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 imati -253°C da postane tekući, što znači da je to prilično teško. Ekstremno niske temperature i rizici od zapaljivosti čine tekući vodik opasnim medijem. Zbog toga su stroge sigurnosne mjere i visoka pouzdanost beskompromisni zahtjevi pri projektiranju ventila za relevantne primjene.
Autori Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan ventil (Velan)
Primjena tekućeg vodika (LH2).
Trenutno se tekući vodik koristi i pokušava koristiti u raznim posebnim prilikama. U zrakoplovstvu se može koristiti kao gorivo za lansiranje raketa, a također može generirati udarne valove u transzvučnim zračnim tunelima. Potpomognut "velikom znanošću", tekući vodik je postao ključni materijal u supravodljivim sustavima, akceleratorima čestica i uređajima za nuklearnu fuziju. Kako želja ljudi za održivim razvojem raste, tekući vodik se posljednjih godina koristi kao gorivo za sve više 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 povezane s tekućim vodikom su zahtjevne. S više od 30 godina praktičnog iskustva i stručnosti u području visokoučinkovitih ventila do -272°C, Velan je već dugo uključen u razne inovativne projekte i jasno je da je pobijedio u tehničkim izazovima usluga tekućeg vodika svojom snagom.
Izazovi u fazi projektiranja
Tlak, temperatura i koncentracija vodika glavni su čimbenici koji se ispituju u procjeni rizika dizajna ventila. Kako bi se optimizirala izvedba 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 (o nekima od povezanih mehanizama propadanja još uvijek se raspravlja u akademskoj zajednici), nego također moraju održavati normalan rad dugo vremena tijekom svog životnog ciklusa. U smislu trenutne razine tehnološkog razvoja, industrija ima ograničeno znanje o primjenjivosti nemetalnih materijala u primjenama vodika. Prilikom odabira materijala za brtvljenje potrebno je uzeti u obzir ovaj faktor. Učinkovito brtvljenje također je ključni kriterij izvedbe dizajna. Postoji temperaturna razlika od gotovo 300°C između tekućeg vodika i temperature okoline (sobna temperatura), što rezultira temperaturnim gradijentom. Svaka komponenta ventila proći će različite stupnjeve toplinskog širenja i skupljanja. Ovo odstupanje može dovesti do opasnog curenja kritičnih brtvenih površina. Nepropusnost vretena ventila također je u fokusu dizajna. Prijelaz iz hladnog u vruće stvara protok topline. Vrući dijelovi područja šupljine poklopca mogu se smrznuti, što može poremetiti brtvljenje vretena i utjecati na rad ventila. Osim toga, ekstremno niska temperatura od -253°C znači da je potrebna najbolja izolacijska tehnologija kako bi se osiguralo da ventil može održavati tekući vodik na ovoj temperaturi, a istovremeno minimalizirati gubitke uzrokovane vrenjem. Sve dok se toplina prenosi na tekući vodik, on će isparavati i curiti. I ne samo to, dolazi do kondenzacije kisika na točki pucanja izolacije. Nakon što kisik dođe u dodir s vodikom ili drugim zapaljivim tvarima, povećava se opasnost 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 aktuatore otporne na vatru, instrumente i kabele, sve s najstrožim certifikatima. To osigurava pravilan rad ventila u slučaju požara. Povećan tlak također je potencijalni rizik koji može onesposobiti ventile. Ako je tekući vodik zarobljen u šupljini tijela ventila i istodobno se dogodi prijenos topline i isparavanje tekućeg vodika, to će uzrokovati povećanje tlaka. Ako postoji velika razlika tlakova dolazi do kavitacije (kavitacije)/buke. Ovi fenomeni mogu dovesti do preranog kraja vijeka trajanja ventila, pa čak i do velikih gubitaka zbog grešaka u procesu. Bez obzira na specifične radne uvjete, ako se gornji čimbenici mogu u potpunosti uzeti u obzir i odgovarajuće protumjere mogu se poduzeti u procesu projektiranja, može se osigurati siguran i pouzdan rad ventila. Osim toga, postoje izazovi dizajna vezani uz pitanja okoliša, kao što je slučajno istjecanje. Vodik je jedinstven: male molekule, bez boje, mirisa i eksplozivan. Ove karakteristike određuju apsolutnu potrebu za nultim curenjem.
