Tous les types de compresseurs d’hydrogène, des compresseurs à piston aux compresseurs centrifuges (turbo), ont besoin d’instruments de mesure de pression et de température compatibles avec l’hydrogène, dotés d’une homologation pour les zones dangereuses et d’autres caractéristiques de sécurité.
De plus en plus d’industries et de consommateurs s’éloignent des combustibles fossiles afin de réduire leur empreinte carbone. L’hydrogène est de plus en plus utilisé comme carburant pour les transports et comme matière première pour la création d’engrais et de produits importants, en particulier lorsque l’hydrogène est produit à partir d’énergies renouvelables (hydrogène vert).
En tant qu’élément connu le plus léger, l’hydrogène occupe un espace démesuré à la pression et à la température ambiantes. L’hydrogène doit donc être fortement comprimé – dans certains cas jusqu’à 1 000 bar – afin de réduire son volume pour un stockage, un transport et une utilisation efficaces dans les stations de ravitaillement en hydrogène, les usines chimiques et d’autres applications. Il va sans dire que les compresseurs d’hydrogène sont un élément essentiel de la chaîne de valeur de l’hydrogène et de l’effort de décarbonisation des économies mondiales.
Types de compresseurs d’hydrogène
Il existe plusieurs types de compresseurs de gaz. Chaque modèle présente des avantages et des inconvénients, et le choix de celui à utiliser dépend du gaz en question, de l’espace d’installation disponible, du taux de compression et du débit souhaités, etc.
Les types d’unités les plus couramment utilisés pour comprimer l’hydrogène sont les suivants :
- Compresseur à piston – Il s’agit d’un type de compresseur alternatif/linéaire qui utilise un mouvement de va-et-vient pour pousser la tige hydraulique et le piston afin de réduire le volume occupé par le gaz. Les avantages d’un compresseur à piston sont un encombrement relativement compact et un taux de compression élevé.
- Compresseur à membrane – Il s’agit d’un autre type de compresseur alternatif/linéaire. Mais au lieu que le piston déplace lui-même le gaz, la tige pousse contre un disque flexible. Cette membrane sépare efficacement l’huile hydraulique du mécanisme du gaz comprimé. Pour plus de sécurité et de pureté, un compresseur d’hydrogène à membrane utilise généralement des membranes métalliques à trois endroits : côté huile, intermédiaire et côté gaz.
- Compresseur ionique – Ce type de compresseur alternatif/linéaire utilise une colonne de fluide ionique plutôt qu’un système mécanique pour déplacer le piston. Comme il n’y a pas de vilebrequin, de tige hydraulique, de roulements ou de joints, les compresseurs ioniques connaissent moins de défaillances que la plupart des autres types de compresseurs d’hydrogène. Le fluide ionique protège également les pièces métalliques de la perméation et de la fragilisation par l’hydrogène.
- Compresseur centrifuge – Ce compresseur à turbine réduit le volume d’un gaz à l’aide d’une roue tournant à très grande vitesse. Également appelé turbocompresseur, il présente l’avantage d’offrir un débit élevé avec un seul étage, à condition que la vitesse de rotation soit suffisamment rapide et que la roue soit suffisamment grande. Un inconvénient possible est son encombrement important.
Les compresseurs sont entraînés par un groupe hydraulique ou un moteur électrique, et il faut parfois deux étages ou plus pour réduire suffisamment le volume d’hydrogène gazeux en vue de son stockage et de son transport. La pression d’entrée initiale est de 20 à 200 bar, et la pression de sortie finale est de 700 bar ou plus.
La technologie de compression de l’hydrogène ne se limite pas aux compresseurs mécaniques. Il existe également la liquéfaction cryogénique, qui consiste à refroidir l’hydrogène en dessous de son point d’ébullition de -253°C. Les méthodes expérimentales comprennent le stockage à l’état solide et les transporteurs organiques liquides d’hydrogène (LOHC).
Compression de l’hydrogène : Un sujet brûlant
L’hydrogène étant la molécule la moins dense, une énorme quantité d’énergie est nécessaire pour le comprimer aux pressions élevées requises. Ce process augmente considérablement la température du gaz et génère une chaleur importante. C’est pourquoi les systèmes de compression mécanique de l’hydrogène sont équipés de systèmes de réfrigération, l’hydrogène sous haute pression passant par un échangeur de chaleur pour le refroidir à environ -40°C, ce qui rend le gaz plus sûr à manipuler et à stocker.
Pour les systèmes de compression d’hydrogène dotés de vilebrequins, de bielles et d’autres pièces mécaniques, le palier du compresseur s’échauffe également et sa température doit être surveillée. Si la mécanique est entraînée par une centrale hydraulique, des capteurs industriels sont nécessaires pour surveiller et contrôler la pression, la température et les niveaux de liquide de la centrale.
Instruments de mesure pour les compresseurs d’hydrogène
Une gamme de manomètres, de transmetteurs de pression et de capteurs de température de qualité industrielle permet aux compresseurs d’hydrogène de fonctionner de manière sûre et efficace. WIKA dispose d’un portefeuille complet de solutions de mesure de haute qualité, y compris de nombreux produits homologués pour les zones dangereuses, pour les fabricants d’équipements de compression d’hydrogène.
Manomètre à tube manométrique 23×30
Manomètre process pour compresseurs d’hydrogène
- 23X.30, manomètres process avec boîtier de sécurité
Transmetteurs de pression pour compresseurs d’hydrogène
- IS-3, Transmetteur de pression pour zone dangereuse à sécurité intrinsèque
- E-10, Transmetteur de pression pour zone dangereuse avec conception antidéflagrante
Sondes de température pour les échangeurs de chaleur et les refroidisseurs des compresseurs d’hydrogène
Sonde à résistance à baïonnette TR53
- TR10-B, sondes à résistance fileté
- TR34, sonde à résistance miniature – version filetée, antidéflagrante
- TG53, thermomètre bimétallique – version process
Sondes de température pour paliers de compresseurs d’hydrogène
- TR53, sonde à résistance à baïonnette
WIKA, un fournisseur de confiance de solutions de mesure pour l’hydrogène
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