Το υγρό υδρογόνο έχει ορισμένα πλεονεκτήματα στην αποθήκευση και τη μεταφορά. Σε σύγκριση με το υδρογόνο, το υγρό υδρογόνο (LH2) έχει υψηλότερη πυκνότητα και απαιτεί χαμηλότερη πίεση για την αποθήκευση. Ωστόσο, το υδρογόνο πρέπει να είναι -253°C για να γίνει υγρό, πράγμα που σημαίνει ότι είναι αρκετά δύσκολο. Οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και οι κίνδυνοι ευφλεκτότητας καθιστούν το υγρό υδρογόνο ένα επικίνδυνο μέσο. Για το λόγο αυτό, τα αυστηρά μέτρα ασφαλείας και η υψηλή αξιοπιστία αποτελούν ασυμβίβαστες απαιτήσεις κατά το σχεδιασμό βαλβίδων για τις σχετικές εφαρμογές.
Του Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Βαλβίδα Velan (Velan)
Εφαρμογές υγρού υδρογόνου (LH2).
Προς το παρόν, το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται και δοκιμάζεται να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες ειδικές περιστάσεις. Στην αεροδιαστημική, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο εκτόξευσης πυραύλων και μπορεί επίσης να δημιουργήσει κρουστικά κύματα σε υπερηχητικές αεροσήραγγες. Υποστηριζόμενο από τη «μεγάλη επιστήμη», το υγρό υδρογόνο έχει γίνει βασικό υλικό σε υπεραγώγιμα συστήματα, επιταχυντές σωματιδίων και συσκευές πυρηνικής σύντηξης. Καθώς η επιθυμία των ανθρώπων για βιώσιμη ανάπτυξη αυξάνεται, το υγρό υδρογόνο έχει χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο από όλο και περισσότερα φορτηγά και πλοία τα τελευταία χρόνια. Στα παραπάνω σενάρια εφαρμογής, η σημασία των βαλβίδων είναι πολύ προφανής. Η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία των βαλβίδων αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του οικοσυστήματος της αλυσίδας εφοδιασμού υγρού υδρογόνου (παραγωγή, μεταφορά, αποθήκευση και διανομή). Οι λειτουργίες που σχετίζονται με το υγρό υδρογόνο είναι απαιτητικές. Με περισσότερα από 30 χρόνια πρακτικής εμπειρίας και εξειδίκευσης στον τομέα των βαλβίδων υψηλής απόδοσης έως -272°C, η Velan συμμετέχει σε διάφορα καινοτόμα έργα για μεγάλο χρονικό διάστημα και είναι σαφές ότι έχει κερδίσει τις τεχνικές προκλήσεις της υπηρεσίας υγρού υδρογόνου με τη δύναμή της.
Προκλήσεις στη φάση σχεδιασμού
Η πίεση, η θερμοκρασία και η συγκέντρωση υδρογόνου είναι όλοι οι σημαντικοί παράγοντες που εξετάζονται σε μια αξιολόγηση κινδύνου σχεδιασμού βαλβίδων. Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η απόδοση της βαλβίδας, ο σχεδιασμός και η επιλογή υλικού παίζουν καθοριστικό ρόλο. Οι βαλβίδες που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υγρού υδρογόνου αντιμετωπίζουν πρόσθετες προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένων των δυσμενών επιπτώσεων του υδρογόνου στα μέταλλα. Σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, τα υλικά των βαλβίδων πρέπει όχι μόνο να αντέχουν στην προσβολή μορίων υδρογόνου (ορισμένοι από τους σχετικούς μηχανισμούς φθοράς εξακολουθούν να συζητούνται στον ακαδημαϊκό χώρο), αλλά πρέπει επίσης να διατηρούν κανονική λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Όσον αφορά το τρέχον επίπεδο τεχνολογικής ανάπτυξης, η βιομηχανία έχει περιορισμένη γνώση σχετικά με την εφαρμογή μη