Mantenimento della purezza dell'idrogeno nei generatori a turbina

L'importanza di misurare il punto di rugiada per garantire efficienza e sicurezza

L'idrogeno presenta un'ampia gamma di proprietà che lo rendono un gas ideale per molte applicazioni. In particolare, ha una bassa densità (circa 14 volte inferiore a quella dell'aria atmosferica), un'elevata conduttanza termica e un eccellente coefficiente di trasferimento del calore. Questi fattori hanno portato all'utilizzo dell'idrogeno come efficace meccanismo di raffreddamento per i grandi generatori di energia a turbina.

In parole povere, l'utilizzo dell'idrogeno come gas di raffreddamento aiuta a ridurre le perdite di calore per attrito all'interno di un generatore a turbina, consentendo di convertire una maggiore percentuale di combustibile in energia; rispetto a un sistema di raffreddamento ad aria, il raffreddamento a idrogeno consente inoltre di utilizzare una turbina più piccola e più efficiente.

In genere, l'idrogeno di elevata purezza viene fatto circolare attraverso condotti non magnetici posizionati da un capo all'altro della turbina, rimuovendo il calore dagli avvolgimenti dello statore e del rotore, dai cuscinetti e da altre parti rotanti; il sistema di raffreddamento viene mantenuto a una pressione di almeno 30 psig; ciò riduce al minimo il rischio che l'aria esterna entri nell'alloggiamento della turbina e crei una miscela gassosa potenzialmente esplosiva. L'idrogeno viene fatto circolare per mezzo di ventilatori situati alle estremità del rotore del generatore e passa attraverso scambiatori di calore pieni d'acqua per rimuovere il calore latente. Per evitare che l'idrogeno fuoriesca dal generatore nell'atmosfera circostante, dove può nuovamente creare il rischio di un'esplosione o di un incendio da idrogeno, vengono utilizzate guarnizioni pressurizzate piene d'olio.

È chiaro che mantenere il massimo livello di purezza dell'idrogeno è fondamentale, sia per l'efficienza operativa che per la sicurezza. Le esplosioni di idrogeno negli impianti di generazione a turbina sono estremamente rare e, quando si verificano, sono per lo più legate a errori nella gestione del gas durante lo spurgo del generatore o il trasferimento dalle autocisterne ai serbatoi di stoccaggio in loco.

Contaminazione da umidità nell'idrogeno

Sebbene la miscelazione dell'idrogeno con l'aria rappresenti il rischio maggiore nei generatori a turbina, esistono anche pericoli potenziali se il contenuto di umidità dell'idrogeno gassoso non viene controllato attentamente. Se si lascia che i livelli di umidità aumentino, possono ridurre la conduttività termica e aumentare la viscosità dell'idrogeno, con conseguente aumento delle perdite dovute al vento. A lungo termine, l'umidità eccessiva può anche causare la corrosione dell'acciaio sulle superfici interne, come gli anelli di contenimento del generatore. Forse la cosa più preoccupante, se l'umidità si condensa sulle parti metalliche sotto tensione, è il conseguente pericolo di arco elettrico o flashover, con conseguenze che potrebbero essere disastrose. È bene ricordare che la presenza di vapore acqueo nell'idrogeno può anche essere un indicatore di perdite d'aria nell'alloggiamento del generatore.

L'ingresso di umidità può avvenire da diverse fonti, tra cui perdite negli scambiatori di calore raffreddati ad acqua, contaminazione da acqua dell'olio utilizzato nelle guarnizioni e nei sistemi di lubrificazione e spurgo errato del gas dopo la manutenzione ordinaria del generatore. Per risolvere questi problemi, nel circuito di circolazione del gas viene normalmente utilizzato un essiccatore rigenerativo per rimuovere il vapore acqueo dall'idrogeno gassoso.

Misurazione del punto di rugiada per il raffreddamento dell'idrogeno

I sensori del punto di rugiada sono utilizzati sia per monitorare il funzionamento del sistema di essiccazione - migliorando l'efficienza e contribuendo a ridurre il consumo energetico - sia lo stato dell'idrogeno gassoso in uscita dall'alloggiamento del generatore. Per quest'ultimo aspetto, è prassi normale mantenere il punto di rugiada dell'idrogeno gassoso a un margine di sicurezza inferiore alla temperatura minima dell'involucro; in genere, viene fissato un limite superiore di 0 °C di punto di rugiada alla pressione del sistema. Se il punto di rugiada supera questo limite, è necessario intervenire immediatamente per spegnere il generatore ed eseguire una riparazione o, più probabilmente, per pompare idrogeno fresco e secco nel sistema, per evitare il rischio di condensazione dell'umidità nell'ambiente dello statore, che potrebbe portare a flashover o esplosioni.

Offriamo una gamma di sistemi avanzati di misurazione del punto di rugiada. Questi includono il QMA401, analizzatore di umidità in traccia autocalibrante in linea, in grado di produrre misurazioni estremamente precise e veloci, e l'analizzatore di umidità in tracce Igrometro a specchio raffreddato S8000. Opzioni più economiche sono i nostri trasmettitori Easidew omologati per aree pericolose, disponibili nelle versioni a sicurezza intrinseca o antideflagrante. Cliccate qui per maggiori informazioni.

Siamo i maggiori esperti mondiali nel monitoraggio e nella misurazione dell'umidità. Disponiamo di otto diverse tecnologie che coprono tutte le applicazioni relative all'umidità, supportate da un'assistenza tecnica e clienti senza pari. Per saperne di più, parlate oggi stesso con uno dei nostri specialisti delle applicazioni.

Potrebbero interessarti anche i seguenti articoli:

Come garantire la sicurezza e la qualità del gas degli elettrolizzatori di idrogeno

Come mantenere la qualità e la sicurezza dell'infrastruttura di un oleodotto per idrogeno