Sıvı hidrojenin depolama ve taşıma açısından bazı avantajları vardır. Hidrojene kıyasla, sıvı hidrojen (LH2) daha yüksek yoğunluğa sahiptir ve depolama için daha düşük basınca ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, hidrojenin sıvı hale gelmesi için -253°C'ye kadar soğutulması gerekir ki bu da oldukça zordur. 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 gereksinimlerdir.
Yazan: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan valfi (Velan)
Sıvı hidrojenin (LH2) uygulamaları.
Günümüzde sıvı hidrojen çeşitli özel durumlarda kullanılmakta ve kullanılmaya çalışılmaktadır. Havacılık ve uzayda roket fırlatma yakıtı olarak kullanılabilir ve ayrıca transonik rüzgar tünellerinde şok dalgaları üretebilir. "Büyük bilim"in desteğiyle sıvı hidrojen, süper iletken sistemlerde, parçacık hızlandırıcılarında ve nükleer füzyon cihazlarında kilit bir malzeme haline gelmiştir. İnsanların sürdürülebilir kalkınmaya olan isteği arttıkça, son yıllarda giderek daha fazla kamyon ve gemi sıvı hidrojeni yakıt olarak kullanmaktadır. 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 işlemler zorludur. 30 yılı aşkın pratik deneyim ve -272°C'ye kadar yüksek performanslı vanalar alanındaki uzmanlığıyla Velan, uzun süredir çeşitli yenilikçi projelerde yer almaktadır ve sıvı hidrojen hizmetinin teknik zorluklarının üstesinden gücüyle geldiği açıktır.
Tasarım aşamasındaki zorluklar
Basınç, sıcaklık ve hidrojen konsantrasyonu, vana tasarımında risk değerlendirmesinde incelenen başlıca faktörlerdir. Vana performansını optimize etmek için tasarım ve malzeme seçimi belirleyici 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 sadece hidrojen moleküllerinin saldırısına dayanmakla kalmamalı (ilişkili bozulma mekanizmalarından bazıları akademik çevrelerde hala tartışılmaktadır), aynı zamanda kullanım ömrü boyunca uzun süre normal çalışmayı da sürdürmelidir. Mevcut teknolojik gelişme düzeyi açısından, endüstrinin hidrojen uygulamalarında metal olmayan malzemelerin uygulanabilirliği konusunda sınırlı bilgisi vardır. Sızdırmazlık malzemesi seçilirken bu faktörün dikkate alınması 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 yüzeylerinde tehlikeli sızıntılara yol açabilir. Vana milinin sızdırmazlık sıkılığı da tasarımın odak noktasıdır. Soğuktan sıcağa geçiş, ısı akışına neden olur. Kapak boşluğunun sıcak kısımları donabilir, bu da mil sızdırmazlık performansını bozabilir ve valfin çalışabilirliğini etkileyebilir. Ayrıca, -253°C gibi son derece düşük sıcaklık, valfin bu sıcaklıkta sıvı hidrojeni muhafaza edebilmesini ve kaynama nedeniyle oluşan kayıpları en aza indirmesini sağlamak için en iyi yalıtım teknolojisinin gerekli olduğu anlamına gelir. Sıvı hidrojene ısı transferi olduğu sürece, buharlaşacak ve sızıntı yapacaktır. Bununla birlikte, yalıtımın kırılma noktasında oksijen yoğunlaşması meydana gelir. Oksijen, hidrojen veya diğer yanıcı maddelerle temas ettiğinde, yangın riski artar. Bu nedenle, valflerin karşılaşabileceği yangın riskini göz önünde bulundurarak, valfler patlamaya dayanıklı malzemeler, yangına dayanıklı aktüatörler, enstrümantasyon ve kablolar ile birlikte en sıkı sertifikalarla tasarlanmalıdır. Bu, valfin bir yangın durumunda düzgün çalışmasını sağlar. Artan basınç da valfleri çalışmaz hale getirebilecek potansiyel bir risktir. Sıvı hidrojen valf gövdesinin boşluğunda hapsolursa ve aynı anda ısı transferi ve sıvı hidrojen buharlaşması meydana gelirse, basınç artışına neden olur. Büyük bir basınç farkı varsa, kavitasyon/gürültü oluşur. Bu olaylar, vananın kullanım ömrünün erken sona ermesine ve hatta proses hataları nedeniyle büyük kayıplara yol açabilir. Belirli çalışma koşullarından bağımsız olarak, yukarıdaki faktörler tam olarak dikkate alınır ve tasarım sürecinde ilgili önlemler alınırsa, vananın güvenli ve güvenilir 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 Kıyısı Hidrojen Sıvılaştırma istasyonunda,
Wieland Valve mühendisleri teknik hizmetler sunmaktadır.
