Badania emisji armatury w kontekście rozwoju gospodarki wodorowej
Jan Kasprzyk, Prezes Zarządu i Dyrektor Techniczny SPETECH®
Transformacja energetyczna z wykorzystaniem wodoru odnawialnego nabiera tempa, szczególnie w Unii Europejskiej. W 2020 roku Unia przedstawiła strategię wodorową, która została rozszerzona o plan REPowerEU w 2022 roku, zakładający ambitne cele w zakresie produkcji, importu i wdrażania niskoemisyjnego wodoru. Inwestycje te obejmują zarówno budowę nowych wodorociągów, jak i adaptację istniejącej infrastruktury gazowej do transportu wodoru, co wiąże się z koniecznością oceny przydatności obecnej armatury przystosowanej dotąd do przesyłu gazu ziemnego.
Wyzwania w kontekście armatury
Adaptacja infrastruktury do przesyłu wodoru wymaga analizy cech technicznych armatury, której dotychczasowy rozwój koncentrował się na pracy z gazem ziemnym. W kontekście wodoru kluczowe znaczenie ma koncepcja „hydrogen ready”, odnosząca się do urządzeń dostosowanych do pracy z mieszanką metan-wodór lub z czystym wodorem. Wyróżnia się dwa podejścia: adaptację obecnych konstrukcji do wymogów wodorowych lub tworzenie nowych rozwiązań dedykowanych do wodoru.
Różnice w charakterystyce wodoru i metanu mają zasadniczy wpływ na wymagania i projektowanie dotyczące armatury. Wodór charakteryzuje się wyższym zakresem wybuchowości (4,1–75%), niż metan (4,9–15,4%) oraz znacznie niższą minimalną energią zapłonu (0,011–0,02 mJ w porównaniu do 0,21 mJ dla metanu). Jego wysoka przenikliwość wymusza stosowanie bardziej rygorystycznych standardów szczelności w instalacjach wodorowych.
Norma EN ISO 15848
Jednym z kluczowych dokumentów normatywnych w obszarze badania szczelności armatury jest norma EN ISO 15848-1, opracowana pierwotnie dla lotnych związków organicznych i substancji niebezpiecznych. Norma ta przewiduje trzy klasy szczelności (TAB. 1) dla różnych rozwiązań materiałowych i konstrukcyjnych uszczelnień, stosując hel lub metan jako medium badawcze. Standard obejmuje zarówno badanie szczelności dławnicy, jak i połączeń korpusu, co pozwala określić czy wycieki i trwałość uszczelnień w zależności od typu armatury są dopuszczalne.
Norma zawiera także powiązane z klasą szczelności kryteria trwałości wyrażoną ilością cykli (TAB. 2) oraz rygory regulacji /dociągania dławika.
Niewątpliwym walorem normy EN ISO 15848-1 jest badanie kompletnej armatury wraz z napędem w warunkach znakomicie symulujących realne warunki pracy w zakresie temperatury pracy (TAB. 3) i ciśnienia, które jest deklarowane przez zlecającego badanie.
Specyfika przeprowadzania testów
W badaniach szczelności dławnicy stosuje się metody takie jak spektrometria helowa (metoda próżniowa) lub metoda przepłukiwania komory wokół wylotu dławnicy. Do badania szczelności połączeń korpusu używana jest EPA Method 21, umożliwiająca pomiar wycieku medium (hel lub metan) przy pomocy takich urządzeń pomiarowych, jak spektrometry masowe, czy absorpcyjne czujniki podczerwieni. W przypadku badań wodorowych norma ta adaptowana jest do specyfiki wodoru przy zachowaniu wymaganych procedur bezpieczeństwa.
Rys. 1 – Laboratorium SPETECH®: Badanie armatury Rys. 2 Laboratorium SPETECH®: Badanie armatury
wg ISO 15858-1, temperatura –46° wg API 624, temperatura +210°C
Badania armatury w Laboratorium SPETECH®
Od 2024 roku laboratorium badawcze SPETECH® prowadzi testy szczelności armatury na wodór, w szczególności dla armatury regulacyjnej o małych przelotach (DN25–DN40) wyposażonej w napędy pneumatyczne zgodne z wymaganiami ATEX. Badania wykonywane są przy ciśnieniu testowym do 110 bar, co stanowi istotny krok w ocenie zdolności armatury do pracy w instalacjach wodorowych.
Pomimo, że norma EN ISO 15848-1 wyznacza wysokie standardy szczelności, nie wszystkie egzemplarze armatury przechodzą testy pomyślnie bez konieczności modyfikacji uszczelnień. SPETECH® oferuje badania do ciśnień rzędu 700 bar w warunkach temperatur ciekłego azotu, umożliwiając ocenę armatury w zakresie zbliżonym do rzeczywistych warunków wodorowych.
Rys. 3 Laboratorium SPETECH®: Komora do badań na mediach palnych i wybuchowych
Podsumowanie i perspektywy rozwoju
Wodór stanowi kluczowy element transformacji energetycznej, a rozwój infrastruktury wodorowej wymaga przystosowania istniejących standardów i procedur badawczych, jak EN ISO 15848-1, do specyfiki wodoru. Certyfikacja armatury do instalacji wodorowych, przewidywana jako obligatoryjna w przyszłości, wymaga zarówno rozwoju technologii uszczelnień, jak i badań obejmujących specyfikę wodoru – gazu o dużej przenikliwości i wysokim ryzyku zapłonu.
Bibliografia:
1.PN-EN ISO 15848-1 Armatura przemysłowa –Procedury pomiaru ,badań i kwalifikacji dotyczące przecieków substancji szkodliwych-Część 1:System klasyfikacji i procedury kwalifikacji dla badań typu armatury.2006
2.ISO 15848-2 Industrial valves-Measurement,test and qualification procedur es for fugitive emissions-Part 2:Production acceptance test of valves.
3. https://www.tuvsud.com/pl-pl/kierunki-strategiczne/wodor/hydrogen-servic... odsłona 25.10.24