氢能行业的功能安全 工业信息安全和防爆保护 2024

氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co我们精心编译了本白皮书。其包含有关我们公司和产品的信息。所有详细信息均根术水平并尽我们所知和所信提供。但是，我们对所提供信息的准确性和完整性不承担任何责任，除非出现重大过失。尤其应当注意，声明不具有保证或担保本出版物所有权利归PilzGmbH&Co.KG所有。副本可用于内部用途。所氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co为了到2050年实现二氧化碳净排放为零，全球都在努力实对于所有参与氢能价值链行业的企业——制造商，运营商，用户，公告机构和保首要目标是将事故风险保持在社会可接受的残余风险以下。这不仅适用），在本白皮书中，我们将重点关注整个氢能价值链的不同要素，并简要介绍与安全相关的关键要求。氢能有令人印象深刻的特性，随之而来的便是各种机遇，值得强调的是，当人局限于遵守法律要求、工业法规或技术标准时，社会就会广泛接受新技术我们相信，如果采用成熟的解决方案，那么安全事故的数量将会得到有效控制，绝当然，我们也必须意识到：无论在何时，坏要实现持久、可靠的安全，在进行风险分析、风险评估以及设计开发设备和机械时，必须采在与制造商、用户、组织和协会的多次讨论中，我们发现在处理安全要求时存在不确定性。因此，如果您希望与我们取得联系，请点击/hydrogen页面上的联系选项！期待您的来信！氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co 6 6 7 22 22 25 25 26 26 27 27 27 29 氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co与此同时，在引入新技术时，总会出现接受程度的问题。我们的目标是改进境和全球战略标准的各个方面。通常情况下，这项任务只能逐步来完成，而回顾过去显所能当然，结合其他可类比的成功经验提出更好的、更安全相关各方的关键任务是提升整个氢能价值链的市场价值。使用和转换经过工业验证的氢气的工业生产和使用并不是一项新技术，但它的应用和应用领域已经发生了巨大的变如今，只有一些大型的流程行业工厂才拥有氢能的应用经验，而与消费者直去则相当罕见。能源供应的分散化是一个明确的目标，用户群体也会随之改变，因此需除了全球战略和经济方面的考虑，市场份额的增加技术的能力发挥着关键作用。我们的任务是保证所有应用和所有潜在资质等级的安全性氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co尤其值得考虑的是，安全措施主要是为哪些目标群体设计的，以及在这些目标群市场的扩大和市场份额的增加意味着，不仅仅工业安全技术的基本理念是，必须始终保护人类免受危害，必须避免风险漏、电，但主要是由控应器氢气与氧气混合是一种极易爆炸的气体混合物；它通常处于高压状态，液态时温度极低。这在生产、运输和加工过程中采取广泛的保护措施。氢气和氧气的可燃性范围极广，按体积计算从4%因此，在设计氢气装置和容器时，提供足够的通风焰几乎看不见，因此还需要特殊的火焰传感器。选择合适的材料对于设计耐用、坚固氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co也很重要。金属暴露在氢气中会变脆。由于氢的分子很小，它可以通过最小的裂缝通常假设在封闭的空间中，它将上升到天花板，取代氧气加压氢气泄漏更难检测，因为从管道或容器逸出的气体喷射方向可能无法燃和燃烧，并且作为地球上最轻的元素之一焰是看不见的，这使得很难定位火源。当与空气混合时，氢气燃的。然而，纯氢火焰在日光下非常苍白，、接触伤害：由于氢气通常在加压氢气罐中以液态储存冷。如果氢气在这种状态下逸出并与皮肤接触，或者如果安全预防措施对于确保安全使用至关重要。探测技术与安全控制技术标准和法规保证工业设备和机械的安全使用。它们涵盖多种机械和设备，侧重此外，风险评估对于确保机械的设计和建造能够最大限度地减少操作期间和可“功能安全”是指安全取决于控制系统的正确功2024-07|©PilzGmbH&Co风险评估在功能安全要求方面起着核心作用。评估和降低机械风险时需要考虑的步骤来自EN13849标准的优先标准：控制系统和ENI符合ENIEC61508标准：电气、电子和可编程电子安全相关系统的功能安全、安全完整在确定有效性时，始终要考虑安全功能所涉及的所有要素的整个链，、适当的传感器，用于安全记录与安全相关的过、适当的执行器以安全地影响工艺变量(控制，调随着系统的复杂性和与安全相关的要求，电子系统的标准系列ENIEC61511：功能安全涵盖工艺工业中、随机硬件故障是指以统计方式发生的硬件故障，并且在电此，功能安全中确定的故障率都是指随机故障。