Течният водород има определени предимства при съхранение и транспортиране. В сравнение с водорода, течният водород (LH2) има по-висока плътност и изисква по-ниско налягане за съхранение. Водородът обаче трябва да е -253°C, за да стане течен, което означава, че е доста трудно. Екстремно ниските температури и рисковете от запалимост правят течния водород опасна среда. Поради тази причина строгите мерки за безопасност и високата надеждност са безкомпромисни изисквания при проектирането на клапани за съответните приложения.
От Фадила Келфауи, Фредерик Бланке
Веланова клапа (Велан)
Приложения на течен водород (LH2).
В момента течният водород се използва и се опитва да бъде използван в различни специални случаи. В аерокосмическата индустрия той може да се използва като гориво за изстрелване на ракети, а също така може да генерира ударни вълни в трансзвукови аеродинамични тунели. Подкрепен от „голямата наука“, течният водород се е превърнал в ключов материал в свръхпроводящите системи, ускорителите на частици и устройствата за ядрен синтез. С нарастващото желание на хората за устойчиво развитие, течният водород се използва като гориво от все повече камиони и кораби през последните години. В горните сценарии на приложение значението на клапаните е много очевидно. Безопасната и надеждна работа на клапаните е неразделна част от екосистемата на веригата за доставки на течен водород (производство, транспорт, съхранение и дистрибуция). Операциите, свързани с течния водород, са предизвикателство. С повече от 30 години практически опит и експертиза в областта на високопроизводителните клапани до -272°C, Velan участва в различни иновативни проекти от дълго време и е ясно, че е спечелил техническите предизвикателства на услугата за течен водород със своята сила.
Предизвикателства във фазата на проектиране
Налягането, температурата и концентрацията на водород са основни фактори, изследвани при оценката на риска при проектирането на клапани. За да се оптимизира производителността на клапаните, дизайнът и изборът на материали играят решаваща роля. Клапаните, използвани в приложения с течен водород, са изправени пред допълнителни предизвикателства, включително неблагоприятното въздействие на водорода върху металите. При много ниски температури материалите на клапаните трябва не само да издържат на атаката на водородните молекули (някои от свързаните с тях механизми на влошаване все още се обсъждат в академичните среди), но и да поддържат нормална работа за дълго време през целия си жизнен цикъл. По отношение на настоящото ниво на технологично развитие, индустрията има ограничени познания за приложимостта на неметалните материали във водородни приложения. При избора на уплътнителен материал е необходимо да се вземе предвид този фактор. Ефективното уплътняване също е ключов критерий за ефективност на проекта. Съществува температурна разлика от почти 300°C между течния водород и околната температура (стайна температура), което води до температурен градиент. Всеки компонент на клапана ще претърпи различна степен на термично разширение и свиване. Това несъответствие може да доведе до опасно изтичане на критични уплътнителни повърхности. Херметичността на уплътнението на стеблото на клапана също е във фокуса на проекта. Преходът от студено към горещо създава топлинен поток. Горещите части в кухината на капака могат да замръзнат, което може да наруши уплътняването на стеблото и да повлияе на работоспособността на клапана. Освен това, изключително ниската температура от -253°C означава, че е необходима най-добрата технология за изолация, за да се гарантира, че клапанът може да поддържа течен водород при тази температура, като същевременно минимизира загубите, причинени от кипене. Докато има пренос на топлина към течния водород, той ще се изпари и ще протече. Не само това, в точката на скъсване на изолацията се получава кондензация на кислород. След като кислородът влезе в контакт с водород или други горими вещества, рискът от пожар се увеличава. Следователно, като се има предвид рискът от пожар, с който могат да се сблъскат клапаните, клапаните трябва да бъдат проектирани с оглед на взривоустойчиви материали, както и с огнеупорни задвижващи механизми, инструменти и кабели, всички с най-строги сертификати. Това гарантира, че клапанът работи правилно в случай на пожар. Повишеното налягане също е потенциален риск, който може да направи клапаните неработещи. Ако течният водород е задържан в кухината на тялото на клапана и едновременно с това се случи пренос на топлина и изпарение на течния водород, това ще доведе до повишаване на налягането. Ако има голяма разлика в налягането, се получава кавитация (разклонение)/шум. Тези явления могат да доведат до преждевременно изчерпване на експлоатационния живот на клапана и дори до огромни загуби поради дефекти в процеса. Независимо от специфичните условия на работа, ако горепосочените фактори могат да бъдат напълно взети предвид и да бъдат взети съответните контрамерки в процеса на проектиране, това може да гарантира безопасната и надеждна работа на клапана. Освен това съществуват предизвикателства при проектирането, свързани с екологични проблеми, като например неконтролируеми течове. Водородът е уникален: малки молекули, безцветен, без мирис и експлозивен. Тези характеристики определят абсолютната необходимост от нулеви течове.
