Tečni vodonik ima određene prednosti u skladištenju i transportu. U poređenju sa vodonikom, tečni vodonik (LH2) ima veću gustinu i zahteva niži pritisak za skladištenje. Međutim, vodonik mora biti na -253°C da bi postao tečan, što znači da je to prilično teško. Ekstremno niske temperature i rizici od zapaljivosti čine tečni vodonik opasnim medijem. Iz tog razloga, stroge sigurnosne mjere i visoka pouzdanost su beskompromisni zahtevi prilikom projektovanja ventila za odgovarajuće primene.
Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velanov ventil (Velan)
Primjena tečnog vodonika (LH2).
Trenutno se tečni vodonik koristi i pokušava se koristiti u raznim posebnim prilikama. U vazduhoplovstvu se može koristiti kao gorivo za lansiranje raketa, a može generirati i udarne talase u transoničnim aerotunelima. Potkrijepljen "velikom naukom", tečni vodonik je postao ključni materijal u superprovodnim sistemima, akceleratorima čestica i uređajima za nuklearnu fuziju. Kako raste želja ljudi za održivim razvojem, tečni vodonik se posljednjih godina koristi kao gorivo u sve većem broju kamiona i brodova. U gore navedenim scenarijima primjene, važnost ventila je vrlo očigledna. Siguran i pouzdan rad ventila sastavni je dio ekosistema lanca snabdijevanja tečnim vodonikom (proizvodnja, transport, skladištenje i distribucija). Operacije vezane za tečni vodonik su izazovne. Sa više od 30 godina praktičnog iskustva i stručnosti u oblasti visokoperformansnih ventila do -272°C, Velan je dugo vremena uključen u razne inovativne projekte i jasno je da je svojom snagom pobijedio tehničke izazove usluge tečnog vodonika.
Izazovi u fazi dizajniranja
Pritisak, temperatura i koncentracija vodika su glavni faktori koji se ispituju u procjeni rizika dizajna ventila. Kako bi se optimizirale performanse ventila, dizajn i odabir materijala igraju odlučujuću ulogu. Ventili koji se koriste u primjenama tečnog vodika suočavaju se s dodatnim izazovima, uključujući negativne učinke vodika na metale. Na vrlo niskim temperaturama, materijali ventila ne samo da moraju izdržati napad molekula vodika (neki od povezanih mehanizama propadanja još uvijek se raspravljaju u akademskim krugovima), već moraju i održavati normalan rad dugo vremena tokom svog životnog ciklusa. S obzirom na trenutni nivo tehnološkog razvoja, industrija ima ograničeno znanje o primjenjivosti nemetalnih materijala u primjenama vodika. Prilikom odabira materijala za zaptivanje potrebno je uzeti u obzir ovaj faktor. Efikasno zaptivanje je također ključni kriterij performansi dizajna. Postoji temperaturna razlika od skoro 300°C između tečnog vodika i temperature okoline (sobne temperature), što rezultira temperaturnim gradijentom. Svaka komponenta ventila će proći kroz različite stepene termičkog širenja i skupljanja. Ova razlika može dovesti do opasnog curenja kritičnih površina za zaptivanje. Nepropusnost zaptivanja stabla ventila je također u fokusu dizajna. Prelazak iz hladnog u toplo stvara protok toplote. Vrući dijelovi šupljine poklopca mogu se smrznuti, što može poremetiti performanse brtvljenja vretena i utjecati na rad ventila. Osim toga, izuzetno niska temperatura od -253°C znači da je potrebna najbolja tehnologija izolacije kako bi se osiguralo da ventil može održavati tekući vodik na ovoj temperaturi, a istovremeno minimizirati gubitke uzrokovane ključanjem. Sve dok se toplina prenosi na tekući vodik, on će isparavati i curiti. Osim toga, na mjestu pucanja izolacije dolazi do kondenzacije kisika. Kada kisik dođe u kontakt s vodikom ili drugim zapaljivim tvarima, povećava se rizik od požara. Stoga, uzimajući u obzir rizik od požara s kojim se ventili mogu suočiti, ventili moraju biti dizajnirani imajući na umu materijale otporne na eksploziju, kao i aktuatori, instrumentacija i kablovi otporni na vatru, a sve s najstrožim certifikatima. To osigurava da ventil ispravno radi u slučaju požara. Povećani pritisak je također potencijalni rizik koji može učiniti ventile neupotrebljivim. Ako je tekući vodik zarobljen u šupljini tijela ventila i istovremeno dolazi do prijenosa topline i isparavanja tekućeg vodika, to će uzrokovati povećanje pritiska. Ako postoji velika razlika u pritisku, dolazi do kavitacije (kavitacije)/buke. Ove pojave mogu dovesti do preranog kraja vijeka trajanja ventila, pa čak i do ogromnih gubitaka zbog procesnih nedostataka. Bez obzira na specifične radne uslove, ako se gore navedeni faktori mogu u potpunosti uzeti u obzir i ako se preduzmu odgovarajuće protumjere u procesu projektovanja, to može osigurati siguran i pouzdan rad ventila. Osim toga, postoje i dizajnerski izazovi povezani s ekološkim problemima, kao što je fugitivno curenje. Vodonik je jedinstven: male molekule, bezbojan, bez mirisa i eksplozivan. Ove karakteristike određuju apsolutnu neophodnost nultog curenja.