μεταλλικών υλικών σε εφαρμογές υδρογόνου. Κατά την επιλογή ενός υλικού στεγανοποίησης, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη αυτός ο παράγοντας. Η αποτελεσματική στεγανοποίηση είναι επίσης ένα βασικό κριτήριο απόδοσης σχεδιασμού. Υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας σχεδόν 300°C μεταξύ υγρού υδρογόνου και θερμοκρασίας περιβάλλοντος (θερμοκρασία δωματίου), με αποτέλεσμα μια θερμοκρασιακή διαβάθμιση. Κάθε εξάρτημα της βαλβίδας θα υποστεί διαφορετικούς βαθμούς θερμικής διαστολής και συστολής. Αυτή η απόκλιση μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνη διαρροή κρίσιμων επιφανειών στεγανοποίησης. Η στεγανότητα στεγανοποίησης του στελέχους της βαλβίδας είναι επίσης το επίκεντρο του σχεδιασμού. Η μετάβαση από το κρύο στο ζεστό δημιουργεί ροή θερμότητας. Τα θερμά μέρη της κοιλότητας του καπό ενδέχεται να παγώσουν, γεγονός που μπορεί να διαταράξει την απόδοση στεγανοποίησης του στελέχους και να επηρεάσει τη λειτουργικότητα της βαλβίδας. Επιπλέον, η εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία των -253°C σημαίνει ότι απαιτείται η καλύτερη τεχνολογία μόνωσης για να διασφαλιστεί ότι η βαλβίδα μπορεί να διατηρήσει το υγρό υδρογόνο σε αυτήν τη θερμοκρασία, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τις απώλειες που προκαλούνται από το βρασμό. Όσο μεταφέρεται θερμότητα στο υγρό υδρογόνο, αυτό θα εξατμιστεί και θα διαρρεύσει. Όχι μόνο αυτό, αλλά συμβαίνει συμπύκνωση οξυγόνου στο σημείο θραύσης της μόνωσης. Μόλις το οξυγόνο έρθει σε επαφή με υδρογόνο ή άλλα καύσιμα, αυξάνεται ο κίνδυνος πυρκαγιάς. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τον κίνδυνο πυρκαγιάς που ενδέχεται να αντιμετωπίσουν οι βαλβίδες, οι βαλβίδες πρέπει να σχεδιάζονται με γνώμονα τα υλικά που είναι ανθεκτικά στις εκρήξεις, καθώς και οι πυράντοχοι ενεργοποιητές, τα όργανα και τα καλώδια, όλα με τις αυστηρότερες πιστοποιήσεις. Αυτό διασφαλίζει ότι η βαλβίδα λειτουργεί σωστά σε περίπτωση πυρκαγιάς. Η αυξημένη πίεση είναι επίσης ένας πιθανός κίνδυνος που μπορεί να καταστήσει τις βαλβίδες μη λειτουργικές. Εάν παγιδευτεί υγρό υδρογόνο στην κοιλότητα του σώματος της βαλβίδας και η μεταφορά θερμότητας και η εξάτμιση υγρού υδρογόνου συμβαίνουν ταυτόχρονα, θα προκληθεί αύξηση της πίεσης. Εάν υπάρχει μεγάλη διαφορά πίεσης, εμφανίζεται σπηλαίωση (σπηλαίωση)/θόρυβος. Αυτά τα φαινόμενα μπορούν να οδηγήσουν σε πρόωρο τέλος της διάρκειας ζωής της βαλβίδας, ακόμη και σε τεράστιες απώλειες λόγω ελαττωμάτων της διαδικασίας. Ανεξάρτητα από τις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, εάν οι παραπάνω παράγοντες μπορούν να ληφθούν πλήρως υπόψη και να ληφθούν αντίστοιχα αντίμετρα κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, μπορεί να διασφαλιστεί η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία της βαλβίδας. Επιπλέον, υπάρχουν προκλήσεις σχεδιασμού που σχετίζονται με περιβαλλοντικά ζητήματα, όπως η διαφυγούσα διαρροή. Το υδρογόνο είναι μοναδικό: μικρά μόρια, άχρωμο, άοσμο και εκρηκτικό. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθορίζουν την απόλυτη αναγκαιότητα μηδενικής διαρροής.
