Flytande väte har vissa fördelar vid lagring och transport. Jämfört med väte har flytande väte (LH2) en högre densitet och kräver lägre tryck för lagring. Väte måste dock vara -253 °C för att bli flytande, vilket innebär att det är ganska svårt. Extremt låga temperaturer och brandfarlighetsrisker gör flytande väte till ett farligt medium. Av denna anledning är strikta säkerhetsåtgärder och hög tillförlitlighet kompromisslösa krav vid konstruktion av ventiler för relevanta tillämpningar.
Av Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velanventil (Velan)
Tillämpningar av flytande väte (LH2).
För närvarande används och försöker man använda flytande väte vid olika speciella tillfällen. Inom flyg- och rymdfart kan det användas som bränsle för raketuppskjutningar och kan även generera chockvågor i transsoniska vindtunnlar. Med stöd av "big science" har flytande väte blivit ett viktigt material i supraledande system, partikelacceleratorer och kärnfusionsanordningar. I takt med att människors önskan om hållbar utveckling växer har flytande väte använts som bränsle av fler och fler lastbilar och fartyg de senaste åren. I ovanstående tillämpningsscenarier är vikten av ventiler mycket uppenbar. Säker och tillförlitlig drift av ventiler är en integrerad del av ekosystemet för leveranskedjan för flytande väte (produktion, transport, lagring och distribution). Verksamheten relaterad till flytande väte är utmanande. Med mer än 30 års praktisk erfarenhet och expertis inom högpresterande ventiler ner till -272°C har Velan varit involverad i olika innovativa projekt under lång tid, och det är tydligt att de har vunnit de tekniska utmaningarna med flytande väte med sin styrka.
Utmaningar i designfasen
Tryck, temperatur och vätekoncentration är alla viktiga faktorer som undersöks i en riskbedömning av ventilkonstruktioner. För att optimera ventilernas prestanda spelar design och materialval en avgörande roll. Ventiler som används i flytande väteapplikationer står inför ytterligare utmaningar, inklusive vätgas negativa effekter på metaller. Vid mycket låga temperaturer måste ventilmaterial inte bara motstå angrepp från vätemolekyler (några av de associerade försämringsmekanismerna debatteras fortfarande inom den akademiska världen), utan måste också upprätthålla normal drift under lång tid under sin livscykel. Med tanke på den nuvarande tekniska utvecklingsnivån har industrin begränsad kunskap om användbarheten av icke-metalliska material i väteapplikationer. När man väljer ett tätningsmaterial är det nödvändigt att ta hänsyn till denna faktor. Effektiv tätning är också ett viktigt kriterium för designprestanda. Det finns en temperaturskillnad på nästan 300 °C mellan flytande väte och omgivningstemperatur (rumstemperatur), vilket resulterar i en temperaturgradient. Varje komponent i ventilen kommer att genomgå olika grader av termisk expansion och kontraktion. Denna skillnad kan leda till farligt läckage av kritiska tätningsytor. Ventilskaftets täthet är också i fokus för konstruktionen. Övergången från kallt till varmt skapar värmeflöde. Heta delar av ventilhusets hålrum kan frysa, vilket kan störa ventilens tätningsprestanda och påverka ventilens funktion. Dessutom innebär den extremt låga temperaturen på -253 °C att den bästa isoleringstekniken krävs för att säkerställa att ventilen kan hålla flytande väte vid denna temperatur samtidigt som förluster orsakade av kokning minimeras. Så länge värme överförs till flytande väte kommer den att avdunsta och läcka. Inte bara det, syrekondensation uppstår vid isoleringens brottpunkt. När syre kommer i kontakt med väte eller andra brännbara ämnen ökar risken för brand. Med tanke på den brandrisk som ventiler kan utsättas för måste ventiler därför konstrueras med explosionssäkra material i åtanke, såväl som brandsäkra ställdon, instrument och kablar, alla med de strängaste certifieringarna. Detta säkerställer att ventilen fungerar korrekt vid brand. Ökat tryck är också en potentiell risk som kan göra ventiler obrukbara. Om flytande väte är instängt i ventilhusets hålrum och värmeöverföring och avdunstning av flytande väte sker samtidigt, kommer det att orsaka en tryckökning. Om det finns en stor tryckskillnad uppstår kavitation (kavitation)/buller. Dessa fenomen kan leda till att ventilens livslängd sjunker i förtid och till och med orsaka stora förluster på grund av processfel. Oavsett de specifika driftsförhållandena, om ovanstående faktorer kan beaktas fullt ut och motsvarande motåtgärder kan vidtas i designprocessen, kan det säkerställa ventilens säkra och tillförlitliga drift. Dessutom finns det designutmaningar relaterade till miljöfrågor, såsom flyktiga läckor. Väte är unikt: små molekyler, färglösa, luktfria och explosiva. Dessa egenskaper avgör den absoluta nödvändigheten av noll läckage.
