Ciekły wodór ma pewne zalety w przechowywaniu i transporcie. W porównaniu z wodorem, wodór ciekły (LH2) ma większą gęstość i wymaga niższego ciśnienia do przechowywania. Jednakże wodór musi mieć temperaturę -253°C, aby stał się płynny, co oznacza, że jest to dość trudne. Ekstremalnie niskie temperatury i ryzyko łatwopalności sprawiają, że ciekły wodór jest niebezpiecznym medium. Z tego powodu rygorystyczne środki bezpieczeństwa i wysoka niezawodność są bezkompromisowymi wymaganiami przy projektowaniu zaworów do odpowiednich zastosowań.
Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Zawór Velan (Velan)
Zastosowania ciekłego wodoru (LH2).
Obecnie stosuje się i próbuje stosować ciekły wodór przy różnych specjalnych okazjach. W przemyśle lotniczym może być stosowany jako paliwo do startu rakiet, a także może generować fale uderzeniowe w transsonicznych tunelach aerodynamicznych. Dzięki wsparciu „wielkiej nauki” ciekły wodór stał się kluczowym materiałem w układach nadprzewodzących, akceleratorach cząstek i urządzeniach do syntezy jądrowej. W miarę wzrostu pragnienia ludzi dotyczącego zrównoważonego rozwoju, w ostatnich latach ciekły wodór jest wykorzystywany jako paliwo w coraz większej liczbie ciężarówek i statków. W powyższych scenariuszach zastosowań znaczenie zaworów jest bardzo oczywiste. Bezpieczna i niezawodna praca zaworów jest integralną częścią ekosystemu łańcucha dostaw ciekłego wodoru (produkcja, transport, magazynowanie i dystrybucja). Operacje związane z ciekłym wodorem stanowią wyzwanie. Dzięki ponad 30-letniemu praktycznemu doświadczeniu i wiedzy specjalistycznej w dziedzinie wysokowydajnych zaworów do -272°C, Velan od długiego czasu jest zaangażowany w różne innowacyjne projekty i jasne jest, że zwyciężył w technicznych wyzwaniach Usługa ciekłego wodoru z jego wytrzymałością.
Wyzwania na etapie projektowania
Ciśnienie, temperatura i stężenie wodoru to główne czynniki badane podczas oceny ryzyka konstrukcji zaworu. Aby zoptymalizować działanie zaworu, decydującą rolę odgrywa konstrukcja i dobór materiałów. Zawory stosowane w zastosowaniach z ciekłym wodorem stoją przed dodatkowymi wyzwaniami, w tym niekorzystnym wpływem wodoru na metale. W bardzo niskich temperaturach materiały zaworów muszą nie tylko wytrzymywać atak cząsteczek wodoru (niektóre z powiązanych mechanizmów niszczenia są nadal przedmiotem dyskusji w środowisku akademickim), ale muszą także utrzymywać normalne działanie przez długi czas w całym cyklu życia. Przy obecnym poziomie rozwoju technologicznego wiedza przemysłu na temat możliwości zastosowania materiałów niemetalicznych w zastosowaniach wodorowych jest ograniczona. Wybierając materiał uszczelniający, należy wziąć pod uwagę ten czynnik. Skuteczne uszczelnienie jest również kluczowym kryterium wydajności projektu. Istnieje różnica temperatur wynosząca prawie 300°C pomiędzy ciekłym wodorem a temperaturą otoczenia (temperaturą pokojową), co powoduje gradient temperatury. Każdy element zaworu będzie podlegał różnym stopniom rozszerzalności i skurczu cieplnego. Ta rozbieżność może prowadzić do niebezpiecznych wycieków z krytycznych powierzchni uszczelniających. Podczas projektowania skupiono się także na szczelności trzpienia zaworu. Przejście z zimnego do gorącego powoduje przepływ ciepła. Gorące części obszaru maski mogą zamarznąć, co może zakłócić działanie uszczelniające trzpienia i wpłynąć na działanie zaworu. Ponadto wyjątkowo niska temperatura -253°C oznacza, że wymagana jest najlepsza technologia izolacji, aby zapewnić, że zawór będzie w stanie utrzymać ciekły wodór w tej temperaturze, minimalizując jednocześnie straty spowodowane wrzeniem. Dopóki ciepło jest przekazywane do ciekłego wodoru, będzie on odparowywał i wyciekał. Co więcej, w miejscu pęknięcia izolacji następuje kondensacja tlenu. Gdy tlen wejdzie w kontakt z wodorem lub innymi substancjami palnymi, ryzyko pożaru wzrasta. Dlatego też, biorąc pod uwagę ryzyko pożaru, na jakie mogą być narażone zawory, zawory muszą być zaprojektowane z myślą o materiałach przeciwwybuchowych, a także o ognioodpornych siłownikach, oprzyrządowaniu i kablach, a wszystko to musi posiadać najsurowsze certyfikaty. Zapewnia to prawidłowe działanie zaworu w przypadku pożaru. Zwiększone ciśnienie jest również potencjalnym ryzykiem, które może spowodować, że zawory nie będą działać. Jeśli ciekły wodór zostanie uwięziony we wnęce korpusu zaworu i jednocześnie nastąpi transfer ciepła i parowanie ciekłego wodoru, spowoduje to wzrost ciśnienia. Jeśli występuje duża różnica ciśnień, pojawia się kawitacja (kawitacja)/hałas. Zjawiska te mogą prowadzić do przedwczesnego zakończenia żywotności zaworu, a nawet ponieść ogromne straty na skutek wad procesowych. Niezależnie od konkretnych warunków pracy, jeśli powyższe czynniki zostaną w pełni uwzględnione i zostaną podjęte odpowiednie środki zaradcze w procesie projektowania, może to zapewnić bezpieczną i niezawodną pracę zaworu. Ponadto istnieją wyzwania projektowe związane z kwestiami środowiskowymi, takimi jak wycieki ulotne. Wodór jest wyjątkowy: małe cząsteczki, bezbarwny, bezwonny i wybuchowy. Te cechy decydują o absolutnej konieczności zerowego wycieku.
