Wasserstoffventile
Ein Wasserstoffventil ist ein Industrie-Regelventil, das speziell für den sicheren Umgang mit Wasserstoffgas in industriellen Anwendungen wie Chemieanlagen, Energieerzeugung, Metallurgie oder Infrastrukturprojekten entwickelt wurde. Wasserstoff gilt als zentraler Energieträger der Zukunft und als wesentlicher Baustein für eine klimaneutrale Industrie. Obwohl Wasserstoff seit Jahrzehnten industriell genutzt wird, stellen seine physikalischen und chemischen Eigenschaften besonders hohe Anforderungen an die Ventiltechnik. Die extrem kleine Molekülgröße, die hohe Diffusionsfähigkeit sowie die Entzündlichkeit des Gases erfordern höchste Standards bei Werkstoffen, Konstruktion, Dichtheit und Betriebssicherheit. Wasserstoffventile sind daher sicherheitskritische Schlüsselkomponenten in der industriellen Wasserstoffwirtschaft.
Die Auswahl geeigneter Werkstoffe ist eine der zentralen Herausforderungen bei Wasserstoffventilen. Wasserstoff kann in viele metallische Werkstoffe eindiffundieren und dort zur sogenannten Wasserstoffversprödung führen, was die mechanische Festigkeit und Lebensdauer der Bauteile erheblich beeinträchtigen kann. Einen besonderen Angriffspunkt für die Wasserstoffversprödung stellen Fehlstellen bei Gussteilen her, hier müssen je nach Einsatzfall erhöhte Anforderungen an die Prüfungen und die Grenzwerte für die Gussqualität erfüllt werden. Bei erhöhten Drucken und Temperaturen sind austenitische Edelstähle gegenüber Wasserstoffversprödung besonders unempfindlich.
Auch alle medienberührten Dichtungen und Schmierstoffe müssen vollständig wasserstoffkompatibel sein. Eine hohe Materialreinheit und eine kontrollierte Fertigungsqualität sind hier essenziell, da bereits kleinste Materialdefekte potenzielle Diffusionsstellen für Wasserstoff darstellen können.
Wasserstoffventile müssen sowohl intern als auch extern höchste Dichtheitsanforderungen erfüllen. Aufgrund der geringen Molekülgröße des Wasserstoffs sind konventionelle Dichtkonzepte häufig nicht ausreichend. Intern werden je nach Applikation weichdichtende Systeme für blasenfreie Absperrung oder metallisch dichtende Sitzsysteme mit minimalen Leckageraten eingesetzt. In kritischen Anwendungen kommen bevorzugt mehrstufige Dichtkonzepte zum Einsatz, bei denen eine weichdichtende Primärdichtung durch eine metallisch dichtende Sekundärdichtung abgesichert wird.
Extern ist die Emissionsfreiheit von zentraler Bedeutung. Bereits kleinste Leckagen können in geschlossenen Räumen zur Bildung zündfähiger Gemische führen. Deshalb werden bei Wasserstoffventilen bevorzugt hermetisch dichtende Faltenbalgsysteme oder besonders emissionsarme Stopfbuchspackungen (gemäß ISO 15848) eingesetzt, die die höchsten Ansprüche an Dichtheit, auch über mehr als 100.000 Hubzyklen gewährleisten.
Zusätzlich müssen Wasserstoffventile extreme Betriebsbedingungen abdecken – von kryogenen Temperaturen bei der Speicherung im flüssigen Zustand bis hin zu hohen Prozesstemperaturen sowie von Niederdruckanwendungen bis zu Hochdrucksystemen mit mehr als 300 bar.
Da Wasserstoff bereits in niedriger Konzentration mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bildet, unterliegen Wasserstoffventile strengen Explosionsschutzanforderungen. Alle Ventile und Zubehörkomponenten, die in potenziell explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, müssen entsprechend zertifiziert sein. Dazu zählen insbesondere Stellungsregler, Sensorik und elektrische Antriebe, die in explosionsgeschützter Ausführung realisiert werden. Auch die nichtelektrischen Komponenten, wie pneumatische Antriebe und die Ventilkonstruktion selbst muss so ausgelegt sein, dass potenzielle Zündquellen wie Funkenbildung, elektrostatische Aufladung oder unzulässig hohe Oberflächentemperaturen vermieden werden. Antistatische Werkstoffe und Beschichtungen, sowie eine robuste mechanische Auslegung sind hierbei entscheidende Faktoren.
Erfahrung
ARCA verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung von Regelventilen für Wasserstoffanwendungen. Wasserstoffventile werden dabei nicht als isoliertes Einzelprodukt verstanden, sondern als hochintegrierte Regellösungen, die exakt auf den jeweiligen Prozess abgestimmt sind. Die ECOTROL®-Baureihe bildet dabei die technologische Basis für viele industrielle Wasserstoffanwendungen.
