Teknologi Sel Bahan Bakar Hidrogen untuk Keamanan &Keandalan

Empat Kualitas yang Harus Diperhatikan dalam Kelengkapan untuk Teknologi Sel Bahan Bakar Hidrogen

Charles Hayes, Pimpinan Insinyur Pengembangan Produk Baru, dan Charles Erml, Manajer Produk, Swagelok

Salah satu tantangan paling berat dalam pengembangan kendaraan dan infrastruktur sel bahan bakar hidrogen yang aman, andal, dan anti bocor adalah sifat hidrogen itu sendiri.

Hidrogen adalah gas molekul kecil. Itu dapat dengan mudah keluar melalui celah terkecil dan menyebar ke bahan yang dirancang untuk menampungnya. Di pasar transportasi, hidrogen juga harus disimpan pada tekanan lebih dari 700 bar untuk mencapai kepadatan energi yang diperlukan pada kendaraan. Dan di stasiun pengisian bahan bakar, perubahan suhu dan tekanan yang cepat juga dapat memengaruhi integritas sistem saat hidrogen meninggalkan tangki penyimpanan dan didekompresi.

Keadaan ini menyoroti pentingnya kinerja tanpa kompromi dalam fitting yang menghubungkan bagian-bagian penting dari sistem bahan bakar hidrogen tekanan tinggi. Perlengkapan untuk teknologi sel bahan bakar hidrogen harus menunjukkan beberapa karakteristik penting untuk keandalan yang tahan lama. Sementara alat kelengkapan kerucut dan ulir tradisional telah digunakan dalam aplikasi ini, ada opsi berkinerja lebih tinggi yang tersedia saat ini. Dalam posting ini, kita akan melihat dari dekat beberapa karakteristik desain pas spesifik yang menghasilkan kinerja ideal dalam teknologi hidrogen:

Keketatan Segel

Mengingat kecenderungan hidrogen untuk menyelinap melalui bukaan terkecil, kekencangan segel gas dan ketahanan bocor adalah beberapa kriteria kinerja terpenting untuk pemasangan.

Banyak sambungan tabung tradisional disegel sepanjang satu garis kontak pada permukaan yang sempit. Sementara segel ini mungkin cukup untuk banyak cairan dan beberapa gas, sifat hidrogen yang tak kenal ampun dapat membahayakannya setelah beroperasi. Getaran juga dapat menjadi tantangan untuk segel satu baris.

Desain yang lebih baik untuk penahanan hidrogen melibatkan dua garis kontak melintasi permukaan penyegelan yang lebih panjang — satu di sepanjang tabung, dan satu lagi di sepanjang fitting. Permukaan kontak ini harus sedikit miring, memberikan tingkat tegangan yang dioptimalkan untuk mempertahankan segel tanpa kompromi. Gaya tertentu dari alat kelengkapan tabung dua ferrule dapat memberikan integritas segel semacam ini.

Kekuatan Genggaman

Kekuatan cengkeraman fitting pada tabung adalah atribut kinerja utama lainnya yang memastikan fitting dapat menahan tekanan tinggi yang diperlukan untuk pengisian bahan bakar hidrogen serta getaran signifikan yang dapat terjadi pada kendaraan yang bergerak.

Pegangan mekanis yang dikumpulkan menggunakan dua ferrule adalah desain yang ideal untuk pemasangan hidrogen untuk menciptakan cengkeraman yang kuat. Ferrule depan yang mengeras dapat memungkinkan pemasangan untuk secara fisik menggigit tabung, menciptakan peringkat tekanan yang sangat tinggi. Sementara itu, desain ferrule belakang yang unik memungkinkan sedikit gerakan dalam pemasangan (disebut "pegas belakang") sambil mempertahankan cengkeraman dan kekuatan. Jenis desain ini menciptakan ketahanan getaran yang kuat, ideal untuk pengoperasian di kendaraan dan digunakan pada infrastruktur pengisian bahan bakar, di mana kompresor dan kondisi dinamis dapat menciptakan getaran yang signifikan.

Desain mekanis dua ferrule yang memungkinkan pegas kembali juga membantu fitting menahan perubahan termal dramatis yang dapat menyebabkan material tumbuh atau menyusut. Selama pengisian bahan bakar, suhu gas hidrogen dapat bervariasi dari serendah -50ºC hingga suhu sekitar, menyebabkan masalah pada kinerja pemasangan kerucut dan ulir konvensional.

Instalasi Sederhana

Desain pas yang tepat sangat penting untuk kinerja penggunaan yang andal. Ini juga dapat menghasilkan efisiensi pemasangan dan perakitan yang signifikan untuk OEM kendaraan sel bahan bakar hidrogen dan pengembang infrastruktur hidrogen.

