Die Bedeutung von Dichtheitsprüfungen in der Wasserstoffwirtschaft
Obwohl Wasserstoff als Kraftstoff sauberer ist als Kohlenwasserstoffe, verursacht er eine etwa 10-mal stärkere Erwärmung der Atmosphäre als CO2, wenn er aus der Infrastruktur entweicht. Daher ist die Minimierung von Wasserstoffleckagen von der Wasserstofferzeugung über die Wasserstoffspeicherung bis hin zur Wasserstoffnutzung von großer Bedeutung. In dem Maße, in dem die Wasserstoffwirtschaft durch neue Investitionen wächst, wird eine genaue Dichtheitsprüfung der Wasserstoffinfrastruktur noch wichtiger.
Helium-Lecktests
Eine traditionelle Lösung, die sich in vielen Industriezweigen für die hochpräzise Lecksuche bewährt hat, auch in der Wasserstoffindustrie, ist
Helium-Lecktest. Bei der Helium-Dichtheitsprüfung wird Helium als Trägergas verwendet, wobei die Leckrate durch die Bestimmung der Helium-Durchlassrate und die Verwendung von Helium-Detektoren wie in Gaschromatographie-Massenspektroskopie-Systemen (GC-MS) bestimmt wird.
Einige der Hauptvorteile der Verwendung von Helium als Trägergas für Lecktests sind:
- Inert, ungiftig, nicht entflammbar und nicht reaktiv
- Kann aufgrund der geringen Partikelgröße durch mikrometergroße Lecks fließen
- Kein üblicher Bestandteil der atmosphärischen Luft und daher mit hoher Nachweisgenauigkeit
Dennoch haben Helium-Lecktests auch einige Nachteile, darunter:
Aus diesen Gründen sind Helium-Lecktests kostspielig und möglicherweise nicht unbegrenzt möglich, da die weltweiten Heliumvorräte mit der Zeit zur Neige gehen.
Wasserstoff-Lecktests
Eine alternative Methode zur hochgenauen Dichtheitsprüfung, die einige Anwendungen der Heliumdichtheitsprüfung ersetzen könnte, insbesondere in der Wasserstoffindustrie, ist die Wasserstoffdichtheitsprüfung. Bei der Wasserstoff-Dichtheitsprüfung wird Wasserstoffgas mit einem Inertgas, in der Regel Stickstoff (Helium wäre jedoch auch eine Option), gemischt, so dass der Wasserstoff eine Konzentration von weniger als 5,7% des Gesamtgemischs aufweist und als nicht brennbar eingestuft werden kann.
ISO-10156. Nach der Herstellung dieses Wasserstoff- und Inertgasgemischs, ähnlich dem Verfahren bei der Helium-Leckprüfung, können die Leckraten mit Hilfe von Wasserstoff-Leckraten und Wasserstoffdetektoren bestimmt werden.
Insbesondere für die Wasserstoffindustrie bietet die Wasserstoffdichtheitsprüfung unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas folgende Vorteile:
- Erschwingliches und reichlich vorhandenes Trägergas
- Nicht entflammbar und inert, wenn die Mischung weniger als 5,7% der Gesamtmischung beträgt
- Niedrige Kosten für Wasserstoffdetektoren (Wasserstoff-Massenspektrometer sind 20-mal preiswerter als Helium-Massenspektrometer)
- Sehr genaue Leckraten und Betriebsbedingungen bei Dichtheitsprüfungen, insbesondere für den Wasserstoffgasfluss
Bessere Helium- und Wasserstoff-Lecktests entwickeln
Die Massendurchflussregler und Druckregler von Alicat können zur Verbesserung der Genauigkeit von Helium- und Wasserstoffdichtheitsprüfungen sowie anderer Arten von Dichtheitsprüfungen (z. B. regulärer Druckabfall und Massendurchflussdichtheitsprüfungen) eingesetzt werden.