故障率决定了在允许的工作条件下（例如环境温度，辐射和设备的允许使用寿命）的随机故、系统性故障不能在统计上量化，因此无法确定故障率些原因只能受到设计，制造工艺，操作的修改，介质影响，腐蚀或磨损的影响。2024-07|©PilzGmbH&Co氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co.上图显示了安全相关功能的考虑和评估方法示例，如下表中针对每个定义的安全功安全相关评过程值过程中的输入变量监控输出(过程响应)管道中的压力、管道中的安全压力测量、将测得的电流值安全传输到评估设备、安全监控压力值、与固定/可变的极限值的计算比较、安全响应、加气过程结束，安全阀关闭、监控安全阀压力增加、氢罐中的安全压力测量、将测得的电流值安全传输到评估设备、梯度测量、存储当前值、安全评估：上升-持续高-下降-持续低、基本功能：安全存储，安全时基，安全限值比较，安全计算等、安全响应、加气过程结束，安全阀关闭、监控安全阀氢罐中的温度、氢罐中的安全温度测量、将测得的电流值安全传输到评估设备、安全监控温度值、与固定/可变的极限值的计算比较、极限值的安全存储、安全响应、加气过程结束，安全阀关闭、监控安全阀氢检测、泄漏检测、测量周围空气中的氢浓度、火焰检测、控制通风和新鲜空气量、旁路管理还必须由SIS监控、启动强制通风、通风口氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co.处理氢气的设备操作人员必须进行危险评估。这将检查危险。其中包括氢/氧混合物。这些要求旨在保护危险区域内的员工和其令1998/24/EC和ATEX137指令1999/92/EC令1999/92/EC规范大气条件下的防爆要求。应在所谓的防爆文件中说明防爆概念如果危险分析的结果是一个明确的Ex区域，则在该区域使用的制造商部件必须符合不同的区域(0/20，1/21，2/22)代表在特定地点发生爆炸性气体的概率。0/20区代表最高概率，2/22区代表最低概率。护类型“封装”(ExMC)和“外壳保护”(Extc)中。对于安装在控制柜中的部件(例如控制器)，可以考虑使用“增强安全性”(ExEC)的点火2024-07|©PilzGmbH&Co.欧盟没有专门针对氢能技术和系统的具体法律。相反，这些技术必须符注意的是，这些条例包括管理与潜在爆炸性环境有关的危险以及使用加压装置运输和在欧洲范围内，对欧洲氢技术监管框架进行了彻底审查，包括与安全有关的方面。启动资助的称为HyLAW的协调和支助行动项目，以解决阻碍氢气技术部署的法律障目系统地确定和描述了欧盟18个国家法律体系中适用于氢气技术的法律-行政程序。它还评量化这些流程在时间和资源方面的影响，确定部署方面的任何法律此外，HyLAW还比较了各国的做法，以确定最佳做法并倡导有针对性的改进总而言之，虽然欧盟缺乏氢气技术的专门法律，但正在努力统一标准并障碍。这些举措旨在确保氢气系统的安全设计，测试，建造和运行，同时防止因意外2024-07|©PilzGmbH&Co.这些标准包含氢气装置和组件的固有安全设计要求。必须通过机械系统(如放空阀)子或可编程电子系统来降低残余风险。电气，电子或可编程电子系统必须采用IECEN或IECEN61511标准。为了进行风险评估，IEC61882可用作危险和可操作性研究(HAZ下图显示了可能适用于不同应用的相应指令管框架中：https://www.legifrance.gouv与欧盟不同的是，美国有自己的氢能技术监管框架，法规和标准。在美国，氢由国际规范理事会(ICC)和国家消防局(NFPA)等各种标准规范组织塑造。这些、NFPA2氢气技术代码：NFPA2是一项专门针对氢气的高级标准。它包含有关氢气相关方面的要求，如建筑，室外存储，分配，电解器和修理车库。美国的大、NFPA55压缩气体和低温流体的代码：NFPA2专注于气体和液氢(LH2)，而NF2024-07|©PilzGmbH&Co.以前，安全措施只是信息技术(IT)的一项也使用IT实现了高度的互联。由于接口数量庞大，网络高度发达，攻击者更容易渗制系统，操纵它们，甚至危及功能安全(机械安全)。这意味着即使不是IT专家的员工也盖从风险分析到安全操作和安全产品开发的要求(从设计到安全)。因此，IEC62443目前为工厂它着眼于五个方面：基本工业信息安全要求，区域和信道原则，信息安全2024-07|©PilzGmbH&Co.工业信息安全的目标是保证设备和机器的可用性，以及机器数据和流程的完整性者通常使用现有漏洞渗透控制网络或中断进程。