수소 어플리케이션을 위한 밸브, 레귤레이터 및 액추에이터 선택

수소 취화(수소 보조 균열 또는 수소 유발 균열이라고도 함)는 수소 원자가 금속에 흡수되어 금속이 취약해지고 파괴되는 현상입니다. 파이프라인으로 운송되는 수소의 농도가 증가함에 따라 수소 취화 위험도 증가합니다. 이러한 위험을 관리하려면 수소 응용 분야에 사용되는 밸브와 액추에이터의 설계 및 제작을 신중하게 검토해야 합니다. 예를 들어, 전기 밸브 액추에이터는 구동 동력으로 파이프라인 가스를 사용하지 않으므로 시스템 내에서 운송되는 수소와의 접촉이 제한됩니다.

모든 유형의 전해조에는 초순수 유량 제어 밸브, 수소 유량 제어 밸브, 산소 유량 제어 밸브의 세 가지 주요 밸브 응용 분야가 있습니다. 각 응용 분야에서는 잠재적 누출, 가스 방출, 안전성, 무결성 및 제어 가능성 등 제어 밸브와 관련된 다양한 과제가 발생합니다. 수소 생산의 과제와 솔루션에 대해 자세히 알아보려면 전문가에게 문의하십시오.

현재 천연가스(NG)와 수소(H₂)의 혼합물에서 수소 비율은 일반적으로 5~10%이며, 드물게 20%에 이르기도 합니다.

수소 혼합 스테이션의 주요 구성 요소는 천연가스(NG)와 수소(H₂)의 양과 압력을 조절하는 압력 및 유량 제어 장치, NG와 주입된 수소의 양을 측정하는 유량계, 혼합물의 조성을 평가하는 GC, 그리고 프로그래머블 로직을 갖춘 제어 시스템입니다. 또한 배분망에 수소를 주입하는 경우 부취제 주입 시스템을 포함할 수 있습니다.

대부분의 CO₂ 응용 분야에서는 줄-톰슨 효과로 가스가 냉각되면서 밸브 출구에 고체 CO₂(드라이아이스)가 형성될 위험이 있습니다. 이 드라이아이스를 제거하지 않으면 출구 배관에 축적되어 유로가 위험할 정도로 좁아질 수 있습니다. 조절식 안전 밸브는 보호 대상 시스템에 필요한 유량만 배출하므로, 과압이 발생했을 때 밸브를 통과하는 유량이 너무 적어 배관 내 드라이아이스를 효과적으로 배출하지 못할 위험이 큽니다. 반면 스냅 작동식(팝 작동식) 밸브는 과압이 발생할 때마다 완전히 열려 최대 용량으로 유체를 배출합니다. 이러한 대유량은 드라이아이스를 쉽게 배출하므로 배출 배관에 위험할 정도로 축적되는 것을 방지합니다 물론 일부 초임계 CO₂ 응용 분야처럼 드라이아이스가 형성될 가능성이 낮은 조건에서는 조절식 안전 밸브를 사용하는 것이 더 적합합니다.

설계 표준화, 안전 여유 및 다양한 과압 발생 가능성을 고려해 안전 밸브는 항상 필요한 용량보다 크게 선정됩니다. 따라서 보호 대상 시스템의 압력을 안전 한도 내로 유지하는 데 필요한 양보다 훨씬 많은 양을 배출하는 경우가 많습니다. 수소 압축기에서 이러한 과도한 배출은 가스와 에너지를 크게 낭비할 뿐만 아니라 압축기 제어 시스템에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수도 있습니다. 실제 비례 제어 기능을 갖춘 파일럿 작동식 안전 밸브는 시스템의 필요에 따라 배출 유량을 0에서 최대 유량까지 비례적으로 조절할 수 있습니다. 따라서 비례 제어 기능을 갖춘 파일럿 작동식 안전 밸브는 장비 보호에 필요한 최소한의 양만 배출하여 압축기 시스템에 발생하는 교란을 줄입니다.

최종 사용처에 수소를 공급하려면 안전하고 효율적인 운송이 필요하며, 경제적 실효성과 확장성을 갖춘 최적의 솔루션을 찾기 위한 연구개발이 진행 중입니다. 현재 수소를 운송하는 주요 방법에는 네 가지가 있습니다. 1) 파이프라인 운송, 2) 압축 수소 운송, 3) 액화 수소 운송, 4) 수소를 암모니아, 메탄올 또는 액상 유기 수소 운반체(LOHC) 등의 다른 화학물질로 전환하여 운송하는 방법입니다.

수소 가스는 필요한 용량에 따라 300 bar, 500 bar, 700 bar, 1,000 bar 등의 고압으로 압축됩니다. 고압 수소는 특수 설계된 튜브에 저장되어 트럭으로 운송됩니다. 수소 가스의 압력을 원하는 수준으로 높이기 위해 다이어프램 압축기를 사용하는 경우가 많습니다. 수소 압축 스키드의 출구 압력을 제어하기 위한 압력 제어 밸브가 필요합니다.

수소 가스는 -254°C에서 액화되며, 액화 상태의 부피는 기체 상태의 1/800로 줄어듭니다. 따라서 액화 수소는 진공 단열 극저온 탱크를 이용한 대량 운송에 적합합니다. 액화 공정에는 극저온 제어 밸브, 콜드박스용 밸브 및 일반 서비스용 밸브가 필요합니다.