Hydrogensikkerhet: viktigheten av å kontrollere statisk elektrisitet
Land over hele verden har satt seg det strategiske målet om å nå netto null så raskt som mulig. En av de viktigste muliggjørerne er den raske utviklingen av hydrogenøkonomien. Store mengder offentlige og private midler investeres i produksjon, lagring og transport av hydrogen, samt i nettverket av fyllestasjoner for det stadig økende utvalget av hydrogenkjøretøy.
Etter hvert som hydrogenøkonomien utvikler seg raskt, må sikkerhet ha høyeste prioritet. Standardisering er et viktig steg på veien mot netto null. Standarden ISO 19880-1:2020 er svært spesifikk når det gjelder krav til jording og utjevningsforbindelse, også for hydrogendistribusjonssystemer som lastebiler eller tilhengere. Standarden angir at elektrisk motstand mellom metalliske deler som er koblet sammen eller i kontakt med hverandre, skal være mindre enn 10 ohm.
Statisk elektrisitet som tennkilde
Hver dag oppstår det branner og eksplosjoner forårsaket av antennelse av brennbare og lettantennelige kjemikalier. En av de vanligste årsakene til antennelse er en gnist som skyldes en plutselig utladning av oppsamlet statisk elektrisitet.
Når to ulike materialer beveger seg mot hverandre, kan elektroner utveksles, slik at det blir et overskudd av positiv ladning på det ene materialet og en tilsvarende negativ ladning på det andre. Dette er dannelsen av statisk elektrisitet. Under overføring eller prosessering av et materiale kan betydelige mengder statisk ladning akkumuleres svært raskt, noe som fører til en rask økning i spenning på objektet (f.eks. en tankbil).
Spenninger kan raskt overstige gjennomslagsspenningen i den omkringliggende atmosfæren og skape risiko for en plutselig utladning til en nærliggende leder i form av en gnist.
Mengden energi som frigjøres ved denne plutselige utladningen, kan lett overstige minimum tennenergi (MIE) i den potensielt brennbare atmosfæren og dermed føre til brann eller eksplosjon.
Newson Gale eksisterer for å utvikle og produsere løsninger som reduserer denne risikoen.
Den mest effektive måten å unngå en plutselig statisk utladning på er å sikre at objektet er jordet før og under prosessen ved å gi en lavmotstandsvei til ekte jord, slik at statisk elektrisitet ikke akkumuleres.
Tabell 1, sammendrag av hendelser med statisk antennelse (Kilde: «An overview on static electricity», Disaster Prevention and Management: An International Journal, (2008))
Hydrogens spesifikke egenskaper
Årsaken til at kontroll av statisk elektrisitet er så viktig for hydrogensikkerhet, er at MIE bare er en brøkdel av den for andre drivstoff. Dette fremheves i følgende tabell hentet fra ISO Technical Report ISO / TR 15916 «Basic considerations for the safety of hydrogen systems».
Den svært lille energimengden som kreves for å antenne hydrogen, betyr at det klassifiseres i gassgruppe IIC (gassgruppe B i USA). Newson Gales Earth-Rite® II RTR er utviklet for jording av tankbiler og store kjøretøy. Den er sertifisert for installasjon og bruk i IIC-miljøer, i motsetning til mange alternative systemer.
Hvor lett hydrogen kan antennes, ble beskrevet av S Tretsiakova-McNally, Ulster University, i «Lecture: sources of hydrogen ignition and prevention measures»
(Side 10):
«Thus, whilst electrostatic charging of those who refuel their vehicles with petrol rarely gives rise to ignitions, it is significant that the voltage required for hydrogen to be ignited is below 2kV. This voltage can be generated easily on people, without them being aware of it, standing on an insulating surface, so there is a potential for personnel to ignite hydrogen leaks very easily, without any apparent ignition source being present.»
Den mest kjente hendelsen som involverer antennelse av hydrogen, er Hindenburg-ulykken i 1937. Dette enorme luftskipet var fylt med hydrogen og ble oppslukt av flammer, noe som førte til 36 dødsfall. Ifølge Konstantinos Giapis, professor i kjemiteknikk ved Caltech, ble antennelsen forårsaket av gnister da statisk elektrisitet ble utladet.
I artikkelen «Statistical analysis of fires and explosions attributed to static electricity over the last 50 years in Japanese industry» fant Ohsawa at 9 % av slike hendelser involverte hydrogen.
ISO Technical Report om hydrogensikkerhet anerkjenner tydelig en høyenergi gnistutladning som en stor risiko (5.3.7) og henviser leseren til anbefalte praksiser for jordingsmetoder som finnes i ulike nasjonale og internasjonale standarder (7.3.3.1).