U stanici za ukapljivanje vodonika na zapadnoj obali Sjevernog Las Vegasa,
Inženjeri Wieland Valvea pružaju tehničke usluge
Rješenja za ventile
Bez obzira na specifičnu funkciju i tip, ventili za sve primjene tečnog vodonika moraju ispunjavati neke uobičajene zahtjeve. Ovi zahtjevi uključuju: materijal konstrukcijskog dijela mora osigurati održavanje strukturnog integriteta na izuzetno niskim temperaturama; Svi materijali moraju imati prirodna svojstva zaštite od požara. Iz istog razloga, zaptivni elementi i pakovanje ventila za tečni vodonik također moraju ispunjavati osnovne gore navedene zahtjeve. Austenitni nehrđajući čelik je idealan materijal za ventile za tečni vodonik. Ima odličnu udarnu čvrstoću, minimalan gubitak topline i može izdržati velike temperaturne gradijente. Postoje i drugi materijali koji su također pogodni za uslove tečnog vodonika, ali su ograničeni na specifične procesne uslove. Pored izbora materijala, ne treba zanemariti neke detalje dizajna, kao što su produženje stabla ventila i korištenje zračnog stuba za zaštitu zaptivnog pakovanja od ekstremno niskih temperatura. Osim toga, produžetak stabla ventila može biti opremljen izolacijskim prstenom kako bi se izbjegla kondenzacija. Projektovanje ventila prema specifičnim uslovima primjene pomaže u davanju razumnijih rješenja za različite tehničke izazove. Vellan nudi leptiraste ventile u dva različita dizajna: dvostruko ekscentrični i trostruko ekscentrični leptirasti ventili sa metalnim sjedištem. Oba dizajna imaju dvosmjerni protok. Dizajniranjem oblika diska i putanje rotacije može se postići čvrsto zaptivanje. U tijelu ventila nema šupljine u kojoj nema zaostalog medija. U slučaju Velan dvostrukog ekscentričnog leptirastog ventila, usvaja se dizajn ekscentrične rotacije diska, u kombinaciji s prepoznatljivim VELFLEX sistemom zaptivanja, kako bi se postigle odlične performanse zaptivanja ventila. Ovaj patentirani dizajn može izdržati čak i velike temperaturne fluktuacije u ventilu. TORQSEAL trostruki ekscentrični disk također ima posebno dizajniranu putanju rotacije koja pomaže da se osigura da površina zaptivanja diska dodiruje sjedište samo u trenutku dostizanja zatvorenog položaja ventila i da ne grebe. Stoga, moment zatvaranja ventila može pokrenuti disk kako bi se postiglo usklađeno sjedište i proizveo dovoljan efekat klina u zatvorenom položaju ventila, dok disk ravnomjerno dodiruje cijeli obim površine zaptivanja sjedišta. Usklađenost sjedišta ventila omogućava tijelu ventila i disku da imaju funkciju "samozatvaranja", čime se izbjegava blokiranje diska tokom temperaturnih fluktuacija. Ojačano vratilo ventila od nehrđajućeg čelika sposobno je za visoke radne cikluse i glatko radi na vrlo niskim temperaturama. VELFLEX dvostruki ekscentrični dizajn omogućava brzo i jednostavno servisiranje ventila online. Zahvaljujući bočnom kućištu, sjedište i disk se mogu direktno pregledati ili servisirati, bez potrebe za rastavljanjem aktuatora ili posebnim alatima.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdpodržavaju visoko napredne ventile s elastičnim sjedištem, uključujući ventile s elastičnim sjedištemleptir ventil, Lug leptir ventil, Koncentrični leptir ventil s dvostrukom prirubnicom, Dvostruki prirubnički ekscentrični leptir ventil,Y-filter, balansirajući ventil,Dvostruki nepovratni ventil s pločicomitd.
Vrijeme objave: 11. avg. 2023.
