A folyékony hidrogénnek bizonyos előnyei vannak a tárolás és a szállítás terén. A hidrogénhez képest a folyékony hidrogén (LH2) nagyobb sűrűségű, és tárolásához alacsonyabb nyomás szükséges. A hidrogénnek azonban -253°C-on kell folyékonnyá válnia, ami azt jelenti, hogy ez meglehetősen nehéz. A rendkívül alacsony hőmérséklet és a gyúlékonysági kockázatok miatt a folyékony hidrogén veszélyes közeg. Emiatt a szigorú biztonsági intézkedések és a nagyfokú megbízhatóság kompromisszumok nélküli követelmény a vonatkozó alkalmazások szelepeinek tervezésekor.
Írta: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan szelep (Velan)
A folyékony hidrogén (LH2) alkalmazásai.
Jelenleg a folyékony hidrogént különféle különleges alkalmakkor használják és próbálják alkalmazni. Az űrhajózásban rakétaindító üzemanyagként használható, és transzszonikus szélcsatornákban lökéshullámokat is generálhat. A „nagy tudomány” támogatásával a folyékony hidrogén kulcsfontosságú anyaggá vált a szupravezető rendszerekben, a részecskegyorsítókban és a nukleáris fúziós eszközökben. Ahogy az emberek fenntartható fejlődés iránti vágya növekszik, az utóbbi években egyre több teherautó és hajó használja üzemanyagként a folyékony hidrogént. A fenti alkalmazási forgatókönyvekben a szelepek fontossága nagyon nyilvánvaló. A szelepek biztonságos és megbízható működése szerves részét képezi a folyékony hidrogén ellátási lánc ökoszisztémájának (termelés, szállítás, tárolás és elosztás). A folyékony hidrogénnel kapcsolatos műveletek kihívást jelentenek. A Velan több mint 30 éves gyakorlati tapasztalattal és szakértelemmel rendelkezik a -272°C-ig terjedő nagy teljesítményű szelepek területén, és régóta részt vesz különféle innovatív projektekben, és egyértelmű, hogy erősségeivel megnyerte a folyékony hidrogén szolgáltatás technikai kihívásait.
Kihívások a tervezési fázisban
A nyomás, a hőmérséklet és a hidrogénkoncentráció mind a szeleptervezési kockázatértékelés főbb tényezői. A szelepteljesítmény optimalizálása érdekében a tervezés és az anyagválasztás döntő szerepet játszik. A folyékony hidrogén alkalmazásokban használt szelepek további kihívásokkal néznek szembe, beleértve a hidrogén fémekre gyakorolt káros hatásait. Nagyon alacsony hőmérsékleten a szelepanyagoknak nemcsak a hidrogénmolekulák támadásának kell ellenállniuk (a kapcsolódó romlási mechanizmusok némelyike még mindig vitatott az akadémiai körökben), hanem életciklusuk során hosszú ideig normál működést is kell fenntartaniuk. A technológiai fejlődés jelenlegi szintjét tekintve az iparág korlátozott ismeretekkel rendelkezik a nemfémes anyagok hidrogénalkalmazásokban való alkalmazhatóságáról. A tömítőanyag kiválasztásakor ezt a tényezőt figyelembe kell venni. A hatékony tömítés szintén kulcsfontosságú tervezési teljesítménykritérium. A folyékony hidrogén és a környezeti hőmérséklet (szobahőmérséklet) között közel 300°C hőmérsékletkülönbség van, ami hőmérsékleti gradienst eredményez. A szelep minden alkatrésze eltérő mértékű hőtáguláson és összehúzódáson megy keresztül. Ez az eltérés a kritikus tömítőfelületek veszélyes szivárgásához vezethet. A szelepszár tömítettsége szintén a tervezés középpontjában áll. A hidegről a melegre való átmenet hőáramlást hoz létre. A szelepfedél üregének forró részei megfagyhatnak, ami ronthatja a szelepszár tömítésének teljesítményét és befolyásolhatja a szelep működését. Ezenkívül a rendkívül alacsony, -253°C-os hőmérséklet azt jelenti, hogy a legjobb szigetelési technológiára van szükség annak biztosításához, hogy a szelep ezen a hőmérsékleten tartsa a folyékony hidrogént, miközben minimalizálja a forrásból eredő veszteségeket. Amíg hőátadás történik a folyékony hidrogénhez, az elpárolog és szivárog. Ráadásul a szigetelés szakadási pontján oxigén kondenzációja is történik. Amint az oxigén hidrogénnel vagy más éghető anyaggal érintkezik, megnő a tűzveszély. Ezért, figyelembe véve a szelepek esetleges tűzveszélyét, a szelepeket robbanásbiztos anyagokkal, valamint tűzálló működtetőkkel, műszerekkel és kábelekkel kell megtervezni, mindegyiket a legszigorúbb tanúsítványokkal. Ez biztosítja, hogy a szelep tűz esetén megfelelően működjön. A megnövekedett nyomás szintén potenciális kockázatot jelent, amely a szelepeket működésképtelenné teheti. Ha folyékony hidrogén csapdába esik a szeleptest üregében, és egyidejűleg hőátadás és folyékony hidrogén párolgása is történik, az nyomásnövekedést okoz. Ha nagy nyomáskülönbség van, kavitáció (kavitáció)/zaj keletkezik. Ezek a jelenségek a szelep élettartamának idő előtti végéhez vezethetnek, sőt, a folyamathibák miatt hatalmas veszteségeket is okozhatnak. A konkrét üzemi körülményektől függetlenül, ha a fenti tényezőket teljes mértékben figyelembe veszik, és a tervezési folyamat során megteszik a megfelelő ellenintézkedéseket, az biztosíthatja a szelep biztonságos és megbízható működését. Ezenkívül vannak olyan tervezési kihívások is, amelyek környezeti problémákkal, például diffúz szivárgással kapcsolatosak. A hidrogén egyedülálló: kis molekulák, színtelen, szagtalan és robbanásveszélyes. Ezek a tulajdonságok határozzák meg a nulla szivárgás abszolút szükségességét.
