水素用途のためのバルブ、レギュレータ、アクチュエータの選定

水素脆化（水素誘起割れとも呼ばれる）は、水素原子が金属に吸収されることで発生し、金属を脆くして破断させる現象です。 パイプライン内で輸送される水素の濃度が高まるにつれて、水素脆化のリスクも増加します。 このリスクを管理するためには、水素サービスにおけるバルブとアクチュエータの設計および製造を慎重に検討する必要があります。 たとえば、電気バルブアクチュエータは電力にパイプラインガスを使用していないため、システムに持ち込まれている水素との接触が制限されます。

全てのタイプの電解装置に適用可能な 3 つの主要アプリケーション（例えば、超純水流量コントロールバルブ、水素流量コントロールバルブ、酸素流量コントロールバルブ）があります。 各アプリケーションは、潜在的な漏れ、アウトガス、安全性、完全性、コントロール性など、コントロールバルブに様々な課題を提起します。 水素製造の課題やソリューションについて詳細を知りたい場合は 、当社のエキスパートにお問い合わせください 。

現在、天然ガス/水素混合ガス中の水素含有率は 5% から 10% の範囲であり、ごく稀なケースでは 20% に達することもある

水素混合ステーションの主要構成要素は以下の通りです：天然ガス（NG）と水素（H2）の量および圧力を調整する圧力・流量制御装置、注入されるNGと水素の量を測定する流量計、混合ガスの組成を評価するガスクロマトグラフ（GC）、ならびにプログラマブルロジックを備えたコントロールシステム。 また、水素を配管網に注入する場合、臭気剤注入システムを含めることができます。

ほとんどの CO2 アプリケーションでは、Joule-Thomson 効果によるガスの冷却により、バルブ出口で固体 CO2（「ドライアイス」）が形成されるリスクがあります。 除去されない場合、このドライアイスは排出パイプ内に蓄積し、危険なほど流れの経路を狭めます。 変調安全バルブは保護対象システムに必要な量のみを流すため、過圧発生時に変調安全バルブを通る流量が小さすぎて、配管内のドライアイスを効果的に除去できないリスクが高いです。 一方、スナップ作動（または「ポップ」作動）バルブは、過圧が発生するたびに常に完全に開き、全容量を排出します。この大流量により、ドライアイスは容易に排出され、排気配管内での危険な蓄積を回避します。 もちろん、ドライアイスが生成されにくい条件下（例えば超臨界 CO2 応用の一部の場合など）では、変調安全バルブの使用が好ましいです。

設計の標準化、安全余裕、および様々な過圧シナリオの可能性により、安全バルブは常に過大に設計されます。それらは、保護対象システムが安全な圧力範囲内に留まるために必要な量よりもはるかに多くの量を排出することがよくあります。 水素コンプレッサにおいて、この過剰なリリーフはガスとエネルギーの大きな浪費となるだけでなく、コンプレッサコントロールシステムに望ましくない相互作用を引き起こす可能性があります。 TRUE 変調式パイロット動作安全バルブは、システムの必要に応じて、0 から最大流量まで完全に比例的に排出することが可能です。 したがって、TRUE 変調式パイロット動作安全バルブは、機器を保護するために必要な最小限の排出量に抑え、それによって圧縮機システムへの擾乱を制限します。

水素の最終用途における普及には安全かつ効率的な輸送が不可欠であり、経済的に重要かつ拡張可能な最適な解決策を見出すための研究開発が継続されています。 現在、水素を輸送する主な方法は4つあります：1) パイプライン、2) 圧縮水素、3) 液化水素、4) アンモニア、メタノール、液体有機水素キャリア（LOHC）などの他の化学物質への水素変換です。

水素ガスは、必要とされる容量に応じて、例えば300 bar、500 bar、700 bar、1000 bar といった高圧で圧縮されます。 高圧水素は特別に設計されたチューブに貯蔵され、トラックで輸送されます。 ガス状水素の圧力を所定のレベルまで上昇させるために、ダイヤフラム式コンプレッサが用いられるのは一般的です。 水素圧縮スキッドの排出圧力を制御するには、圧力コントロールバルブが必要です。

水素ガスは -254℃ で液化し、その状態での体積は気体状態の 1/800 となります。 したがって、液化水素は真空断熱式極低温タンクによる大量輸送に適しています。 液化プロセスには低温コントロール、コールドボックス、および汎用サービスバルブが必要です。