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Hydrogène

5 conseils pour garantir la sécurité des usines d'hydrogène

1. Sélection des réservoirs de stockage d'hydrogène comprimé adéquats

L'hydrogène peut être stocké sous forme gazeuse ou liquide. La première option nécessite des réservoirs haute pression (100-1 000 bar ou 1 400-14 500 psi), la seconde nécessite des températures cryogéniques. Dans cet article, nous nous concentrons sur l'hydrogène gazeux comprimé.

 

Pour garantir une sécurité optimale de l'installation d'hydrogène, il est essentiel d'utiliser des réservoirs fabriqués à partir de matériaux adaptés.

solutions de stockage d'énergie issue de l'hydrogène

En fonction du volume et de la pression, l'un des quatre types de réservoirs de pression doit être utilisé pour stocker l'hydrogène comprimé. 

  • Type I
    Ces réservoirs en métal sont généralement composés d'acier ou d'aluminium. Ils peuvent supporter une pression maximale estimée entre 175 bar (aluminium) et 200 bar (acier). Les réservoirs de type 1 sont peu coûteux à produire, mais ils sont très lourds parce qu'ils sont entièrement en métal. Ils sont utilisés pour stocker l'hydrogène sous forme liquide et gazeuse. 
  • Type II
    Ces réservoirs en métal sont composés d'aluminium, mais possèdent aussi des enroulements de filaments autour du cylindre métallique. Ils peuvent être constitués de fibres de verre/aramide ou de fibres de carbone. En fonction du matériau, ils peuvent supporter une pression maximale de 299 bar.
    Les réservoirs de type II sont plus légers et plus robustes, mais également plus coûteux. 
  • Type III
    Constitués de matériaux composites avec un revêtement métallique, ces réservoirs peuvent résister à des pressions encore plus élevées. Par exemple, un réservoir en aluminium/aramide peut supporter une pression jusqu'à 438 bar. Un composite aluminium/carbone peut même supporter jusqu'à 700 bar. Par conséquent, ils sont aussi plus chers. 
  • Type IV
    Ces réservoirs ne sont pas en métal. Ils sont entièrement fabriqués en fibres de carbone avec un revêtement en polymère. Ils peuvent supporter une pression maximale de 700 bar même s'ils sont moins lourds que les autres types. L'inconvénient est que l'utilisation de nombreuses fibres de carbone les rend également plus coûteux. 

2. Sélection des matériaux adaptés

L'hydrogène a un effet néfaste sur les propriétés mécaniques de tous les matériaux. Par exemple, il peut fragiliser le métal, ce qui peut entraîner une perte de résistance à la traction, de ductilité et de résistance à la rupture et accélérer la propagation des fissures de fatigue.

Le degré de cette détérioration dépend du matériau, de la pression et de la température de l'hydrogène et de la charge mécanique. Cela signifie que certains matériaux sont plus adaptés que d'autres. 

Idéalement, les matériaux doivent être testés pour s'assurer qu'ils fonctionnent dans les conditions de fonctionnement attendues.
Si cela n'est pas possible, voici quelques exemples de matériaux couramment utilisés : 

 

  • Acier inoxydable austénitique
  • Alliages d'aluminium
  • Aciers ferritiques faiblement alliés
  • Aciers ferritiques au carbone manganèse (C-Mn)
  • Alliages de cuivre

A l'inverse, évitez les matériaux suivants : 

  • Aciers ferritiques et martensitiques à haute résistance
  • Fontes grises, malléables et ductiles
  • Alliages de nickel
  • Alliages de titane 

3. Sélection de l'emplacement optimal pour installer les réservoirs de stockage d'hydrogène

En ce qui concerne la sécurité de l'installation d'hydrogène, il est non seulement important de choisir le réservoir de stockage adéquat, mais également l'emplacement optimal pour l'installer. 

Bien qu'il soit possible de stocker de petites bouteilles d'hydrogène en intérieur, cela n'est pas recommandé pour les volumes plus importants.
Le stockage en extérieur est globalement plus sûr et même nécessaire pour stocker de grands volumes d'hydrogène, car cela permet au gaz de se dissiper facilement en cas de fuites accidentelles d'hydrogène.