Az észak-las vegasi nyugati parti hidrogéncseppfolyósító állomáson,
A Wieland szelepmérnökei műszaki szolgáltatásokat nyújtanak
Szelepmegoldások
A konkrét funkciótól és típustól függetlenül minden folyékony hidrogén alkalmazáshoz használt szelepnek meg kell felelnie néhány közös követelménynek. Ezek a követelmények a következők: a szerkezeti elem anyagának biztosítania kell a szerkezeti integritás megőrzését rendkívül alacsony hőmérsékleten; Minden anyagnak természetes tűzvédelmi tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Ugyanezen okból a folyékony hidrogén szelepek tömítőelemeinek és tömítéseinek is meg kell felelniük a fent említett alapvető követelményeknek. Az ausztenites rozsdamentes acél ideális anyag a folyékony hidrogén szelepekhez. Kiváló ütésállósággal, minimális hőveszteséggel rendelkezik, és nagy hőmérsékleti gradienseket is képes ellenállni. Vannak más anyagok is, amelyek szintén alkalmasak folyékony hidrogén körülmények között való alkalmazásra, de csak bizonyos folyamatfeltételekre korlátozódnak. Az anyagválasztáson kívül néhány tervezési részletet sem szabad figyelmen kívül hagyni, például a szelepszár meghosszabbítását és egy légoszlop használatát a tömítőtömítés védelmére a rendkívül alacsony hőmérsékletektől. Ezenkívül a szelepszár meghosszabbítása szigetelőgyűrűvel is felszerelhető a páralecsapódás elkerülése érdekében. A szelepek adott alkalmazási körülmények szerinti tervezése segít abban, hogy ésszerűbb megoldásokat kínáljon a különböző műszaki kihívásokra. A Vellan két különböző kivitelben kínál pillangószelepeket: dupla excentrikus és tripla excentrikus fémülékes pillangószelepeket. Mindkét kivitel kétirányú áramlási képességgel rendelkezik. A szeleptányér alakjának és forgási pályájának kialakításával szoros tömítés érhető el. A szelepházban nincs üreg, ahol ne lenne maradék közeg. A Velan dupla excentrikus pillangószelep esetében a szeleptányér excentrikus forgási kialakítását alkalmazzák a jellegzetes VELFLEX tömítőrendszerrel kombinálva, így kiváló szeleptömítési teljesítményt érnek el. Ez a szabadalmaztatott kialakítás még a szelepben lévő nagy hőmérséklet-ingadozásokat is elviseli. A TORQSEAL tripla excentrikus pillangószelep speciálisan kialakított forgási pályával is rendelkezik, amely biztosítja, hogy a szeleptányér tömítőfelülete csak a zárt szelephelyzet elérésének pillanatában érintkezzen az üléssel, és ne karcolódjon. Ezért a szelep zárónyomatéka a szeleptányért a megfelelő illeszkedés eléréséhez hajtja, és zárt szelephelyzetben kellő ékhatást hoz létre, miközben a szeleptányér egyenletesen érintkezik az ülés tömítőfelületének teljes kerületével. A szelepülés rugalmassága lehetővé teszi a szeleptest és a szeleptányér „önbeállító” funkcióját, így elkerülhető a szeleptányér beszorulása hőmérséklet-ingadozások esetén. A megerősített rozsdamentes acél szeleptengely magas üzemi ciklusszámra képes, és nagyon alacsony hőmérsékleten is simán működik. A VELFLEX dupla excentrikus kialakítás lehetővé teszi a szelep gyors és egyszerű online szervizelését. Az oldalsó háznak köszönhetően az ülés és a tányér közvetlenül ellenőrizhető vagy szervizelhető, a működtető szétszerelése vagy speciális szerszámok használata nélkül.
Tianjin Tanggu vízzáró szelep Co., Ltdtámogatják a legfejlettebb technológiájú, rugalmas tömítésű szelepeket, beleértve a rugalmas tömítésű szelepeket isostya pillangószelep, Lug pillangószelep, Dupla karimás koncentrikus pillangószelep, Dupla karimás excentrikus pillangószelep,Y-szűrő, kiegyenlítő szelep,Kettős lemezes visszacsapó szelep, stb.
Közzététel ideje: 2023. augusztus 11.
