Tekoči vodik ima določene prednosti pri skladiščenju in transportu. V primerjavi z vodikom ima tekoči vodik (LH2) večjo gostoto in za shranjevanje zahteva nižji tlak. Vendar pa mora vodik doseči -253 °C, da postane tekoč, kar pomeni, da je to precej težko. Zaradi ekstremno nizkih temperatur in nevarnosti vnetljivosti je tekoči vodik nevaren medij. Zaradi tega so strogi varnostni ukrepi in visoka zanesljivost brezkompromisne zahteve pri načrtovanju ventilov za ustrezne aplikacije.
Avtor: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velanov ventil (Velan)
Uporaba tekočega vodika (LH2).
Trenutno se tekoči vodik uporablja in poskušajo ga uporabiti v različnih posebnih priložnostih. V letalstvu se lahko uporablja kot gorivo za izstrelitev raket in lahko ustvarja tudi udarne valove v transoničnih vetrovnikih. Podprt z "veliko znanostjo" je tekoči vodik postal ključni material v superprevodnih sistemih, pospeševalnikih delcev in napravah za jedrsko fuzijo. Ker narašča želja ljudi po trajnostnem razvoju, se tekoči vodik v zadnjih letih uporablja kot gorivo za vse več tovornjakov in ladij. V zgoraj omenjenih scenarijih uporabe je pomen ventilov zelo očiten. Varno in zanesljivo delovanje ventilov je sestavni del ekosistema dobavne verige tekočega vodika (proizvodnja, transport, skladiščenje in distribucija). Operacije, povezane s tekočim vodikom, so zahtevne. Z več kot 30 leti praktičnih izkušenj in strokovnega znanja na področju visokozmogljivih ventilov do -272 °C se Velan že dolgo ukvarja z različnimi inovativnimi projekti in jasno je, da je s svojo močjo premagal tehnične izzive storitve tekočega vodika.
Izzivi v fazi načrtovanja
Tlak, temperatura in koncentracija vodika so glavni dejavniki, ki se preučujejo pri oceni tveganja pri zasnovi ventilov. Za optimizacijo delovanja ventilov imata odločilno vlogo zasnova in izbira materiala. Ventili, ki se uporabljajo v aplikacijah s tekočim vodikom, se soočajo z dodatnimi izzivi, vključno z negativnimi učinki vodika na kovine. Pri zelo nizkih temperaturah morajo materiali ventilov ne le prenesti napad molekul vodika (nekateri povezani mehanizmi obrabe so še vedno predmet razprav v akademskih krogih), temveč morajo tudi dolgo časa ohranjati normalno delovanje v svojem življenjskem ciklu. Glede na trenutno raven tehnološkega razvoja ima industrija omejeno znanje o uporabnosti nekovinskih materialov v vodikovih aplikacijah. Pri izbiri tesnilnega materiala je treba upoštevati ta dejavnik. Učinkovito tesnjenje je tudi ključno merilo za učinkovitost zasnove. Med tekočim vodikom in temperaturo okolice (sobna temperatura) je temperaturna razlika skoraj 300 °C, kar povzroči temperaturni gradient. Vsaka komponenta ventila bo podvržena različnim stopnjam toplotnega raztezanja in krčenja. To neskladje lahko povzroči nevarno puščanje kritičnih tesnilnih površin. Tesnost stebla ventila je prav tako v središču zasnove. Prehod iz hladnega v vroče ustvarja toplotni tok. Vroči deli votline pokrova lahko zmrznejo, kar lahko moti tesnjenje vretena in vpliva na delovanje ventila. Poleg tega izjemno nizka temperatura -253 °C pomeni, da je potrebna najboljša izolacijska tehnologija, ki zagotavlja, da ventil vzdržuje tekoči vodik pri tej temperaturi, hkrati pa zmanjšuje izgube zaradi vrenja. Dokler se toplota prenaša na tekoči vodik, bo ta izhlapel in puščal. Poleg tega pride do kondenzacije kisika na mestu preloma izolacije. Ko kisik pride v stik z vodikom ali drugimi vnetljivimi snovmi, se poveča tveganje požara. Zato morajo biti ventili glede na tveganje požara, s katerim se lahko soočijo ventili, zasnovani z mislijo na eksplozijsko odporne materiale, prav tako pa morajo imeti ognjeodporne aktuatorje, instrumentacijo in kable, vse z najstrožjimi certifikati. To zagotavlja, da ventil v primeru požara pravilno deluje. Povečan tlak je prav tako potencialno tveganje, ki lahko povzroči neuporabnost ventilov. Če se tekoči vodik ujame v votlino telesa ventila in hkrati pride do prenosa toplote in izhlapevanja tekočega vodika, bo to povzročilo povečanje tlaka. Če je velika tlačna razlika, pride do kavitacije (kavitacije)/hrupa. Ti pojavi lahko privedejo do prezgodnjega konca življenjske dobe ventila in celo do velikih izgub zaradi procesnih napak. Ne glede na specifične obratovalne pogoje, če se zgoraj navedeni dejavniki v celoti upoštevajo in se v procesu načrtovanja sprejmejo ustrezni protiukrepi, se lahko zagotovi varno in zanesljivo delovanje ventila. Poleg tega obstajajo izzivi pri načrtovanju, povezani z okoljskimi vprašanji, kot je uhajanje. Vodik je edinstven: majhne molekule, brezbarven, brez vonja in eksploziven. Te lastnosti določajo absolutno nujnost ničelnega puščanja.