必须及早检测并纠正潜在的漏洞，以防止全相关部件，就必须保护此连接。如果没有保护，就有可能有人未经许可修改系统，并危险状态。工业应用防火墙(如PilzSecurityBridge)可防止这种情况。在控制网络中，工具与控制器之间的连接受到保护，以免操作，并启用安全的外部连接。传输数据的延迟还可以使用访问权限系统PITreader保护工厂免遭未经授权的访问。通过PITreader和相应的RF有关访问管理主题的更多信息，请访问我们的网站、必须将机器的限制定义为风险分析的一部分。由于机器无法在所法律形势是明确的:例如，欧洲法律——由EC机械指令和欧盟机械法规自2027年起——规有在市场上投放具有适当安全等级的产品才是机器制造商制造商必须事先确定其设备和机器上的所有潜在危险，并评估相关风险。他们负责不得允许潜在危险对后续用户，第三方或环境产生负面影响。还必须包操作手册中还应明确规定产品的预期用途，并禁止任何已知的不当使用。设计工2024-07|©PilzGmbH&Co.、复杂的短路和交叉电路以及伪装的但易于拆卸的位于控制器这只是检测到的人为误操作的一小部分样本，并不是全部。最初，编码安全开关监控，并通过集成的RFID技术提供最大的操作保护。在独特的完全编码版本中，传感器只接与此同时，RFID编码安全原理的应用已在许多方面得到发展，产品也已适应新RFID技术的优势可以在机器部件需要对其他机器部件进行编码分配的在加氢站加氢过程中，一辆氢气拖车没有受到监控。虽然加氢程序是作为组织指令制定、通过本地HMI和移动设备，可使用各种存储的用户语言为加油顺序的每个步骤、操作员按照规格采取的正确操作在安全控制器中、溢流阀和加注过程的后续顺序仅在经过监控的顺序和授权测试、对各种高压加气软管进行安全编码，确保加氢站的软管分配正确且唯一允许-、未经授权的操作员不能启动灌装流程，除非他们首先表明自己的、不管是故意操纵还是可预见的滥用，都不再可能启动2024-07|©PilzGmbH&Co.如何管理和提供成功的设备/机器操作员培训的证据，并、备选办法2：使用安全自动化领域已有的设备/机器的使用权最初是通过提供一把普通钥匙来授予的。从这时起，2024-07|©PilzGmbH&Co.所有访问和操作权限都可以通过电子钥匙进行管理。只有在提供了培训证明的情况下进入权限。现在可以实现完全逆向流程：密钥管理（数据库）监控有效性，并提供培训或新提醒。丢失钥匙不再构成安全风险！在规定时间后自动封锁，随后手动释放，从而提高可以为单个机器分配访问权限，也可以为整个设备/机器组分配访问权限。因此纯用户管理之外，还可以单独分配读取和写入权限。只有在自动检查权限的氢气(气体，液体和氢化物)的准则。它确定了与氢气相关的基本安描述了氢气的安全相关特性。报告还概述了设备运行和设施设计的预防和缓解措施，例如通风。氢气传感器是氢气系统安全设计中不可或缺的一部分。它们在减轻相关风险方面氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书2024-07|©PilzGmbH&Co.本节详细介绍了不同类型的检测以及要监控的不同模拟量要求检测类型解释管道，容器，密封件，电枢，机械部件(例如压缩机被吹出时会产生超声波，因为内部的气体通常处于压力之此处所示的所有安全功能已在(石油)化工行业中使用了几十年，其中使用了所有类型在氢气工艺中，监测可变过程值是否达到固定极限值通常是不够的。这将是一项简化的功能任务：读取安全模拟值，并将其与认证监控模块中的静态限值进行比当多个过程值相互之间发生变化时，安全监控功能就会变压力和温度直接相互依赖。在这种情况下，将固定极限值定义为压力监测的最大值是可变安全极限值由控制系统指定为监视参数。但是，这需要基于表值或数学氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|20of312024-07|©PilzGmbH&Co.|20of31、安全计时器(例如安全时基，带有安全处理控制的安全它甚至可以证明非常有用，并简化了过程控制功能和安全相关监控功能的组合。因此，电流测量、一个安全模拟输入模块，用于从相应的传感器读取过程值。传感特性才能达到所需的安全水平(例如，单个传感器，最高SIL、安全控制器的第一步是分析模拟输入(通常为o故障信息意味着变送器检测到内部错误，然后将模拟值切换至4o在这两种情况下，安全控制器通过此故障信息识别错误情o…信息是一个4…20mA范围内的模拟值，通常还具有允许20.5mA。用于测量和故障信息的信号电平示例可在NAMUR建议NE43中找如果需要冗余变送器达到一定的安全水平，则必须监控两个输入值的合理|21of312024-07|©PilzGmbH&Co.