氫能行業(yè)的功能安全 工業(yè)信息安全和防爆保護 2024

氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co我們精心編譯了本白皮書。其包含有關我們公司和產品的信息。所有詳細信息均根術水平并盡我們所知和所信提供。但是，我們對所提供信息的準確性和完整性不承擔任何責任，除非出現重大過失。尤其應當注意，聲明不具有保證或擔保本出版物所有權利歸PilzGmbH&Co.KG所有。副本可用于內部用途。所氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co為了到2050年實現二氧化碳凈排放為零，全球都在努力實對于所有參與氫能價值鏈行業(yè)的企業(yè)——制造商，運營商，用戶，公告機構和保首要目標是將事故風險保持在社會可接受的殘余風險以下。這不僅適用），在本白皮書中，我們將重點關注整個氫能價值鏈的不同要素，并簡要介紹與安全相關的關鍵要求。氫能有令人印象深刻的特性，隨之而來的便是各種機遇，值得強調的是，當人局限于遵守法律要求、工業(yè)法規(guī)或技術標準時，社會就會廣泛接受新技術我們相信，如果采用成熟的解決方案，那么安全事故的數量將會得到有效控制，絕當然，我們也必須意識到：無論在何時，壞要實現持久、可靠的安全，在進行風險分析、風險評估以及設計開發(fā)設備和機械時，必須采在與制造商、用戶、組織和協會的多次討論中，我們發(fā)現在處理安全要求時存在不確定性。因此，如果您希望與我們取得聯系，請點擊/hydrogen頁面上的聯系選項！期待您的來信！氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co 6 6 7 22 22 25 25 26 26 27 27 27 29 氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co與此同時，在引入新技術時，總會出現接受程度的問題。我們的目標是改進境和全球戰(zhàn)略標準的各個方面。通常情況下，這項任務只能逐步來完成，而回顧過去顯所能當然，結合其他可類比的成功經驗提出更好的、更安全相關各方的關鍵任務是提升整個氫能價值鏈的市場價值。使用和轉換經過工業(yè)驗證的氫氣的工業(yè)生產和使用并不是一項新技術，但它的應用和應用領域已經發(fā)生了巨大的變如今，只有一些大型的流程行業(yè)工廠才擁有氫能的應用經驗，而與消費者直去則相當罕見。能源供應的分散化是一個明確的目標，用戶群體也會隨之改變，因此需除了全球戰(zhàn)略和經濟方面的考慮，市場份額的增加技術的能力發(fā)揮著關鍵作用。我們的任務是保證所有應用和所有潛在資質等級的安全性氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co尤其值得考慮的是，安全措施主要是為哪些目標群體設計的，以及在這些目標群市場的擴大和市場份額的增加意味著，不僅僅工業(yè)安全技術的基本理念是，必須始終保護人類免受危害，必須避免風險漏、電，但主要是由控應器氫氣與氧氣混合是一種極易爆炸的氣體混合物；它通常處于高壓狀態(tài)，液態(tài)時溫度極低。這在生產、運輸和加工過程中采取廣泛的保護措施。氫氣和氧氣的可燃性范圍極廣，按體積計算從4%因此，在設計氫氣裝置和容器時，提供足夠的通風焰幾乎看不見，因此還需要特殊的火焰?zhèn)鞲衅?。選擇合適的材料對于設計耐用、堅固氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co也很重要。金屬暴露在氫氣中會變脆。由于氫的分子很小，它可以通過最小的裂縫通常假設在封閉的空間中，它將上升到天花板，取代氧氣加壓氫氣泄漏更難檢測，因為從管道或容器逸出的氣體噴射方向可能無法燃和燃燒，并且作為地球上最輕的元素之一焰是看不見的，這使得很難定位火源。當與空氣混合時，氫氣燃的。然而，純氫火焰在日光下非常蒼白，、接觸傷害：由于氫氣通常在加壓氫氣罐中以液態(tài)儲存冷。