Kapalný vodík má určité výhody při skladování a přepravě. Kapalný vodík (LH2) má ve srovnání s vodíkem vyšší hustotu a vyžaduje nižší tlak pro skladování. Vodík však musí mít -253 °C, aby se stal kapalným, což znamená, že je to docela obtížné. Extrémně nízké teploty a rizika hořlavosti dělají z kapalného vodíku nebezpečné médium. Z tohoto důvodu jsou přísná bezpečnostní opatření a vysoká spolehlivost nekompromisními požadavky při navrhování ventilů pro příslušné aplikace.
Autor: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velanský ventil (Velan)
Aplikace kapalného vodíku (LH2).
V současnosti se kapalný vodík používá a snaží se využít při různých speciálních příležitostech. V kosmonautice může být použit jako palivo pro start raket a může také generovat rázové vlny v transsonických aerodynamických tunelech. S podporou „velké vědy“ se kapalný vodík stal klíčovým materiálem v supravodivých systémech, urychlovačích částic a zařízeních pro jadernou fúzi. Jak roste touha lidí po udržitelném rozvoji, kapalný vodík v posledních letech používá jako palivo stále více nákladních automobilů a lodí. Ve výše uvedených aplikačních scénářích je důležitost ventilů velmi zřejmá. Bezpečný a spolehlivý provoz ventilů je nedílnou součástí ekosystému dodavatelského řetězce kapalného vodíku (výroba, přeprava, skladování a distribuce). Operace související s kapalným vodíkem jsou náročné. S více než 30 lety praktických zkušeností a odborných znalostí v oblasti vysoce výkonných ventilů až do -272°C se Velan dlouhodobě podílí na různých inovativních projektech a je zřejmé, že zvítězil v technických výzvách služby kapalného vodíku svou silou.
Výzvy ve fázi návrhu
Tlak, teplota a koncentrace vodíku jsou hlavními faktory zkoumanými při posouzení rizik konstrukce ventilu. Pro optimalizaci výkonu ventilu hraje rozhodující roli konstrukce a výběr materiálu. Ventily používané v aplikacích s kapalným vodíkem čelí dalším problémům, včetně nepříznivých účinků vodíku na kovy. Při velmi nízkých teplotách musí materiály ventilů nejen odolat útoku molekul vodíku (o některých souvisejících mechanismech zhoršování se v akademické sféře stále diskutuje), ale také musí po dlouhou dobu během svého životního cyklu udržovat normální provoz. Z hlediska současné úrovně technologického rozvoje má průmysl omezené znalosti o použitelnosti nekovových materiálů ve vodíkových aplikacích. Při výběru těsnicího materiálu je nutné tento faktor zohlednit. Účinné utěsnění je také klíčovým kritériem konstrukce. Mezi kapalným vodíkem a teplotou okolí (teplota místnosti) je teplotní rozdíl téměř 300 °C, což má za následek teplotní gradient. Každá součást ventilu podstoupí různé stupně tepelné roztažnosti a kontrakce. Tato nesrovnalost může vést k nebezpečnému úniku kritických těsnicích ploch. Těsnící těsnost vřetene ventilu je také zaměřena na konstrukci. Přechodem z chladu do tepla vzniká tepelný tok. Horké části oblasti dutiny kapoty mohou zamrznout, což může narušit výkon těsnění vřetene a ovlivnit funkčnost ventilu. Navíc extrémně nízká teplota -253 °C znamená, že je vyžadována nejlepší izolační technologie, která zajistí, že ventil dokáže udržet kapalný vodík při této teplotě a zároveň minimalizuje ztráty způsobené varem. Dokud se teplo přenáší na kapalný vodík, bude se odpařovat a unikat. A nejen to, v místě prasknutí izolace dochází ke kondenzaci kyslíku. Jakmile se kyslík dostane do kontaktu s vodíkem nebo jinými hořlavými látkami, zvyšuje se riziko požáru. Proto s ohledem na riziko požáru, kterému mohou ventily čelit, musí být ventily navrženy s ohledem na materiály odolné proti výbuchu, stejně jako na ohnivzdorné pohony, přístrojové vybavení a kabely, vše s nejpřísnějšími certifikacemi. To zajišťuje správnou funkci ventilu v případě požáru. Zvýšený tlak je také potenciálním rizikem, které může způsobit nefunkčnost ventilů. Pokud se kapalný vodík zachytí v dutině tělesa ventilu a současně dojde k přenosu tepla a odpařování kapalného vodíku, způsobí zvýšení tlaku. Při velkém tlakovém rozdílu vzniká kavitace (kavitace)/šum. Tyto jevy mohou vést k předčasnému ukončení životnosti ventilu a dokonce mohou utrpět obrovské ztráty v důsledku procesních vad. Bez ohledu na konkrétní provozní podmínky, pokud mohou být výše uvedené faktory plně zohledněny a mohou být přijata odpovídající protiopatření v procesu návrhu, může to zajistit bezpečný a spolehlivý provoz ventilu. Kromě toho existují konstrukční problémy související s environmentálními problémy, jako je fugitivní únik. Vodík je jedinečný: malé molekuly, bezbarvý, bez zápachu a výbušný. Tyto charakteristiky určují absolutní nutnost nulového úniku.
