Nhu cầu về hydro xanh ngày càng tăng và việc có những nhà máy tuân thủ quy định trở nên cần thiết; điều này đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận và có cấu trúc để có được hệ thống lắp đặt an toàn, tạo niềm tin cho các nhà đầu tư và người dùng để biến hydro trở thành nền tảng của một nền kinh tế bền vững.
Di Koen Vandenhende, Kristophe Van Immerseel, Chantal Marlé, Yannick Dandois, Evert Vermaut, Diego De Rosa
Tiếp cận rủi ro trong thiết kế
Tùy thuộc vào công nghệ được chọn cho máy điện phân (PEM, SOEC...), các rủi ro cụ thể sẽ xuất hiện; cách tiếp cận để nhận dạng chúng phải được lựa chọn cẩn thận.
An toàn lao động và an toàn quy trình
Đối với mỗi quy trình, rủi ro có thể được chia thành ba lĩnh vực:
- Rủi ro về quy trình – phát sinh từ những sai lệch trong hoạt động so với dự án; thường được phân tích trong nghiên cứu Nguy cơ và Khả năng vận hành (HAZOP)
- Rủi ro thiết bị – thường được điều tra bằng FMEA (Phân tích hiệu ứng chế độ lỗi)
- Rủi ro liên quan đến giao diện con người – liên quan đến sự phức tạp của hoạt động; chúng thường được điều tra thông qua phân tích cây sự kiện (ETA) hoặc phân tích cây lỗi (FTA)
“Phương pháp tiếp cận trực tiếp” tiêu chuẩn này bao gồm:
- Xác định lĩnh vực xảy ra rủi ro chủ yếu
- sự lựa chọn sau đó của kỹ thuật phân tích rủi ro thích hợp
- việc kết hợp các rủi ro ít quan trọng hơn (các lĩnh vực khác) vào kỹ thuật phân tích rủi ro đã chọn
Vì đối với quá trình điện phân, rủi ro được phân bổ đều trong ba lĩnh vực được mô tả nên cách tiếp cận tiêu chuẩn không phù hợp và việc thực hiện tất cả các kỹ thuật phân tích sẽ đòi hỏi nhiều thời gian và nguồn lực; do đó, cần xây dựng một phương pháp cụ thể và đầy đủ.
Nhìn chung, những rủi ro liên quan đến ba lĩnh vực này sẽ dẫn đến hai loại yêu cầu (xem hình):
- Yêu cầu về sức khỏe nghề nghiệp – liên quan đến sức khỏe, an toàn và phúc lợi của người lao động
- Yêu cầu về an toàn quy trình – liên quan đến bất kỳ sự giải phóng năng lượng hoặc chất độc hại nào có thể gây ra tai nạn nghiêm trọng
Để xác định và quản lý chính xác các rủi ro quy trình này, các kỹ thuật phân tích thường được kết hợp với các kỹ thuật quản lý rủi ro như LOPA (Phân tích lớp bảo vệ), đánh giá hiệu quả của các lớp bảo vệ độc lập, nêu bật nhu cầu về các biện pháp bảo vệ bổ sung và xác định mức độ toàn vẹn an toàn cần thiết (Phân loại SIL).
Quản lý rủi ro trong thiết kế
Bài viết này đề cập đến một số rủi ro chính; tuy nhiên, có những rủi ro liên quan khác liên quan đến việc thiết kế một nhà máy sản xuất hydro.
An toàn cháy nổ – “ATEX” hay “không ATEX”?
Nói về hydro, một trong những rủi ro thách thức nhất là cháy nổ; những khía cạnh sau đây là hết sức quan trọng:
- Rủi ro tuyệt đối phải được xác định trên cơ sở các tiêu chí đánh giá cụ thể đối với hydro (khác hoàn toàn với các loại khí khác)
- Giảm thiểu rủi ro phải tuân theo hệ thống phân cấp phòng ngừa:< >Phòng ngừa sơ cấp trong thiết kế ý tưởng , lựa chọn vận hành ngoài phạm vi cháy nổÁp dụng các biện pháp phòng ngừa thứ cấp (ví dụ: kiểm soát nguồn đánh lửa), nếu không thể phòng ngừa thứ cấpQuản lý sóng nổ bằng hệ thống triệt tiêu
Do năng lượng đánh lửa thấp và đặc tính lưu trữ tĩnh điện của hydro nên việc kiểm soát các nguồn đánh lửa vẫn rất quan trọng.