如果氫氣在這種狀態(tài)下逸出并與皮膚接觸，或者如果安全預防措施對于確保安全使用至關重要。探測技術與安全控制技術標準和法規(guī)保證工業(yè)設備和機械的安全使用。它們涵蓋多種機械和設備，側重此外，風險評估對于確保機械的設計和建造能夠最大限度地減少操作期間和可“功能安全”是指安全取決于控制系統(tǒng)的正確功2024-07|?PilzGmbH&Co風險評估在功能安全要求方面起著核心作用。評估和降低機械風險時需要考慮的步驟來自EN13849標準的優(yōu)先標準：控制系統(tǒng)和ENI符合ENIEC61508標準：電氣、電子和可編程電子安全相關系統(tǒng)的功能安全、安全完整在確定有效性時，始終要考慮安全功能所涉及的所有要素的整個鏈，、適當的傳感器，用于安全記錄與安全相關的過、適當的執(zhí)行器以安全地影響工藝變量(控制，調隨著系統(tǒng)的復雜性和與安全相關的要求，電子系統(tǒng)的標準系列ENIEC61511：功能安全涵蓋工藝工業(yè)中、隨機硬件故障是指以統(tǒng)計方式發(fā)生的硬件故障，并且在電此，功能安全中確定的故障率都是指隨機故障。故障率決定了在允許的工作條件下（例如環(huán)境溫度，輻射和設備的允許使用壽命）的隨機故、系統(tǒng)性故障不能在統(tǒng)計上量化，因此無法確定故障率些原因只能受到設計，制造工藝，操作的修改，介質影響，腐蝕或磨損的影響。2024-07|?PilzGmbH&Co氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co.上圖顯示了安全相關功能的考慮和評估方法示例，如下表中針對每個定義的安全功安全相關評過程值過程中的輸入變量監(jiān)控輸出(過程響應)管道中的壓力、管道中的安全壓力測量、將測得的電流值安全傳輸到評估設備、安全監(jiān)控壓力值、與固定/可變的極限值的計算比較、安全響應、加氣過程結束，安全閥關閉、監(jiān)控安全閥壓力增加、氫罐中的安全壓力測量、將測得的電流值安全傳輸到評估設備、梯度測量、存儲當前值、安全評估：上升-持續(xù)高-下降-持續(xù)低、基本功能：安全存儲，安全時基，安全限值比較，安全計算等、安全響應、加氣過程結束，安全閥關閉、監(jiān)控安全閥氫罐中的溫度、氫罐中的安全溫度測量、將測得的電流值安全傳輸到評估設備、安全監(jiān)控溫度值、與固定/可變的極限值的計算比較、極限值的安全存儲、安全響應、加氣過程結束，安全閥關閉、監(jiān)控安全閥氫檢測、泄漏檢測、測量周圍空氣中的氫濃度、火焰檢測、控制通風和新鮮空氣量、旁路管理還必須由SIS監(jiān)控、啟動強制通風、通風口氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co.處理氫氣的設備操作人員必須進行危險評估。這將檢查危險。其中包括氫/氧混合物。這些要求旨在保護危險區(qū)域內的員工和其令1998/24/EC和ATEX137指令1999/92/EC令1999/92/EC規(guī)范大氣條件下的防爆要求。應在所謂的防爆文件中說明防爆概念如果危險分析的結果是一個明確的Ex區(qū)域，則在該區(qū)域使用的制造商部件必須符合不同的區(qū)域(0/20，1/21，2/22)代表在特定地點發(fā)生爆炸性氣體的概率。0/20區(qū)代表最高概率，2/22區(qū)代表最低概率。護類型“封裝”(ExMC)和“外殼保護”(Extc)中。對于安裝在控制柜中的部件(例如控制器)，可以考慮使用“增強安全性”(ExEC)的點火2024-07|?PilzGmbH&Co.歐盟沒有專門針對氫能技術和系統(tǒng)的具體法律。相反，這些技術必須符注意的是，這些條例包括管理與潛在爆炸性環(huán)境有關的危險以及使用加壓裝置運輸和在歐洲范圍內，對歐洲氫技術監(jiān)管框架進行了徹底審查，包括與安全有關的方面。啟動資助的稱為HyLAW的協調和支助行動項目，以解決阻礙氫氣技術部署的法律障目系統(tǒng)地確定和描述了歐盟18個國家法律體系中適用于氫氣技術的法律-行政程序。