Sıvı hidrojenin depolama ve taşımada belirli avantajları vardır. Hidrojene kıyasla, sıvı hidrojen (LH2) daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve depolama için daha düşük basınç gerektirir. Ancak, hidrojenin sıvı hale gelmesi için -253°C olması gerekir, bu da oldukça zor olduğu anlamına gelir. Aşırı düşük sıcaklıklar ve yanıcılık riskleri, sıvı hidrojeni tehlikeli bir ortam haline getirir. Bu nedenle, ilgili uygulamalar için vanalar tasarlanırken sıkı güvenlik önlemleri ve yüksek güvenilirlik tavizsiz gerekliliklerdir.
Yazan: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan valfi (Velan)
Sıvı hidrojenin (LH2) uygulamaları.
Şu anda, sıvı hidrojen çeşitli özel durumlarda kullanılmakta ve kullanılmaya çalışılmaktadır. Havacılıkta, roket fırlatma yakıtı olarak kullanılabilir ve ayrıca transsonik rüzgar tünellerinde şok dalgaları üretebilir. "Büyük bilim" tarafından desteklenen sıvı hidrojen, süperiletken sistemlerde, parçacık hızlandırıcılarında ve nükleer füzyon aygıtlarında önemli bir malzeme haline gelmiştir. İnsanların sürdürülebilir kalkınma arzusu arttıkça, sıvı hidrojen son yıllarda giderek daha fazla kamyon ve gemi tarafından yakıt olarak kullanılmaktadır. Yukarıdaki uygulama senaryolarında, vanaların önemi çok açıktır. Vanaların güvenli ve güvenilir çalışması, sıvı hidrojen tedarik zinciri ekosisteminin (üretim, taşıma, depolama ve dağıtım) ayrılmaz bir parçasıdır. Sıvı hidrojenle ilgili operasyonlar zorludur. -272°C'ye kadar yüksek performanslı vanalar alanında 30 yılı aşkın pratik deneyim ve uzmanlığa sahip olan Velan, uzun süredir çeşitli yenilikçi projelerde yer almıştır ve gücüyle sıvı hidrojen hizmetinin teknik zorluklarını kazandığı açıktır.
Tasarım aşamasındaki zorluklar
Basınç, sıcaklık ve hidrojen konsantrasyonu, bir vana tasarım risk değerlendirmesinde incelenen başlıca faktörlerdir. Vana performansını optimize etmek için tasarım ve malzeme seçimi belirleyici bir rol oynar. Sıvı hidrojen uygulamalarında kullanılan vanalar, hidrojenin metaller üzerindeki olumsuz etkileri de dahil olmak üzere ek zorluklarla karşı karşıyadır. Çok düşük sıcaklıklarda, vana malzemeleri yalnızca hidrojen moleküllerinin saldırısına dayanmakla kalmamalı (ilişkili bozulma mekanizmalarından bazıları akademide hala tartışılmaktadır), aynı zamanda yaşam döngüleri boyunca uzun süre normal çalışmasını sürdürmelidir. Mevcut teknolojik gelişme düzeyi açısından, endüstrinin hidrojen uygulamalarında metalik olmayan malzemelerin uygulanabilirliği hakkında sınırlı bilgisi vardır. Bir sızdırmazlık malzemesi seçerken, bu faktörü hesaba katmak gerekir. Etkili sızdırmazlık da önemli bir tasarım performans kriteridir. Sıvı hidrojen ile ortam sıcaklığı (oda sıcaklığı) arasında yaklaşık 300°C'lik bir sıcaklık farkı vardır ve bu da bir sıcaklık gradyanına neden olur. Vananın her bir bileşeni farklı derecelerde termal genleşme ve büzülmeye maruz kalacaktır. Bu tutarsızlık, kritik sızdırmazlık yüzeylerinin tehlikeli şekilde sızmasına yol açabilir. Vana sapının sızdırmazlık sıkılığı da tasarımın odak noktasıdır. Soğuktan sıcağa geçiş ısı akışı yaratır. Kaput boşluğu alanının sıcak kısımları donabilir, bu da gövde sızdırmazlık performansını bozabilir ve vananın çalışabilirliğini etkileyebilir. Ayrıca, -253°C'lik son derece düşük sıcaklık, vananın sıvı hidrojeni bu sıcaklıkta tutarken kaynama nedeniyle oluşan kayıpları en aza indirebilmesini sağlamak için en iyi yalıtım teknolojisinin gerekli olduğu anlamına gelir. Sıvı hidrojene ısı aktarıldığı sürece buharlaşacak ve sızacaktır. Sadece bu değil, yalıtımın kırılma noktasında oksijen yoğunlaşması meydana gelir. Oksijen hidrojen veya diğer yanıcı maddelerle temas ettiğinde yangın riski artar. Bu nedenle, vanaların karşılaşabileceği yangın riskini göz önünde bulundurarak, vanalar patlamaya dayanıklı malzemeler, yangına dayanıklı aktüatörler, enstrümantasyon ve kablolar düşünülerek tasarlanmalıdır; hepsi en katı sertifikalara sahip olmalıdır. Bu, yangın durumunda vananın düzgün çalışmasını sağlar. Artan basınç da vanaları çalışmaz hale getirebilecek potansiyel bir risktir. Sıvı hidrojen vana gövdesinin boşluğunda sıkışırsa ve ısı transferi ve sıvı hidrojen buharlaşması aynı anda gerçekleşirse, basınçta bir artışa neden olur. Büyük bir basınç farkı varsa, kavitasyon (kavitasyon)/gürültü meydana gelir. Bu olaylar, vananın hizmet ömrünün erken bitmesine ve hatta proses kusurları nedeniyle büyük kayıplara yol açabilir. Belirli çalışma koşullarından bağımsız olarak, yukarıdaki faktörler tam olarak dikkate alınabilir ve tasarım sürecinde karşılık gelen karşı önlemler alınabilirse, vananın güvenli ve güvenilir bir şekilde çalışması sağlanabilir. Ayrıca, kaçak sızıntı gibi çevresel sorunlarla ilgili tasarım zorlukları da vardır. Hidrojen benzersizdir: küçük moleküller, renksiz, kokusuz ve patlayıcıdır. Bu özellikler, sıfır sızıntının mutlak gerekliliğini belirler.
