Tekoči vodik ima določene prednosti pri skladiščenju in transportu. V primerjavi z vodikom ima tekoči vodik (LH2) večjo gostoto in zahteva nižji tlak za shranjevanje. Vodik pa mora imeti -253 °C, da postane tekoč, kar pomeni, da je 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
Velan ventil (Velan)
Uporaba tekočega vodika (LH2).
Trenutno se tekoči vodik uporablja in poskuša uporabiti ob različnih posebnih priložnostih. V vesolju se lahko uporablja kot gorivo za izstrelitev raket in lahko ustvarja tudi udarne valove v transzvočnih vetrovnikih. Ob podpori »velike znanosti« je tekoči vodik postal ključni material v superprevodnih sistemih, pospeševalnikih delcev in napravah za jedrsko fuzijo. Ker želja ljudi po trajnostnem razvoju narašča, tekoči vodik zadnja leta kot gorivo uporablja vse več tovornjakov in ladij. V zgornjih 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-letnimi praktičnimi izkušnjami in strokovnim znanjem na področju visokozmogljivih ventilov do -272°C je Velan že dolgo vključen v različne inovativne projekte in jasno je, da je zmagal v tehničnih izzivih storitev tekočega vodika s svojo močjo.
Izzivi v fazi načrtovanja
Tlak, temperatura in koncentracija vodika so glavni dejavniki, preučeni pri oceni tveganja zasnove ventila. Da bi optimizirali delovanje ventila, imata odločilno vlogo dizajn in izbira materiala. Ventili, ki se uporabljajo v aplikacijah s tekočim vodikom, se soočajo z dodatnimi izzivi, vključno s škodljivimi učinki vodika na kovine. Pri zelo nizkih temperaturah morajo ventilski materiali ne samo prenesti napad vodikovih molekul (o nekaterih povezanih mehanizmih kvarjenja se še vedno razpravlja v akademskih krogih), ampak morajo tudi ohranjati normalno delovanje dolgo časa v svojem življenjskem ciklu. Glede na trenutno stopnjo 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 izvedbe konstrukcije. Med tekočim vodikom in temperaturo okolja (sobno temperaturo) je skoraj 300 °C temperaturna razlika, 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 območja votline pokrova lahko zmrznejo, kar lahko moti delovanje tesnjenja stebla in vpliva na delovanje ventila. Poleg tega izredno nizka temperatura -253 °C pomeni, da je potrebna najboljša izolacijska tehnologija za zagotovitev, da lahko ventil vzdržuje tekoči vodik pri tej temperaturi, hkrati pa zmanjša izgube zaradi vrenja. Dokler se toplota prenaša na tekoči vodik, bo ta izhlapeval in uhajal. Ne le to, na mestu preloma izolacije pride do kondenzacije kisika. Ko kisik pride v stik z vodikom ali drugimi gorljivimi snovmi, se poveča nevarnost požara. Zato je treba ob upoštevanju požarne nevarnosti, s katero se soočajo ventili, ventili načrtovati z mislijo na materiale, odporne proti eksploziji, kot tudi na ognjevarne aktuatorje, instrumente in kable, vse z najstrožjimi certifikati. To zagotavlja pravilno delovanje ventila v primeru požara. Povečan tlak je tudi potencialno tveganje, zaradi katerega lahko ventili ne delujejo. Če se tekoči vodik ujame v votlino telesa ventila in istočasno pride do prenosa toplote in izhlapevanja tekočega vodika, bo to povzročilo povečanje tlaka. Če je razlika v tlaku velika, se pojavi kavitacija (kavitacija)/šum. Ti pojavi lahko povzročijo prezgodnji konec življenjske dobe ventila in celo povzročijo velike izgube zaradi procesnih napak. Ne glede na specifične delovne pogoje, če je mogoče v celoti upoštevati zgornje dejavnike in sprejeti ustrezne protiukrepe v procesu načrtovanja, lahko zagotovi varno in zanesljivo delovanje ventila. Poleg tega obstajajo izzivi pri načrtovanju, povezani z okoljskimi vprašanji, kot je ubežno uhajanje. Vodik je edinstven: majhne molekule, brezbarven, brez vonja in eksploziven. Te značilnosti določajo absolutno potrebo po ničelnem puščanju.
