Рідкий водень має певні переваги при зберіганні та транспортуванні. Порівняно з воднем рідкий водень (LH2) має вищу щільність і потребує нижчого тиску для зберігання. Однак водень повинен мати температуру -253°C, щоб стати рідким, а це означає, що це досить складно. Надзвичайно низькі температури та ризик займистості роблять рідкий водень небезпечним середовищем. З цієї причини суворі заходи безпеки та висока надійність є безкомпромісними вимогами при проектуванні клапанів для відповідних застосувань.
Фаділа Хелфауї, Фредерік Бланке
Клапан Velan (Велан)
Застосування рідкого водню (LH2).
В даний час рідкий водень використовується і намагається використовувати в різних урочистих випадках. В аерокосмічній галузі його можна використовувати як паливо для запуску ракет, а також генерувати ударні хвилі в трансзвукових аеродинамічних трубах. Підтримуючи «велику науку», рідкий водень став ключовим матеріалом у надпровідних системах, прискорювачах частинок і пристроях ядерного синтезу. Оскільки прагнення людей до сталого розвитку зростає, останнім часом рідкий водень використовується як паливо для все більшої кількості вантажівок і кораблів. У наведених вище сценаріях застосування важливість клапанів дуже очевидна. Безпечна та надійна робота клапанів є невід’ємною частиною екосистеми ланцюга постачання рідкого водню (виробництво, транспортування, зберігання та розподіл). Операції, пов'язані з рідким воднем, є складними. Маючи більш ніж 30-річний практичний досвід і експертизу в галузі високопродуктивних клапанів до -272°C, Velan тривалий час брав участь у різноманітних інноваційних проектах, і очевидно, що він виграв технічні виклики служба рідкого водню з його силою.
Проблеми на етапі проектування
Тиск, температура та концентрація водню є основними факторами, які вивчаються при оцінці ризику конструкції клапана. Для оптимізації роботи клапана вирішальну роль відіграє вибір конструкції та матеріалу. Клапани, що використовуються в системах рідкого водню, стикаються з додатковими проблемами, включаючи несприятливий вплив водню на метали. За дуже низьких температур клапанні матеріали повинні не тільки протистояти атаці молекул водню (деякі пов’язані з цим механізми погіршення все ще обговорюються в академічних колах), але також повинні підтримувати нормальну роботу протягом тривалого часу протягом свого життєвого циклу. З огляду на поточний рівень технологічного розвитку, промисловість має обмежені знання про застосування неметалевих матеріалів у водневих системах. При виборі ущільнювального матеріалу необхідно враховувати цей фактор. Ефективне ущільнення також є ключовим критерієм ефективності конструкції. Існує різниця температур майже в 300°C між рідким воднем і температурою навколишнього середовища (кімнатною температурою), що призводить до температурного градієнта. Кожен компонент клапана зазнає різного ступеня теплового розширення та звуження. Ця невідповідність може призвести до небезпечного витоку критичних ущільнювальних поверхонь. На герметичність штока клапана також приділяється увага при проектуванні. Перехід від холодного до гарячого створює тепловий потік. Гарячі частини порожнини кришки можуть замерзнути, що може порушити роботу ущільнення штока та вплинути на роботу клапана. Крім того, надзвичайно низька температура -253°C означає, що потрібна найкраща технологія ізоляції, щоб гарантувати, що клапан може підтримувати рідкий водень при цій температурі, мінімізуючи втрати, спричинені кипінням. Поки тепло передається рідкому водню, воно буде випаровуватися та витікати. Мало того, у місці розриву ізоляції відбувається конденсація кисню. Коли кисень вступає в контакт з воднем або іншими горючими речовинами, ризик пожежі зростає. Тому, враховуючи небезпеку пожежі, з якою можуть зіткнутися клапани, клапани повинні бути розроблені з використанням вибухобезпечних матеріалів, а також вогнестійких приводів, контрольно-вимірювальних приладів і кабелів, які мають найсуворіші сертифікати. Це гарантує належну роботу клапана у разі пожежі. Підвищений тиск також є потенційною небезпекою, через яку клапани можуть вийти з ладу. Якщо рідкий водень затримується в порожнині корпусу клапана і одночасно відбуваються теплопередача та випаровування рідкого водню, це спричинить підвищення тиску. Якщо є велика різниця тиску, виникає кавітація (кавітація)/шум. Ці явища можуть призвести до передчасного завершення терміну служби клапана і навіть до великих збитків через дефекти процесу. Незалежно від конкретних умов експлуатації, якщо вищезазначені фактори можна повністю врахувати та відповідні контрзаходи можна вжити в процесі проектування, це може забезпечити безпечну та надійну роботу клапана. Крім того, існують проблеми з проектуванням, пов’язані з проблемами навколишнього середовища, наприклад неконтрольовані витоки. Водень унікальний: малі молекули, безбарвні, без запаху та вибухові. Ці характеристики визначають абсолютну необхідність нульового витоку.