Nicht kontinuierlich fließende Dichtheitsprüfungen
Für Tests mit nicht kontinuierlich strömendem Helium wird ein Alicat
PCD kann an eine Vakuumpumpe und eine Heliumgasversorgung angeschlossen werden, wobei eine Druckregelungsleitung direkt zu einer Prüflingskammer und einem Helium-Massenspektrometer führt. Die Prüflingskammer wird mit der Vakuumpumpe unter Vakuum gesetzt und dann mit der Heliumversorgung auf einen Druck knapp über dem Atmosphärendruck aufgefüllt. Auf diese Weise kann die Leckrate bestimmt werden, indem der Leckstrom von außen nach innen mit dem Helium-Massenspektrometer geprüft wird.
Alternativ können Wasserstoffdichtheitsprüfungen durchgeführt werden, indem zunächst ein Alicat
MC-Serie oder CODA
KC-Serie Massendurchflussregler, um Wasserstoffgas mit einem Inertgas wie Stickstoff zu mischen. Ähnlich wie bei der Dichtheitsprüfung mit nicht kontinuierlich strömendem Helium kann ein Alicat PCD an eine Vakuumpumpe und eine Wasserstoffgasversorgung angeschlossen werden, wobei eine Druckregelungsleitung direkt zu einer Prüflingskammer und einem Wasserstoffmassenspektrometer führt. Die Prüflingskammer wird zunächst mit der Vakuumpumpe unter Vakuum gesetzt und dann mit der Wasserstoffgasversorgung auf einen Druck knapp über dem Atmosphärendruck aufgefüllt. Auf diese Weise kann die Leckagerate bestimmt werden, indem der Durchfluss von der Außenseite zum Inneren des Prüflings mit dem Wasserstoffmassenspektrometer geprüft wird.
Druckabfall- und Massenstrom-Wasserstoff- und Helium-Lecktests
Obwohl weniger gebräuchlich als die oben beschriebene Methode zur Prüfung der Leckrate eines Prüflings mit Wasserstoff oder Helium, können Druckabfall- und Massendurchfluss-Lecktests auch mit Helium und Wasserstoff als Trägergas durchgeführt werden.
Bei der Druckabfall-Dichtheitsprüfung mit Wasserstoff oder Helium wird der Prüfling mit einem Helium- oder Wasserstoff-Inertgasgemisch auf einen bestimmten Druck gebracht und durch Schließen eines Einlassventils von seiner Druckquelle getrennt. Ein Druckmessumformer misst den Druckabfall über die Zeit, der einer bestimmten Leckrate entspricht.
Es gibt einige Methoden zur Dichtheitsprüfung des Massendurchflusses mit Wasserstoff oder Helium.
Bei der ersten Methode wird eine Helium- oder Wasserstoffgasversorgung über eine Durchflussleitung mit einem Druckmessgerät an den Prüfling angeschlossen.
PC3 Druckregler und entweder ein
M-Serie oder
MW-Serie Massendurchflussmesser. Der PC3 befindet sich stromaufwärts des Massendurchflussmessers und ist zur Messung des Drucks stromabwärts des Massendurchflussreglers angeschlossen. Der Druckregler bringt den Prüfling mit Hilfe der Wasserstoff- oder Heliumgasversorgung auf einen konstanten Druck, während der Massendurchflussmesser die entsprechende Helium- oder Wasserstoffleckrate anzeigt. Aufgrund der Kosten für das Austreten von Helium bei dieser Art von Prüfung ist sie wahrscheinlich eher für die Verwendung von mit Wasserstoff gemischten Inertgasen geeignet.
Bei der zweiten Methode wird eine Helium- oder Wasserstoffgasversorgung über eine Durchflussleitung mit einem einzelnen MC-Series oder
MCW-Serie Massendurchflussregler, der einen konstanten Druck aufrechterhält und gleichzeitig die zugehörige Leckrate in Echtzeit ausliest. Im Vergleich zur vorherigen Massendurchflussmethode ist diese Methode weniger geeignet für große Volumina mit geringen Leckraten und erfordert eine längere Stabilisierungszeit, um auf den Betriebsdruck der Prüfung zu kommen.
