L'hidrogen líquid té certs avantatges en l'emmagatzematge i el transport. En comparació amb l'hidrogen, l'hidrogen líquid (LH2) té una densitat més alta i requereix una pressió més baixa per emmagatzemar-lo. Tanmateix, l'hidrogen ha d'estar a -253 °C per convertir-se en líquid, cosa que significa que és força difícil. Les temperatures extremadament baixes i els riscos d'inflamabilitat fan que l'hidrogen líquid sigui un medi perillós. Per aquest motiu, les mesures de seguretat estrictes i l'alta fiabilitat són requisits inflexibles a l'hora de dissenyar vàlvules per a les aplicacions rellevants.
A càrrec de Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Vàlvula Velan (Velan)
Aplicacions de l'hidrogen líquid (LH2).
Actualment, l'hidrogen líquid s'utilitza i s'intenta utilitzar en diverses ocasions especials. En l'àmbit aeroespacial, es pot utilitzar com a combustible per al llançament de coets i també pot generar ones de xoc en túnels de vent transònics. Amb el suport de la "gran ciència", l'hidrogen líquid s'ha convertit en un material clau en sistemes superconductors, acceleradors de partícules i dispositius de fusió nuclear. A mesura que creix el desig de la gent per un desenvolupament sostenible, l'hidrogen líquid s'ha utilitzat com a combustible per cada cop més camions i vaixells en els darrers anys. En els escenaris d'aplicació anteriors, la importància de les vàlvules és molt evident. El funcionament segur i fiable de les vàlvules és una part integral de l'ecosistema de la cadena de subministrament d'hidrogen líquid (producció, transport, emmagatzematge i distribució). Les operacions relacionades amb l'hidrogen líquid són un repte. Amb més de 30 anys d'experiència pràctica i coneixements en el camp de les vàlvules d'alt rendiment fins a -272 °C, Velan ha participat en diversos projectes innovadors durant molt de temps, i és clar que ha guanyat els reptes tècnics del servei d'hidrogen líquid amb la seva força.
Reptes en la fase de disseny
La pressió, la temperatura i la concentració d'hidrogen són factors importants que s'examinen en l'avaluació de riscos del disseny d'una vàlvula. Per tal d'optimitzar el rendiment de la vàlvula, el disseny i la selecció del material tenen un paper decisiu. Les vàlvules utilitzades en aplicacions d'hidrogen líquid s'enfronten a reptes addicionals, inclosos els efectes adversos de l'hidrogen sobre els metalls. A temperatures molt baixes, els materials de les vàlvules no només han de suportar l'atac de les molècules d'hidrogen (alguns dels mecanismes de deteriorament associats encara es debaten al món acadèmic), sinó que també han de mantenir un funcionament normal durant molt de temps al llarg del seu cicle de vida. Pel que fa al nivell actual de desenvolupament tecnològic, la indústria té un coneixement limitat de l'aplicabilitat dels materials no metàl·lics en aplicacions d'hidrogen. A l'hora d'escollir un material de segellat, cal tenir en compte aquest factor. Un segellat eficaç també és un criteri clau del rendiment del disseny. Hi ha una diferència de temperatura de gairebé 300 °C entre l'hidrogen líquid i la temperatura ambient (temperatura ambient), cosa que resulta en un gradient de temperatura. Cada component de la vàlvula experimentarà diferents graus d'expansió i contracció tèrmica. Aquesta discrepància pot provocar fuites perilloses de superfícies de segellat crítiques. L'estanquitat de la tija de la vàlvula també és el focus del disseny. La transició de fred a calent crea un flux de calor. Les parts calentes de la zona de la cavitat del bonet es poden congelar, cosa que pot interrompre el rendiment de segellat de la tija i afectar el funcionament de la vàlvula. A més, la temperatura extremadament baixa de -253 °C significa que es requereix la millor tecnologia d'aïllament per garantir que la vàlvula pugui mantenir l'hidrogen líquid a aquesta temperatura i minimitzar les pèrdues causades per l'ebullició. Mentre hi hagi calor transferida a l'hidrogen líquid, aquest s'evaporarà i tindrà fuites. No només això, sinó que es produeix condensació d'oxigen al punt de trencament de l'aïllament. Un cop l'oxigen entra en contacte amb l'hidrogen o altres combustibles, augmenta el risc d'incendi. Per tant, tenint en compte el risc d'incendi que poden afrontar les vàlvules, les vàlvules s'han de dissenyar tenint en compte els materials a prova d'explosió, així com els actuadors, la instrumentació i els cables resistents al foc, tots amb les certificacions més estrictes. Això garanteix que la vàlvula funcioni correctament en cas d'incendi. L'augment de la pressió també és un risc potencial que pot fer que les vàlvules siguin inoperables. Si l'hidrogen líquid queda atrapat a la cavitat del cos de la vàlvula i la transferència de calor i l'evaporació de l'hidrogen líquid es produeixen alhora, això provocarà un augment de la pressió. Si hi ha una gran diferència de pressió, es produeix cavitació (cavitació)/soroll. Aquests fenòmens poden conduir a la fi prematura de la vida útil de la vàlvula i fins i tot patir grans pèrdues a causa de defectes del procés. Independentment de les condicions de funcionament específiques, si es poden tenir en compte completament els factors anteriors i es poden prendre les contramesures corresponents en el procés de disseny, es pot garantir el funcionament segur i fiable de la vàlvula. A més, hi ha reptes de disseny relacionats amb qüestions ambientals, com ara les fuites fugitives. L'hidrogen és únic: molècules petites, incolores, inodores i explosives. Aquestes característiques determinen la necessitat absoluta de zero fuites.