Na stanici North Las Vegas West Coast Hydrogen Liquefaction Station,
Technici společnosti Wieland Valve poskytují technické služby
Řešení ventilů
Bez ohledu na konkrétní funkci a typ musí ventily pro všechny aplikace s kapalným vodíkem splňovat některé společné požadavky. Tyto požadavky zahrnují: materiál konstrukční části musí zajistit zachování konstrukční integrity při extrémně nízkých teplotách; Všechny materiály musí mít přirozené protipožární vlastnosti. Ze stejného důvodu musí těsnicí prvky a těsnění ventilů na kapalný vodík také splňovat základní požadavky uvedené výše. Austenitická nerezová ocel je ideálním materiálem pro ventily na kapalný vodík. Má vynikající rázovou houževnatost, minimální tepelné ztráty a snese velké teplotní gradienty. Existují další materiály, které jsou také vhodné pro podmínky kapalného vodíku, ale jsou omezeny na specifické podmínky procesu. Kromě výběru materiálů by neměly být opomenuty některé konstrukční detaily, jako je prodloužení vřetene ventilu a použití vzduchového sloupce k ochraně těsnící ucpávky před extrémně nízkými teplotami. Kromě toho může být prodloužení vřetene ventilu vybaveno izolačním kroužkem, aby se zabránilo kondenzaci. Navrhování ventilů podle konkrétních podmínek použití pomáhá poskytnout rozumnější řešení různých technických problémů. Vellan nabízí klapky ve dvou různých provedeních: dvojité excentrické a trojité excentrické klapky s kovovým sedlem. Obě provedení mají schopnost obousměrného proudění. Navržením tvaru disku a trajektorie rotace lze dosáhnout těsného utěsnění. V tělese ventilu není žádná dutina, kde by nebylo žádné zbytkové médium. V případě dvojité excentrické klapky Velan využívá design excentrické rotace disku v kombinaci s výrazným těsnícím systémem VELFLEX, aby bylo dosaženo vynikajícího těsnícího výkonu ventilu. Tato patentovaná konstrukce odolá i velkým teplotním výkyvům ve ventilu. Trojitý excentrický kotouč TORQSEAL má také speciálně navrženou trajektorii otáčení, která pomáhá zajistit, aby se těsnící plocha kotouče dotkla sedla pouze v okamžiku dosažení uzavřené polohy ventilu a nepoškrábala se. Uzavírací moment ventilu tedy může pohánět kotouč, aby se dosáhlo poddajného usazení, a vytvořit dostatečný klínový efekt v uzavřené poloze ventilu, zatímco kotouč je v rovnoměrném kontaktu s celým obvodem těsnící plochy sedla. Poddajnost sedla ventilu umožňuje tělu ventilu a kotouči mít funkci „samoregulace“, čímž se zabrání zadření kotouče při kolísání teploty. Vyztužený hřídel ventilu z nerezové oceli je schopen vysokých pracovních cyklů a funguje hladce při velmi nízkých teplotách. Dvojitý excentrický design VELFLEX umožňuje rychlou a snadnou údržbu ventilu online. Díky bočnímu krytu lze sedlo a kotouč přímo kontrolovat nebo opravovat, bez nutnosti demontáže pohonu nebo speciálního nářadí.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdpodporují vysoce pokročilou technologii ventilů s pružným sedlem, včetně pružného sedlaplátkový škrticí ventil, Uzavírací klapka, Dvoupřírubová soustředná klapka, Dvoupřírubový excentrický škrticí ventil,Y-sítko, vyvažovací ventil,Zpětný ventil s dvojitou destičkouatd.
Čas odeslání: 11. srpna 2023
