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, чтобы водород стал жидким, ему необходима температура -253°C, а это значит, что это довольно сложно. Экстремально низкие температуры и риск возгорания 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 Велан (Велан)
Применение жидкого водорода (LH2).
В настоящее время жидкий водород используется и его пытаются использовать в различных особых случаях. В аэрокосмической отрасли его можно использовать в качестве топлива для запуска ракет, а также генерировать ударные волны в трансзвуковых аэродинамических трубах. Благодаря «большой науке» 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 кораблей. 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, сложны. Обладая более чем 30-летним практическим опытом и знаниями в области высокопроизводительных клапанов при температуре до -272°C, компания Velan в течение длительного времени участвовала в различных инновационных проектах, и очевидно, что она победила в технических задачах Служба жидкого водорода с его прочностью.
Проблемы на этапе проектирования
Давление, температура и концентрация водорода являются основными факторами, которые рассматриваются при оценке рисков конструкции клапана. Для оптимизации характеристик клапана решающую роль играют конструкция и выбор материала. Клапаны, используемые в жидком водороде, сталкиваются с дополнительными проблемами, включая неблагоприятное воздействие водорода на металлы. При очень низких температурах материалы клапанов должны не только выдерживать воздействие молекул водорода (некоторые из связанных с этим механизмов разрушения до сих пор обсуждаются в научных кругах), но также должны сохранять нормальную работу в течение длительного времени на протяжении всего своего жизненного цикла. Учитывая текущий уровень технологического развития, в отрасли имеются ограниченные знания о применимости неметаллических материалов в водородных приложениях. При выборе уплотнительного материала необходимо учитывать этот фактор. Эффективное уплотнение также является ключевым критерием эффективности конструкции. Разница температур между жидким водородом и температурой окружающей среды (комнатной температурой) составляет почти 300°C, что приводит к температурному градиенту. Каждый компонент клапана будет подвергаться разной степени теплового расширения и сжатия. Это несоответствие может привести к опасной утечке на критических уплотнительных поверхностях. Герметичность стержня клапана также является основным моментом конструкции. Переход от холода к горячему создает тепловой поток. Горячие части полости крышки могут замерзнуть, что может нарушить герметичность штока и повлиять на работоспособность клапана. Кроме того, чрезвычайно низкая температура -253°C означает, что необходима лучшая технология изоляции, чтобы гарантировать, что клапан сможет поддерживать жидкий водород при этой температуре, минимизируя при этом потери, вызванные кипением. Пока тепло передается жидкому водороду, он будет испаряться и вытекать. Мало того, в месте разрыва изоляции происходит конденсация кислорода. Как только кислород вступает в контакт с водородом или другими горючими веществами, риск возгорания возрастает. Поэтому, учитывая риск пожара, с которым может столкнуться клапан, клапаны должны быть спроектированы с учетом взрывобезопасных материалов, а также огнестойких приводов, контрольно-измерительных приборов и кабелей, имеющих самые строгие сертификаты. Это гарантирует правильную работу клапана в случае пожара. Повышенное давление также является потенциальным риском, который может привести к неработоспособности клапанов. Если жидкий водород окажется в полости корпуса клапана и одновременно произойдет теплообмен и испарение жидкого водорода, это вызовет повышение давления. При большой разнице давлений возникает кавитация (кавитация)/шум. Эти явления могут привести к преждевременному окончанию срока службы клапана и даже к огромным потерям из-за технологических дефектов. 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 экологическими проблемами, такими как неорганизованные утечки. Водород уникален: маленькие молекулы, бесцветны, не имеют запаха и взрывоопасны. Эти характеристики определяют абсолютную необходимость нулевой утечки.
На станции сжижения водорода на западном побережье Северного Лас-Вегаса.
Инженеры Wieland Valve предоставляют технические услуги
Клапанные решения
Независимо от конкретной функции и типа, клапаны для всех применений с жидким водородом должны соответствовать некоторым общим требованиям. К числу этих требований относятся: материал детали конструкции должен обеспечивать сохранение целостности конструкции при экстремально низких температурах; Все материалы должны обладать природными пожаробезопасными свойствами. По этой же причине уплотнительные элементы и набивка клапанов жидкого водорода также должны соответствовать основным требованиям, указанным выше. Аустенитная нержавеющая сталь — идеальный материал для клапанов жидкого водорода. Он обладает превосходной ударной вязкостью, минимальными тепловыми потерями и выдерживает большие перепады температур. Существуют и другие материалы, которые также подходят для условий жидкого водорода, но их использование ограничено конкретными условиями процесса. Помимо выбора материалов, не следует упускать из виду некоторые детали конструкции, такие как удлинение штока клапана и использование столба воздуха для защиты уплотнительной набивки от экстремально низких температур. Кроме того, удлинитель штока клапана может быть оснащен изоляционным кольцом во избежание образования конденсата. Проектирование клапанов в соответствии с конкретными условиями применения помогает найти более разумные решения различных технических задач. Vellan предлагает дисковые затворы двух различных конструкций: дисковые затворы с двойным эксцентриком и тройным эксцентриком с металлическим седлом. Обе конструкции имеют возможность двунаправленного потока. Путем проектирования формы диска и траектории вращения можно добиться плотного уплотнения. В корпусе клапана нет полостей, в которых не было бы остаточной среды. В двухэксцентриковом дроссельном затворе Velan используется конструкция вращения эксцентрика диска в сочетании с уникальной системой уплотнений VELFLEX для достижения превосходных характеристик уплотнения клапана. Эта запатентованная конструкция позволяет выдерживать даже большие колебания температуры в клапане. Диск с тройным эксцентриком 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 царапается. Следовательно, закрывающий крутящий момент клапана может привести диск в движение для обеспечения эластичной посадки и создать достаточный клиновой эффект в закрытом положении клапана, обеспечивая при этом равномерный контакт диска со всей окружностью уплотняющей поверхности седла. Податливость седла клапана позволяет корпусу клапана и диску выполнять функцию «саморегулировки», что позволяет избежать заклинивания диска при колебаниях температуры. Усиленный вал клапана из нержавеющей стали способен выдерживать высокие рабочие циклы и бесперебойно работать при очень низких температурах. Конструкция VELFLEX с двойным эксцентриком позволяет быстро и легко обслуживать клапан в режиме онлайн. Благодаря боковому корпусу седло и диск можно осматривать и обслуживать напрямую, без необходимости разборки привода или специальных инструментов.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltd.поддерживают высокотехнологичные клапаны с упругим седлом, в том числе с упругим седломвафельный дроссельный клапан, Дроссельный клапан с проушиной, Двухфланцевый концентрический дроссельный клапан, Двухфланцевый эксцентриковый дроссельный клапан,Y-образный фильтр, балансировочный клапан,Вафельный обратный клапан с двумя пластинами, и т. д.
Время публикации: 11 августа 2023 г.