它還評量化這些流程在時間和資源方面的影響，確定部署方面的任何法律此外，HyLAW還比較了各國的做法，以確定最佳做法并倡導有針對性的改進總而言之，雖然歐盟缺乏氫氣技術的專門法律，但正在努力統(tǒng)一標準并障礙。這些舉措旨在確保氫氣系統(tǒng)的安全設計，測試，建造和運行，同時防止因意外2024-07|?PilzGmbH&Co.這些標準包含氫氣裝置和組件的固有安全設計要求。必須通過機械系統(tǒng)(如放空閥)子或可編程電子系統(tǒng)來降低殘余風險。電氣，電子或可編程電子系統(tǒng)必須采用IECEN或IECEN61511標準。為了進行風險評估，IEC61882可用作危險和可操作性研究(HAZ下圖顯示了可能適用于不同應用的相應指令管框架中：https://www.legifrance.gouv與歐盟不同的是，美國有自己的氫能技術監(jiān)管框架，法規(guī)和標準。在美國，氫由國際規(guī)范理事會(ICC)和國家消防局(NFPA)等各種標準規(guī)范組織塑造。這些、NFPA2氫氣技術代碼：NFPA2是一項專門針對氫氣的高級標準。它包含有關氫氣相關方面的要求，如建筑，室外存儲，分配，電解器和修理車庫。美國的大、NFPA55壓縮氣體和低溫流體的代碼：NFPA2專注于氣體和液氫(LH2)，而NF2024-07|?PilzGmbH&Co.以前，安全措施只是信息技術(IT)的一項也使用IT實現了高度的互聯。由于接口數量龐大，網絡高度發(fā)達，攻擊者更容易滲制系統(tǒng)，操縱它們，甚至危及功能安全(機械安全)。這意味著即使不是IT專家的員工也蓋從風險分析到安全操作和安全產品開發(fā)的要求(從設計到安全)。因此，IEC62443目前為工廠它著眼于五個方面：基本工業(yè)信息安全要求，區(qū)域和信道原則，信息安全2024-07|?PilzGmbH&Co.工業(yè)信息安全的目標是保證設備和機器的可用性，以及機器數據和流程的完整性者通常使用現有漏洞滲透控制網絡或中斷進程。必須及早檢測并糾正潛在的漏洞，以防止全相關部件，就必須保護此連接。如果沒有保護，就有可能有人未經許可修改系統(tǒng)，并危險狀態(tài)。工業(yè)應用防火墻(如PilzSecurityBridge)可防止這種情況。在控制網絡中，工具與控制器之間的連接受到保護，以免操作，并啟用安全的外部連接。傳輸數據的延遲還可以使用訪問權限系統(tǒng)PITreader保護工廠免遭未經授權的訪問。通過PITreader和相應的RF有關訪問管理主題的更多信息，請訪問我們的網站、必須將機器的限制定義為風險分析的一部分。由于機器無法在所法律形勢是明確的:例如，歐洲法律——由EC機械指令和歐盟機械法規(guī)自2027年起——規(guī)有在市場上投放具有適當安全等級的產品才是機器制造商制造商必須事先確定其設備和機器上的所有潛在危險，并評估相關風險。他們負責不得允許潛在危險對后續(xù)用戶，第三方或環(huán)境產生負面影響。還必須包操作手冊中還應明確規(guī)定產品的預期用途，并禁止任何已知的不當使用。設計工2024-07|?PilzGmbH&Co.、復雜的短路和交叉電路以及偽裝的但易于拆卸的位于控制器這只是檢測到的人為誤操作的一小部分樣本，并不是全部。最初，編碼安全開關監(jiān)控，并通過集成的RFID技術提供最大的操作保護。在獨特的完全編碼版本中，傳感器只接與此同時，RFID編碼安全原理的應用已在許多方面得到發(fā)展，產品也已適應新RFID技術的優(yōu)勢可以在機器部件需要對其他機器部件進行編碼分配的在加氫站加氫過程中，一輛氫氣拖車沒有受到監(jiān)控。雖然加氫程序是作為組織指令制定、通過本地HMI和移動設備，可使用各種存儲的用戶語言為加油順序的每個步驟、操作員按照規(guī)格采取的正確操作在安全控制器中、溢流閥和加注過程的后續(xù)順序僅在經過監(jiān)控的順序和授權測試、對各種高壓加氣軟管進行安全編碼，確保加氫站的軟管分配正確且唯一允許-、未經授權的操作員不能啟動灌裝流程，除非他們首先表明自己的、不管是故意操縱還是可預見的濫用，都不再可能啟動2024-07|?PilzGmbH&Co.