Kategória: Tudástár

Kihívások, nehézségek és megoldások

Miért kiemelten fontos a hidrogén tömeg- vagy térfogatáramának mérése?

Aligha lehet kérdés, hogy a hidrogén felhasználása során kritikus szerephez jut az áramló mennyiség pontos mérése. 

A fogyasztás pontos ismerete előfeltétele annak, hogy a hidrogént biztonságos, gazdaságos, megbízható és kiszámítható fűtőanyagként használhassuk, akár közlekedésben és szállítmányozásban, akár fűtéstechnikai- vagy villamosenergetikai alkalmazásokban.

Az úgynevezett Zöld Hidrogén, melyet elektrolízissel, megújuló erőforrásokat felhasználva állítanak elő, egyfajta energiatárolási lehetőséget biztosít az egyébként megjósolhatatlan hozamú források (szél- és napenergia) számára. Az ilyen tárolóegységek szintén tartalmaznak áramlásmérőket.

Maguk az elektrolizálók is nagyban támaszkodnak ilyen mérési adatokra. Mivel idővel csökken az elektrolízis hatásfoka, a valós- és elméleti hozam állandó felügyelete nélkül nem készíthető pontos karbantartási terv, és nem minimalizálható a termelés tömegegységre vonatkoztatott átlagos költsége. Fontos követelmény, hogy az áramlásmérő nyomásvesztesége a lehető legalacsonyabb legyen, hiszen az elektrolizáló berendezések általában 35 bar alatti nyomástartományban üzemelnek.

A hidrogén meghajtású járművek töltési folyamata nagyban eltér a hagyományos, folyékony tüzelőanyagot használó belsőégésű motoros járművekétől. A töltés kezdetén a jármű tankjában alacsony (akár 1-2 baros) nyomás uralkodik, míg a töltőrendszer nyomása igen magas (700+ bar). Ahogy a tank megtelik, és a nyomása növekszik, a töltés sebessége csökken. Közben a hidrogén hőmérséklete is folyamatosan változik, különösen a rendszerben található szabályozóelemeknél (fúvókák, szelepek, kompresszorok). Elengedhetetlen tehát a gáz jellemzőinek pontos ismerete, hiszen ha – például – 350 baros nyomás, és 20 °C hőmérséklet mellett a sűrűség számításában 1%-os a hiba, akkor a teljes tömegáramban 0,5% eltérés jelentkezik. Ezért a mérőrendszernek folyamatosan figyelnie – és adott esetben szabályoznia – kell a nyomást és hőmérsékletet (lásd a Joule-Thomson hatásról szóló bejegyzésünket).

A térfogat/tömegáram mérésének lehetőségei

A különböző gázipari alkalmazásokban évtizedek óta fejlesztenek mérőegységeket, azonban ezek nem mind, vagy nem könnyen ültethetőek át hidrogénes rendszerekre (lásd alább). Általános szabály, hogy ilyen alkalmazások esetén ajánlott kerülni a mozgó alkatrészeket, mert ezek kopása és elhasználódása további bizonytalansági faktorokat visz a mérésbe. A legtöbb, hidrogént használó alkalmazásban csak robbanásbiztos (ATEX) kivitelű mérőeszköz fogadható el. Ezen feltételeket számbavéve három fő típus jöhet szóba:

1. Ultrahangos mérőeszközök

Az ultrahangos mérés során először az áramlás irányába, majd azzal ellentétesen bocsátanak ultrahang-hullámokat a mérendő közegbe. Előbbi rövidebb idő alatt érkezik a vevőhöz hiszen a hullám mintegy “utazik” az áramlással. A két mért idő, illetve a közegben jellemző hangsebesség ismeretében kiszámítható az áramlás sebessége. Számos más gáz esetében ipari alkalmazásban elterjedten használják őket, mivel a mérőeszközön a nyomásesés minimális, hiszen gyakorlatilag nem csökkentik a cső áramlási keresztmetszetét. 