На станції зрідження водню на західному узбережжі Північного Лас-Вегаса,
Інженери Wieland Valve надають технічні послуги
Клапанні рішення
Незалежно від конкретної функції та типу, клапани для всіх застосувань рідкого водню повинні відповідати деяким загальним вимогам. Ці вимоги включають: матеріал конструктивної частини повинен забезпечувати збереження структурної цілісності при надзвичайно низьких температурах; Всі матеріали повинні мати природні протипожежні властивості. З тієї ж причини ущільнювальні елементи та сальники клапанів рідкого водню також повинні відповідати основним вимогам, зазначеним вище. Аустенітна нержавіюча сталь є ідеальним матеріалом для клапанів рідкого водню. Він має відмінну ударну міцність, мінімальну втрату тепла і може витримувати великі градієнти температур. Існують інші матеріали, які також підходять для умов рідкого водню, але обмежені конкретними умовами процесу. На додаток до вибору матеріалів, не слід випускати з уваги деякі деталі конструкції, такі як подовження штока клапана та використання повітряного стовпа для захисту ущільнювальної упаковки від екстремально низьких температур. Крім того, розширення штока клапана може бути обладнане ізоляційним кільцем, щоб уникнути конденсації. Розробка клапанів відповідно до конкретних умов застосування допомагає надавати більш розумні рішення для різних технічних завдань. Vellan пропонує поворотні клапани двох різних конструкцій: подвійні ексцентричні та потрійні ексцентричні металеві поворотні клапани. Обидві конструкції мають можливість двонаправленого потоку. Розробивши форму диска та траєкторію обертання, можна досягти щільного зчеплення. У корпусі клапана немає порожнини, де б не було залишкового середовища. У випадку подвійного ексцентрикового поворотного клапана Velan, він приймає дискову ексцентричну конструкцію обертання в поєднанні з характерною системою ущільнення VELFLEX, щоб досягти чудової герметичності клапана. Ця запатентована конструкція може витримувати навіть значні коливання температури в клапані. Потрійний ексцентричний диск TORQSEAL також має спеціально розроблену траєкторію обертання, яка допомагає гарантувати, що ущільнювальна поверхня диска торкається сідла лише в момент досягнення закритого положення клапана і не дряпається. Таким чином, крутний момент закриття клапана може рухати диск для досягнення сумісного посадки та створювати достатній ефект клина в закритому положенні клапана, водночас створюючи рівномірний контакт диска з усією окружністю поверхні ущільнення сідла. Податливість сідла клапана дозволяє корпусу клапана та диску мати функцію «саморегулювання», що дозволяє уникнути заїдання диска під час коливань температури. Посилений вал клапана з нержавіючої сталі здатний витримувати високі робочі цикли та плавно працює при дуже низьких температурах. Подвійна ексцентрикова конструкція VELFLEX дозволяє швидко та легко обслуговувати клапан онлайн. Завдяки боковому корпусу сідло та диск можна перевіряти або обслуговувати безпосередньо, без необхідності розбирати привод або спеціальні інструменти.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdпідтримують високопрогресивні клапани з пружним сідлом, включаючи пружне сідловафельний поворотний клапан, Дроссельний клапан, Подвійний фланцевий концентричний поворотний клапан, Подвійний фланець ексцентричний поворотний клапан,Y-образний фільтр, балансувальний клапан,Вафельний подвійний пластинчастий зворотний клапані т.д.
Час публікації: 11 серпня 2023 р
