Tekući vodik ima određene prednosti u skladištenju i transportu. U usporedbi s vodikom, tekući vodik (LH2) ima veću gustoću i zahtijeva niži tlak za skladištenje. Međutim, vodik mora biti na -253 °C da bi postao tekućina, što znači da je to prilično teško. Ekstremno niske temperature i rizici od zapaljivosti čine tekući vodik opasnim medijem. Iz tog razloga, stroge sigurnosne mjere i visoka pouzdanost beskompromisni su zahtjevi pri projektiranju ventila za relevantne primjene.
Autori Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velanov ventil (Velan)
Primjena tekućeg vodika (LH2).
Trenutno se tekući vodik koristi i pokušava se koristiti u raznim posebnim prilikama. U zrakoplovstvu se može koristiti kao gorivo za lansiranje raketa, a može generirati i udarne valove u transoničnim aerotunelima. Potkrijepljen „velikom znanošću“, tekući vodik postao je ključni materijal u supravodljivim sustavima, akceleratorima čestica i uređajima za nuklearnu fuziju. Kako raste želja ljudi za održivim razvojem, tekući vodik se posljednjih godina koristi kao gorivo u sve većem broju kamiona i brodova. U gore navedenim scenarijima primjene, važnost ventila je vrlo očita. Siguran i pouzdan rad ventila sastavni je dio ekosustava lanca opskrbe tekućim vodikom (proizvodnja, transport, skladištenje i distribucija). Operacije vezane uz tekući vodik su izazovne. S više od 30 godina praktičnog iskustva i stručnosti u području visokoučinkovitih ventila do -272°C, Velan je dugo vremena uključen u razne inovativne projekte i jasno je da je svojom snagom pobijedio tehničke izazove usluge tekućeg vodika.
Izazovi u fazi projektiranja
Tlak, temperatura i koncentracija vodika glavni su čimbenici koji se ispituju u procjeni rizika dizajna ventila. Kako bi se optimizirale performanse ventila, dizajn i odabir materijala igraju odlučujuću ulogu. Ventili koji se koriste u primjenama tekućeg vodika suočavaju se s dodatnim izazovima, uključujući štetne učinke vodika na metale. Na vrlo niskim temperaturama, materijali ventila ne samo da moraju izdržati napad molekula vodika (neki od povezanih mehanizama propadanja još se raspravljaju u akademskoj zajednici), već moraju i održavati normalan rad dugo vremena tijekom svog životnog ciklusa. S obzirom na trenutnu razinu tehnološkog razvoja, industrija ima ograničeno znanje o primjenjivosti nemetalnih materijala u primjenama vodika. Prilikom odabira materijala za brtvljenje potrebno je uzeti u obzir ovaj čimbenik. Učinkovito brtvljenje također je ključni kriterij performansi dizajna. Postoji temperaturna razlika od gotovo 300 °C između tekućeg vodika i temperature okoline (sobne temperature), što rezultira temperaturnim gradijentom. Svaka komponenta ventila podvrgnut će se različitim stupnjevima toplinskog širenja i skupljanja. Ova razlika može dovesti do opasnog curenja kritičnih brtvenih površina. Nepropusnost brtvljenja stabla ventila također je u fokusu dizajna. Prijelaz iz hladnog u toplo stvara toplinski protok. Vrući dijelovi šupljine poklopca mogu se smrznuti, što može poremetiti brtvljenje vretena i utjecati na rad ventila. Osim toga, izuzetno niska temperatura od -253 °C znači da je potrebna najbolja tehnologija izolacije kako bi se osiguralo da ventil može održavati tekući vodik na toj temperaturi uz minimiziranje gubitaka uzrokovanih vrenjem. Sve dok se toplina prenosi na tekući vodik, on će isparavati i curiti. Osim toga, na mjestu pucanja izolacije dolazi do kondenzacije kisika. Nakon što kisik dođe u kontakt s vodikom ili drugim zapaljivim tvarima, povećava se rizik od požara. Stoga, uzimajući u obzir rizik od požara s kojim se ventili mogu suočiti, ventili moraju biti dizajnirani imajući na umu materijale otporne na eksploziju, kao i aktuatori, instrumentacija i kabeli otporni na vatru, a sve s najstrožim certifikatima. To osigurava da ventil ispravno radi u slučaju požara. Povećani tlak također je potencijalni rizik koji može učiniti ventile neupotrebljivima. Ako je tekući vodik zarobljen u šupljini tijela ventila i istovremeno dolazi do prijenosa topline i isparavanja tekućeg vodika, to će uzrokovati povećanje tlaka. Ako postoji velika razlika u tlaku, dolazi do kavitacije (kavitacije)/buke. Ove pojave mogu dovesti do preranog kraja vijeka trajanja ventila, pa čak i do velikih gubitaka zbog procesnih nedostataka. Bez obzira na specifične radne uvjete, ako se gore navedeni čimbenici mogu u potpunosti uzeti u obzir i poduzeti odgovarajuće protumjere u procesu projektiranja, to može osigurati siguran i pouzdan rad ventila. Osim toga, postoje i izazovi u projektiranju povezani s ekološkim problemima, poput fugitivnog curenja. Vodik je jedinstven: male molekule, bezbojan, bez mirisa i eksplozivan. Ove karakteristike određuju apsolutnu nužnost nultog curenja.