Specifikusan hidrogén közegben történő alkalmazásuknak azonban számos nehézsége van:

• A hidrogén rendkívül jól elnyeli az ultrahang tartományú hullámokat (alacsony sűrűsége miatt), így a jel/zaj arány igen kedvezőtlenül alakul.
• A hidrogén viszkozitása és sűrűsége alacsony (rendre nagyjából 80%, illetve ⅛-a a metánénak), a hang terjedési sebessége benne viszont igen magas, mintegy háromszorosa a metán közegben mérhetőnek. Mivel ez az érték nagyban függ a nyomástól és hőmérséklettől, komoly pontatlanságot vihet a mérésbe. 
• Kevés az ipari tapasztalat, illetve ennek következtében a megbízható kalibráció hidrogénipari alkalmazásokra.
• A hidrogénes rendszerek gyakran igen nagy nyomáson működnek (akár 700+ baron), mely a legtöbb, más közegekre kifejlesztett műszer működési tartománya fölött van. 

Összességében elmondható, hogy még hosszú fejlesztés és kísérletezés szükséges ahhoz, hogy elterjedt, elérhető árú és megbízható ultrahangos térfogatáram-mérők álljanak rendelkezésre a H2 iparban. Járműves alkalmazásnál külön nehézséget jelent, hogy kialakult áramlást kell biztosítani a szenzor csőszakaszában, így mind az alvíz, mind a felvíz oldalon hosszú, egyenes szakaszokra van szükség, mely nem mindig kivitelezhető.

2. Coriolis-elven működő eszközök

A Coriolis mérők direktben tömegáramot mérnek, így nincs szükség a sűrűség ismeretére. Rezgésbe hozott csövek segítségével mérik az átáramló tömeget, melyek merevsége azonban érzékeny lehet a nagyon alacsony hőmérsékletre, vagy nagyon magas nyomásra, utóbbi hangsúlyozottan fordul elő a H2 iparban, de a mérőrendszerek ezt általában a számítás során kompenzálják. Noha maga a mérőeszköz helyigényesebb, működéséhez nem szükséges kialakult áramlás, így beépítési feltételei kedvezőbbek az ultrahangos mérőknél. A nyomásesés azonban a három típus közül itt a legjelentősebb. Ezen felül érzékenyek a környezet rezgéseire, és a csöveket érő mechanikai hatásokra, így járműipari alkalmazásuk korlátozott. Általában jelentős költségvonzatuk van, illetve használat előtt mindenképpen kalibrálni kell hidrogénre, ami megfelelő referencia-mérés hiányában meglehetősen nagy kihívást jelenthet.

3. Nyomáskülönbségen alapuló mérés

A harmadik lehetőség a nyomáskülönbségen alapuló mérőeszköz, mely egy kisebb, kontrollált nyomásesést hoz létre az áramlásban, majd ebből a Bernoulli-egyenlet segítségével számol térfogatáramot. Egy kalibrált mérőperemmel leszűkítik az áramlási keresztmetszetet, és a geometria, valamint az anyagjellemzők ismeretében a térfogatáram meghatározható. A szükséges nyomásesés általában alacsony, vagy közepes (a fentebbi eszközökhöz viszonyítva). Bizonyos típusoknál előírás a kialakult áramlás, akár 19-40D egyenes csővel a felvíz oldalon, vannak azonban olyan megoldások, melyek ezt ki tudják küszöbölni. Parnerünk, a GM Flow által kifejlesztett kúpos nyomáskülönbség-mérő (DP Cone meter) pontosan ilyen. A skóciai cég, a csapatban összesen 100 éves fejlesztői, tervezői tapasztalattal rendelkezik gázok áramlásának mérésben, és legújabb szabadalommal védett eszközük, a Hy-Cone kifejezetten hidrogénes alkalmazásokhoz készült. A nyomásesés az eszközön kevesebb, mint 1 bar és nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, ezért megbízhatóan biztosítja a lehető legnagyobb hozamot az eszközön keresztül. Szívesen ajánljuk az Ön H2 projektjéhez is!

