Monitorowanie SIL 2 prostowników elektrolizera do produkcji wodoru
Nieodpowiednia wartość prądu w elektrolizerze może wywołać łączenie się jonów wodoru w atomy i w najgorszej sytuacji wybuch. Awaria powodująca zwarcie doziemne naraża zdrowie i życie obsługi. Zautomatyzowana kontrola parametrów prostownika ogranicza lub nawet niweluje ryzyko eksplozji, umożliwiając bezpieczną pracę. Certyfikowane do SIL 2 przetworniki monitorujące prąd i napięcie oprócz bezpieczeństwa zapewniają optymalne parametry produkcji wodoru.
Do produkcji wodoru, chloru lub amoniaku używane są elektrolizery. W tym celu stosowane są różne technologie: AEL/AEM, PEM lub SOEC. Przykładowo - woda (PEM) lub roztwór soli (AEL), w zależności od procesu elektrolizy, są rozkładane na dwóch elektrodach przy użyciu energii elektrycznej. Zastosowane membrany jonowymienne pozwalają na wychwycenie i odseparowanie od siebie produktów rozkładu - wodoru, tlenu, chloru i sody kaustycznej.
- Energia elektryczna w procesie elektrolizy jest dostarczana w postaci prądu stałego z prostownika.
- Zanim elektrolizer osiągnie pełne obciążenie, podłącza się do niego mniejszy prąd z prostownika polaryzacyjnego po to, aby zapewnić prawidłową polaryzację poszczególnych membran.
- Dla bezpiecznej pracy elektrolizera bardzo ważne jest, aby zawsze płynął przez niego odpowiedni prąd. W przypadku zbyt niskiej jego wartości jony wodoru mogą ponownie łączyć się tworząc atomy H2 i stwarzając ryzyko eksplozji. Jest to szczególnie istotne w technologii PEM.
- Aby zmniejszyć ryzyko wybuchu podejmuje się środki ochronne w postaci ograniczenia dostępu do komory elektrolizera, inwestycji w wentylację, szkoleń personelu z zakresu obsługi i bezpieczeństwa, itp.
- Niektóre z tych kosztów można zmniejszyć, gdy prąd w prostowniku będzie monitorowany na wysokim poziomie bezpieczeństwa SIL, jego spadek poniżej poziomu krytycznego wykrywany a operator procesu o tym alarmowany.
- Wszystko to jest możliwe z produktami MÜTEC, ponieważ nie ma innego konwertera sygnału z certyfikatem SIL2, który byłby w stanie mierzyć prąd za pomocą rezystorów bocznikowych dowolnej wielkości.
Typowe prostowniki wykorzystywane w procesie elektrolizy
Rozwiązanie
- Po stronie wtórnej głównego prostownika instalowany jest przetwornik HVT 300-DV, który niezawodnie mierzy prąd za pomocą rezystora bocznikowego. (2x HVT 300-DV uwzględniając redundancję i system głosowania*)
- Po stronie wtórnej prostownika polaryzacyjnego instalowany jest przetwornik HVT 300-DV, który niezawodnie mierzy prąd za pomocą rezystora bocznikowego. (2x HVT 300-DV uwzględniając redundancję i system głosowania*)
- Ponadto po stronie pierwotnej prostownika często instaluje się przetwornik HVT 300/400-DX, aby bezpiecznie mierzyć napięcie elektryczne między transformatorem a prostownikiem (np. 1500 VAC)
- Jeżeli prąd spadnie poniżej określonej wartości (zależnej od procesu), HVT 300-DV wysyła sygnał alarmowy do sterownika PLC poprzez wyjścia przekaźnikowe - w urządzeniu dostępne są dwa progi alarmowe: wstępna sygnalizacja i alarm główny
- Wyjście analogowe 4-20 mA z HVT 300-DV służy do przesyłania sygnału o wartości zmierzonego prądu do sterownika PLC
- Systemy monitorujące są zaprojektowane tak, aby były bezpieczne i redundantne a także bezobsługowe ze względu na niskie prawdopodobieństwo awarii PFDavg (średnie prawdopodobieństwo awarii na żądanie)
* Przykładowo system głosowania 1oo2 może zapobiec przypadkowemu wyłączeniu systemu
Całościowa kontrola w procesie PEM. Lewa część ukazuje monitoring prostownika.
Co należy rozważyć podczas planowania i wdrażania
- Współpraca z prostownikami prądu stałego we wszystkich technologiach elektrolizy
- Co należy zaplanować:
- zaprojektuj rezystor bocznikowy tak, aby odwzorowywał prąd na zakres 0–70 mV, co odpowiada zakresowi pomiarowemu HVT 300-DV
- uwzględnij integrację przekaźników SIL (REL3 i REL4) w HVT 300/400 poprzez połączenie szeregowe lub w PLC (wymagane dla określenia poziomu SIL)
- Podczas realizacji należy zwrócić uwagę na to, że oddziaływanie elektromagnetyczne prostowników nie jest bez znaczenia - instalację należy przeprowadzić z zachowaniem odpowiednich odległości lub w specjalnym pomieszczeniu lub szafie
Korzyści
- Brak zagrożenia dla zdrowia i życia pracowników - wykluczone krytyczne ryzyko wybuchu
- Zabezpieczenie sprzętu
- Możliwe obniżenie wydatków na inne środki ochrony przeciwwybuchowej, np. wentylację, szkolenie pracowników itp.
- Pomiar i sygnalizacja SIL2 za pomocą jednego urządzenia
- Bezobsługowy zgodnie z SIL2 (IEC/EN 61508), o niskim wskaźniku FIT. Typowo systemy są sprawdzane tylko co 10 lat (interwał testów sprawdzających)
- Łatwość konfiguracji HVT. Wartości progów alarmowych można indywidualnie ustawiać za pomocą oprogramowania Windows (2 przekaźniki SIL i 2 dowolnie konfigurowalne przekaźniki)
- Duża wytrzymałość na przebicie, która daje możliwość zastosowania nawet przy wysokich potencjałach
Zalety rozwiązania MÜTEC
- Jedyny konwerter sygnału z certyfikatem SIL2, za pomocą którego można bezpiecznie mierzyć napięcia do 1500 V i dowolne prądy oraz bezpiecznie zmieniać wartości progów alarmowych
- Niskie prawdopodobieństwo awarii i długa żywotność produktu
- Bezpieczne i elastyczne zarządzanie ryzykiem
