Жидкий водород имеет определенные преимущества при хранении и транспортировке. По сравнению с водородом, жидкий водород (LH2) имеет более высокую плотность и требует более низкого давления для хранения. Однако водород должен быть -253°C, чтобы стать жидким, что означает, что это довольно сложно. Экстремально низкие температуры и риск воспламеняемости делают жидкий водород опасной средой. По этой причине строгие меры безопасности и высокая надежность являются бескомпромиссными требованиями при проектировании клапанов для соответствующих применений.
Фадила Хелфауи, Фредерик Бланке
Клапан Велана (Velan)
Применение жидкого водорода (LH2).
В настоящее время жидкий водород используется и пытаются использовать в различных особых случаях. В аэрокосмической отрасли его можно использовать в качестве топлива для запуска ракет, а также он может генерировать ударные волны в околозвуковых аэродинамических трубах. Подкрепленный «большой наукой», жидкий водород стал ключевым материалом в сверхпроводящих системах, ускорителях частиц и устройствах ядерного синтеза. Поскольку стремление людей к устойчивому развитию растет, в последние годы жидкий водород используется в качестве топлива все большим количеством грузовиков и судов. В приведенных выше сценариях применения важность клапанов совершенно очевидна. Безопасная и надежная работа клапанов является неотъемлемой частью экосистемы цепочки поставок жидкого водорода (производство, транспортировка, хранение и распределение). Операции, связанные с жидким водородом, являются сложными. Имея более чем 30-летний практический опыт и знания в области высокопроизводительных клапанов при температурах до -272 °C, Velan долгое время участвовал в различных инновационных проектах, и очевидно, что он победил технические проблемы обслуживания жидкого водорода благодаря своей силе.
Проблемы на этапе проектирования
Давление, температура и концентрация водорода являются основными факторами, рассматриваемыми при оценке риска конструкции клапана. Для оптимизации производительности клапана решающую роль играют конструкция и выбор материала. Клапаны, используемые в жидководородных приложениях, сталкиваются с дополнительными проблемами, включая неблагоприятное воздействие водорода на металлы. При очень низких температурах материалы клапана должны не только выдерживать воздействие молекул водорода (некоторые из связанных с этим механизмов ухудшения все еще обсуждаются в академических кругах), но и должны поддерживать нормальную работу в течение длительного времени в течение своего жизненного цикла. С точки зрения текущего уровня технологического развития отрасль имеет ограниченные знания о применимости неметаллических материалов в водородных приложениях. При выборе уплотнительного материала необходимо учитывать этот фактор. Эффективное уплотнение также является ключевым критерием производительности конструкции. Между жидким водородом и температурой окружающей среды (комнатной температурой) существует разница температур почти в 300 °C, что приводит к температурному градиенту. Каждый компонент клапана будет подвергаться различной степени теплового расширения и сжатия. Это несоответствие может привести к опасной утечке критических уплотнительных поверхностей. Герметичность уплотнения штока клапана также является фокусом конструкции. Переход от холода к теплу создает тепловой поток. Горячие части области полости крышки могут замерзнуть, что может нарушить работу уплотнения штока и повлиять на работоспособность клапана. Кроме того, чрезвычайно низкая температура -253 °C означает, что требуется лучшая технология изоляции, чтобы гарантировать, что клапан может поддерживать жидкий водород при этой температуре, минимизируя потери, вызванные кипением. Пока тепло передается жидкому водороду, он будет испаряться и вытекать. Мало того, в точке разрыва изоляции происходит конденсация кислорода. Как только кислород вступает в контакт с водородом или другими горючими веществами, риск возгорания увеличивается. Поэтому, учитывая риск возгорания, с которым могут столкнуться клапаны, клапаны должны быть спроектированы с учетом взрывозащищенных материалов, а также огнестойких приводов, приборов и кабелей, все с самыми строгими сертификатами. Это гарантирует правильную работу клапана в случае пожара. Повышенное давление также является потенциальным риском, который может сделать клапаны неработоспособными. Если жидкий водород заперт в полости корпуса клапана и одновременно происходит теплопередача и испарение жидкого водорода, это приведет к повышению давления. Если есть большая разница давлений, возникает кавитация (кавитация)/шум. Эти явления могут привести к преждевременному окончанию срока службы клапана и даже к огромным потерям из-за дефектов процесса. Независимо от конкретных условий эксплуатации, если вышеуказанные факторы могут быть полностью учтены и соответствующие контрмеры могут быть приняты в процессе проектирования, это может обеспечить безопасную и надежную работу клапана. Кроме того, существуют проблемы проектирования, связанные с проблемами окружающей среды, такими как неконтролируемая утечка. Водород уникален: маленькие молекулы, бесцветный, без запаха и взрывоопасный. Эти характеристики определяют абсолютную необходимость нулевой утечки.
