Течни водоник има одређене предности у складиштењу и транспорту. У поређењу са водоником, течни водоник (LH2) има већу густину и захтева нижи притисак за складиштење. Међутим, водоник мора бити на -253°C да би постао течан, што значи да је то прилично тешко. Екстремно ниске температуре и ризици од запаљивости чине течни водоник опасним медијумом. Из тог разлога, строге мере безбедности и висока поузданост су бескомпромисни захтеви при пројектовању вентила за релевантне примене.
Аутори: Фадила Кхелфаоуи, Фредериц Бланкует
Веланов вентил (Велан)
Примене течног водоника (LH2).
Тренутно се течни водоник користи и покушава се користити у разним посебним приликама. У ваздухопловству се може користити као гориво за лансирање ракета, а такође може генерисати ударне таласе у трансоничним аеротунелима. Подржан „великом науком“, течни водоник је постао кључни материјал у суперпроводним системима, акцелераторима честица и уређајима за нуклеарну фузију. Како расте жеља људи за одрживим развојем, течни водоник се последњих година користи као гориво у све већем броју камиона и бродова. У горе наведеним сценаријима примене, значај вентила је веома очигледан. Безбедан и поуздан рад вентила је саставни део екосистема ланца снабдевања течним водоником (производња, транспорт, складиштење и дистрибуција). Операције везане за течни водоник су изазовне. Са више од 30 година практичног искуства и стручности у области високоперформансних вентила до -272°C, Велан је дуго био укључен у разне иновативне пројекте и јасно је да је својом снагом победио у техничким изазовима услуге течног водоника.
Изазови у фази пројектовања
Притисак, температура и концентрација водоника су главни фактори који се испитују у процени ризика дизајна вентила. Да би се оптимизовале перформансе вентила, дизајн и избор материјала играју одлучујућу улогу. Вентили који се користе у применама течног водоника суочавају се са додатним изазовима, укључујући негативне ефекте водоника на метале. На веома ниским температурама, материјали вентила не само да морају да издрже напад молекула водоника (неки од повезаних механизама пропадања се још увек расправљају у академским круговима), већ морају и да одржавају нормалан рад током дужег времена током свог животног циклуса. У смислу тренутног нивоа технолошког развоја, индустрија има ограничено знање о применљивости неметалних материјала у применама водоника. Приликом избора материјала за заптивање, потребно је узети у обзир овај фактор. Ефикасно заптивање је такође кључни критеријум перформанси дизајна. Постоји температурна разлика од скоро 300°C између течног водоника и температуре околине (собне температуре), што резултира температурним градијентом. Свака компонента вентила ће бити подвргнута различитим степенима термичког ширења и скупљања. Ова неслагања могу довести до опасног цурења критичних заптивних површина. Заптивање вретена вентила је такође у фокусу дизајна. Прелаз са хладног на топло ствара топлотни ток. Врући делови шупљине поклопца могу се смрзнути, што може пореметити перформансе заптивања вретена и утицати на рад вентила. Поред тога, изузетно ниска температура од -253°C значи да је потребна најбоља технологија изолације како би се осигурало да вентил може да одржи течни водоник на овој температури, уз минимизирање губитака изазваних кључањем. Све док се топлота преноси на течни водоник, он ће испаравати и цурити. Не само то, на месту ломљења изолације долази до кондензације кисеоника. Када кисеоник дође у контакт са водоником или другим запаљивим материјама, повећава се ризик од пожара. Стога, узимајући у обзир ризик од пожара са којим се вентили могу суочити, вентили морају бити пројектовани имајући у виду материјале отпорне на експлозију, као и актуатори, инструменти и каблови отпорни на ватру, сви са најстрожим сертификатима. Ово осигурава да вентил правилно ради у случају пожара. Повећан притисак је такође потенцијални ризик који може учинити вентиле неупотребљивим. Ако је течни водоник заробљен у шупљини тела вентила и истовремено дође до преноса топлоте и испаравања течног водоника, то ће изазвати повећање притиска. Ако постоји велика разлика у притиску, јавља се кавитација (кавитација)/бука. Ове појаве могу довести до превременог краја животног века вентила, па чак и до огромних губитака због процесних грешака. Без обзира на специфичне услове рада, ако се горе наведени фактори могу у потпуности узети у обзир и предузети одговарајуће контрамере у процесу пројектовања, то може осигурати безбедан и поуздан рад вентила. Поред тога, постоје и изазови у пројектовању везани за еколошке проблеме, као што је неконтролисано цурење. Водоник је јединствен: мали молекули, безбојан, без мириса и експлозиван. Ове карактеристике одређују апсолутну неопходност нултог цурења.
