Voorzien van waterstofvlamdetectie op opslagtanks

Beschrijving

Voorzien van waterstof vlamdetectie is een stap verder dan een waterstofgasdetectiesysteem. Een vlam die ontstaat door de verbranding van waterstof in zuurstof of lucht is zo goed als onzichtbaar bij daglicht. Er is dus een duidelijk risico van blootstelling aan een vlam met ernstige brandwonden tot gevolg. De vlam zendt hoofdzakelijk infrarood- (IR) en ultraviolet- (UV) straling uit. Figuur 42 hieronder illustreert de waarneembaarheid van een waterstofbrand met het blote oog (boven) en met een IR-camera (onder). Grote waterstofbranden zijn echter ook tijdens daglicht waarneembaar door de intense warmtestraling die geproduceerd wordt (Luis M. Gandia, 2013). Naast IR detectie kunnen warmtebeeldcamera’s en/of UV-metingen een vlam detecteren. Indien vlamdetectie wordt toegepast, is het belangrijk rekening te houden met externe invloeden op de apparatuur die de sensor verkeerdelijk zouden kunnen activeren, zoals door zonlicht of lasactiviteiten in de omgeving.

Figuur 42: Waarneembaarheid van een waterstofbrand met een IR camera (Luis M. Gandia, 2013)

Het detecteren van een waterstof vlam kan dus op verschillende manieren:

• Een eerste optie is via een thermische warmtedetector. Detectoren van dit type zullen pas een signaal (gekoppeld aan een alarm) geven wanneer de temperatuur van het bewaakte gebied het uitschakelpunt van de detector overschrijdt. Het is dus logisch om deze direct boven de mogelijke locatie van een waterstofvlam te plaatsen. De bron van een waterstoflek kan echter een vlam veroorzaken die weg van de detector wordt gericht. Bovendien is de lage IR-straling van een waterstofvlam soms niet voldoende om een thermische warmtedetector in alarm te sturen. Thermische detectoren kunnen een nuttig effect hebben, mits een goede positionering op het station.

• Een ander alternatief is om een optische vlamdetector te gebruiken. Omdat waterstofvlammen voornamelijk energie uitstralen in de UV-band, zorgen UV-vlamdetectoren voor een snelle detectie van waterstofvlammen (zo kan een 75 cm grote vlampluim op een afstand van 15 meter gedetecteerd worden). Een nadeel van UV-vlamdetectoren is de gevoeligheid voor externe invloeden zoals bogen, vonken, lassen, bliksem en andere UV-rijke niet-vlambronnen. Deze UV-emitters kunnen ervoor zorgen dat UV-vlamdetectoren valse alarmen afgeven, wat dure financiële gevolgen kan hebben, en de gevoeligheid van mensen voor reële potentiële gevaren kan verminderen.

• Er bestaan eveneens detectoren die gebruikmaken van zowel UV als IR-technologie (UVIR). Deze detectoren vereisen zowel UV- als IR-signalen om een alarm te laten activeren. Dit biedt betere mogelijkheden om valse alarmen te filteren en te verwerpen in vergelijking met enkel UV-detectie. UVIR-detectoren zijn echter nog steeds gevoelig voor combinaties van valse alarmbronnen.

• Een laatste optie voor het detecteren van waterstofvlammen is via multispectrum infrarood (MIR). Deze vlamdetectoren gebruiken een combinatie van IR-sensorfilters en software-analyse om zowel vlammen te detecteren als valse alarmen te verminderen. Sommige MIR-vlamdetectoren zijn specifiek ontworpen om de lage straling van waterstofvlammen te detecteren met behulp van een unieke set IR-filters. Deze speciale apparaten bieden een zeer goed detectiebereik (zo kunnen sommige MIR-vlamdetectoren een 60 cm waterstofvlam detecteren op afstanden tot 38 meter). (International fire protection, 2019)

Vlamdetectiesystemen staan niet beschreven als verplicht voor waterstoftankstations in het PGS35, maar in de VS zijn ze dat wel voor waterstoftankstations volgens het NFPA 2.