Vana çözümleri
Belirli işlev ve tipten bağımsız olarak, tüm sıvı hidrojen uygulamaları için vanalar bazı ortak gereksinimleri karşılamalıdır. Bu gereksinimler şunları içerir: yapısal parçanın malzemesi, son derece düşük sıcaklıklarda yapısal bütünlüğün korunmasını sağlamalıdır; tüm malzemeler doğal yangın güvenliği özelliklerine sahip olmalıdır. Aynı nedenle, sıvı hidrojen vanalarının sızdırmazlık elemanları ve salmastraları da yukarıda belirtilen temel gereksinimleri karşılamalıdır. Östenitik paslanmaz çelik, sıvı hidrojen vanaları için ideal bir malzemedir. Mükemmel darbe dayanımına, minimum ısı kaybına sahiptir ve büyük sıcaklık değişimlerine dayanabilir. Sıvı hidrojen koşulları için uygun olan ancak belirli proses koşullarıyla sınırlı olan başka malzemeler de vardır. Malzeme seçiminin yanı sıra, vana milinin uzatılması ve sızdırmazlık salmastrasının aşırı düşük sıcaklıklardan korunması için bir hava sütunu kullanılması gibi bazı tasarım detayları da göz ardı edilmemelidir. Ayrıca, vana milinin uzantısı, yoğuşmayı önlemek için bir yalıtım halkası ile donatılabilir. Vanaların belirli uygulama koşullarına göre tasarlanması, farklı teknik zorluklara daha makul çözümler sunmaya yardımcı olur. Vellan, iki farklı tasarımda kelebek vanalar sunmaktadır: çift eksantrik ve üçlü eksantrik metal oturmalı kelebek vanalar. Her iki tasarım da çift yönlü akış özelliğine sahiptir. Disk şekli ve dönüş yörüngesi tasarlanarak, sıkı bir sızdırmazlık sağlanabilir. Vana gövdesinde artık ortamın bulunmadığı bir boşluk yoktur. Velan çift eksantrik kelebek vanasında, mükemmel vana sızdırmazlık performansı elde etmek için, kendine özgü 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 bir şekilde oturtabilir ve kapalı vana konumunda yeterli bir kama etkisi oluşturabilirken, diskin yuva sızdırmazlık yüzeyinin tüm çevresiyle eşit şekilde temas etmesini sağlar. Vana yuvasının uyumluluğu, vana gövdesi ve diskin "kendiliğinden ayarlama" işlevi görmesini sağlayarak, sıcaklık dalgalanmaları sırasında diskin sıkışmasını önler. Güçlendirilmiş paslanmaz çelik valf mili, yüksek çalışma döngülerine dayanıklıdır ve çok düşük sıcaklıklarda bile sorunsuz çalışır. VELFLEX çift eksantrik tasarımı, valfin hızlı ve kolay bir şekilde çevrimiçi olarak bakımının yapılmasını sağlar. Yan gövde sayesinde, aktüatörün sökülmesine veya özel aletlere gerek kalmadan, yuva ve disk doğrudan incelenebilir veya bakımı yapılabilir.
Tianjin Tanggu Su Contalı Vana Co, ltdGelişmiş teknolojiye sahip, esnek oturmalı vanaları destekliyoruz.wafer kelebek vana, Lug kelebek vanası, Çift flanşlı konsantrik kelebek vanaÇift flanşlı eksantrik kelebek vana,Y-süzgeçdenge vanası,Wafer çift plakalı çek valf, vesaire.
Yayın tarihi: 11 Ağustos 2023