A l'estació de liqüefacció d'hidrogen de la costa oest de North Las Vegas,
Els enginyers de Wieland Valve proporcionen serveis tècnics
Solucions de vàlvules
Independentment de la funció i el tipus específics, les vàlvules per a totes les aplicacions d'hidrogen líquid han de complir alguns requisits comuns. Aquests requisits inclouen: el material de la part estructural ha de garantir que la integritat estructural es mantingui a temperatures extremadament baixes; Tots els materials han de tenir propietats naturals de seguretat contra incendis. Per la mateixa raó, els elements de segellat i l'embalatge de les vàlvules d'hidrogen líquid també han de complir els requisits bàsics esmentats anteriorment. L'acer inoxidable austenític és un material ideal per a les vàlvules d'hidrogen líquid. Té una excel·lent resistència a l'impacte, una pèrdua mínima de calor i pot suportar grans gradients de temperatura. Hi ha altres materials que també són adequats per a condicions d'hidrogen líquid, però que estan limitats a condicions de procés específiques. A més de l'elecció dels materials, no s'han de passar per alt alguns detalls de disseny, com ara l'extensió de la tija de la vàlvula i l'ús d'una columna d'aire per protegir l'embalatge de segellat de temperatures extremes baixes. A més, l'extensió de la tija de la vàlvula es pot equipar amb un anell d'aïllament per evitar la condensació. Dissenyar vàlvules segons condicions d'aplicació específiques ajuda a donar solucions més raonables a diferents reptes tècnics. Vellan ofereix vàlvules de papallona en dos dissenys diferents: vàlvules de papallona de seient metàl·lic doble excèntric i triple excèntric. Tots dos dissenys tenen capacitat de flux bidireccional. Dissenyant la forma del disc i la trajectòria de rotació, es pot aconseguir un segellat hermètic. No hi ha cap cavitat al cos de la vàlvula on no hi hagi cap medi residual. En el cas de la vàlvula de papallona doble excèntrica Velan, adopta el disseny de rotació excèntrica del disc, combinat amb el distintiu sistema de segellat VELFLEX, per aconseguir un excel·lent rendiment de segellat de la vàlvula. Aquest disseny patentat pot suportar fins i tot grans fluctuacions de temperatura a la vàlvula. El disc triple excèntric TORQSEAL també té una trajectòria de rotació especialment dissenyada que ajuda a garantir que la superfície de segellat del disc només toqui el seient en el moment d'arribar a la posició de la vàlvula tancada i no es ratlli. Per tant, el parell de tancament de la vàlvula pot impulsar el disc per aconseguir un seient flexible i produir un efecte de falca suficient a la posició de la vàlvula tancada, alhora que fa que el disc entri en contacte uniformement amb tota la circumferència de la superfície de segellat del seient. La flexibilitat del seient de la vàlvula permet que el cos de la vàlvula i el disc tinguin una funció "autoajustable", evitant així el bloqueig del disc durant les fluctuacions de temperatura. L'eix de la vàlvula d'acer inoxidable reforçat és capaç de cicles de funcionament elevats i funciona sense problemes a temperatures molt baixes. El disseny doble excèntric VELFLEX permet que la vàlvula es pugui mantenir en línia de manera ràpida i senzilla. Gràcies a la carcassa lateral, el seient i el disc es poden inspeccionar o revisar directament, sense necessitat de desmuntar l'actuador ni eines especials.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltddonen suport a vàlvules amb seient resilient de tecnologia altament avançada, incloses les vàlvules amb seient resilientvàlvula de papallona d'oblea, Vàlvula de papallona Lug, Vàlvula de papallona concèntrica de doble brida, Vàlvula de papallona excèntrica de doble brida,Colador en Y, vàlvula d'equilibri,Vàlvula de retenció de doble placa Wafer, etc.
Data de publicació: 11 d'agost de 2023