Lovgivning om statisk elektrisitet i eksplosjonsfarlige atmosfærer
Antennelsesrisikoen som statisk elektrisitet utgjør, behandles i europeisk og nordamerikansk lovgivning.
I Europa sier vedlegg II i ATEX-direktivet 2014/34/EU i avsnitt 1.3.2: «Hazards arising from static electricity: Electrostatic charges capable of resulting in dangerous discharges must be prevented by means of appropriate measures».
I USA sier Code of Federal Regulations som omhandler aktiviteter i eksplosjonsfarlige områder, 29 CFR Part 1910 Occupational Safety and Health Standards, at «All ignition sources potentially present in flammable atmospheres, including static electricity, shall be mitigated or controlled».
Avsnitt 10.12 i Canadas Occupational Health and Safety Regulations (SOR/86-304) sier at dersom et stoff er brennbart og statisk elektrisitet er en potensiell tennkilde, skal arbeidsgiver «shall implement the standards set out in the United States National Fire Protection Association, Inc. publication NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity.»
Bransjens praksiskoder
NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity er én av flere bransjekoder for beste praksis som omhandler antennelsesfarer knyttet til statisk elektrisitet. Som en anerkjennelse av antennelsesrisikoen som statisk elektrisitet utgjør, utarbeides og redigeres disse publikasjonene av komiteer av tekniske eksperter som deltar i prosessindustrien med eksplosjonsfarlige prosesser.
Publikasjonene i tabellen nedenfor er viet til å hjelpe QHSE-fagpersoner og anleggsingeniører med å identifisere og kontrollere elektrostatisk tennkilder.
Mål ≤ 10 ohm
På grunn av de krevende industrielle miljøene der jordingsutstyr vanligvis brukes, og fordi de fleste jordingsapplikasjoner krever mange gjentatte til- og frakoblinger til prosessutstyr, er robusthet og pålitelighet i jordingsløsningen den primære bekymringen med hensyn til tiltenkt ytelse. Av den grunn anbefaler veiledning for beste praksis, som IEC TS 60079-32-1 og NFPA 77, motstandsnivåer på 10 ohm eller mindre mellom objektet som krever statisk jording og det verifiserte
jordingspunktet.
Årsaken til dette er at motstander høyere enn 10 ohm i kretsen mellom objektet og det verifiserte jordingspunktet kan indikere en mulig svekkelse av jordingskretsen, som en dårlig initial tilkobling til utstyret via jordingsklemmen, eller løse/korroderte forbindelser som ellers kan hindre at statiske ladninger ledes til jord.
Den mest praktiske måten å verifisere et motstandsnivå på 10 ohm eller mindre mellom objektet som skal jordes og det verifiserte jordingspunktet under prosessen, er å bruke et overvåket jordingssystem. Et jordingssystem som kontinuerlig overvåker en tillatt terskel på 10 ohm eller mindre, gir kontinuerlig indikasjon på en tilkobling som samsvarer med internasjonale standarder og anbefalinger for beste praksis.
Newson Gales serie av overvåkede jordingssystemer Earth-Rite® II har oppnådd tredjepartsverifisering (SIRA / CSA) av den tillatte motstandsterskelen på 10 ohm eller mindre, noe som bidrar til å oppnå samsvar med internasjonale standarder og anbefalinger for beste praksis. Newson Gale kjenner ikke til noen annen leverandør som har oppnådd et tilsvarende sertifikat som bekrefter ytelse på 10 ohm eller mindre.
Internasjonal standard
ISO 19880-1:2020 Gaseous hydrogen – Fuelling Stations
Denne standarden, datert mars 2020, definerer minimumskrav til design for sikkerheten ved alle hydrogenfyllestasjoner. Den omfatter fyllestasjoner for følgende kjøretøy:
– Motorsykkel
– Gaffeltruck
– Personbil
– Buss
– Lastebil
– Trikk
– Tog
Standardens omfang inkluderer også hydrogendistribusjonssystemer som lastebiler eller tilhengere. Mobile fyllestasjoner er også omfattet.
Standarden inkluderer et avsnitt som omhandler behovet for å
redusere risikoen fra statisk elektrisitet.
10.2.3 Beskyttelse mot antennelse på grunn av oppbygging av statisk ladning
Dette avsnittet i ISO 19880-1:2020-standarden er svært spesifikt når det gjelder krav til jording og utjevningsforbindelse. Heldigvis oppfyller Newson Gales produkter alle kravene.
«Hydrogen systems shall be equipotentially bonded and grounded to prevent build-up of electrostatic charge … Electrical continuity should be ensured throughout the hydrogen system … The electrical resistance between metallic parts connected or in contact together should be less than 10 ohms.»
