Valvole Habonim e stazioni di rifornimento ad idrogeno: tutto quello che devi sapere

L’idrogeno compresso ad alta pressione sta prendendo rapidamente piede come principale forma di combustibile alternativo, e si stanno compiendo sforzi a livello internazionale per commercializzarne la produzione e la disponibilità. Questo ha dato origine alla necessità di formulare regolamenti, codici e standard che tengano in considerazione le sue proprietà uniche e le problematiche di sicurezza relative ai sistemi energetici a idrogeno.

Una delle sue principali applicazioni come fonte di energia riguarda i veicoli alimentati a idrogeno, che attualmente sono nella fase iniziale di commercializzazione. Affinché questa applicazione possa avere successo ed espandersi capillarmente, sarà necessario sviluppare un’infrastruttura di rifornimento, nonché gli standard di sicurezza specifici per le stazioni di rifornimento di idrogeno e i loro componenti.

Comprendere il nuovo standard ISO 19880 per la sicurezza delle stazioni di rifornimento di idrogeno gassoso

La normativa ISO 19880 rappresenta uno dei primi standard che specifichi i requisiti di sicurezza e i metodi di esercizio di convalida (omologazione) del progetto relativi ai componenti destinati alle stazioni di rifornimento di idrogeno gassoso.

La terza sezione dello standard ISO 19880:3-2018 illustra i requisiti delle valvole. Queste rappresentano un componente critico per la sicurezza nelle stazioni di rifornimento di idrogeno in quanto regolano il flusso di idrogeno gassoso, rappresentano una potenziale fonte di rilascio o perdita di idrogeno e rivestono un ruolo essenziale in caso di arresto di emergenza del sistema. Per questo motivo, in questo post ci concentreremo sui requisiti delle valvole e sui vantaggi di usare valvole per idrogeno testate e certificate per soddisfare questo nuovo standard.

Ambito di applicazione della norma

Lo standard ISO 19880-3:2018 specifica i requisiti e i metodi di prova per le valvole progettate e prodotte per le stazioni di idrogeno gassoso (fino alla designazione H70), tra cui: valvole di ritegno, valvole limitatrici di flusso, valvole regolatrici di flusso, valvole di controllo del tubo, valvole di separazione del tubo, valvole manuali, valvole di sicurezza della pressione e valvole di arresto.

Requisiti di qualità del prodotto

I fabbricanti devono definire e implementare processi di produzione che impieghino misure di controllo della qualità in grado di garantire che le valvole prodotte soddisfino i requisiti stabiliti nella norma ISO 19880-3:2018. Questi includono la necessità di una prova di pressione idraulica e una prova di perdita di gas, rispettivamente al 100% e al 150% della pressione nominale del componente (o, in alternativa, una prova di perdita di gas al 125% della pressione nominale del componente).

Marcatura delle valvole

In base allo standard ISO 19880-3:2018, tutte le valvole devono riportare il nome del fabbricante, il marchio registrato o il logo, la designazione del modello (numero di prodotto) e la pressione nominale. Inoltre, se lo spazio lo permette, dovrebbero anche indicare l’intervallo di temperatura nominale, la direzione del flusso, il numero di serie e la pressione per il test di resistenza idrostatica.

Qualità dell’idrogeno combustibile

Oltre alle specifiche definite dalla norma, le valvole non devono rilasciare alcun contaminante nell’idrogeno che le attraversa, garantendo che la qualità del combustibile soddisfi gli standard definiti nella norma ISO 14687.

Intervalli di temperatura e mezzi di prova

Ai sensi della norma ISO 19880-3:2018, quando le valvole sono destinate all’uso all’interno di un erogatore, i test a temperatura ambiente saranno condotti a 20°C (± 5°C), mentre gli altri test specificati saranno condotti a -40°C (+0°C, -3°C) e a 85°C (+3°C, -0°C). Inoltre, nei casi in cui il fabbricante indichi un intervallo di temperatura specifico per l’uso, le valvole dovranno essere testate per le temperature minime e massime di quel particolare intervallo.

I seguenti mezzi di prova vengono specificati nello standard:

• Idrogeno per le prove di tenuta
• Idrogeno per le prove di permeazione
• Idrogeno per il test dei cicli di pressione
• Liquidi come acqua o olio per le prove di resistenza idrostatica
• Idrogeno, elio, azoto o aria secca per tutti gli altri test

Requisiti dei materiali

I materiali utilizzati nelle valvole per ambienti a idrogeno gassoso devono essere sufficientemente resistenti all’azione chimico-fisica dei fluidi che contengono, così come al degrado ambientale. Nella scelta dei materiali e dei metodi di fabbricazione si deve tener conto di quanto segue:

• Resistenza alla corrosione/all’usura del materiale
• Conduttività elettrica
• Resistenza gli urti
• Resistenza al deterioramento
• Effetti delle variazioni di temperatura
• Effetto dei materiali combinati
• Effetti della radiazione ultravioletta
• Effetti della degradazione dovuta all’idrogeno sulle prestazioni meccaniche (cfr. ISO/TR 15916)

Inoltre, devono essere considerati fattori specifici per materiali metallici e non metallici:

• Materiali metallici
  • Resistenza alla tensocorrosione da cloruri nei materiali in acciaio inossidabile.
  • Resistenza alla fessurazione da carico permanente nei materiali di alluminio.
  • Tutti i materiali che normalmente entrano in contatto con l’idrogeno vengono considerati idonei al funzionamento, ma è necessario prestare un’attenzione specifica all’infragilimento e alla fatica accelerata da idrogeno.
  • I materiali e la progettazione non dovrebbero alterare il funzionamento del dispositivo in modo significativo, causare deformazioni/modifiche meccaniche al dispositivo, comportare corrosioni dannose o deformazione/deterioramento dei materiali.
• Materiali non metallici
  • Qualsiasi materiale non metallico che viene normalmente in contatto con l’idrogeno viene considerato idoneo al funzionamento. Detto questo, è necessario prendere in considerazione il fatto che l’idrogeno si diffonde più facilmente attraverso questi materiali che non attraverso i metalli, pertanto l’idoneità dei materiali deve essere verificata.
  • È necessario che i materiali non metallici siano in grado di mantenere la propria stabilità meccanica in termini di resistenza (proprietà di fatica, limite di resistenza e resistenza allo scorrimento) quando esposti all’intera gamma di condizioni di esercizio e durata, come specificato dal fabbricante.
  • Quando entrano in contatto con l’idrogeno gassoso ad alta pressione, i materiali non metallici, come la resina o la gomma, si espandono mentre la pressione del gas diminuisce rapidamente. Di conseguenza, è necessario testare l’effetto dell’espansione e di eventuali bugne presenti sui materiali non metallici.