Vid vätgasförvätskningstationen på norra Las Vegas västkust,
Wieland Valves ingenjörer tillhandahåller tekniska tjänster
Ventillösningar
Oavsett specifik funktion och typ måste ventiler för alla tillämpningar för flytande väte uppfylla vissa gemensamma krav. Dessa krav inkluderar: materialet i den strukturella delen måste säkerställa att den strukturella integriteten bibehålls vid extremt låga temperaturer; Alla material måste ha naturliga brandskyddsegenskaper. Av samma anledning måste tätningselementen och packningen i ventiler för flytande väte också uppfylla de grundläggande kraven som nämns ovan. Austenitiskt rostfritt stål är ett idealiskt material för ventiler för flytande väte. Det har utmärkt slaghållfasthet, minimal värmeförlust och tål stora temperaturgradienter. Det finns andra material som också är lämpliga för förhållanden med flytande väte, men som är begränsade till specifika processförhållanden. Förutom materialvalet bör vissa designdetaljer inte förbises, såsom att förlänga ventilskaftet och använda en luftpelare för att skydda tätningspackningen från extremt låga temperaturer. Dessutom kan förlängningen av ventilskaftet utrustas med en isoleringsring för att undvika kondens. Att designa ventiler enligt specifika tillämpningsförhållanden bidrar till att ge mer rimliga lösningar på olika tekniska utmaningar. Vellan erbjuder fjärilsventiler i två olika utföranden: dubbelexcentriska och trippelexcentriska fjärilsventiler med metallsäte. Båda utförandena har dubbelriktad flödeskapacitet. Genom att utforma skivans form och rotationsbana kan en tät tätning uppnås. Det finns inget hålrum i ventilhuset där det inte finns något kvarvarande medium. När det gäller Velan dubbelexcentriska fjärilsventil använder den skivans excentriska rotationsdesign, kombinerat med det distinkta VELFLEX-tätningssystemet, för att uppnå utmärkt ventiltätningsprestanda. Denna patenterade design kan motstå även stora temperaturfluktuationer i ventilen. Den trippelexcentriska TORQSEAL-skivan har också en specialdesignad rotationsbana som hjälper till att säkerställa att skivans tätningsyta endast vidrör sätet när ventilen når det stängda läget och inte repas. Därför kan ventilens stängningsmoment driva skivan för att uppnå följsam tätning och producera en tillräcklig kileffekt i det stängda ventilläget, samtidigt som skivan har jämn kontakt med hela omkretsen av sätets tätningsyta. Ventilsätets följsamhet gör att ventilhuset och skivan har en "självjusterande" funktion, vilket undviker att skivan kärvar vid temperaturfluktuationer. Den förstärkta ventilaxeln i rostfritt stål klarar höga driftscykler och arbetar smidigt vid mycket låga temperaturer. VELFLEX dubbelexcentriska design gör att ventilen kan servas online snabbt och enkelt. Tack vare sidohuset kan sätet och skivan inspekteras eller servas direkt, utan att ställdonet eller specialverktyg behöver demonteras.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdstöder högteknologiska fjädrande sätesventiler, inklusive fjädrande sätesventilerwafer fjärilsventil, Fjärilsventil med klaff, Koncentrisk fjärilsventil med dubbel fläns, Excentrisk fjärilsventil med dubbel fläns,Y-sil, balanseringsventil,Backventil med dubbla plattor i wafer, etc.
Publiceringstid: 11 augusti 2023