Som nevnt tidligere overvåker Newson Gale-serien av jordingssystemer Earth-Rite® II kontinuerlig tilkoblingsmotstanden mot en tillatt terskel på 10 ohm eller mindre, og dette er verifisert av et uavhengig testlaboratorium.
«All hydrogen delivery vehicles shall be equipotentially bonded to the fixed storage hardware prior to flexible hose connection.»
Newson Gale Earth-Rite® II RTR verifiserer at den er koblet til et objekt med en kapasitans som er typisk for et stort kjøretøy. Dette kan redusere risikoen for manglende samsvar med standard driftsprosedyre.
Denne funksjonen i Earth-Rite® II RTR gjør den også til det ideelle produktet for jording av et stort kjøretøy, som en lastebil eller buss, mens det fylles.
«The bonded hydrogen systems shall be grounded. The grounding system resistance shall be less than 1 megohm from any part within the hydrogen system.»
Jordingssystemene Newson Gale Earth-Rite® II RTR og MGV verifiserer at ekte jordmotstand er mindre enn omtrent 1000 ohm.
«Grounding devices should be clearly visible or be essential to the correct functioning of the fuelling station, so that any shortcomings are quickly detected.»
Hvis alle parameterkontroller bekrefter tillatte nivåer, vil jordingssystemet Newson Gale Earth-Rite® II gi en tydelig visuell indikasjon på «GO»-tilstanden med tre høyintensive blinkende grønne LED-er. Hvis noen av kontrollene ikke bekrefter et tillatt nivå, indikerer en fast rød LED «NO-GO»-tilstanden.
Earth-Rite® II RTR har også mulighet til å være interlåst med prosessen, slik at hydrogenflyten i samspill med prosesskontrollsystemet kan styres i henhold til «GO / NO-GO»-tilstanden.
«Grounding devices should be robust and so installed that they are not affected by high resistance contamination, for example, by corrosion products or paint.»
Newson Gale var pioner i bruken av solide tenner i wolframkarbid i jordingsklemmer. Disse svært harde og svært skarpe tennene sikrer metall-mot-metall-kontakt med et bitt som er
i stand til å trenge gjennom korrosjon eller maling.
Hvorfor velge Newson Gale som Deres partner for statisk jording?
Som allerede beskrevet bidrar Newson Gales serie av systemer for statisk jording til å oppnå samsvar med kravene i den nye hydrogenstandarden ISO 19880-1:2020
Standard.
Det finnes også andre grunner til at selskaper som håndterer farlige materialer velger Newson Gale:
– Newson Gale har bygget et omdømme for å utvikle og produsere de mest pålitelige systemene for statisk jording på markedet i dag.
– I løpet av de siste 40 årene har Newson Gale levert titusenvis av systemer globalt for å beskytte mennesker og anlegg mot antennelsesfarer fra statisk elektrisitet.
– Newson Gale-systemer har oppnådd global sertifisering, slik at De kan standardisere spesifikasjonen på tvers av ulike lokasjoner (se nedenfor).
– Et globalt distribusjonsnettverk betyr at alle Deres lokasjoner kan få tilgang til Newson Gales markedsledende produkter.
– Vår CompEx-trente tekniske avdeling og våre salgsingeniører er tilgjengelige på nett eller på stedet hvor som helst for å demonstrere produkter og tilpasse løsninger til hver
applikasjon.
– Med markedets bredeste produktsortiment har Newson Gale en løsning for mange bruksområder og budsjetter.
Referanser:
International Standards Organisation ISO 19880-1:2020 Gaseous hydrogen – fueling stations, https://www.iecex.com/publications/standards/
International Electrotechnical Commission IEC TS 60079-32-1:2013+AMD1:2017 CSV, «Amendment 1 – Explosive atmospheres –
Part 32-1: Electrostatic hazards, guidance», https://webstore.iec.ch/publication/26519
National Fire Protection Association NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity, 2019 Edition,
https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=77
S Tretsiakova-McNally, Ulster University, Lecture: sources of hydrogen ignition and prevention measures,
http://www.hyresponse.eu/files/Lectures/Sources_of_hydrogen_ignition_notes.pdf
Professor Konstantinos Giapis of Caltech on the Hindenburg airship disaster,
https://www.caltech.edu/about/news/historys-mysteries-caltech-professor-helps-solve-hindenburg-disaster
Ohsawa: Statistical analysis of fires and explosions attributed to static electricity over the last 50 years in Japanese industry,
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/301/1/012033/pdf
Merk – Sørg for at De alltid benytter den nyeste versjonen av enhver gjeldende standard eller veiledningsdokument.