Kuzey Las Vegas Batı Yakası Hidrojen Sıvılaştırma istasyonunda,
Wieland Valve mühendisleri teknik hizmetler sağlıyor
Vana çözümleri
Belirli işlev ve tipten bağımsız olarak, tüm sıvı hidrojen uygulamaları için vanalar bazı ortak gereklilikleri karşılamalıdır. Bu gereklilikler şunları içerir: yapısal parçanın malzemesi, yapısal bütünlüğün son derece düşük sıcaklıklarda korunmasını sağlamalıdır; Tüm malzemeler doğal yangın güvenliği özelliklerine sahip olmalıdır. Aynı nedenle, sıvı hidrojen vanalarının sızdırmazlık elemanları ve dolgusu da yukarıda belirtilen temel gereklilikleri karşılamalıdır. Austenitik paslanmaz çelik, sıvı hidrojen vanaları için ideal bir malzemedir. Mükemmel darbe dayanımına, minimum ısı kaybına sahiptir ve büyük sıcaklık gradyanlarına dayanabilir. Sıvı hidrojen koşulları için uygun olan ancak belirli işlem koşullarıyla sınırlı olan başka malzemeler de vardır. Malzeme seçimine ek olarak, vana gövdesini uzatmak ve sızdırmazlık dolgusunu aşırı düşük sıcaklıklardan korumak için bir hava sütunu kullanmak gibi bazı tasarım ayrıntıları göz ardı edilmemelidir. Ayrıca, vana gövdesinin uzantısı yoğuşmayı önlemek için bir yalıtım halkası ile donatılabilir. Vanaları belirli uygulama koşullarına göre tasarlamak, farklı teknik zorluklara daha makul çözümler sunmaya yardımcı olur. Vellan, kelebek vanaları iki farklı tasarımda sunar: çift eksantrik ve üçlü eksantrik metal oturmalı kelebek vanalar. Her iki tasarım da çift yönlü akış kapasitesine sahiptir. Disk şekli ve dönüş yörüngesi tasarlanarak sıkı bir sızdırmazlık elde edilebilir. Vana gövdesinde artık ortamın olmadığı bir boşluk yoktur. Velan çift eksantrik kelebek vanası durumunda, mükemmel vana sızdırmazlık performansı elde etmek için ayırt edici VELFLEX sızdırmazlık sistemiyle birleştirilmiş disk eksantrik dönüş tasarımı benimsenmiştir. Bu patentli tasarım, vanadaki büyük sıcaklık dalgalanmalarına bile dayanabilir. TORQSEAL üçlü eksantrik disk ayrıca, disk sızdırmazlık yüzeyinin yalnızca kapalı vana konumuna ulaştığı anda yuvaya temas etmesini ve çizilmemesini sağlamaya yardımcı olan özel olarak tasarlanmış bir dönüş yörüngesine sahiptir. Bu nedenle, vananın kapanma torku, diski uyumlu oturma elde etmek için tahrik edebilir ve kapalı vana konumunda yeterli kama etkisi üretirken, diski yuva sızdırmazlık yüzeyinin tüm çevresiyle eşit şekilde temas ettirir. Vana yuvasının uyumluluğu, vana gövdesinin ve diskin "kendi kendini ayarlama" işlevine sahip olmasını sağlar ve böylece sıcaklık dalgalanmaları sırasında diskin sıkışmasını önler. Güçlendirilmiş paslanmaz çelik vana mili yüksek çalışma çevrimlerine uygundur ve çok düşük sıcaklıklarda sorunsuz çalışır. VELFLEX çift eksantrik tasarımı vananın çevrimiçi olarak hızlı ve kolay bir şekilde servis edilmesini sağlar. Yan muhafaza sayesinde, aktüatörü veya özel aletleri sökmeye gerek kalmadan, oturma yeri ve disk doğrudan incelenebilir veya servis edilebilir.
Tianjin Tanggu Su Contalı Vana Co, ltdesnek oturmalı vanalar da dahil olmak üzere son derece gelişmiş teknoloji esnek oturmalı vanaları destekliyorgofret kelebek vana, Lug kelebek vanası, Çift flanşlı konsantrik kelebek vana, Çift flanşlı eksantrik kelebek vana,Y-süzgeç, dengeleme vanası,Wafer çift plakalı çek valf, vesaire.
Gönderi zamanı: 11-Ağu-2023