Na postaji za utekočinjanje vodika North Las Vegas West Coast,
Inženirji Wieland Valve zagotavljajo tehnične storitve
Rešitve ventilov
Ne glede na posebno funkcijo in vrsto morajo ventili za vse aplikacije tekočega vodika izpolnjevati nekatere skupne zahteve. Te zahteve vključujejo: material konstrukcijskega dela mora zagotavljati ohranitev strukturne celovitosti pri izjemno nizkih temperaturah; Vsi materiali morajo imeti naravne lastnosti požarne varnosti. Iz istega razloga morajo tudi tesnilni elementi in tesnila ventilov za tekoči vodik izpolnjevati zgoraj navedene osnovne zahteve. Avstenitno nerjavno jeklo je idealen material za ventile za tekoči vodik. Ima odlično udarno trdnost, minimalne toplotne izgube in lahko prenese velike temperaturne gradiente. Obstajajo tudi drugi materiali, ki so prav tako primerni za pogoje tekočega vodika, vendar so omejeni na posebne procesne pogoje. Poleg izbire materialov ne smemo spregledati nekaterih konstrukcijskih podrobnosti, kot sta podaljšanje stebla ventila in uporaba zračnega stebra za zaščito tesnilnega tesnila pred ekstremno nizkimi temperaturami. Poleg tega je podaljšek stebla ventila lahko opremljen z izolacijskim obročem, da se prepreči kondenzacija. Oblikovanje ventilov v skladu s posebnimi pogoji uporabe pomaga dati bolj razumne rešitve za različne tehnične izzive. Vellan ponuja lopute v dveh različnih oblikah: dvojne ekscentrične in trojne ekscentrične lopute s kovinskim sedežem. Oba dizajna imata možnost dvosmernega pretoka. Z oblikovanjem oblike diska in poti vrtenja je mogoče doseči tesno tesnjenje. V telesu ventila ni nobene votline, v kateri ni ostankov medija. V primeru dvojnega ekscentričnega metuljastega ventila Velan prevzame zasnovo krožnega ekscentričnega vrtenja v kombinaciji z značilnim tesnilnim sistemom VELFLEX, da se doseže odlična učinkovitost tesnjenja ventila. Ta patentirana oblika lahko prenese celo velika temperaturna nihanja v ventilu. Trojni ekscentrični disk TORQSEAL ima tudi posebej zasnovano rotacijsko trajektorijo, ki pomaga zagotoviti, da se tesnilna površina diska dotakne sedeža samo v trenutku, ko doseže zaprt položaj ventila in se ne opraska. Zato lahko zapiralni moment ventila poganja disk, da doseže skladen sedež, in povzroči zadosten učinek zagozdenja v zaprtem položaju ventila, medtem ko se disk enakomerno dotika celotnega oboda tesnilne površine sedeža. Skladnost sedeža ventila omogoča, da imata ohišje ventila in disk "samoprilagoditveno" funkcijo, s čimer se prepreči zaskočenje diska med temperaturnimi nihanji. Ojačana gred ventila iz nerjavečega jekla je sposobna visokih obratovalnih ciklov in nemoteno deluje pri zelo nizkih temperaturah. Dvojni ekscentrični dizajn VELFLEX omogoča hitro in enostavno servisiranje ventila prek spleta. Zahvaljujoč stranskemu ohišju je mogoče sedež in disk neposredno pregledati ali servisirati, ne da bi bilo treba razstaviti aktuator ali posebna orodja.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdpodpirajo visoko napredno tehnologijo ventilov s prožnim sedežem, vključno s prožnim sedežemmetulj za rezine, Dušilna loputa, Koncentrični loputni ventil z dvojno prirobnico, Ekscentrični dušilni ventil z dvojno prirobnico,Y-cedilo, balansirni ventil,Protipovratni ventil z dvojno ploščoitd.
Čas objave: 11. avgusta 2023