Vlamdetectoren worden in bepaalde toepassingen geïnstalleerd, voornamelijk in de buurt van installaties in open omgevingen waar er geen kans is tot ophoping van waterstof (en dus gasdetectie geen meerwaarde biedt), bijvoorbeeld rond een open waterstofbuffertank. Detectoren geven een snelle en betrouwbare indicatie van het bestaan, de locatie en de grootte van een waterstofvlam. Daarnaast vervullen de detectoren ook onderstaande functies:

• Zorgen voor een automatische uitschakeling en isolatie van waterstof bronnen
• Uitschakelen van het systeem op een veilige manier
• Controleren van de actieve ventilatie
• Activeren van auditieve en visuele alarmen
• Controleren van de toegang tot locaties met hoge concentraties aan waterstof (Barilo, 2015)

Vlamdetectoren in de buurt van dispensers en loskades:

Dispensers worden soms ook in open ruimtes geplaatst, maar daar biedt vlamdetectie geen meerwaarde. De kans dat ter hoogte van de dispenser een lek en ontsteking voorkomt met brand tot gevolg wordt geminimaliseerd door de reeds aanwezige  standaard veiligheidsmaatregelen:

• Er gebeurt standaard een lektest voorafgaand aan vulling (opgenomen in de SAE J2601, SAE J2799, en de ISO 19880) voor elke tankbeurt
• Alle voertuigen zijn uitgerust met een wegrijbeveiliging. D.w.z. dat de motor van de wagen niet start wanneer het tankklepje open staat
• Alle dispensers zijn uitgerust met een breekkoppeling, d.w.z. dat de waterstofstroom onderbroken wordt vanuit de dispenser indien de wegrijbeveiliging van het voertuig faalt en het voertuig toch kan wegrijden.

Vlamdetectoren in de buurt van loskades van de tube-trailer worden eveneens als redundant geacht, omwille van de aanwezigheid van snelsmeltende persluchtbuisjes op de waterstof losslangen.

Opmerking:

Waterstofvlamdetectoren mogen niet als alternatief voor gasdetectie gebruikt worden, maar kunnen wel als bijkomende veiligheidsmaatregel geïnstalleerd worden in gesloten omgevingen.

Toepasbaarheid

Het installeren van een waterstof vlamdetectie is in principe algemeen toepasbaar. Het is aangewezen om vlamdetectie te voorzien die gericht zijn naar gevoelige installatie-onderdelen zoals opslagtanks en loskades in open lucht (waar gasdetectie geen nut heeft, d.w.z. waar geen ophoping mogelijk is)

Een voorbeeld van waterstofvlamdetectie wordt afgebeeld in Figuur 43 in de vorm van een IR-detectie die gericht staat op een opslagtank. De detector is vrij hoog van de grond geplaatst om een goed overzicht te krijgen van het volledige station. Dit kan nadelige effecten hebben op de inschatting van het stedenbouwkundig aspect in de omgevingsvergunning van een waterstoftankstation.

Figuur 43: IR-detector gericht op een openlucht opslagtank op een waterstoftankstation in de VS

Voordeel voor milieu/veiligheidsniveau

Voorzien van waterstof vlamdetectie is een maatregel die impact heeft op VF7 en VF8. Deze maatregel zal een signaal geven om de waterstoftoevoer af te sluiten zodat de waterstofbrand zich niet verder kan verspreiden en verder zal opbranden met een beperkte schade.

Financiële aspecten

Waterstof vlamdetectie is een dure maatregel. De kost is grootteorde € 3.000 – € 10.000 per stuk afhankelijk van het detectieoppervlak en eventuele bijkomende functies (Omni Instruments, n.d.), (Air Liquide, persoonlijke communicatie, 2020). Afhankelijk van het gewenste te monitoren volume, kunnen meerdere sensoren nodig zijn.