V postaji za utekočinjanje vodika v severnem Las Vegasu na zahodni obali,
Inženirji podjetja Wieland Valve nudijo tehnične storitve
Rešitve za ventile
Ne glede na specifično funkcijo in vrsto morajo ventili za vse aplikacije s tekočim vodikom izpolnjevati nekatere skupne zahteve. Te zahteve vključujejo: material konstrukcijskega dela mora zagotavljati ohranjanje strukturne celovitosti pri izjemno nizkih temperaturah; vsi materiali morajo imeti naravne lastnosti požarne varnosti. Iz istega razloga morajo tesnilni elementi in tesnila ventilov s tekočim vodikom izpolnjevati tudi zgoraj omenjene osnovne zahteve. Avstenitno nerjavno jeklo je idealen material za ventile s tekočim vodikom. Ima odlično udarno trdnost, minimalne toplotne izgube in lahko prenese velike temperaturne gradiente. Obstajajo tudi drugi materiali, ki so primerni za pogoje s tekočim vodikom, vendar so omejeni na specifične procesne pogoje. Poleg izbire materialov ne smemo spregledati nekaterih podrobnosti zasnove, kot sta podaljšanje stebla ventila in uporaba zračnega stebra za zaščito tesnilnega tesnila pred ekstremno nizkimi temperaturami. Poleg tega je lahko podaljšek stebla ventila opremljen z izolacijskim obročem, da se prepreči kondenzacija. Zasnova ventilov glede na specifične pogoje uporabe pomaga najti bolj razumne rešitve za različne tehnične izzive. Vellan ponuja loputaste ventile v dveh različnih izvedbah: dvojno ekscentrične in trojno ekscentrične kovinske loputaste ventile. Obe izvedbi imata dvosmerno zmogljivost pretoka. Z zasnovo oblike diska in smeri vrtenja je mogoče doseči tesno tesnjenje. V telesu ventila ni votline, kjer ne bi bilo preostalega medija. Dvojno ekscentrični metuljasti ventil Velan uporablja zasnovo ekscentričnega vrtenja diska v kombinaciji z značilnim tesnilnim sistemom VELFLEX za doseganje odlične tesnilne zmogljivosti ventila. Ta patentirana zasnova lahko prenese tudi velika temperaturna nihanja v ventilu. Trojno ekscentrični disk TORQSEAL ima tudi posebej zasnovano smer vrtenja, ki zagotavlja, da se tesnilna površina diska dotakne sedeža le v trenutku, ko ventil doseže zaprt položaj, in ga ne opraska. Zato lahko zapiralni navor ventila poganja disk, da doseže skladno tesnjenje in ustvari zadosten klinasti učinek v zaprtem položaju ventila, hkrati pa disk enakomerno dotika celotnega oboda tesnilne površine sedeža. Skladnost sedeža ventila omogoča telesu ventila in disku, da imata "samoprilagodljivo" funkcijo, s čimer se prepreči zatikanje diska med temperaturnimi nihanji. Ojačana gred ventila iz nerjavečega jekla je sposobna visokih obratovalnih ciklov in deluje gladko pri zelo nizkih temperaturah. Dvojno ekscentrična zasnova VELFLEX omogoča hitro in enostavno servisiranje ventila na spletu. Zahvaljujoč stranskemu ohišju je mogoče sedež in disk pregledati ali servisirati neposredno, brez potrebe po razstavljanju aktuatorja ali posebnega orodja.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdpodpirajo visoko napredne tehnološko odporne ventile z vzmetenim sedežem, vključno z vzmetenimi sedežimetuljasti ventil z oblati, Lug loputasti ventil, Koncentrični metuljasti ventil z dvojno prirobnico, Dvojna prirobnična ekscentrična loputasta loputa,Y-cedilo, uravnotežen ventil,Dvoploščni povratni ventil z oblatomitd.
Čas objave: 11. avg. 2023
