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 a l'emmagatzematge. Tanmateix, l'hidrogen ha d'estar a -253 °C per convertir-se en líquid, la qual cosa significa que és bastant difícil. Les baixes temperatures extremes 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 intransigents a l'hora de dissenyar vàlvules per a les aplicacions rellevants.
A càrrec de Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Vàlvula de Velan (Velan)
Aplicacions de l'hidrogen líquid (LH2).
Actualment, l'hidrogen líquid s'utilitza i s'intenta utilitzar en diverses ocasions especials. En aeroespacial, es pot utilitzar com a combustible de 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 pel desenvolupament sostenible, l'hidrogen líquid ha estat utilitzat com a combustible per cada cop més camions i vaixells en els últims anys. En els escenaris d'aplicació anteriors, la importància de les vàlvules és molt òbvia. 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 porta molt de temps involucrat en diversos projectes innovadors, i és evident que ha guanyat els reptes tècnics de 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 principals que s'examinen en una avaluació de riscos del disseny de la vàlvula. Per optimitzar el rendiment de la vàlvula, el disseny i la selecció del material juguen 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 discuteixen a l'àmbit 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. El segellat efectiu també és un criteri clau de rendiment del disseny. Hi ha una diferència de temperatura de gairebé 300 °C entre l'hidrogen líquid i la temperatura ambient (temperatura ambient), donant lloc a un gradient de temperatura. Cada component de la vàlvula patirà 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 flux de calor. Les parts calentes de la zona de la cavitat del capó poden congelar-se, cosa que pot alterar el rendiment de segellat de la tija i afectar l'operativitat 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 alhora que minimitza les pèrdues causades per l'ebullició. Mentre hi hagi calor transferit a l'hidrogen líquid, s'evaporarà i es filtrarà. No només això, la condensació d'oxigen es produeix al punt de ruptura 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 enfrontar les vàlvules, les vàlvules s'han de dissenyar tenint en compte els materials a prova d'explosió, així com actuadors, instrumentació i 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 deixar les vàlvules inoperables. Si l'hidrogen líquid queda atrapat a la cavitat del cos de la vàlvula i la transferència de calor i l'evaporació d'hidrogen líquid es produeixen al mateix temps, provocarà un augment de la pressió. Si hi ha una gran diferència de pressió, es produeix cavitació (cavitació)/soroll. Aquests fenòmens poden conduir al final prematur 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 considerar 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 mediambientals, com ara les fuites fugitives. L'hidrogen és únic: molècules petites, incolores, inodores i explosives. Aquestes característiques determinen la necessitat absoluta de fuga zero.
A l'estació de liqüefacció d'hidrogen de la costa oest de North Las Vegas,
Els enginyers de Wieland Valve ofereixen 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 vàlvules d'hidrogen líquid. Té una excel·lent resistència a l'impacte, una pèrdua de calor mínima i pot suportar grans gradients de temperatura. Hi ha altres materials que també són adequats per a condicions d'hidrogen líquid, però que es limiten a condicions de procés específiques. A més de l'elecció dels materials, no s'han de passar per alt alguns detalls del disseny, com ara estendre la tija de la vàlvula i utilitzar una columna d'aire per protegir l'embalatge de segellat de temperatures extremadament 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 les condicions específiques d'aplicació ajuda a donar solucions més raonables als 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 segell hermètic. No hi ha cap cavitat al cos de la vàlvula on no hi hagi 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 rasqui. Per tant, el parell de tancament de la vàlvula pot conduir el disc per aconseguir un seient conforme i produir un efecte de falca suficient a la posició de la vàlvula tancada, alhora que fa que el disc estigui en contacte uniformement amb tota la circumferència de la superfície de segellat del seient. La conformitat del seient de la vàlvula permet que el cos i el disc de la vàlvula tinguin una funció d'"autoajustament", evitant així l'agarrot 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 de doble excèntric VELFLEX permet el manteniment de la vàlvula en línia de manera ràpida i senzilla. Gràcies a la carcassa lateral, el seient i el disc poden ser inspeccionats o reparats directament, sense necessitat de desmuntar l'actuador o eines especials.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., LtdAdmeten vàlvules de seient resistent de tecnologia altament avançada, inclòs el seient resistentvàlvula de papallona d'hòstia, Vàlvula de papallona, 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 d'hòstia, etc.
Hora de publicació: 11-agost-2023