如何管理和提供成功的設備/機器操作員培訓的證據，并、備選辦法2：使用安全自動化領域已有的設備/機器的使用權最初是通過提供一把普通鑰匙來授予的。從這時起，2024-07|?PilzGmbH&Co.所有訪問和操作權限都可以通過電子鑰匙進行管理。只有在提供了培訓證明的情況下進入權限?，F在可以實現完全逆向流程：密鑰管理（數據庫）監(jiān)控有效性，并提供培訓或新提醒。丟失鑰匙不再構成安全風險！在規(guī)定時間后自動封鎖，隨后手動釋放，從而提高可以為單個機器分配訪問權限，也可以為整個設備/機器組分配訪問權限。因此純用戶管理之外，還可以單獨分配讀取和寫入權限。只有在自動檢查權限的氫氣(氣體，液體和氫化物)的準則。它確定了與氫氣相關的基本安描述了氫氣的安全相關特性。報告還概述了設備運行和設施設計的預防和緩解措施，例如通風。氫氣傳感器是氫氣系統(tǒng)安全設計中不可或缺的一部分。它們在減輕相關風險方面氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書2024-07|?PilzGmbH&Co.本節(jié)詳細介紹了不同類型的檢測以及要監(jiān)控的不同模擬量要求檢測類型解釋管道，容器，密封件，電樞，機械部件(例如壓縮機被吹出時會產生超聲波，因為內部的氣體通常處于壓力之此處所示的所有安全功能已在(石油)化工行業(yè)中使用了幾十年，其中使用了所有類型在氫氣工藝中，監(jiān)測可變過程值是否達到固定極限值通常是不夠的。這將是一項簡化的功能任務：讀取安全模擬值，并將其與認證監(jiān)控模塊中的靜態(tài)限值進行比當多個過程值相互之間發(fā)生變化時，安全監(jiān)控功能就會變壓力和溫度直接相互依賴。在這種情況下，將固定極限值定義為壓力監(jiān)測的最大值是可變安全極限值由控制系統(tǒng)指定為監(jiān)視參數。但是，這需要基于表值或數學氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|20of312024-07|?PilzGmbH&Co.|20of31、安全計時器(例如安全時基，帶有安全處理控制的安全它甚至可以證明非常有用，并簡化了過程控制功能和安全相關監(jiān)控功能的組合。因此，電流測量、一個安全模擬輸入模塊，用于從相應的傳感器讀取過程值。傳感特性才能達到所需的安全水平(例如，單個傳感器，最高SIL、安全控制器的第一步是分析模擬輸入(通常為o故障信息意味著變送器檢測到內部錯誤，然后將模擬值切換至4o在這兩種情況下，安全控制器通過此故障信息識別錯誤情o…信息是一個4…20mA范圍內的模擬值，通常還具有允許20.5mA。用于測量和故障信息的信號電平示例可在NAMUR建議NE43中找如果需要冗余變送器達到一定的安全水平，則必須監(jiān)控兩個輸入值的合理|21of312024-07|?PilzGmbH&Co.|21of31與閾值進行比較。例如：壓力不得超過50bar，安全相關精確度為2%(0…100bar氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|22of312024-07|?PilzGmbH&Co.|22of31壓力開關和壓力變送器安全地監(jiān)測壓力，例如氫電解，壓縮機，高壓儲罐和氣技術，燃料電池或氫發(fā)動機，閥門技術以及H2加油站和H2氫罐車的設備。在需要可靠、堅固且經濟高效的壓力監(jiān)控時，始終使用機械壓力開關，無論是監(jiān)控管道例如，加氫站需要安全的溫度監(jiān)控，以確保在加氫時保持正確的溫度;這一要求來自標準SJ2601。傳感器可通過安全變送器進行測量，該變送器將傳感故障保護模擬輸入可用于單通道(最高SIL2/PLd)或雙通道的故障保護模擬量輸入可以設置極限值和監(jiān)視范圍。這是使用經過認證的輸入監(jiān)控，合控，比例化和算術功能軟件模塊執(zhí)行的?？