Nestemäisellä vedyllä on tiettyjä etuja varastoinnissa ja kuljetuksessa. Vetyyn verrattuna nestemäisellä vedyllä (LH2) on suurempi tiheys ja se vaatii pienemmän varastoinnin. Vedyn on kuitenkin oltava -253 °C, jotta se muuttuisi 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 suunniteltaessa venttiilejä asiaankuuluviin sovelluksiin.
Kirjailija: Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Velan venttiili (Velan)
Nestemäisen vedyn (LH2) sovellukset.
Tällä hetkellä nestemäistä vetyä käytetään ja yritetään käyttää erilaisissa erikoistilanteissa. Ilmailualalla sitä voidaan käyttää rakettien laukaisupolttoaineena ja se voi myös tuottaa shokkiaaltoja transonic-tuulitunneleissa. "Suuren tieteen" tukemana nestemäisestä vedystä on tullut keskeinen materiaali suprajohtavissa järjestelmissä, hiukkaskiihdyttimissä ja ydinfuusiolaitteissa. Ihmisten kestävän kehityksen halun kasvaessa nestemäistä vetyä on käytetty polttoaineena viime vuosina yhä useammissa kuorma-autoissa ja laivoissa. Yllä olevissa sovellusskenaarioissa venttiilien merkitys on hyvin ilmeinen. Venttiilien turvallinen ja luotettava toiminta on kiinteä 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 venttiileistä -272 °C asti, Velan on ollut mukana erilaisissa innovatiivisissa projekteissa pitkään, ja on selvää, että se on voittanut tekniset haasteet nestemäinen vetypalvelu vahvuudellaan.
Haasteita suunnitteluvaiheessa
Paine, lämpötila ja vetypitoisuus ovat kaikki tärkeimpiä tekijöitä, joita tarkastellaan venttiilin suunnittelun riskiarvioinnissa. Venttiilin suorituskyvyn optimoinnissa suunnittelulla ja materiaalien valinnalla on ratkaiseva rooli. Nestevetykäyttöisissä sovelluksissa käytettävät venttiilit kohtaavat lisähaasteita, mukaan lukien vedyn haitalliset vaikutukset metalleihin. Hyvin matalissa lämpötiloissa venttiilimateriaalien ei tarvitse vain kestää vetymolekyylien hyökkäystä (joistakin niihin liittyvistä huononemismekanismeista keskustellaan edelleen akateemisessa ympäristössä), vaan niiden on myös säilytettävä normaali toiminta pitkään koko elinkaarensa ajan. Teknologisen kehityksen nykyisellä tasolla teollisuudella on vähän tietoa ei-metallisten materiaalien soveltuvuudesta vetysovelluksiin. Tämä tekijä on otettava huomioon tiivistemateriaalia valittaessa. Tehokas tiivistys on myös keskeinen suunnittelun suorituskykykriteeri. Nestemäisen vedyn ja ympäristön lämpötilan (huoneenlämpötilan) välillä on lähes 300°C lämpötilaero, mikä johtaa lämpötilagradienttiin. Jokainen venttiilin komponentti käy läpi eriasteista lämpölaajenemista ja -supistumista. Tämä poikkeama voi johtaa kriittisten tiivistyspintojen vaaralliseen vuotoon. Suunnittelun painopiste on myös venttiilin varren tiiviys. Siirtyminen kylmästä kuumaan luo lämpövirtauksen. Konepellin ontelon alueen kuumat osat voivat jäätyä, mikä voi häiritä varren tiivistyskykyä ja vaikuttaa venttiilin toimintaan. Lisäksi äärimmäisen alhainen -253°C lämpötila tarkoittaa, että tarvitaan parasta eristystekniikkaa, jotta venttiili pystyy pitämään nestemäisen vedyn tässä lämpötilassa minimoiden samalla kiehumisen aiheuttamat häviöt. Niin kauan kuin lämpöä siirtyy nestemäiselle vedylle, se haihtuu ja vuotaa. Sen lisäksi, että hapen kondensaatiota tapahtuu eristeen murtumispisteessä. Kun happi joutuu kosketuksiin vedyn tai muiden palavien aineiden kanssa, tulipalon vaara kasvaa. Siksi venttiileille mahdollisesti aiheutuva palovaara huomioon ottaen venttiilit on suunniteltava räjähdyssuojatut materiaalit sekä palonkestävät toimilaitteet, instrumentointi ja kaapelit, joilla kaikilla on tiukimmat sertifikaatit. Tämä varmistaa, että venttiili toimii kunnolla tulipalon sattuessa. Lisääntynyt paine on myös mahdollinen riski, joka voi tehdä venttiileistä toimintakyvyttömiä. Jos nestemäistä vetyä jää loukkuun venttiilirungon onteloon ja lämmönsiirto ja nestemäisen vedyn haihtuminen tapahtuvat samanaikaisesti, se aiheuttaa paineen nousua. Jos paine-ero on suuri, tapahtuu kavitaatiota (kavitaatiota)/kohinaa. Nämä ilmiöt voivat johtaa venttiilin käyttöiän ennenaikaiseen päättymiseen ja jopa valtavia menetyksiä prosessivirheiden vuoksi. Erityisistä käyttöolosuhteista riippumatta, jos yllä olevat tekijät voidaan ottaa täysin huomioon ja vastaavat vastatoimenpiteet voidaan toteuttaa suunnitteluprosessissa, se voi varmistaa venttiilin turvallisen ja luotettavan toiminnan. Lisäksi suunnittelussa on ympäristöasioihin liittyviä haasteita, kuten hajavuodot. Vety on ainutlaatuinen: pieniä molekyylejä, väritöntä, hajutonta ja räjähtävää. Nämä ominaisuudet määräävät nollavuodon välttämättömyyden.