|21of31与阈值进行比较。例如：压力不得超过50bar，安全相关精确度为2%(0…100bar氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|22of312024-07|©PilzGmbH&Co.|22of31压力开关和压力变送器安全地监测压力，例如氢电解，压缩机，高压储罐和气技术，燃料电池或氢发动机，阀门技术以及H2加油站和H2氢罐车的设备。在需要可靠、坚固且经济高效的压力监控时，始终使用机械压力开关，无论是监控管道例如，加氢站需要安全的温度监控，以确保在加氢时保持正确的温度;这一要求来自标准SJ2601。传感器可通过安全变送器进行测量，该变送器将传感故障保护模拟输入可用于单通道(最高SIL2/PLd)或双通道的故障保护模拟量输入可以设置极限值和监视范围。这是使用经过认证的输入监控，合控，比例化和算术功能软件模块执行的。可以使用Pilz可在本节中，我们将从功能安全的角度探讨氢气的各种应用。这些应用范围从氢气生产(电解汽转化炉)到氢气处理(加氢站)和氢气消耗(燃料电池，发动机和燃烧器)。汽转化炉是另一种生产氢气的方法，甲烷(天然气或沼气)，甲醇或其他碳氢化合物通过蒸为电机供电。氢气发动机是燃烧氢气而不是汽油或柴油燃料的内燃机，在此过程中只产生水蒸汽。氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|23of312024-07|©PilzGmbH&Co.|23of31氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|24of312024-07|©PilzGmbH&Co.|24of31氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|25of312024-07|©PilzGmbH&Co.|25of31到2021年，全球总氢产量为94公吨。几乎所有对于氢电解器，ISO22734:2019标准《使用电解水的氢碱性或PEM电解过程中需要考虑许多安全要求。气体和火焰的检测是强制性的，以确定和当的安全措施，例如通风或防止进入该区域。缺乏恒定电流源可能会造成额外的安全问题(膜碱性电解槽的典型安全监控基于所有单个电池的电压测量。这可防止因损坏单个电池而造成险。连续监测单元电压也提高了电解器的效率。在PEM电解槽上，整流器受到安全监控流对于确保氢离子不会停止在膜层间至关重要。如果是这种情况，氢离子会重组成来控制和监控所有必要的安全功能，如压力，氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书(EMC，电气方面，高压方面，防止爆炸在蒸汽转化过程中，天然气或富含天然气的混合物被用来产生灰氢。这种工艺众所周知，进入大气，例如碳捕获和储存系统。首批公司已经开始提供以沼气为来源的蒸汽转化系统加氢站的建立和运营由地方当局批准，并受国家或地区立法的监督。标准施降低火灾和爆炸风险。必须对整个站点进行风险评协议。本标准描述了一些公认标准组织(如SAEJ2601)发布的加注协议。除了对加注过程非常重氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|27of312024-07|©PilzGmbH&Co.|27of31低至零下40摄氏度。必须考虑的一般安全功能包括氢气，火焰和烟雾检测，以及安全监测和于其分散式结构和故障安全模拟量输入，所有加注功能均可被安全监控并本节旨在概述氢气消耗设备的各种应用，包括燃料电池，燃烧器和燃气发动机适用于燃料电池的标准是IEC62282-3-100：2019气体和酒精。制造商需要执行风险评估，以识别所安全要求是广泛的，包括压力设备和管道，烟气排放系统和气体输送部件的要求防止火灾或爆炸危害，不仅是燃料电池电力系统产生的危害，还包括燃烧器产生的危害(如果存在转化炉)。安全要求还包括电气安全性和EMC兼这些标准包括EN298和IEC/UL60730-2-5用于燃烧器控制，或EN676用于燃气燃烧器。ISO13577标准也适用于工业燃炉（气体燃料领域）。这些氢能行业的功能安全、工业信息安全和防爆保护白皮书|28of312024-07|©PilzGmbH&Co.|28of31标准只区分气体燃料，液体燃料和固体燃料。气体燃料组内的不同气体之间没现有燃烧器标准与氢气的一致性意味着燃烧顺序及其监测机制保持不变。使用燃烧时，由于其他物理特性(如火焰几何形状和传播速度)，必须对燃烧器进行结构调整。Pilz的燃烧控制器(PNOZmulti2燃烧器系统)可100%用于燃烧传统气体混合