U stanici za ukapljivanje vodika na zapadnoj obali sjevernog Las Vegasa,
Inženjeri tvrtke Wieland Valve pružaju tehničke usluge
Rješenja za ventile
Bez obzira na specifičnu funkciju i vrstu, ventili za sve primjene tekućeg vodika moraju ispunjavati neke uobičajene zahtjeve. Ti zahtjevi uključuju: materijal konstrukcijskog dijela mora osigurati održavanje strukturne cjelovitosti na izuzetno niskim temperaturama; Svi materijali moraju imati prirodna svojstva zaštite od požara. Iz istog razloga, brtveni elementi i pakiranje ventila za tekući vodik također moraju ispunjavati osnovne gore navedene zahtjeve. Austenitni nehrđajući čelik idealan je materijal za ventile za tekući vodik. Ima izvrsnu udarnu čvrstoću, minimalan gubitak topline i može podnijeti velike temperaturne gradijente. Postoje i drugi materijali koji su također prikladni za uvjete tekućeg vodika, ali su ograničeni na specifične procesne uvjete. Osim izbora materijala, ne treba zanemariti neke detalje dizajna, poput produljenja stabljike ventila i korištenja zračnog stupca za zaštitu brtvene pakiranja od ekstremno niskih temperatura. Osim toga, produženje stabljike ventila može biti opremljeno izolacijskim prstenom kako bi se izbjegla kondenzacija. Projektiranje ventila prema specifičnim uvjetima primjene pomaže u pružanju razumnijih rješenja za različite tehničke izazove. Vellan nudi leptiraste ventile u dva različita dizajna: dvostruko ekscentrični i trostruko ekscentrični leptirasti ventili s metalnim sjedištem. Oba dizajna imaju dvosmjerni protok. Dizajniranjem oblika diska i putanje rotacije može se postići čvrsto brtvljenje. U tijelu ventila nema šupljine u kojoj nema zaostalog medija. U slučaju Velan dvostruko ekscentričnog leptirastog ventila, usvaja se dizajn ekscentrične rotacije diska, u kombinaciji s prepoznatljivim VELFLEX sustavom brtvljenja, kako bi se postigle izvrsne performanse brtvljenja ventila. Ovaj patentirani dizajn može izdržati čak i velike temperaturne fluktuacije u ventilu. TORQSEAL trostruko ekscentrični disk također ima posebno dizajniranu putanju rotacije koja pomaže osigurati da brtvena površina diska dodiruje sjedište samo u trenutku dosezanja zatvorenog položaja ventila i ne grebe ga. Stoga, moment zatvaranja ventila može pokretati disk kako bi se postiglo usklađeno sjedište i proizveo dovoljan učinak klina u zatvorenom položaju ventila, dok disk ravnomjerno dodiruje cijeli opseg brtvene površine sjedišta. Usklađenost sjedišta ventila omogućuje tijelu ventila i disku da imaju funkciju "samostalnog podešavanja", čime se izbjegava blokiranje diska tijekom temperaturnih fluktuacija. Ojačano vratilo ventila od nehrđajućeg čelika sposobno je za visoke radne cikluse i glatko radi na vrlo niskim temperaturama. VELFLEX dvostruko ekscentrični dizajn omogućuje brzo i jednostavno servisiranje ventila online. Zahvaljujući bočnom kućištu, sjedište i disk mogu se izravno pregledati ili servisirati, bez potrebe za rastavljanjem aktuatora ili posebnim alatima.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdpodržavaju visoko napredne ventile s elastičnim sjedištem, uključujući ventile s elastičnim sjedištemleptir ventil s pločicom, Lug leptir ventil, Koncentrični leptir ventil s dvostrukom prirubnicom, Dvostruki prirubnički ekscentrični leptir ventil,Y-filter, balansirajući ventil,Dvostruki nepovratni ventil s pločicomitd.
Vrijeme objave: 11. kolovoza 2023.