Na stacji skraplania wodoru w North Las Vegas West Coast
Inżynierowie Wieland Valve świadczą usługi techniczne
Rozwiązania zaworowe
Niezależnie od konkretnej funkcji i typu, zawory do wszystkich zastosowań z ciekłym wodorem muszą spełniać pewne wspólne wymagania. Wymagania te obejmują: materiał części konstrukcyjnej musi zapewniać utrzymanie integralności konstrukcyjnej w ekstremalnie niskich temperaturach; Wszystkie materiały muszą posiadać naturalne właściwości przeciwpożarowe. Z tego samego powodu elementy uszczelniające i uszczelnienia zaworów ciekłego wodoru muszą również spełniać wymienione powyżej podstawowe wymagania. Austenityczna stal nierdzewna jest idealnym materiałem na zawory ciekłego wodoru. Ma doskonałą udarność, minimalne straty ciepła i może wytrzymać duże gradienty temperatury. Istnieją inne materiały, które również nadają się do warunków ciekłego wodoru, ale są ograniczone do określonych warunków procesu. Oprócz wyboru materiałów nie można pominąć niektórych szczegółów konstrukcyjnych, takich jak przedłużenie trzpienia zaworu i zastosowanie słupa powietrza w celu ochrony uszczelnienia przed ekstremalnie niskimi temperaturami. Dodatkowo przedłużenie trzpienia zaworu można wyposażyć w pierścień izolacyjny, aby uniknąć kondensacji. Projektowanie zaworów zgodnie z konkretnymi warunkami zastosowania pomaga zapewnić bardziej rozsądne rozwiązania różnych wyzwań technicznych. Firma Vellan oferuje przepustnice w dwóch różnych wersjach: przepustnice z podwójnym mimośrodem i potrójnym mimośrodem z metalowym gniazdem. Obie konstrukcje mają możliwość przepływu dwukierunkowego. Projektując kształt dysku i trajektorię obrotu, można uzyskać szczelne uszczelnienie. W korpusie zaworu nie ma wnęki, w której nie byłoby pozostałości medium. W przypadku podwójnego mimośrodowego zaworu motylkowego Velan zastosowano w nim mimośrodową konstrukcję obrotową dysku w połączeniu z charakterystycznym systemem uszczelnień VELFLEX, aby uzyskać doskonałe uszczelnienie zaworu. Ta opatentowana konstrukcja wytrzymuje nawet duże wahania temperatury w zaworze. Potrójna mimośrodowa tarcza TORQSEAL ma również specjalnie zaprojektowaną trajektorię obrotu, która pomaga zapewnić, że powierzchnia uszczelniająca tarczy dotyka gniazda dopiero w momencie osiągnięcia pozycji zamkniętej zaworu i nie powoduje zarysowań. Dlatego moment zamykający zaworu może napędzać dysk w celu uzyskania odpowiedniego osadzenia i wytworzyć wystarczający efekt klina w zamkniętym położeniu zaworu, zapewniając jednocześnie równomierny kontakt dysku z całym obwodem powierzchni uszczelniającej gniazda. Podatność gniazda zaworu pozwala korpusowi zaworu i tarczy pełnić funkcję „samonastawnej”, co pozwala uniknąć zatarcia tarczy podczas wahań temperatury. Wzmocniony wał zaworu ze stali nierdzewnej jest w stanie wytrzymać wiele cykli roboczych i działa płynnie w bardzo niskich temperaturach. Podwójna mimośrodowa konstrukcja VELFLEX umożliwia szybką i łatwą obsługę zaworu online. Dzięki bocznej obudowie można bezpośrednio sprawdzić lub serwisować gniazdo i tarczę, bez konieczności demontażu siłownika lub specjalnych narzędzi.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdobsługują wysoce zaawansowaną technologię zaworów z elastycznym gniazdem, w tym z elastycznym gniazdemzawór motylkowy waflowy, Zawór motylkowy z końcówką, Koncentryczny zawór motylkowy z podwójnym kołnierzem, Przepustnica mimośrodowa z podwójnym kołnierzem,Sitko Y, zawór równoważący,Zawór zwrotny dwupłytkowy waflowyitp.
Czas publikacji: 11 sierpnia 2023 r