Các chỉ thị ATEX tập trung vào rủi ro rò rỉ và nổ do tai nạn trong quá trình vận hành và trục trặc bình thường; do đó, chỉ tuân thủ ATEX của thiết bị không phải lúc nào cũng đảm bảo an toàn chống cháy nổ.
Trên thực tế, với phân tử nhỏ và áp suất cao như vậy, khả năng chống cháy nổ cũng đạt được bằng cách lựa chọn các vật liệu tương thích, dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành có liên quan.
Đánh giá an toàn cháy nổ tốt cần có dữ liệu đáng tin cậy, không phải lúc nào cũng có sẵn, từ nghiên cứu và phát triển, tiền sử dụng, kiểm tra dựa trên rủi ro (RBI)… Song song, phải tiến hành lập mô hình bằng phần mềm Phân tích rủi ro định lượng (QRA) và các thử nghiệm giao thức nghiêm ngặt. .
Do đó, dữ liệu được thu thập phải được xử lý theo chu trình cải tiến liên tục PDCA (Plan-Do-Check-Act) và RCA (Phân tích nguyên nhân gốc rễ).
Nguy cơ cháy nổ vẫn là một trong những rủi ro quan trọng nhất đối với các nhà máy này; lập kế hoạch đúng đắn là biện pháp phòng ngừa cơ bản ban đầu.
Quản lý rủi ro điện từ
Quá trình điện phân đòi hỏi dòng điện một chiều công suất cao, điện áp thấp, cường độ cao; điều này tạo ra một từ trường tĩnh xung quanh nguồn với những rủi ro cụ thể tương đối.
Khi các thiết bị nhạy cảm hoặc sinh vật sống ở trong từ trường, nhiễu có thể xảy ra với các thiết bị y tế cấy ghép, dụng cụ đo lường…
Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Bức xạ Không ion hóa (ICNIRP) cung cấp các hướng dẫn về giới hạn phơi nhiễm đối với từ trường tĩnh và Chỉ thị Châu Âu 2013/35/EU về bảo vệ người lao động cũng ủng hộ các giá trị tương tự.
Những đặc điểm cụ thể này xác nhận sự thiếu sót của “cách tiếp cận trực tiếp” tiêu chuẩn để giải quyết các rủi ro về an toàn quy trình.
Quản lý mức độ sẵn sàng công nghệ (TRL)
Nghiên cứu “Các ngăn xếp điện phân oxit rắn cải tiến để sản xuất hydro hiệu quả và đáng tin cậy” (https://cordis.europa.eu/project/id/213009), mô tả mức độ sẵn sàng của các công nghệ điện phân, nhấn mạnh rằng chỉ có công nghệ PEM mới sẵn sàng về mặt công nghệ đã đạt được cấp 9 (TRL), trong khi đối với SOEC chỉ đạt được cấp 7 (xem hình).
Do sự thay đổi nhanh chóng của TRL và khung pháp lý hiện hành, các biện pháp rủi ro được đề xuất cần được xác minh thường xuyên thông qua đánh giá sự phù hợp phù hợp, như được giải thích dưới đây.
Thiết kế một hệ thống hydro phù hợp
Hiện tại, không có phương pháp tiêu chuẩn hóa nào để thiết kế một nhà máy sản xuất hydro tuân thủ; trên thực tế cần xem xét các khía cạnh, trách nhiệm và các bên liên quan khác nhau.
Một phương pháp đơn giản hóa là thực hiện đánh giá sự phù hợp linh hoạt:
- xác định pháp luật hiện hành và lĩnh vực áp dụng
- xác định các tài liệu cần được sản xuất cho từng hệ thống chức năng và cho toàn bộ nhà máy
- xác định vai trò và trách nhiệm của các bên liên quan khác nhau (OEM, nhà thầu, EPC, người dùng cuối…)
Phần kết luận
Quản lý an toàn hydro trong quá trình thiết kế là điều cần thiết nhưng có thể đặc biệt khó khăn trong môi trường pháp lý và kỹ thuật đang phát triển nhanh chóng.
Tại Vinçotte, một công ty thuộc tập đoàn KIWA, chúng tôi có một đội ngũ chuyên gia có trình độ chuyên trách về an toàn quy trình, những người có thể hỗ trợ thiết kế theo hướng tuân thủ khung quy định hiện hành và sửa đổi do tình hình vẫn đang thay đổi.
Liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin: hydrogen@kiwa.com