U stanici za ukapljivanje vodika u sjevernom Las Vegasu na zapadnoj obali,
Inženjeri tvrtke Wieland Valve pružaju tehničke usluge
Rješenja ventila
Bez obzira na specifičnu funkciju i vrstu, ventili za sve primjene tekućeg vodika moraju ispunjavati neke zajedničke zahtjeve. Ovi zahtjevi uključuju: materijal konstrukcijskog dijela mora osigurati održavanje strukturalnog integriteta pri ekstremno niskim temperaturama; Svi materijali moraju imati prirodna protupožarna svojstva. Iz istog razloga, elementi za brtvljenje i brtvljenje ventila za tekući vodik također moraju ispunjavati gore navedene osnovne zahtjeve. Austenitni nehrđajući čelik je idealan materijal za ventile za tekući vodik. Ima izvrsnu udarnu čvrstoću, minimalan gubitak topline i može izdržati velike temperaturne gradijente. Postoje i drugi materijali koji su također prikladni za uvjete tekućeg vodika, ali su ograničeni na specifične uvjete procesa. Osim izbora materijala, ne treba zanemariti neke detalje dizajna, kao što je produženje stabla ventila i korištenje zračnog stupca za zaštitu brtvene brtve od ekstremno niskih temperatura. Osim toga, produžetak stabla ventila može biti opremljen izolacijskim prstenom kako bi se izbjegla kondenzacija. Dizajniranje ventila prema specifičnim uvjetima primjene pomaže u pružanju razumnijih rješenja za različite tehničke izazove. Vellan nudi leptir ventile u dva različita dizajna: dvostruke ekscentrične i trostruke ekscentrične leptiraste ventile s metalnim sjedištem. Oba dizajna imaju mogućnost dvosmjernog protoka. Dizajniranjem oblika diska i putanje rotacije može se postići čvrsto brtvljenje. U tijelu ventila nema šupljine u kojoj nema zaostalog medija. U slučaju Velan dvostrukog ekscentričnog leptir ventila, on usvaja dizajn ekscentrične rotacije diska, u kombinaciji s prepoznatljivim VELFLEX sustavom brtvljenja, kako bi se postigla izvrsna izvedba brtvljenja ventila. Ovaj patentirani dizajn može izdržati čak i velike temperaturne fluktuacije u ventilu. Trostruki ekscentrični disk TORQSEAL također ima posebno dizajniranu putanju rotacije koja pomaže osigurati da brtvena površina diska samo dodiruje sjedište u trenutku dostizanja zatvorenog položaja ventila i da se ne ogrebe. Stoga moment zatvaranja ventila može pokrenuti disk kako bi se postiglo elastično sjedište i proizveo dovoljan učinak klina u zatvorenom položaju ventila, dok je disk u ravnomjernom kontaktu s cijelim opsegom brtvene površine sjedišta. Usklađenost sjedišta ventila omogućuje tijelu ventila i disku da imaju funkciju "samopodešavanja", čime se izbjegava blokiranje diska tijekom temperaturnih fluktuacija. Osovina ventila od ojačanog nehrđajućeg čelika sposobna je za visoke radne cikluse i glatko radi na vrlo niskim temperaturama. VELFLEX dvostruki ekscentrični dizajn omogućuje brzo i jednostavno servisiranje ventila online. Zahvaljujući bočnom kućištu, sjedalo i disk mogu se izravno pregledati ili servisirati, bez potrebe za rastavljanjem aktuatora ili posebnih alata.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdpodržavaju visokonaprednu tehnologiju ventila s elastičnim sjedištem, uključujući elastično sjedištewafer leptir ventil, Lug leptir ventil, Koncentrični leptir ventil s dvostrukom prirubnicom, Ekscentrični leptir ventil s dvostrukom prirubnicom,Y-cjedilo, balansni ventil,Nepovratni ventil s dvostrukom pločomitd.
Vrijeme objave: 11. kolovoza 2023