На станции по сжижению водорода на западном побережье Северного Лас-Вегаса,
Инженеры Wieland Valve оказывают технические услуги
Решения для клапанов
Независимо от конкретной функции и типа, клапаны для всех применений жидкого водорода должны соответствовать некоторым общим требованиям. Эти требования включают: материал структурной части должен обеспечивать сохранение структурной целостности при экстремально низких температурах; Все материалы должны обладать естественными свойствами пожарной безопасности. По той же причине уплотнительные элементы и набивка клапанов жидкого водорода также должны соответствовать основным требованиям, указанным выше. Аустенитная нержавеющая сталь является идеальным материалом для клапанов жидкого водорода. Она имеет превосходную ударную вязкость, минимальные потери тепла и может выдерживать большие градиенты температур. Существуют и другие материалы, которые также подходят для условий жидкого водорода, но ограничены определенными условиями процесса. Помимо выбора материалов, нельзя упускать из виду некоторые детали конструкции, такие как удлинение штока клапана и использование воздушного столба для защиты уплотнительной набивки от экстремально низких температур. Кроме того, удлинение штока клапана может быть оснащено изоляционным кольцом для предотвращения конденсации. Проектирование клапанов в соответствии с конкретными условиями применения помогает дать более разумные решения для различных технических задач. Vellan предлагает поворотные дисковые затворы в двух различных исполнениях: двухэксцентриковые и трехэксцентриковые дисковые затворы с металлическим седлом. Обе конструкции имеют двунаправленную способность потока. За счет проектирования формы диска и траектории вращения можно добиться герметичного уплотнения. В корпусе клапана нет полости, где не было бы остаточной среды. В случае двухэксцентриковой поворотной затворы Velan используется конструкция поворота диска с эксцентриком в сочетании с отличительной системой уплотнения VELFLEX для достижения превосходной герметичности клапана. Эта запатентованная конструкция может выдерживать даже большие колебания температуры в клапане. Тройной эксцентриковый диск TORQSEAL также имеет специально разработанную траекторию вращения, которая помогает гарантировать, что уплотнительная поверхность диска касается седла только в момент достижения закрытого положения клапана и не царапает его. Таким образом, момент закрытия клапана может привести диск в движение для достижения податливого седла и создать достаточный эффект клина в закрытом положении клапана, при этом диск равномерно контактирует со всей окружностью уплотнительной поверхности седла. Податливость седла клапана позволяет корпусу клапана и диску иметь функцию «саморегулирования», что позволяет избежать заклинивания диска при колебаниях температуры. Усиленный вал клапана из нержавеющей стали способен выдерживать высокие рабочие циклы и плавно работает при очень низких температурах. Конструкция с двойным эксцентриком VELFLEX позволяет быстро и легко обслуживать клапан в режиме онлайн. Благодаря боковому корпусу седло и диск можно осматривать или обслуживать напрямую, без необходимости разборки привода или специальных инструментов.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltd.поддерживают высокотехнологичные упругие седловые клапаны, включая упругие седловые клапаныдисковый поворотный клапан, Затвор-бабочка с выступом, Двухфланцевый концентрический дисковый затвор, Двухфланцевый эксцентриковый дисковый затвор,Y-образный фильтр, балансировочный клапан,Обратный клапан с двумя пластинами, и т. д.
Время публикации: 11 авг. 2023 г.
