Monitoring approaches for safe road transport of hydrogen

Abstract

Hydrogen er den mest lovende kandidaten for å erstatte fossilt brensel ettersom det under forbrenning ikke produserer karbondioksid så vel som det er rikelig i naturen og inneholder høy gravimetrisk energitetthet. Det har potensial til å bli brukt som et lavutslippsdrivstoff i transportsektoren, deponerer elektrisk energi, oppvarming og kjøling osv. Dette har ført til nødvendigheten av å forsterke hydrogenøkonomien ved å utvikle alle fire seksjoner, produksjon, lagring, transport og applikasjon beskrevet i hydrogenverdikjeden. Hydrogen kan lagres i forskjellige tilstander, for eksempel i flytende, komprimert gassform og fast form, samt kan transporteres til sluttbrukere gjennom rørtilhengere, jernbane eller skip. Selv om hydrogen utvilsomt har utmerkede egenskaper som energikilde, utfolder det flere sikkerhetsproblemer under lagrings- og leveringsprosessen. Derfor er det nødvendig med sikker og pålitelig infrastruktur for å formidle hydrogen siden den forbinder etterspørselen og tilbudet av gassen. I denne rapporten studeres transport av hydrogen i komprimert gassform ved hjelp av rørtilhengere siden det krever den enkleste infrastrukturen og har økonomisk fordel fremfor andre alternativer.

Oppgaven presenterer en detaljert risikoanalyse for rørtilhengertransport av komprimert gassformig hydrogen og identifiserer potensielle ulykkesscenarier som utvikler seg fra de initierende hendelsene til sluttkonsekvensene. Siden de initierende hendelsene er de første indikatorene på avvik fra normal driftstilstand i et system, blir teknologier for å umiddelbart oppdage avviket ved å studere ytelsen til forskjellige komponenter gjennomgått i denne studien. Dette vil føre til tidlig identifisering av farlige forringelser i systemet som kan håndteres i tide, og store ulykker kan også forhindres. Prosesssikkerhetsindikatorer er også nevnt i denne rapporten for overvåkingsteknologiene for de initierende hendelsene for å sikre dobbel sikkerhet. Siden det ikke er noen retningslinjer for hvilke fysiske mengder/parametre som skal overvåkes under transport av hydrogen gjennom rørtilhengere, anbefales en overvåkingsstrategi for MCE-selskap basert på dette forskningsarbeidet som kan tas i bruk for å etablere en sikker leveringsmetode for komprimert gassformig hydrogenrørtilhenger. . Til slutt, sammenligning mellom overvåkingstilnærmingene brukt for hydrogenrørhenger og LPG, blir CNG-transporterende kjøretøy utført for å studere forskjellene. Videre foreslås fremtidig arbeidsområde i denne forbindelse også i denne rapporten.

Hydrogen is the most promising candidate for replacing fossil fuels as during combustion it does not produce carbon dioxide as well as it is abundant in nature and contains high gravimetric energy density. It has the potential to be employed as a low emission fuel in transportation sector, depositing electrical energy, heating, and cooling purposes etc. This has led to the necessity of reinforcing hydrogen economy by developing all four sections, production, storage, transportation, and application described in hydrogen value chain. Hydrogen can be stored in different states for instance, in liquid, compressed gaseous and solid forms as well as can be transported to the end users through tube trailers, railway or ship. Though hydrogen has undoubtedly excellent properties as a source of energy, it unfolds several safety issues during its storage and delivery process. Hence, safe and reliable infrastructure is needed to convey hydrogen since it connects the demand and supply of the gas. In this report, transportation of hydrogen in compressed gaseous form using tube trailers is studied since it requires the simplest infrastructure and has economic benefit over other options.

The thesis presents a detailed risk analysis for tube trailer transportation of compressed gaseous hydrogen and identifies the potential accident scenarios developing from the initiating events to the end consequences. Since the initiating events are the first indicators of deviation from normal operating condition within a system, technologies to instantly detect the deviation by studying performance of different components are reviewed in this study. This will lead to early identification of any dangerous deterioration within the system which can timely be handled, and major accidents can be prevented as well. Process safety indicators are also mentioned in this report for the monitoring technologies of the initiating events to ensure dual assurance. Since there is no guideline about what physical quantities/ parameters are to be supervised while transporting hydrogen through tube trailers, a monitoring strategy is recommended for MCE company based on this research work that can be adopted to establish a safe compressed gaseous hydrogen tube trailer delivery method. Finally, comparison between the monitoring approaches adopted for hydrogen tube trailer and LPG, CNG transporting vehicles is conducted to study the differences. Moreover, future scope of work in this regard is also suggested in this report.