Nestemäisellä vedyllä on tiettyjä etuja varastoinnissa ja kuljetuksessa. Vetyyn verrattuna nestemäisellä vedyllä (LH2) on suurempi tiheys ja se vaatii varastointiin alhaisemman paineen. Vedyn lämpötilan on kuitenkin oltava -253 °C muuttuakseen nestemäiseksi, mikä tarkoittaa, että se on melko vaikeaa. Äärimmäisen alhaiset lämpötilat ja syttymisriskit tekevät nestemäisestä vedystä vaarallisen väliaineen. Tästä syystä tiukat turvatoimenpiteet ja korkea luotettavuus ovat tinkimättömiä vaatimuksia venttiilejä suunniteltaessa kyseisiin sovelluksiin.
Kirjailija: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan-venttiili (Velan)
Nestemäisen vedyn (LH2) sovellukset.
Tällä hetkellä nestemäistä vetyä käytetään ja yritetään käyttää erilaisissa erityistilaisuuksissa. Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sitä voidaan käyttää rakettien laukaisupolttoaineena, ja se voi myös tuottaa iskuaaltoja transsonisissa tuulitunneleissa. "Suuren tieteen" tukemana nestemäisestä vedystä on tullut keskeinen materiaali suprajohtavissa järjestelmissä, hiukkaskiihdyttimissä ja ydinfuusiolaitteissa. Ihmisten halun kestävään kehitykseen kasvaessa nestemäistä vetyä on käytetty polttoaineena yhä useammassa kuorma-autossa ja laivassa viime vuosina. Yllä mainituissa sovellusskenaarioissa venttiilien merkitys on erittäin ilmeinen. Venttiilien turvallinen ja luotettava toiminta on olennainen osa nestemäisen vedyn toimitusketjun ekosysteemiä (tuotanto, kuljetus, varastointi ja jakelu). Nestemäiseen vetyyn liittyvät toiminnot ovat haastavia. Yli 30 vuoden käytännön kokemuksella ja asiantuntemuksella korkean suorituskyvyn venttiilien alalta -272 °C:seen asti, Velan on ollut mukana useissa innovatiivisissa projekteissa jo pitkään, ja on selvää, että se on voittanut nestemäisen vedyn palvelun tekniset haasteet vahvuudellaan.
Suunnitteluvaiheen haasteet
Paine, lämpötila ja vedyn pitoisuus ovat kaikki tärkeimpiä tekijöitä, joita tarkastellaan venttiilin suunnittelun riskinarvioinnissa. Venttiilin suorituskyvyn optimoimiseksi suunnittelulla ja materiaalivalinnoilla on ratkaiseva rooli. Nestemäisen vedyn sovelluksissa käytettävät venttiilit kohtaavat lisähaasteita, mukaan lukien vedyn haitalliset vaikutukset metalleihin. Hyvin matalissa lämpötiloissa venttiilimateriaalien on paitsi kestettävä vetymolekyylien hyökkäystä (joistakin niihin liittyvistä heikkenemismekanismeista keskustellaan edelleen akateemisessa maailmassa), myös ylläpidettävä normaalia toimintaa pitkään elinkaarensa aikana. Nykyisen teknologisen kehityksen tasolla alan tietämys ei-metallisten materiaalien soveltuvuudesta vetysovelluksiin on rajallinen. Tiivistysmateriaalia valittaessa on tarpeen ottaa tämä tekijä huomioon. Tehokas tiivistys on myös keskeinen suunnittelun suorituskykykriteeri. Nestemäisen vedyn ja ympäristön lämpötilan (huoneenlämmön) välillä on lähes 300 °C:n lämpötilaero, mikä johtaa lämpötilagradienttiin. Jokainen venttiilin komponentti käy läpi eriasteista lämpölaajenemista ja supistumista. Tämä ero voi johtaa kriittisten tiivistyspintojen vaaralliseen vuotoon. Myös venttiilin varren tiivistystiiviys on suunnittelun keskipisteessä. Siirtyminen kylmästä kuumaan luo lämpövirtauksen. Kannen ontelon kuumat osat voivat jäätyä, mikä voi häiritä karan tiivistystä ja vaikuttaa venttiilin toimintaan. Lisäksi erittäin alhainen -253 °C:n lämpötila tarkoittaa, että tarvitaan parasta eristystekniikkaa sen varmistamiseksi, että venttiili pystyy pitämään nestemäisen vedyn tässä lämpötilassa ja samalla minimoimaan kiehumisesta johtuvat häviöt. Niin kauan kuin nestemäiseen vetyyn siirtyy lämpöä, se haihtuu ja vuotaa. Lisäksi eristyksen murtumiskohdassa tapahtuu hapen tiivistymistä. Kun happi joutuu kosketuksiin vedyn tai muiden palavien aineiden kanssa, tulipalon riski kasvaa. Siksi venttiilien mahdollisen tulipalon riskin huomioon ottaen venttiilit on suunniteltava räjähdyssuojattuja materiaaleja ajatellen, samoin kuin palonkestävillä toimilaitteilla, instrumentoinnilla ja kaapeleilla, joilla kaikilla on tiukimmat sertifikaatit. Tämä varmistaa, että venttiili toimii oikein tulipalon sattuessa. Lisääntynyt paine on myös mahdollinen riski, joka voi tehdä venttiilit käyttökelvottomiksi. Jos nestemäistä vetyä jää loukkuun venttiilirungon onteloon ja lämmönsiirtoa ja nestemäisen vedyn haihtumista tapahtuu samanaikaisesti, se aiheuttaa paineen nousua. Jos paine-ero on suuri, esiintyy kavitaatiota/melua. Nämä ilmiöt voivat johtaa venttiilin käyttöiän ennenaikaiseen päättymiseen ja jopa suuriin tappioihin prosessivirheiden vuoksi. Käyttöolosuhteista riippumatta, jos edellä mainitut tekijät voidaan ottaa täysin huomioon ja vastaavat vastatoimenpiteet voidaan toteuttaa suunnitteluprosessissa, se voi varmistaa venttiilin turvallisen ja luotettavan toiminnan. Lisäksi suunnittelussa on ympäristöhaasteita, kuten hajavuotoja. Vety on ainutlaatuista: pieniä molekyylejä, väritöntä, hajutonta ja räjähdysherkkää. Nämä ominaisuudet määräävät nollavuototavoitteen ehdottoman välttämättömyyden.
