Kvapalný vodík má určité výhody pri skladovaní a preprave. V porovnaní s vodíkom má kvapalný vodík (LH2) vyššiu hustotu a vyžaduje nižší tlak na skladovanie. Vodík však musí mať -253 °C, aby sa stal kvapalným, čo znamená, že je to dosť ťažké. Extrémne nízke teploty a riziká horľavosti robia z kvapalného vodíka nebezpečné médium. Z tohto dôvodu sú prísne bezpečnostné opatrenia a vysoká spoľahlivosť nekompromisnými požiadavkami pri navrhovaní ventilov pre príslušné aplikácie.
Autori: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan ventil (Velan)
Aplikácie kvapalného vodíka (LH2).
V súčasnosti sa kvapalný vodík používa a pokúša sa využiť pri rôznych špeciálnych príležitostiach. V kozmonautike sa môže použiť ako palivo na štart rakiet a môže tiež generovať rázové vlny v transsonických aerodynamických tuneloch. S podporou „veľkej vedy“ sa kvapalný vodík stal kľúčovým materiálom v supravodivých systémoch, urýchľovačoch častíc a zariadeniach jadrovej fúzie. Keďže túžba ľudí po trvalo udržateľnom rozvoji rastie, v posledných rokoch stále viac nákladných áut a lodí používa ako palivo tekutý vodík. Vo vyššie uvedených aplikačných scenároch je dôležitosť ventilov veľmi zrejmá. Bezpečná a spoľahlivá prevádzka ventilov je neoddeliteľnou súčasťou ekosystému dodávateľského reťazca kvapalného vodíka (výroba, preprava, skladovanie a distribúcia). Operácie súvisiace s kvapalným vodíkom sú náročné. S viac ako 30-ročnými praktickými skúsenosťami a odbornými znalosťami v oblasti vysokovýkonných ventilov až do -272°C sa Velan dlhodobo podieľa na rôznych inovatívnych projektoch a je zrejmé, že zvíťazil v technických výzvach služby kvapalného vodíka svojou silou.
Výzvy vo fáze návrhu
Tlak, teplota a koncentrácia vodíka sú všetky hlavné faktory skúmané pri hodnotení rizika konštrukcie ventilu. Pre optimalizáciu výkonu ventilu zohráva rozhodujúcu úlohu dizajn a výber materiálu. Ventily používané v aplikáciách s kvapalným vodíkom čelia ďalším výzvam, vrátane nepriaznivých účinkov vodíka na kovy. Materiály ventilov musia pri veľmi nízkych teplotách nielen odolávať náporu molekúl vodíka (o niektorých súvisiacich mechanizmoch zhoršovania sa v akademickej obci stále diskutuje), ale musia tiež udržiavať normálnu prevádzku po dlhú dobu počas svojho životného cyklu. Z hľadiska súčasnej úrovne technologického rozvoja má priemysel obmedzené znalosti o použiteľnosti nekovových materiálov vo vodíkových aplikáciách. Pri výbere tesniaceho materiálu je potrebné vziať do úvahy tento faktor. Účinné tesnenie je tiež kľúčovým kritériom výkonu pri návrhu. Medzi kvapalným vodíkom a teplotou okolia (izbová teplota) je teplotný rozdiel takmer 300 °C, čo vedie k teplotnému gradientu. Každý komponent ventilu podstúpi rôzne stupne tepelnej rozťažnosti a kontrakcie. Tento nesúlad môže viesť k nebezpečnému úniku kritických tesniacich plôch. Pri návrhu sa kladie dôraz aj na tesnosť drieku ventilu. Prechod z chladu do tepla vytvára tepelný tok. Horúce časti oblasti dutiny kapoty môžu zamrznúť, čo môže narušiť výkon tesnenia vretena a ovplyvniť funkčnosť ventilu. Okrem toho extrémne nízka teplota -253 °C znamená, že je potrebná najlepšia izolačná technológia, ktorá zabezpečí, že ventil dokáže udržať kvapalný vodík pri tejto teplote a zároveň minimalizovať straty spôsobené varom. Pokiaľ dochádza k prenosu tepla do kvapalného vodíka, bude sa odparovať a unikať. A nielen to, v mieste zlomu izolácie dochádza ku kondenzácii kyslíka. Keď sa kyslík dostane do kontaktu s vodíkom alebo inými horľavinami, zvyšuje sa riziko požiaru. Preto vzhľadom na riziko požiaru, ktorému môžu ventily čeliť, musia byť ventily navrhnuté s ohľadom na materiály odolné voči výbuchu, ako aj na ohňovzdorné pohony, prístrojové vybavenie a káble, všetko s najprísnejšími certifikáciami. To zaisťuje správnu činnosť ventilu v prípade požiaru. Zvýšený tlak je tiež potenciálnym rizikom, ktoré môže spôsobiť nefunkčnosť ventilov. Ak sa kvapalný vodík zachytí v dutine telesa ventilu a súčasne dôjde k prenosu tepla a odparovaniu kvapalného vodíka, spôsobí to zvýšenie tlaku. Ak je veľký tlakový rozdiel, vzniká kavitácia (kavitácia)/šum. Tieto javy môžu viesť k predčasnému ukončeniu životnosti ventilu a dokonca môžu utrpieť obrovské straty v dôsledku procesných chýb. Bez ohľadu na špecifické prevádzkové podmienky, ak je možné plne zvážiť vyššie uvedené faktory a prijať zodpovedajúce protiopatrenia v procese návrhu, môže to zabezpečiť bezpečnú a spoľahlivú prevádzku ventilu. Okrem toho existujú konštrukčné problémy súvisiace s environmentálnymi problémami, ako je fugitívny únik. Vodík je jedinečný: malé molekuly, bezfarebný, bez zápachu a výbušný. Tieto charakteristiky určujú absolútnu nevyhnutnosť nulového úniku.
