Folyékony hidrogén szelepek ipari szempontból

A folyékony hidrogénnek vannak bizonyos előnyei a tárolás és a szállítás során. A hidrogénhez képest a folyékony hidrogén (LH2) nagyobb sűrűségű, és alacsonyabb nyomást igényel a tároláshoz. A hidrogénnek azonban -253 °C-nak kell lennie ahhoz, hogy folyékony legyen, ami azt jelenti, hogy ez meglehetősen nehéz. Az extrém alacsony hőmérsékletek és a gyúlékonysági kockázatok a folyékony hidrogént veszélyes közeggé teszik. Emiatt a szigorú biztonsági intézkedések és a nagy megbízhatóság megalkuvást nem tűrő követelmény a szelepek megfelelő alkalmazásokhoz való tervezésekor.

Írta: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet

Velan szelep (Velan)

A folyékony hidrogén (LH2) alkalmazásai.

Jelenleg folyékony hidrogént használnak és próbálnak használni különféle különleges alkalmakkor. A repülésben rakétakilövő üzemanyagként használható, és lökéshullámokat is képes generálni transzonikus szélcsatornákban. A „nagy tudomány” által támogatott folyékony hidrogén a szupravezető rendszerek, részecskegyorsítók és magfúziós eszközök kulcsfontosságú anyagává vált. Ahogy az emberekben növekszik a fenntartható fejlődés iránti vágy, az utóbbi években egyre több teherautó és hajó használja a folyékony hidrogént üzemanyagként. A fenti alkalmazási forgatókönyvekben a szelepek jelentősége nagyon nyilvánvaló. A szelepek biztonságos és megbízható működése a folyékony hidrogén ellátási lánc ökoszisztémájának (termelés, szállítás, tárolás és elosztás) szerves része. A folyékony hidrogénnel kapcsolatos műveletek kihívást jelentenek. A -272°C-ig terjedő nagy teljesítményű szelepek terén szerzett több mint 30 éves gyakorlati tapasztalattal és szakértelemmel a Velan hosszú ideje részt vesz különféle innovatív projektekben, és nyilvánvaló, hogy megnyerte a műszaki kihívásokat folyékony hidrogén szolgáltatás erejével.

Kihívások a tervezési fázisban

A nyomás, a hőmérséklet és a hidrogénkoncentráció mind a főbb tényezők, amelyeket a szelep tervezési kockázatértékelésében vizsgálnak. A szelep teljesítményének optimalizálása érdekében a tervezés és az anyagválasztás döntő szerepet játszik. A folyékony hidrogénes alkalmazásokban használt szelepek további kihívásokkal néznek szembe, beleértve a hidrogén fémekre gyakorolt ​​káros hatásait. Nagyon alacsony hőmérsékleten a szelepanyagoknak nemcsak a hidrogénmolekulák támadását kell ellenállniuk (a kapcsolódó romlási mechanizmusok némelyike ​​még mindig vitatott a tudományos életben), hanem életciklusuk során hosszú ideig normális működést is fenn kell tartania. A technológiai fejlettség jelenlegi szintjét tekintve az ipar 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 egyes alkatrésze különböző fokú hőtáguláson és összehúzódáson megy keresztül. Ez az eltérés a kritikus tömítőfelületek veszélyes szivárgásához vezethet. A tervezés középpontjában a szelepszár tömítettsége is áll. A hidegről a melegre való átmenet hőáramlást hoz létre. A motorháztető üregének forró részei lefagyhatnak, ami megzavarhatja a szár tömítését és befolyásolhatja a szelep működését. Ezenkívül a rendkívül alacsony, -253°C-os hőmérséklet azt jelenti, hogy a legjobb szigetelési technológiára van szükség ahhoz, hogy a szelep ezen a hőmérsékleten tudja tartani a folyékony hidrogént, miközben minimalizálja a forrásból származó veszteséget. Amíg hőt adnak át folyékony hidrogénnek, az elpárolog és szivárog. Nemcsak az, hogy a szigetelés töréspontjában oxigénkondenzáció lép fel. Ha az oxigén hidrogénnel vagy más éghető anyagokkal érintkezik, megnő a tűzveszély. Ezért, figyelembe véve a szelepek tűzveszélyét, a szelepeket robbanásbiztos anyagokkal, valamint tűzálló működtetőelemekkel, műszerekkel és kábelekkel kell megtervezni, mindezt a legszigorúbb tanúsítvánnyal. Ez biztosítja a szelep megfelelő működését tűz esetén. A megnövekedett nyomás szintén potenciális kockázat, amely működésképtelenné teheti a szelepeket. Ha a szeleptest üregében folyékony hidrogén rekedt, és egyszerre történik hőátadás és folyékony hidrogén párolgása, az nyomásnövekedést okoz. Ha nagy a nyomáskülönbség, kavitáció (kavitáció)/zaj lép fel. Ezek a jelenségek a szelep élettartamának idő előtti lejárásához vezethetnek, sőt a folyamathibák miatt óriási veszteségeket is elszenvedhetnek. A konkrét működési feltételektől függetlenül, ha a fenti tényezők teljes mértékben figyelembe vehetőek és a megfelelő ellenintézkedések megtehetők a tervezési folyamatban, az biztosíthatja a szelep biztonságos és megbízható működését. Emellett tervezési kihívások is felmerülnek a környezeti problémákkal kapcsolatban, mint például a rejtett szivárgás. A hidrogén egyedülálló: kis molekulájú, színtelen, szagtalan és robbanásveszélyes. Ezek a jellemzők határozzák meg a nulla szivárgás abszolút szükségességét.