У станици за утечњавање водоника на западној обали Северног Лас Вегаса,
Инжењери компаније Виланд Валв пружају техничке услуге
Решења за вентиле
Без обзира на специфичну функцију и тип, вентили за све примене течног водоника морају испуњавати неке заједничке захтеве. Ови захтеви укључују: материјал структурног дела мора осигурати да се структурни интегритет одржава на екстремно ниским температурама; Сви материјали морају имати природна својства противпожарне безбедности. Из истог разлога, заптивни елементи и паковање вентила за течни водоник такође морају испуњавати горе наведене основне захтеве. Аустенитни нерђајући челик је идеалан материјал за вентиле за течни водоник. Има одличну ударну чврстоћу, минималан губитак топлоте и може да издржи велике температурне градијенте. Постоје и други материјали који су такође погодни за услове течног водоника, али су ограничени на специфичне услове процеса. Поред избора материјала, не треба занемарити неке детаље дизајна, као што је продужење стабла вентила и коришћење ваздушног стуба за заштиту заптивног паковања од екстремно ниских температура. Поред тога, продужетак стабла вентила може бити опремљен изолационим прстеном како би се избегла кондензација. Пројектовање вентила према специфичним условима примене помаже у пружању разумнијих решења за различите техничке изазове. Велан нуди лептир вентиле у два различита дизајна: двоструко ексцентрични и троструко ексцентрични лептир вентили са металним седиштем. Оба дизајна имају могућност двосмерног протока. Дизајнирањем облика диска и путање ротације, може се постићи чврсто заптивање. Не постоји шупљина у телу вентила где нема заосталог медијума. У случају двоструког ексцентричног лептир вентила Велан, усваја се дизајн ексцентричне ротације диска, у комбинацији са препознатљивим VELFLEX системом заптивања, како би се постигле одличне перформансе заптивања вентила. Овај патентирани дизајн може да издржи чак и велике температурне флуктуације у вентилу. TORQSEAL троструки ексцентрични диск такође има посебно дизајнирану путању ротације која помаже да се осигура да заптивна површина диска додирује седиште само у тренутку достизања затвореног положаја вентила и да га не гребе. Стога, обртни момент затварања вентила може да покрене диск како би се постигло попустљиво седиште и произвео довољан ефекат клина у затвореном положају вентила, док диск равномерно додирује цео обим заптивне површине седишта. Попустљивост седишта вентила омогућава телу вентила и диску да имају функцију „самоподешавања“, чиме се избегава заглављивање диска током температурних флуктуација. Ојачано вратило вентила од нерђајућег челика је способно за високе радне циклусе и ради глатко на веома ниским температурама. VELFLEX двоструки ексцентрични дизајн омогућава брзо и једноставно сервисирање вентила онлајн. Захваљујући бочном кућишту, седиште и диск могу се директно прегледати или сервисирати, без потребе за растављањем актуатора или специјалних алата.
Тиањин Танггу Ватер-Сеал Валве Цо., лтдподржавају високо напредне технолошке вентиле са отпорним седиштем, укључујући вентиле са отпорним седиштемлептир вентил, Луг лептир вентил, Концентрични лептир вентил са двоструком прирубницомДвоструки прирубнички ексцентрични лептир вентил,Y-цедило, балансирајући вентил,Двоструки неповратни вентил са плочицомитд.
Време објаве: 11. август 2023.
