Το υγρό υδρογόνο έχει ορισμένα πλεονεκτήματα στην αποθήκευση και τη μεταφορά. Σε σύγκριση με το υδρογόνο, το υγρό υδρογόνο (LH2) έχει μεγαλύτερη πυκνότητα και απαιτεί χαμηλότερη πίεση για αποθήκευση. Ωστόσο, το υδρογόνο πρέπει να είναι -253°C για να γίνει υγρό, πράγμα που σημαίνει ότι είναι αρκετά δύσκολο. Οι ακραίες χαμηλές θερμοκρασίες και οι κίνδυνοι αναφλεξιμότητας καθιστούν το υγρό υδρογόνο επικίνδυνο μέσο. Για το λόγο αυτό, τα αυστηρά μέτρα ασφαλείας και η υψηλή αξιοπιστία είναι ασυμβίβαστες απαιτήσεις κατά το σχεδιασμό βαλβίδων για τις σχετικές εφαρμογές.
Του Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Βαλβίδα Velan (Velan)
Εφαρμογές υγρού υδρογόνου (LH2).
Επί του παρόντος, το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται και επιχειρείται να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες ειδικές περιστάσεις. Στην αεροδιαστημική, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο εκτόξευσης πυραύλων και μπορεί επίσης να προκαλέσει κρουστικά κύματα σε υπερηχητικές σήραγγες αέρα. 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 μεγαλώνει, το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται ως καύσιμο από όλο και περισσότερα φορτηγά και πλοία τα τελευταία χρόνια. Στα παραπάνω σενάρια εφαρμογής, η σημασία των βαλβίδων είναι πολύ εμφανής. Η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία των βαλβίδων αποτελεί αναπόσπαστο μέρος του οικοσυστήματος της εφοδιαστικής αλυσίδας υγρού υδρογόνου (παραγωγή, μεταφορά, αποθήκευση και διανομή). Οι λειτουργίες που σχετίζονται με το υγρό υδρογόνο είναι προκλητικές. Με περισσότερα από 30 χρόνια πρακτικής εμπειρίας και τεχνογνωσίας στον τομέα των βαλβίδων υψηλής απόδοσης έως -272°C, η Velan έχει εμπλακεί σε διάφορα καινοτόμα έργα για μεγάλο χρονικό διάστημα και είναι σαφές ότι έχει κερδίσει τις τεχνικές προκλήσεις του υπηρεσία υγρού υδρογόνου με τη δύναμή του.
Προκλήσεις στη φάση του σχεδιασμού
Η πίεση, η θερμοκρασία και η συγκέντρωση υδρογόνου είναι όλοι οι κύριοι παράγοντες που εξετάζονται σε μια εκτίμηση κινδύνου σχεδιασμού βαλβίδας. 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 επίθεση μορίων υδρογόνου (ορισμένοι από τους σχετικούς μηχανισμούς φθοράς είναι ακόμα υπό συζήτηση στον ακαδημαϊκό κόσμο), αλλά πρέπει επίσης να διατηρούν κανονική λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους. Όσον αφορά το τρέχον επίπεδο τεχνολογικής ανάπτυξης, η βιομηχανία έχει περιορισμένη γνώση της δυνατότητας εφαρμογής μη μεταλλικών υλικών σε εφαρμογές υδρογόνου. Κατά την επιλογή ενός υλικού στεγανοποίησης, είναι απαραίτητο να λάβετε υπόψη αυτόν τον παράγοντα. 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 διαβάθμιση θερμοκρασίας. Κάθε εξάρτημα της βαλβίδας θα υποστεί διαφορετικούς βαθμούς θερμικής διαστολής και συστολής. Αυτή η ασυμφωνία μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνη διαρροή κρίσιμων επιφανειών στεγανοποίησης. Η στεγανότητα του στελέχους βαλβίδας είναι επίσης το επίκεντρο του σχεδιασμού. Η μετάβαση από το κρύο στο ζεστό δημιουργεί ροή θερμότητας. Τα θερμά μέρη της περιοχής της κοιλότητας του καπό μπορεί να παγώσουν, γεγονός που μπορεί να διαταράξει την απόδοση στεγανοποίησης στελέχους και να επηρεάσει τη λειτουργία της βαλβίδας. Επιπλέον, η εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία -253°C σημαίνει ότι απαιτείται η καλύτερη τεχνολογία μόνωσης για να διασφαλιστεί ότι η βαλβίδα μπορεί να διατηρήσει το υγρό υδρογόνο σε αυτή τη θερμοκρασία, ενώ ελαχιστοποιεί τις απώλειες που προκαλούνται από το βρασμό. Όσο υπάρχει θερμότητα που μεταφέρεται στο υγρό υδρογόνο, αυτό θα εξατμίζεται και θα διαρρέει. Όχι μόνο αυτό, συμβαίνει συμπύκνωση οξυγόνου στο σημείο θραύσης της μόνωσης. Μόλις το οξυγόνο έρθει σε επαφή με υδρογόνο ή άλλα εύφλεκτα υλικά, ο κίνδυνος πυρκαγιάς αυξάνεται. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τον κίνδυνο πυρκαγιάς που ενδέχεται να αντιμετωπίσουν οι βαλβίδες, οι βαλβίδες πρέπει να σχεδιάζονται με αντιεκρηκτικά υλικά, καθώς και πυράντοχους ενεργοποιητές, όργανα και καλώδια, όλα με τις πιο αυστηρές 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 συμβεί μεταφορά θερμότητας και εξάτμιση υγρού υδρογόνου ταυτόχρονα, θα προκληθεί αύξηση της πίεσης. Εάν υπάρχει μεγάλη διαφορά πίεσης, εμφανίζεται σπηλαίωση (σπηλαίωση)/θόρυβος. Αυτά τα φαινόμενα μπορεί να οδηγήσουν στο πρόωρο τέλος της διάρκειας ζωής της βαλβίδας, ακόμη και να υποστούν τεράστιες απώλειες λόγω ελαττωμάτων της διαδικασίας. Ανεξάρτητα από τις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, εάν οι παραπάνω παράγοντες μπορούν να ληφθούν πλήρως υπόψη και μπορούν να ληφθούν τα αντίστοιχα αντίμετρα στη διαδικασία σχεδιασμού, μπορεί να διασφαλιστεί η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία της βαλβίδας. Επιπλέον, υπάρχουν προκλήσεις σχεδιασμού που σχετίζονται με περιβαλλοντικά ζητήματα, όπως η διαφυγή διαρροής. Το υδρογόνο είναι μοναδικό: μικρά μόρια, άχρωμο, άοσμο και εκρηκτικό. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθορίζουν την απόλυτη αναγκαιότητα μηδενικής διαρροής.