Beberapa alat kelengkapan pegangan mekanis yang tersedia dirancang dengan kartrid yang telah dirakit sebelumnya. Hal ini memungkinkan pemasang untuk menggunakan alat umum dan memerlukan pelatihan minimal untuk mencapai perakitan yang cepat dan tahan kesalahan. Jika dibandingkan dengan alat kelengkapan kerucut dan ulir tradisional, yang secara tradisional telah digunakan dalam sistem pengisian bahan bakar hidrogen, desain inovatif seperti Swagelok ^® Fitting seri FK menunjukkan manfaat pemasangan dan perakitan yang signifikan.

Sambungan kerucut dan ulir yang andal membutuhkan peralatan khusus, keterampilan pemasang tingkat tinggi, dan biasanya membutuhkan waktu 5x lebih lama untuk dirakit dan diuji daripada seri Swagelok FK. Manufaktur kendaraan adalah tentang kecepatan, dan kemudahan pemasangan akan sangat penting seiring dengan peningkatan infrastruktur hidrogen. Teknologi pemasangan yang tepat dapat mempercepat keduanya.

Integritas Material

Kontrol korosi penting dalam aplikasi apa pun di mana alat kelengkapan tabung diharapkan memberikan kinerja yang andal. Korosi terjadi ketika atom logam dioksidasi oleh cairan, yang menyebabkan hilangnya material di permukaan logam. Kerugian ini mengurangi ketebalan dinding komponen dan membuatnya lebih rentan terhadap kegagalan mekanis. Dalam aplikasi transportasi hidrogen, baik kendaraan maupun pompa pengisian bahan bakar secara teratur terpapar pada kondisi cuaca buruk, sehingga sangat penting bahwa bahan konstruksi dapat menahan korosi bermasalah sepanjang masa pakai sistem.

Selain itu, molekul hidrogen dapat diserap pada permukaan baja tahan karat, dan atom-atom terpisah. Mereka memiliki diameter yang sangat kecil dan dapat berdifusi ke dalam kisi kristal austenitik yang dibentuk oleh atom besi, nikel, kromium, dan molibdenum yang jauh lebih besar. Difusi ke dalam baja tahan karat 316/316L terjadi sangat lambat, tetapi pada tekanan tinggi dan dalam jangka waktu yang lama, sejumlah besar atom hidrogen dapat terakumulasi dalam kisi. Fenomena ini dikenal sebagai embrittlement hidrogen. Bahkan ketika hadir pada konsentrasi besar, atom hidrogen cenderung tidak mempengaruhi kekuatan 316/316L secara negatif. Namun, jika retak lelah ada dalam suatu komponen, atom hidrogen akan memudahkan retakan ini merambat melalui komponen. Paduan berperforma lebih rendah mungkin lebih rentan terhadap masalah ini dalam jangka panjang.

Konsentrasi kromium dan nikel yang lebih tinggi dalam komponen sistem fluida dapat membantu bertahan terhadap korosi umum dan penggetasan hidrogen dengan mempertahankan keuletan yang lebih besar pada komponen penting. American Society for Testing and Materials (ASTM) membutuhkan minimal 10% nikel dalam 316 stainless steel. Namun, telah terbukti bahwa baja tahan karat 316 berkualitas lebih tinggi dengan nikel minimum 12% lebih cocok untuk tantangan unik hidrogen.

Memenuhi Kebutuhan Sistem Hidrogen

Meskipun ada berbagai fitting tabung kompresi dan gaya lain yang mungkin berlaku untuk sistem bahan bakar hidrogen, sangat sedikit yang dirancang untuk memenuhi banyak tuntutan kinerja unik yang dibutuhkan aplikasi hidrogen.

Perlengkapan seri FK Swagelok adalah pengecualian. Dengan desain yang dipatenkan, sertifikasi EC-79 &EIHP, dan peringkat tekanan hingga 1050 bar, seri FK dirancang khusus untuk digunakan dalam aplikasi hidrogen. Terbuat dari baja tahan karat 316 dengan kandungan nikel minimum 12%, mereka telah digunakan di berbagai industri dan aplikasi sejak diperkenalkan, dan tetap menjadi pilihan optimal untuk kendaraan dan infrastruktur saat ini—dan masa depan.

Kelangsungan jangka panjang transportasi hidrogen akan bergantung pada kendaraan dan infrastruktur hidrogen yang aman, andal, dan tahan lama. Memilih dan menentukan komponen yang tepat untuk sistem kritis dapat membantu mencapai tujuan ini. Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut? Hubungi Swagelok hari ini untuk mendiskusikan bagaimana kami dapat membantu kebutuhan transportasi Anda.