В станцията за втечняване на водород на западното крайбрежие на Северен Лас Вегас,
Инженерите на Wieland Valve предоставят технически услуги
Решения за вентили
Независимо от специфичната функция и тип, клапаните за всички приложения с течен водород трябва да отговарят на някои общи изисквания. Тези изисквания включват: материалът на структурната част трябва да гарантира поддържането на структурната цялост при изключително ниски температури; Всички материали трябва да имат естествени свойства за пожарна безопасност. По същата причина уплътнителните елементи и опаковката на клапаните за течен водород също трябва да отговарят на основните изисквания, споменати по-горе. Аустенитната неръждаема стомана е идеален материал за клапани за течен водород. Тя има отлична ударна якост, минимални топлинни загуби и може да издържи на големи температурни градиенти. Има и други материали, които също са подходящи за условия на течен водород, но са ограничени до специфични условия на процеса. В допълнение към избора на материали, не бива да се пренебрегват някои конструктивни детайли, като например удължаване на стеблото на клапана и използване на въздушна колона за защита на уплътнителната опаковка от екстремно ниски температури. Освен това, удължението на стеблото на клапана може да бъде оборудвано с изолационен пръстен, за да се избегне кондензация. Проектирането на клапани според специфичните условия на приложение помага да се дадат по-разумни решения на различни технически предизвикателства. Vellan предлага дроселови клапи в два различни дизайна: двойно ексцентрични и тройно ексцентрични дроселови клапи с метално седалка. И двата дизайна имат възможност за двупосочен поток. Чрез проектиране на формата на диска и траекторията на въртене може да се постигне плътно уплътнение. В тялото на клапана няма кухина, където да няма остатъчна среда. В случая с двойно ексцентричния дроселов клапан Velan, той използва дизайн с ексцентрично въртене на диска, комбиниран с отличителната уплътнителна система VELFLEX, за да постигне отлични характеристики на уплътняване на клапана. Този патентован дизайн може да издържи дори на големи температурни колебания във клапана. Тройно ексцентричният диск TORQSEAL също има специално проектирана траектория на въртене, която помага да се гарантира, че уплътнителната повърхност на диска докосва седалката само в момента на достигане на затворено положение на клапана и не я одраска. Следователно, затварящият въртящ момент на клапана може да задвижи диска, за да постигне съвместимо седло и да създаде достатъчен клиновиден ефект в затворено положение на клапана, като същевременно дискът е в равномерен контакт с цялата обиколка на уплътнителната повърхност на седалката. Податливостта на седалката на клапана позволява на тялото на клапана и диска да имат функция на „самонастройване“, като по този начин се избягва заклинване на диска по време на температурни колебания. Подсиленият вал на клапана от неръждаема стомана е способен на високи работни цикли и работи гладко при много ниски температури. Двойно ексцентричният дизайн VELFLEX позволява бързо и лесно онлайн обслужване на клапана. Благодарение на страничния корпус, седалката и дискът могат да бъдат проверявани или обслужвани директно, без да е необходимо разглобяване на задвижващия механизъм или специални инструменти.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdподдържат високотехнологични клапани с еластично уплътнение, включително еластично уплътнениедроселова клапа с вафла, Дроселова клапа Lug, Двоен фланцов концентричен дроселов клапан, Двуфланцова ексцентрична дроселова клапа,Y-цедкабалансиращ вентил,Двоен възвратен клапан с пластинаи др.
Време на публикуване: 11 август 2023 г.