Στο σταθμό υγροποίησης υδρογόνου North Las Vegas West Coast,
Οι μηχανικοί της Wieland Valve 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 η συσκευασία των βαλβίδων υγρού υδρογόνου πρέπει επίσης να πληρούν τις βασικές απαιτήσεις που αναφέρονται παραπάνω. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας είναι ιδανικό υλικό για βαλβίδες υγρού υδρογόνου. Έχει εξαιρετική αντοχή στην κρούση, ελάχιστη απώλεια θερμότητας και μπορεί να αντέξει μεγάλες διαβαθμίσεις 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 παραβλεφθούν ορισμένες σχεδιαστικές λεπτομέρειες, όπως η επέκταση του στελέχους της βαλβίδας και η χρήση στήλης αέρα για την προστασία του στεγανοποιητικού παρεμβύσματος από εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, η προέκταση του στελέχους της βαλβίδας μπορεί να εξοπλιστεί με δακτύλιο μόνωσης 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: διπλές εκκεντρικές και τριπλές έκκεντρες μεταλλικές βαλβίδες πεταλούδας έδρας. Και τα δύο σχέδια έχουν δυνατότητα αμφίδρομης ροής. Σχεδιάζοντας το σχήμα του δίσκου και την τροχιά περιστροφής, μπορεί να επιτευχθεί μια σφιχτή σφράγιση. Δεν υπάρχει κοιλότητα στο σώμα της βαλβίδας όπου δεν υπάρχει υπολειμματικό μέσο. Στην περίπτωση της διπλής έκκεντρης βαλβίδας πεταλούδας Velan, υιοθετεί το σχέδιο έκκεντρης περιστροφής δίσκου, σε συνδυασμό με το χαρακτηριστικό σύστημα στεγανοποίησης VELFLEX, για την επίτευξη εξαιρετικής απόδοσης στεγανοποίησης βαλβίδων. Αυτός ο πατενταρισμένος σχεδιασμός μπορεί να αντέξει ακόμη και μεγάλες διακυμάνσεις θερμοκρασίας στη βαλβίδα. Ο τριπλός έκκεντρος δίσκος TORQSEAL έχει επίσης μια ειδικά σχεδιασμένη τροχιά περιστροφής που διασφαλίζει ότι η επιφάνεια σφράγισης του δίσκου αγγίζει την έδρα μόνο τη στιγμή που φτάνει στην κλειστή θέση της βαλβίδας και δεν γρατσουνίζεται. Ως εκ τούτου, η ροπή κλεισίματος της βαλβίδας μπορεί να οδηγήσει τον δίσκο για να επιτύχει συμβατή έδραση και να δημιουργήσει ένα επαρκές αποτέλεσμα σφήνας στην κλειστή θέση της βαλβίδας, ενώ φέρνει τον δίσκο ομοιόμορφα σε επαφή με ολόκληρη την περιφέρεια της επιφάνειας στεγανοποίησης της έδρας. Η συμμόρφωση της έδρας της βαλβίδας επιτρέπει στο σώμα και στο δίσκο της βαλβίδας να έχουν μια λειτουργία «αυτορυθμιζόμενης», αποφεύγοντας έτσι τη σύλληψη του δίσκου κατά τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Ο άξονας βαλβίδας από ενισχυμένο ανοξείδωτο χάλυβα είναι ικανός για υψηλούς κύκλους λειτουργίας και λειτουργεί ομαλά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Ο διπλός εκκεντρικός σχεδιασμός VELFLEX επιτρέπει τη γρήγορη και εύκολη συντήρηση της βαλβίδας online. Χάρη στο πλαϊνό περίβλημα, το κάθισμα και ο δίσκος μπορούν να επιθεωρηθούν ή να επισκευαστούν απευθείας, χωρίς να απαιτείται αποσυναρμολόγηση του ενεργοποιητή ή ειδικών εργαλείων.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdυποστηρίζουν ελαστικές βαλβίδες με έδραση υψηλής προηγμένης τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των ελαστικών εδραζόμενων βαλβίδωνβαλβίδα πεταλούδας γκοφρέτας, Βαλβίδα πεταλούδας ωτίδας, Διπλή φλάντζα ομόκεντρη βαλβίδα πεταλούδας, Διπλή φλάντζα έκκεντρη βαλβίδα πεταλούδας,Υ-στρωτήρα, βαλβίδα εξισορρόπησης,Βαλβίδα αντεπιστροφής διπλής πλάκας γκοφρέταςκ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: Αύγ-11-2023