Modularer Aufbau
Die modular aufgebaute Ventilplattform ermöglicht eine flexible Konfiguration hinsichtlich Nennweite, Druckstufe, Werkstoff, Dichtsystem und Innengarnitur. Dadurch lassen sich die Ventile präzise an die jeweiligen Prozessanforderungen anpassen – etwa bei Elektrolyseanlagen, Speicher- und Transportprozessen, chemischen Anwendungen oder Anlagen zur Druckwechsel-Adsorption. Die Konstruktion ist auf hohe Regelgenauigkeit, lange Standzeiten und maximale Betriebssicherheit ausgelegt, auch unter stark wechselnden Last- und Druckbedingungen.
GUARDIAN-Programm
Ein zentrales Element der Wasserstoffkompetenz von ARCA ist das GUARDIAN-Programm. Dieses ganzheitliche Sicherheits- und Servicekonzept basiert auf drei Säulen: Konstruktion und Werkstoffe, Prüfungen und Zertifizierungen sowie Schulung und Wartung. Bereits in der Entwicklungsphase fließen aktuelle Erkenntnisse zur Wasserstoffbeständigkeit von Materialien und Bauteilen ein. Ergänzend werden umfangreiche Prüf- und Abnahmeverfahren durchgeführt, um die Einhaltung aller relevanten Normen und Richtlinien sicherzustellen.
Beratung
Darüber hinaus verfolgt ARCA konsequent einen beratungsorientierten Ansatz. Statt standardisierter Lösungen werden individuelle Ventilkonzepte entwickelt, die exakt auf die örtlichen Gegebenheiten und prozesstechnischen Anforderungen abgestimmt sind. Moderne digitale Stellungsregler mit Diagnosefunktionen und Echtzeit-Datenverarbeitung ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung des Ventilzustands und tragen wesentlich zur Betriebssicherheit bei.
Sicherheit und Wartung
Bei Wasserstoffventilen ist Sicherheit untrennbar mit fachgerechter Wartung und qualifiziertem Betrieb verbunden. Regelmäßige Inspektionen und Instandhaltungsmaßnahmen sind unerlässlich, um die langfristige Dichtheit, Funktionalität und Betriebssicherheit der Ventile sicherzustellen.
ARCA unterstützt Betreiber hierbei mit umfassenden Serviceleistungen und Schulungsangeboten. Spezielle Trainings vermitteln fundiertes Wissen zur Bedienung, Wartung und sicherheitstechnischen Bewertung von Wasserstoffventilen. Dabei werden sowohl theoretische Grundlagen als auch praktische Aspekte behandelt, einschließlich der frühzeitigen Erkennung von Verschleiß, Leckagen oder potenziellen Gefahrenstellen.
Ein weiterer sicherheitsrelevanter Aspekt ist die Sauberkeit der Ventile. Insbesondere bei hochreinen Wasserstoffanwendungen ist eine kontaminationsfreie Ausführung zwingend erforderlich. ARCA setzt hierfür spezialisierte Reinigungs- und Prüfprozesse, um sicherzustellen, dass alle medienberührten Bauteile frei von unerwünschten Substanzen sind. Dies reduziert das Risiko der Freisetzung von atomarem Wasserstoff und trägt maßgeblich zur sicheren Nutzung von Wasserstoff in industriellen Anlagen bei.
Anwendungen
Regelarmaturen für Druckwechsel-Adsorption (PSA)
Die ARCA bietet effiziente Regeltechnik für den Prozess der Druckwechsel-Adsorption, kurz PSA (Pressure Swing Adsorption) genannt. Dort wird Wasserstoff aus Rohgasen zurückgewonnen. Reinheitsgrade von bis zu 99,9999 % sind möglich. Den Prozess charakterisieren hohe Stellzyklen der Regelarmaturen, da das Gas von einem Absorber in den nächsten geleitet und zurückgeführt wird. Für die Reinheit des Gases ist ein dichter Abschluss der Regelarmaturen in beiden Durchflussrichtungen entscheidend. Die patentierte ARCA-Weichabdichtung hat mit mehr als 1 Mio. Schaltspielen ihre Zuverlässigkeit eindrucksvoll bewiesen.
Wasserstoff in Power-to-X-Applikationen (P2X)
Power-to-X-Applikationen (kurz P2X), die mit grünem oder überschüssigem Strom Wasserstoff herstellen, erzeugen in den Folgeprozessen unter anderem Ammoniak, Methan, Diesel, Ethylen oder Methanol. Die es wiederum zu regeln gilt.
Unser Gruppenmitglied die WEKA AG in der Schweiz, Hersteller von Kryokomponenten, setzt Maßstäbe in der Kryotechnik. Ein sicherer und zuverlässiger Betrieb unter Extrembedingungen – Temperaturen bis -253 °C und Drucken bis 1000 bar und das Verflüssigen von gasförmigem Wasserstoff, dessen Speicherung und Transport oder die Treibstoffversorgung in der Raumfahrt, ist das Tagesgeschäft der Schweizer Spezialisten.
Ihre Ansprechpartner
Pascal Weyers Sales Engineer Compressor & Steel Industries
was wir haben,
aber immer an das,
was uns fehlt.
(Arthur Schopenhauer)