Kép forrása: https://www.gmflow.co.uk/flow-measurement/

Források:

• https://www.tuvsud.com/en-gb/-/media/regions/uk/pdf-files/event-documents/flow-may-2023/3-challenges-of-hydrogen-meteringsadri.pdf
• https://hyfindr.com/en/hydrogen-knowledge/hydrogen-flow-meter
• https://www.gmflow.co.uk/flow-measurement/
• A borítókép forrása: https://www.gmflow.co.uk/renewables/

Steve Yorke-Robinson köszöntője

Az alábbiakban partnercégünk,a Pressure Tech köszöntőjét olvashatják:

“Még évekkel ezelőtt ajánlottak nekem egy menedzsmentről szóló könyvet, a “Traction”-t, Gino Wickman tollából, és ennek egy fejezete azt magyarázza, hogy milyen fontos a terveinket rövid- és hosszútávú célokra bontani, illetve kiemelt prioritással kezelni azokat, amiket ő csak “Sarokköveknek” (“Rocks”) nevez. A könyv szellemiségét jól bemutató mondásainak egyike: A támogatás nélküli vízió csak illúzió. Ezt a filozófiát a Pressure Technél magunkénak érezzük, és igyekeztünk az elmúlt évben eszerint dolgozni. 

Az elmúlt hónapokban “Sarokköveink” az amerikai és indiai piacok megerősítése voltak, melyek élére két új Business Development Manager került. Üdvözöljük a fedélzeten Shanmuga Sundaramot és Wade Brandont! Nagy potenciált és lehetőséget látunk ezeken a piacokon.

Sikerült bővítenünk a termékportfóliónkat a hidrogénmeghajtású járművek piacán, legyenek azok akár üzemanyagcellás, akár belsőégésű változatok. Az október végi, hamburgi Hydrogen Technology Kiállításon be is mutattuk a teljes palettát: híreink között megtalálhatóak az ott bemutatott termékek. 

A csapat hihetetlen munkát végzett a piaci helyzetünk, vevői kapcsolataink és lefedettségünk megerősítésében és bővítésében, és sokat tettünk azért, hogy a piac minden szereplője értesüljön új fejlesztéseinkről. A legjobb, hogy ez még csak a jéghegy csúcsa! Ahogy készülünk a jövő évi, 25 éves évfordulónkra, új termékeket vezetünk be a piacra még az év vége előtt. 

Reméljük Önök is alig várják már a közös munkát velünk a következő évben, és együtt érhetjük el közös “Sarokköveinket” az előttünk álló hónapokban!

Megkeresésüket jövőre is tisztelettel várjuk!

(Eredeti hír: https://www.pressure-tech.com/?page=news&id=232&y=0000)

Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 8. rész

A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért:

A sorozat nyolcadik részében a következő témával foglalkozik:

Mit értünk „kúszás” (creep) alatt?

Egy másik, az iparágban gyakran megjelenő kifejezés a „creep”, vagyis kúszás, melynek megértése szintén elengedhetetlen. Jelentése, hogy a kilépő oldali nyomás lassan növekszik a szabályozó zárt állásában. Ez valamilyen belső szivárgásra utal, és a nyomásszabályzó azonnali javítását teszi szükségessé.

Több faktor is okozhat efféle kúszást, de 100 esetből 99-ben az ok valamilyen, felvíz oldalról bejutó szennyeződés. Éppen ezért számos szabályzónkat már eleve beépített szűrővel forgalmazzuk, ha ennek hiányában mindenképpen ajánlott egy külső szűrő beépítése. A szennyezők miatt megsérülhet a szelepülék, vagy a fő szeleptest, ami lehetetlenné teszi a sikeres és teljes zárást. Ha nem teszünk ellene, a kilépési nyomás be fog állni a belépő oldali nyomás szintjére.