Στον σταθμό υγροποίησης υδρογόνου της δυτικής ακτής του Βόρειου Λας Βέγκας,
Οι μηχανικοί βαλβίδων Wieland παρέχουν τεχνικές υπηρεσίες
Λύσεις βαλβίδων
Ανεξάρτητα από τη συγκεκριμένη λειτουργία και τον τύπο, οι βαλβίδες για όλες τις εφαρμογές υγρού υδρογόνου πρέπει να πληρούν ορισμένες κοινές απαιτήσεις. Αυτές οι απαιτήσεις περιλαμβάνουν: το υλικό του δομικού μέρους πρέπει να διασφαλίζει ότι η δομική ακεραιότητα διατηρείται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Όλα τα υλικά πρέπει να έχουν φυσικές ιδιότητες πυρασφάλειας. Για τον ίδιο λόγο, τα στοιχεία στεγανοποίησης και το παρέμβυσμα των βαλβίδων υγρού υδρογόνου πρέπει επίσης να πληρούν τις βασικές απαιτήσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα ιδανικό υλικό για βαλβίδες υγρού υδρογόνου. Έχει εξαιρετική αντοχή σε κρούση, ελάχιστη απώλεια θερμότητας και μπορεί να αντέξει μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας. Υπάρχουν και άλλα υλικά που είναι επίσης κατάλληλα για συνθήκες υγρού υδρογόνου, αλλά περιορίζονται σε συγκεκριμένες συνθήκες διεργασίας. Εκτός από την επιλογή των υλικών, δεν πρέπει να παραβλέπονται ορισμένες λεπτομέρειες σχεδιασμού, όπως η επέκταση του στελέχους της βαλβίδας και η χρήση στήλης αέρα για την προστασία του παρεμβύσματος στεγανοποίησης από εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, η επέκταση του στελέχους της βαλβίδας μπορεί να εξοπλιστεί με μονωτικό δακτύλιο για την αποφυγή συμπύκνωσης. Ο σχεδιασμός βαλβίδων σύμφωνα με συγκεκριμένες συνθήκες εφαρμογής βοηθά στην παροχή πιο λογικών λύσεων σε διαφορετικές τεχνικές προκλήσεις. Η Vellan προσφέρει βαλβίδες πεταλούδας σε δύο διαφορετικά σχέδια: βαλβίδες πεταλούδας διπλής έκκεντρης και τριπλής έκκεντρης μεταλλικής έδρας. Και τα δύο σχέδια έχουν δυνατότητα αμφίδρομης ροής. Σχεδιάζοντας το σχήμα του δίσκου και την τροχιά περιστροφής, μπορεί να επιτευχθεί στεγανή σφράγιση. Δεν υπάρχει κοιλότητα στο σώμα της βαλβίδας όπου δεν υπάρχει υπολειμματικό μέσο. Στην περίπτωση της διπλής έκκεντρης βαλβίδας πεταλούδας Velan, υιοθετεί τον σχεδιασμό έκκεντρης περιστροφής δίσκου, σε συνδυασμό με το χαρακτηριστικό σύστημα στεγανοποίησης VELFLEX, για να επιτύχει εξαιρετική απόδοση στεγανοποίησης βαλβίδας. Αυτός ο κατοχυρωμένος με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σχεδιασμός μπορεί να αντέξει ακόμη και μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας στη βαλβίδα. Ο τριπλός έκκεντρος δίσκος TORQSEAL έχει επίσης μια ειδικά σχεδιασμένη τροχιά περιστροφής που βοηθά να διασφαλιστεί ότι η επιφάνεια στεγανοποίησης του δίσκου αγγίζει την έδρα μόνο τη στιγμή που φτάνει στην κλειστή θέση της βαλβίδας και δεν γρατζουνιέται. Επομένως, η ροπή κλεισίματος της βαλβίδας μπορεί να οδηγήσει τον δίσκο για να επιτύχει συμβατή έδραση και να παράγει ένα επαρκές εφέ σφήνας στην κλειστή θέση της βαλβίδας, ενώ παράλληλα κάνει τον δίσκο να έρχεται σε ομοιόμορφη επαφή με ολόκληρη την περιφέρεια της επιφάνειας στεγανοποίησης της έδρας. Η συμμόρφωση της έδρας της βαλβίδας επιτρέπει στο σώμα της βαλβίδας και στον δίσκο να έχουν μια «αυτορυθμιζόμενη» λειτουργία, αποφεύγοντας έτσι το μπλοκάρισμα του δίσκου κατά τη διάρκεια διακυμάνσεων θερμοκρασίας. Ο ενισχυμένος άξονας της βαλβίδας από ανοξείδωτο χάλυβα είναι ικανός για υψηλούς κύκλους λειτουργίας και λειτουργεί ομαλά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Ο σχεδιασμός διπλού έκκεντρου VELFLEX επιτρέπει τη γρήγορη και εύκολη συντήρηση της βαλβίδας. Χάρη στο πλευρικό περίβλημα, το κάθισμα και ο δίσκος μπορούν να ελεγχθούν ή να συντηρηθούν απευθείας, χωρίς να χρειάζεται να αποσυναρμολογηθεί ο ενεργοποιητής ή να χρησιμοποιηθούν ειδικά εργαλεία.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdυποστηρίζουν βαλβίδες με ελαστική έδρα υψηλής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των βαλβίδων με ελαστική έδραβαλβίδα πεταλούδας γκοφρέτας, Βαλβίδα πεταλούδας Lug, Διπλή φλάντζα ομόκεντρη βαλβίδα πεταλούδας, Διπλή φλάντζα εκκεντρική βαλβίδα πεταλούδας,Φίλτρο Y, βαλβίδα εξισορρόπησης,Βαλβίδα αντεπιστροφής διπλής πλάκας Wafer, κ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: 11 Αυγούστου 2023