Pohjois-Las Vegasin länsirannikon vedyn nesteytysasemalla
Wieland Valve -insinöörit tarjoavat teknisiä palveluita
Venttiiliratkaisut
Riippumatta erityisestä toiminnosta ja tyypistä, kaikkien nestemäisen vedyn sovellusten venttiilien on täytettävä joitakin yleisiä vaatimuksia. Näihin vaatimuksiin kuuluvat: rakenneosan materiaalin on varmistettava rakenteellisen eheyden säilyminen erittäin alhaisissa lämpötiloissa; Kaikilla materiaaleilla on oltava luonnolliset paloturvallisuusominaisuudet. Samasta syystä myös nestemäisen vedyn venttiilien tiivistyselementtien ja pakkausten on täytettävä edellä mainitut perusvaatimukset. Austeniittinen ruostumaton teräs on ihanteellinen materiaali nestemäisen vedyn venttiileille. Sillä on erinomainen iskunkestävyys, minimaalinen lämpöhäviö ja se kestää suuria lämpötilagradientteja. On olemassa muita materiaaleja, jotka myös soveltuvat nestemäisen vedyn olosuhteisiin, mutta niiden käyttö rajoittuu tiettyihin prosessiolosuhteisiin. Materiaalivalintojen lisäksi ei pidä unohtaa joitakin suunnittelun yksityiskohtia, kuten venttiilin varren pidentämistä ja ilmapatsaan käyttöä tiivisteen suojaamiseksi erittäin matalilta lämpötiloilta. Lisäksi venttiilin varren jatke voidaan varustaa eristysrenkaalla kondensaation estämiseksi. Venttiilien suunnittelu tiettyjen käyttöolosuhteiden mukaan auttaa tarjoamaan järkevämpiä ratkaisuja erilaisiin teknisiin haasteisiin. Vellan tarjoaa läppäventtiilejä kahdessa eri mallissa: kaksoiskeskeisillä ja kolmoiskeskeisillä metallitiivisteillä varustetuilla läppäventtiileillä. Molemmissa malleissa on kaksisuuntainen virtauskyky. Läpän muodon ja pyörimisradan suunnittelulla voidaan saavuttaa tiivis tiivistys. Venttiilirungossa ei ole onteloita, joissa ei olisi jäännösväliainetta. Velan-kaksoiskonsentrisessa läppäventtiilissä käytetään läpän epäkeskistä pyörimisrakennetta yhdistettynä ainutlaatuiseen VELFLEX-tiivistysjärjestelmään, mikä saavuttaa erinomaisen venttiilin tiivistyskyvyn. Tämä patentoitu rakenne kestää jopa suuria lämpötilanvaihteluita venttiilissä. TORQSEAL-kolmoiskonsentrisessa läpässä on myös erityisesti suunniteltu pyörimisrata, joka auttaa varmistamaan, että läpän tiivistyspinta koskettaa tiivistettä vain venttiilin suljetun asennon saavuttamisen hetkellä eikä naarmuunnu. Näin venttiilin sulkeutumismomentti voi ajaa läppää saavuttamaan joustavan istuvuuden ja tuottaa riittävän kiilavaikutuksen suljetussa asennossa, samalla kun läpän on tasaisesti kosketuksessa koko istuimen tiivistyspinnan kehän kanssa. Venttiiliistukan joustavuus mahdollistaa venttiilirungon ja läpän "itsesäätyvän" toiminnon, mikä estää läpän jumiutumisen lämpötilanvaihteluiden aikana. Vahvistettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu venttiilin varsi kestää korkeita käyttöjaksoja ja toimii sujuvasti erittäin matalissa lämpötiloissa. VELFLEX-kaksoiskonsentrinen rakenne mahdollistaa venttiilin nopean ja helpon huollon verkossa. Sivukotelon ansiosta tiiviste ja läppä voidaan tarkastaa tai huoltaa suoraan ilman toimilaitteen purkamista tai erikoistyökalujen käyttöä.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdtukevat erittäin edistyneen teknologian joustavilla tiivisteillä varustettuja venttiilejä, mukaan lukien joustavilla tiivisteillä varustetutkiekkojen läppäventtiili, Lug-läppäventtiili, Kaksoislaippainen samankeskinen läppäventtiili, Kaksoislaippainen epäkeskinen läppäventtiili,Y-suodatin, tasapainotusventtiili,Kaksoislevyinen takaiskuventtiili, jne.
Julkaisun aika: 11. elokuuta 2023