Voici quelques caractéristiques d'emplacement optimal pour le stockage de l'hydrogène comprimé.

-Ventilation adéquate pour éviter l'accumulation d'hydrogène 

-Installation à une distance sûre des structures et des admissions de ventilation

-Protection contre la circulation routière et les chutes d'objets 

-Protection contre lumière directe du soleil, et la température ambiante ne dépasse pas 52 °C (~126 °F)

-Protection contre tout accès non autorisé 

5 caractéristiques d'emplacement optimal pour le stockage de l'hydrogène comprimé.

  • Ventilation adéquate pour éviter l'accumulation d'hydrogène 
  • Installation à une distance sûre des structures et des admissions de ventilation
  • Protection contre la circulation routière et les chutes d'objets 
  • Protection contre lumière directe du soleil, et la température ambiante ne dépasse pas 52 °C (~126 °F)
  • Protection contre tout accès non autorisé 

4. Prévention de l'accumulation d'hydrogène gazeux dans un conteneur ou une enceinte

Comme indiqué ci-dessus, la ventilation est extrêmement importante lorsque l'on travaille avec de l'hydrogène.
Elle permet au gaz de se dissiper rapidement et empêche la formation de mélanges potentiellement inflammables avec l'oxygène dans l'air. 

L'hydrogène est si léger que cette accumulation se produit généralement au niveau du plafond d'un local ou d'une enceinte.
Ceci doit être pris en compte lors de la conception de ces installations.
Cela signifie que des mesures adéquates de ventilation, de détection et de contrôle doivent être adoptées pour les espaces en hauteur

En outre, étant donné qu'une fuite d'hydrogène ne peut jamais être exclue, il est également important d'installer des détecteurs de flamme et/ou de gaz et, idéalement, un système anti-incendie

 

Lorsque le dihydrogène (H2) est relâché dans un environnement aérien, le gaz s'élève immédiatement à une vitesse de 10 m/s. Il est donc absolument indispensable de détecter la concentration de H2 au point le plus élevé du local. Vous devez également prévoir la ventilation : l'air doit être extrait du local au point le plus élevé. Si vous placez le détecteur à un niveau inférieur, l'hydrogène va s'accumuler dans la partie du local située au-dessus du détecteur et atteindre une concentration trop élevée avant que vous le détectiez. Idem pour la ventilation : si vous ventilez par le haut et évacuez à un niveau inférieur, vous ne parviendrez pas à évacuer le H2. L'espace doit être ventilé du bas vers le haut.

En fonctionnement normal, la ventilation n'est pas très intense. Ce n'est que lorsque vous détectez du gaz en haut de la pièce que vous devez immédiatement extraire une grande quantité d'air (mélange gazeux). Les nouveaux bâtiments destinés à la construction de camions H2 (et qui sont également remplis à l'intérieur de ce bâtiment) peuvent être dotés d'un détecteur de gaz près du toit (plus de 10 m de hauteur) : lorsqu'un gaz est détecté, le toit s'ouvre, tout simplement.

 

5. Prévention des fuites d'hydrogène

Les fuites sont un problème majeur pour les opérations utilisant de l'hydrogène, car il s'agit d'un élément extrêmement petit, mais elles sont responsables d'une grande partie des incidents. 

Il est possible d'empêcher l'apparition de fuites en installant des détecteurs de fuite qui doivent être entretenus et testés régulièrement. Dans tous les cas, des tests de fuite doivent être effectués régulièrement, y compris des contrôles de fonctionnement au niveau des vannes. 

Deux méthodes de test courantes sont l'utilisation d'une solution à bulles de savon ou d'un détecteur d'hydrogène portatif. En plus des tests réguliers, les opérateurs de l'installation doivent vérifier l'absence de fuites à chaque remontage des joints. En outre, les raccords du système doivent être inspectés pour détecter tout signe de corrosion, d'érosion, de fissuration, de bombement, de cloquage ou toute autre forme de détérioration.

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