Észak-Las Vegas nyugati part hidrogén cseppfolyósító állomásán,

A Wieland Valve mérnökei műszaki szolgáltatásokat nyújtanak

Szelep megoldások

Függetlenül az adott funkciótól és típustól, az összes folyékony hidrogén-alkalmazás szelepeinek meg kell felelniük néhány általános követelménynek. Ezek a követelmények a következőket foglalják magukban: a szerkezeti rész anyagának biztosítania kell a szerkezeti integritás megtartását rendkívül alacsony hőmérsékleten is; Minden anyagnak természetes tűzbiztonsági tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Ugyanezen okból a folyékony hidrogén szelepek tömítőelemeinek és tömítésének is meg kell felelnie a fent említett alapvető követelményeknek. Az ausztenites rozsdamentes acél ideális anyag a folyékony hidrogén szelepekhez. Kiváló ütőszilárdsággal, minimális hőveszteséggel rendelkezik, és nagy hőmérsékleti gradienseknek is ellenáll. Vannak más anyagok is, amelyek szintén alkalmasak folyékony hidrogénes körülményekre, de csak meghatározott folyamatkörülményekre korlátozódnak. Az anyagok megválasztása mellett nem szabad figyelmen kívül hagyni néhány tervezési részletet, mint például a szelepszár meghosszabbítása és a légoszlop használata a tömítőcsomagolás extrém alacsony hőmérsékletektől való védelmére. Ezenkívül a szelepszár meghosszabbítása szigetelőgyűrűvel is felszerelhető a páralecsapódás elkerülése érdekében. A szelepek egyedi alkalmazási feltételek szerinti tervezése segít ésszerűbb megoldásokat adni a különböző műszaki kihívásokra. A Vellan két különböző kivitelben kínál pillangószelepeket: kettős excenteres és három excenteres fémüléses pillangószelepeket. Mindkét kialakítás kétirányú áramlási képességgel rendelkezik. A tárcsaforma és a forgási pálya kialakításával szoros tömítés érhető el. A szeleptestben nincs üreg, ahol ne lenne maradék közeg. A Velan kettős excenteres pillangószelep esetében a tárcsa excenteres forgási kialakítást alkalmazza a jellegzetes VELFLEX tömítőrendszerrel kombinálva, hogy kiváló szeleptömítési teljesítményt érjen el. Ez a szabadalmaztatott kialakítás még a nagy hőmérséklet-ingadozásokat is képes ellenállni a szelepben. A TORQSEAL hármas excenteres tárcsa speciálisan kialakított forgási pályával is rendelkezik, amely segít abban, hogy a tárcsa tömítőfelülete csak a zárt szelephelyzet elérésekor érintse az ülést, és ne karcoljon. Ezért a szelep zárási nyomatéka meg tudja hajtani a tárcsát a megfelelő illeszkedés eléréséhez, és elegendő ékhatást kelt a zárt szelephelyzetben, miközben a tárcsa egyenletesen érintkezik az ülés tömítőfelületének teljes kerületével. A szelepülék megfelelősége lehetővé teszi, hogy a szeleptest és a tárcsa „önbeállító” funkcióval rendelkezzen, így elkerülhető a tárcsa beszorulása a hőmérséklet-ingadozások során. A megerősített rozsdamentes acél szeleptengely magas működési ciklusokra képes, és nagyon alacsony hőmérsékleten is simán működik. A VELFLEX kettős excenteres kialakítás lehetővé teszi a szelep gyors és egyszerű online szervizelését. Az oldalsó háznak köszönhetően az ülés és a tárcsa közvetlenül ellenőrizhető vagy szervizelhető, anélkül, hogy szét kellene szerelni az aktuátort vagy speciális szerszámokat.

Tianjin Tanggu vízzáró szelep Co., Ltdtámogatják a magasan fejlett technológiájú rugalmas illesztésű szelepeket, beleértve a rugalmas üléseket isostya pillangószelep, Füles pillangószelep, Dupla karimás koncentrikus pillangószelep, Dupla karimás excenteres pillangószelep,Y-szűrő, kiegyenlítő szelep,Wafer kétlemezes visszacsapó szelepstb.