梢允褂肞ilz可在本節(jié)中，我們將從功能安全的角度探討氫氣的各種應用。這些應用范圍從氫氣生產(電解汽轉化爐)到氫氣處理(加氫站)和氫氣消耗(燃料電池，發(fā)動機和燃燒器)。汽轉化爐是另一種生產氫氣的方法，甲烷(天然氣或沼氣)，甲醇或其他碳氫化合物通過蒸為電機供電。氫氣發(fā)動機是燃燒氫氣而不是汽油或柴油燃料的內燃機，在此過程中只產生水蒸汽。氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|23of312024-07|?PilzGmbH&Co.|23of31氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|24of312024-07|?PilzGmbH&Co.|24of31氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|25of312024-07|?PilzGmbH&Co.|25of31到2021年，全球總氫產量為94公噸。幾乎所有對于氫電解器，ISO22734:2019標準《使用電解水的氫堿性或PEM電解過程中需要考慮許多安全要求。氣體和火焰的檢測是強制性的，以確定和當的安全措施，例如通風或防止進入該區(qū)域。缺乏恒定電流源可能會造成額外的安全問題(膜堿性電解槽的典型安全監(jiān)控基于所有單個電池的電壓測量。這可防止因損壞單個電池而造成險。連續(xù)監(jiān)測單元電壓也提高了電解器的效率。在PEM電解槽上，整流器受到安全監(jiān)控流對于確保氫離子不會停止在膜層間至關重要。如果是這種情況，氫離子會重組成來控制和監(jiān)控所有必要的安全功能，如壓力，氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書(EMC，電氣方面，高壓方面，防止爆炸在蒸汽轉化過程中，天然氣或富含天然氣的混合物被用來產生灰氫。這種工藝眾所周知，進入大氣，例如碳捕獲和儲存系統(tǒng)。首批公司已經開始提供以沼氣為來源的蒸汽轉化系統(tǒng)加氫站的建立和運營由地方當局批準，并受國家或地區(qū)立法的監(jiān)督。標準施降低火災和爆炸風險。必須對整個站點進行風險評協議。本標準描述了一些公認標準組織(如SAEJ2601)發(fā)布的加注協議。除了對加注過程非常重氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|27of312024-07|?PilzGmbH&Co.|27of31低至零下40攝氏度。必須考慮的一般安全功能包括氫氣，火焰和煙霧檢測，以及安全監(jiān)測和于其分散式結構和故障安全模擬量輸入，所有加注功能均可被安全監(jiān)控并本節(jié)旨在概述氫氣消耗設備的各種應用，包括燃料電池，燃燒器和燃氣發(fā)動機適用于燃料電池的標準是IEC62282-3-100：2019氣體和酒精。制造商需要執(zhí)行風險評估，以識別所安全要求是廣泛的，包括壓力設備和管道，煙氣排放系統(tǒng)和氣體輸送部件的要求防止火災或爆炸危害，不僅是燃料電池電力系統(tǒng)產生的危害，還包括燃燒器產生的危害(如果存在轉化爐)。安全要求還包括電氣安全性和EMC兼這些標準包括EN298和IEC/UL60730-2-5用于燃燒器控制，或EN676用于燃氣燃燒器。ISO13577標準也適用于工業(yè)燃爐（氣體燃料領域）。這些氫能行業(yè)的功能安全、工業(yè)信息安全和防爆保護白皮書|28of312024-07|?PilzGmbH&Co.|28of31標準只區(qū)分氣體燃料，液體燃料和固體燃料。氣體燃料組內的不同氣體之間沒現有燃燒器標準與氫氣的一致性意味著燃燒順序及其監(jiān)測機制保持不變。使用燃燒時，由于其他物理特性(如火焰幾何形狀和傳播速度)，必須對燃燒器進行結構調整。Pilz的燃燒控制器(PNOZmulti2燃燒器系統(tǒng))可100%用于燃燒傳統(tǒng)氣體混合