Development of Leakage Detection System for Safe Transportation of Compressed Gaseous Hydrogen Using Tube Trailers

Abstract

Hydrogen kan være en passende erstatning for fossilt brensel takket være dets unike egenskaper. Etter produksjon,hydrogen kan transporteres og distribueres ved hjelp av rørledninger, tankbiler, rørtilhengere eller skip. Transport med rørhengere er godt etablert for relativt små mengder over korte avstander (opp til 200 km). Komprimert gassformig hydrogen (CGH2) kan transporteres med sylindere eller buntede rør på rørhenger på lastebiler med trykk mellom 20-70 MPa. Men sikker bruk og håndtering av komprimert gassformig hydrogen byr på ulike utfordringer på grunn av hydrogens lette lekkasje, lav tenning energi på 0,017 mJ og bredt utvalg av brennbare drivstoff-luftblandinger på 4-75 %, oppdrift og sprøhet. Derfor er sikkerhet en stor bekymring for den nye hydrogeninfrastrukturen. Et viktig prinsipp underliggende sikker hydrogenbruk er å søke design og operasjoner som minimerer alvorlighetsgraden av konsekvensene av et potensielt uhell. Dette kan gjøres ved bruk av alarmer og varslingsenheter (inkludert hydrogen- og branndetektorer), områdekontroll rundt et hydrogensystem og bruk av personlig verneutstyr utstyr. Det er imidlertid foreløpig ingen indikasjon på hvordan man kan utvikle et system for å oppdage lekkasjer for transport av komprimert gassformig hydrogen ved hjelp av rørhengere. I dette arbeidet, et lekkasjedeteksjonssystem for rørhengere sammen med automatiske sikkerhetsbarrierer er utviklet. Sammen med gjennomføringen av et lekkasjedeteksjonssystem, kreves det forsikring om dets tiltenkte og effektive drift. Derfor, en modifikasjon av "HSG254: Developing Process Safety Indicators" ble vedtatt, og sikkerhetsindikatorer ble utviklet. Gjennom implementeringen av det utviklede lekkasjedeteksjonssystemet og vedta det relevante sikkerhetsindikatorer, risikoene knyttet til transport av komprimert gassformig hydrogen ved hjelp av rørhengere forventes å bli kontrollert i stor grad.

Hydrogen may be a suitable substitute to fossil fuels thanks to its unique properties. After production, hydrogen can be transported and distributed using pipelines, tanker trucks, tube trailers, or ships. Transportation by tube trailers is well established for relatively small quantities over short distances (up to 200 km). Compressed gaseous hydrogen (CGH2) can be transported by cylinders or bundled tubes on tube trailer on trucks with pressures between 20-70 MPa. However, the safe usage and handling of compressed gaseous hydrogen poses different challenges due to hydrogen’s ease of leaking, low ignition energy of 0.017 mJ and wide range of combustible fuel-air mixtures of 4-75%, buoyancy and embrittlement. Therefore, safety is a major concern for the emerging hydrogen infrastructure. An important principle underlying safe hydrogen use is to seek designs and operations that minimize the severity of the consequences of a potential mishap. This can be done by use of alarms and warning devices (including hydrogen and fire detectors), area control around a hydrogen system and use of personal protective equipment. However, there is currently no indication on how to develop a system for detecting leakages for transporting compressed gaseous hydrogen using tube trailers. In this work, a leakage detection system for tube trailers along with automatic safety barriers has been developed. Along with the implementation of a leakage detection system, the assurance of its intended and effective operation is required. Therefore, a modification of ‘HSG254: Developing Process Safety Indicators’ was adopted, and safety indicators were developed. Through the implementation of the developed leakage detection system and adopting its relevant safety indicators, the risks regarding the transportation of compressed gaseous hydrogen using tube trailers are expected to be controlled to a large extent.