Na stanici North Las Vegas West Coast Hydrogen Liquefaction Station,
Inžinieri spoločnosti Wieland Valve poskytujú technické služby
Ventilové riešenia
Bez ohľadu na špecifickú funkciu a typ musia ventily pre všetky aplikácie s kvapalným vodíkom spĺňať niektoré spoločné požiadavky. Tieto požiadavky zahŕňajú: materiál konštrukčnej časti musí zabezpečiť zachovanie konštrukčnej celistvosti pri extrémne nízkych teplotách; Všetky materiály musia mať prirodzené protipožiarne vlastnosti. Z rovnakého dôvodu musia tesniace prvky a tesnenie ventilov na kvapalný vodík tiež spĺňať vyššie uvedené základné požiadavky. Austenitická nehrdzavejúca oceľ je ideálnym materiálom pre ventily na kvapalný vodík. Má vynikajúcu rázovú húževnatosť, minimálne tepelné straty a znesie veľké teplotné gradienty. Existujú aj iné materiály, ktoré sú tiež vhodné pre podmienky kvapalného vodíka, ale sú obmedzené na špecifické podmienky procesu. Okrem výberu materiálov netreba prehliadnuť niektoré konštrukčné detaily, ako je predĺženie drieku ventilu a použitie vzduchového stĺpca na ochranu tesniacej upchávky pred extrémne nízkymi teplotami. Okrem toho môže byť predĺženie drieku ventilu vybavené izolačným krúžkom, aby sa zabránilo kondenzácii. Navrhovanie ventilov podľa špecifických aplikačných podmienok pomáha poskytnúť rozumnejšie riešenia rôznych technických problémov. Vellan ponúka škrtiace klapky v dvoch rôznych prevedeniach: dvojité excentrické a trojité excentrické klapky s kovovým sedlom. Obidve konštrukcie majú obojsmerný prietok. Navrhnutím tvaru disku a trajektórie rotácie je možné dosiahnuť tesné utesnenie. V tele ventilu nie je žiadna dutina, kde by nebolo žiadne zvyškové médium. V prípade dvojitého excentrického škrtiaceho ventilu Velan využíva dizajn diskového excentrického otáčania v kombinácii s výrazným tesniacim systémom VELFLEX, aby sa dosiahol vynikajúci tesniaci výkon ventilu. Táto patentovaná konštrukcia odolá aj veľkým teplotným výkyvom vo ventile. Trojitý excentrický kotúč TORQSEAL má tiež špeciálne navrhnutú trajektóriu otáčania, ktorá pomáha zabezpečiť, aby sa tesniaca plocha kotúča dotýkala sedla len v momente dosiahnutia zatvorenej polohy ventilu a nepoškriabala sa. Preto uzatvárací krútiaci moment ventilu môže poháňať kotúč, aby sa dosiahlo poddajné dosadnutie, a vytvoriť dostatočný klinový efekt v polohe uzavretého ventilu, zatiaľ čo kotúč je v rovnomernom kontakte s celým obvodom tesniacej plochy sedla. Poddajnosť sedla ventilu umožňuje telesu ventilu a kotúču mať funkciu „samoregulácie“, čím sa zabráni zadretiu kotúča počas kolísania teploty. Zosilnený hriadeľ ventilu z nehrdzavejúcej ocele je schopný vysokých pracovných cyklov a funguje hladko pri veľmi nízkych teplotách. Dvojitý excentrický dizajn VELFLEX umožňuje rýchly a jednoduchý servis ventilu online. Vďaka bočnému krytu možno sedadlo a kotúč priamo kontrolovať alebo opravovať bez potreby demontáže pohonu alebo špeciálnych nástrojov.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdpodporujú vysoko pokročilú technológiu ventilov s pružným sedlom vrátane pružného sedlaplátkový škrtiaci ventil, Uzáverový škrtiaci ventil, Dvojprírubová koncentrická škrtiaca klapka, Dvojprírubový excentrický škrtiaci ventil,Y-sitko, vyvažovací ventil,Oblátkový dvojplatňový spätný ventilatď.
Čas odoslania: 11. august 2023
