Análisis de los elementos de seguridad en sistemas con tecnologías del hidrógeno

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster se encuentra estructurado de la siguiente forma. En primer lugar, se podrá encontrar una extensa información que hace referencia a las propiedades que caracterizan al hidrógeno. Las propiedades que posee el hidrógeno lo hacen particularmente peligroso. Es por esto, que el foco principal en el que se ha centrado la elaboración de este documento es el análisis de los elementos de seguridad implicados en los sistemas con tecnologías del hidrógeno. De este modo, se ha llevado a cabo un estudio bibliográfico sobre las propiedades que caracterizan a este compuesto. Y, además, se muestra una comparativa entre las propiedades que caracterizan al hidrógeno y a otros combustibles relacionadas con posibles consecuencias que puedan tener lugar al ocurrir accidente. A continuación, y persiguiendo el objetivo de poder abarcar una mayor comprensión de la importancia que posee la producción y el uso de hidrógeno, se ha expuesto tanto el mercado principal en el que se ve destinado el uso del hidrógeno producido como su cadena de valor. A su vez, se muestran las perspectivas de futuro que se tienen respecto al mismo con vistas a 2050. En ellas se destaca el papel clave que toma el hidrógeno como recurso para llevar a cabo la descarbonización. Una vez que se han contemplado las principales características que posee el hidrógeno y se ha entendido su contexto presente y futuro, se ha pasado a analizar los peligros que pueden verse involucrados cuando en un proceso industrial se encuentra presente el hidrógeno y se produce cualquier tipo de irregularidad. Dentro de estos peligros se encuentran las consecuencias que estos tendrían para la salud de los trabajadores presentes. Dentro de los posibles accidentes en los que se ve involucrado el hidrógeno, se ha procedido al estudio y clasificación del peligro más grave que puede acontecerse con relación a esta sustancia, se habla pues de las atmósferas explosivas. Se ve incluida en este documento la clasificación de las zonas y las fuentes de ignición establecidas en el Real Decreto 681/2003 capaces de desencadenar la ignición de una atmósfera explosiva. Además, para poder evitar la formación de estas, se hace una presentación de las actuales tecnologías de detección de fugas de escape de gas. Y, por último, para culminar este trabajo, se ha realizado un caso práctico en el que se abordan las necesidades respecto a seguridad industrial referidas a una estación de recarga de hidrógeno en concreto. En este ejemplo se han calculado las zonas de intervención, alerta y efecto dominó en función de la masa de hidrógeno almacenada a través de las pautas establecidas por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSST) para el accidente que confiere un mayor riesgo, es decir, para una explosión o sobrepresión. Además, se ha seguido el procedimiento que cumple el Real Decreto 681/2003 establecido por la guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos derivados de atmósferas explosivas (ATEX) en el lugar de trabajo. De modo que han quedado establecidas las zonas en función de su clasificación (zonas 0, 1 y 2). Se obtienen los resultados pertinentes a la metodología seguida y, a raíz de estos, se establece que el nivel de riesgo de explosión para esta instalación es mayor o catastrófico al coexistir los tres tipos de zonas explicadas en la clasificación de zonas ATEX. Esto implica la necesidad de medidas de prevención y/o protección las cuales se encuentran propuestas en el presente documento con el fin de detectar posibles fugas capaces de desencadenar un accidente. Por último, se habla de estrategias de seguridad y técnicas de mitigación que pueden acogerse en este tipo de sistemas. Con todo esto, se han obtenido las siguientes conclusiones principales. El hidrógeno confiere un recurso de gran valor y con un futuro prometedor. Aunque hay que tener en cuenta que las propiedades que lo caracterizan lo convierten en un componente que posee especial peligrosidad a la hora de hablar de la seguridad que se ve implicada en un proceso. Es por ello por lo que se necesita un amplio conocimiento sobre este elemento y sobre la normativa vigente que contiene la información que hace referencia a la seguridad en los sistemas en los que se ve involucrado. Al ser una tecnología incipiente, se requiere del desarrollo de leyes, guías y normativas específicas y en constante actualización

This Master's Thesis is structured as follows. In the first place, you can find extensive information that refers to the properties that characterize hydrogen. The properties that hydrogen possesses make it particularly dangerous. For this reason, this document has focused on the analysis of the safety elements involved in systems with hydrogen technologies. In this way, a bibliographic study has been carried out on the properties that characterize this compound. And, in addition, a comparison is shown between the properties that characterize hydrogen and other fuels related to the possible consequences that may occur when an accident takes place. Next, and pursuing the objective of being able to cover a greater understanding of the importance of the production and use of hydrogen, both, the main market in which the use of the hydrogen produced is destined for, and its value chain have been exposed. At the same time, the prospects for it with a view to 2050 are shown. They highlight the key role that hydrogen plays as a resource to carry out decarbonization. Once the main characteristics of hydrogen have been considered and its present and future context has been understood, the dangers that may be involved when hydrogen is present in an industrial process and occurs any type of irregularity have been analysed. Among these dangers are the consequences that these would have for the health of the workers present. Within the possible accidents in which hydrogen is involved, the study and classification of the most serious danger that can occur in relation to this substance has been carried out, therefore we speak of explosive atmospheres. Included in this document is the classification of the zones and ignition sources established in Royal Decree 681/2003 capable of triggering the ignition of an explosive atmosphere. In addition, in order to avoid the formation of these, a presentation is made of the current gas leak detection technologies. And, finally, to complete this work, a practical case has been carried out in which the needs regarding industrial safety related to a specific hydrogen recharging station are addressed. In this example, the intervention, alert and domino effect zones have been calculated based on the mass of hydrogen stored through the guidelines established by the National Institute of Safety and Hygiene at Work (INSST) for the accident that confers a greater risk, that is. for an explosion or overpressure. In addition, the procedure that complies with Royal Decree 681/2003 established by the technical guide for the evaluation and prevention of risks arising from explosive atmospheres (ATEX) in the workplace has been followed. So, the zones have been established according to their classification (zones 0, 1 and 2). The results pertinent to the methodology followed are obtained and, because of these, it is established that the level of risk of explosion for this installation is greater or catastrophic as the three types of zones explained in the classification of ATEX zones coexist. This implies the need for prevention and/or protection measures which are proposed in this document to detect possible leaks capable of triggering an accident. Finally, there is talk of security strategies and mitigation techniques that can be used in this type of system. With all this, the following main conclusions have been obtained. Hydrogen confers a resource of great value and with a promising future. Although it must be considered that the properties that characterize it make it a component that is particularly dangerous when it comes to talking about the security that is involved in a process. That is why extensive knowledge is needed about this element and about the current regulations that contain the information that refers to the security of the systems in which it is involved. Being an incipient technology, the development of specific and constantly updated laws, guides and regulations is required.