A nyomásszabályzó alvíz-oldalára minden esetben ajánlott egy biztonsági nyomáshatároló beépítése. A nyomásszabályzókat tilos elzárószelepként beépíteni!

Ha Ön ilyen jelenséget tapasztal a rendszerében, segítünk Önnek megoldani!

Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 6. rész

A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért:

A sorozat hatodik részében a következő témával foglalkozik:

Mi az a fojtott áramlás, és hogyan kerülhető el?

Ha nyomásszabályzót választunk, vagy méretezünk, mindenképpen el kell kerülnünk, hogy fojtott áramlás alakuljon ki benne. Ekkor ugyanis a szabályzó teljesen nyitott állapotban van, és elveszítjük a további kontrollt az áramlási paraméterek felett hiszen ha a szabályzó fojtott üzemállapotban van, a nyomáskülönbség további növekedése nem eredményez magasabb térfogatáramot. Ezért is nagyon fontos, hogy a méretezésnél pontosan ismerjük mind a felvíz-, mind az alvíz-oldali jellemzőket, és azok potenciális változásait.

Ha biztos akar benne lenni, hogy a méretezési, kiválasztási folyamat helyes eredményre vezet, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk!

A kép forrása: Computational study of compressible flow through choke valve

Lemar Wright videósorozata a nyomáshatárolókról: 4. rész

A Pressure Tech mérnöke, Lemar Wright (angol nyelvű) videósorozatban magyarázza el a nyomásszabályzók működését, tisztán és közérthetően, az egyszerű megértésért:

A sorozat negyedik részében a következő témával foglalkozik:

Hogyan válasszunk, hogyan méretezzünk egy nyomásszabályozót?

• A nyomásszabályzók méretezéséhez az áramlási tényezőt (Cv, vagy Kv értéket) használjuk. Ez lényegében az adott szabályzó áramlási kapacitását jellemző érték.
• Négy fő kiindulási adatot kell szem előtt tartanunk:

1. Belépő, vagy felvíz oldali nyomás
2. Kilépő, vagy alvíz oldali nyomás
3. A szabályozni kívánt közeg
4. Térfogatáram

• Ezen értékek ismeretében felírhatunk egy egyenletet a szelep Cv értékére. Ezzel kiszámítható a szükséges átömlési- vagy szelepülék méret. Fontos, hogy ezen értékek teljes tartományát ismerjük, hiszen csak így biztosítható, hogy a választott szabályzó megfelel az alkalmazásunkhoz.
• Az elméletileg szükséges Cv értéket összevetjük a szóba jövő szabályzók áramlási görbéivel. Íme egy példa egy ilyen görbére, és annak három tartományára:
• • Az első a kezdeti nyitási fázis, mely a kapacitás 0 és 10% százaléka között jellemzi a szabályzót. A jelenség hátterében az áll, hogy a rendszerünk statikus állapotból dinamikusba vált.
  • A második tartományt relatíve stabil kilépő nyomás jellemzi, a térfogatáram jelentős növekedése mellett, nagyjából a kapacitás 10 és 80%-os kihasználtsága között. Célunk, hogy a szabályzó ebben a tartományban működjön.
  • Végül elérjük a fojtott áramlás tartományát, 80 és 100%-os kapacitás között.
• Célunk, hogy olyan szabályzót segítsünk választani, mely az alkalmazás változatos körülményei között a leghatékonyabban tölti be a kívánt funkciót. Ebben segítenek minket a különböző terhelési mechanizmusok, kiegyensúlyozás, anyagválasztás, érzékelő elemek, melyekkel termékeinket az Ön egyedi elvárásaihoz alakíthatjuk.

Ha többet szeretne megtudni a szabályozók méretezéséről, kiválasztásáról, és hogy milyen egyedi megoldásokkal segíthetünk Önnek, ne habozzon felvenni velünk a kapcsolatot!

Kép forrása: Pressure Tech