلول متكاملة مُخصصة للضغوط العالية، بدلاً من صمامات الأمان العامة. بالنسبة للمشترين في قطاع الأعمال، يُعد فهم الفرق بين القرص القياسي وجهاز الأمان المُصمم خصيصًا للهيدروجين أمرًا أساسيًا لضمان الامتثال والسلامة العامة.
هل تُنشئ بنكًا لتخزين الهيدروجين أو مقطورة نقل؟ تأكد من أن أجهزة تخفيف الضغط لديك مطابقة لمعايير ISO. حمّل دليل السلامة الخاص بنا للهيدروجين عالي الضغط أو تواصل معنا للحصول على استشارة.