North Las Vegas West Coast Hydrogen Liquefaction -asemalla,
Wieland Valven insinöörit tarjoavat teknisiä palveluita
Venttiiliratkaisut
Toiminnosta ja tyypistä riippumatta kaikkien nestemäisten vetysovellusten venttiilien on täytettävä joitain yleisiä vaatimuksia. Näitä vaatimuksia ovat mm.: rakenneosan materiaalin on varmistettava, että rakenteellinen eheys säilyy erittäin alhaisissa lämpötiloissa; Kaikilla materiaaleilla tulee olla luonnolliset paloturvallisuusominaisuudet. Samasta syystä myös nestevetyventtiilien tiivisteiden ja tiivisteiden tulee täyttää edellä mainitut perusvaatimukset. Austeniittinen ruostumaton teräs on ihanteellinen materiaali nestevetyventtiileihin. Sillä on erinomainen iskunkestävyys, minimaalinen lämpöhäviö ja se kestää suuria lämpötilagradientteja. On myös muita materiaaleja, jotka soveltuvat myös nestemäiseen vetyolosuhteisiin, mutta rajoittuvat tiettyihin prosessiolosuhteisiin. Materiaalivalinnan lisäksi ei pidä unohtaa joitakin suunnittelun yksityiskohtia, kuten venttiilin varren pidentämistä ja ilmapylvään käyttöä tiivistetiivisteen suojaamiseksi äärimmäisen alhaisilta lämpötiloilta. Lisäksi venttiilin varren jatke voidaan varustaa eristysrenkaalla kondensaation välttämiseksi. Venttiilien suunnittelu tiettyjen käyttöolosuhteiden mukaan auttaa löytämään järkevämpiä ratkaisuja erilaisiin teknisiin haasteisiin. Vellan tarjoaa läppäventtiilejä kahdessa eri mallissa: kaksoisepäkeskiset ja kolmoisepäkeskiset metalliset läppäventtiilit. Molemmissa malleissa on kaksisuuntainen virtauskyky. Suunnittelemalla kiekon muoto ja pyörimisrata voidaan saavuttaa tiiviisti. Venttiilin rungossa ei ole onteloa, jossa ei ole jäännösväliainetta. Velan-kaksoisepäkeskisen läppäventtiilin tapauksessa se käyttää levy-epäkeskokiertomallia yhdistettynä erottuvaan VELFLEX-tiivistysjärjestelmään erinomaisen venttiilin tiivistyskyvyn saavuttamiseksi. Tämä patentoitu rakenne kestää jopa suuria lämpötilanvaihteluita venttiilissä. Kolmoisepäkeskisessä TORQSEAL-levyssä on myös erityisesti suunniteltu pyörimisrata, joka auttaa varmistamaan, että levyn tiivistepinta koskettaa istukkaa vain venttiilin kiinniasennon saavuttaessa eikä naarmuunnu. Siksi venttiilin sulkeutumismomentti voi ohjata kiekkoa saavuttamaan mukautuvan istukan ja tuottaa riittävän kiilavaikutuksen venttiilin suljetussa asennossa samalla, kun levy on tasaisesti kosketuksessa istukan tiivistyspinnan koko kehän kanssa. Venttiilin istukan yhteensopivuus mahdollistaa venttiilin rungon ja levyn "itsesäätyvän" toiminnon, jolloin vältytään levyn juuttumiselta lämpötilanvaihteluiden aikana. Vahvistettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu venttiilin akseli kestää korkeita käyttöjaksoja ja toimii sujuvasti erittäin alhaisissa lämpötiloissa. VELFLEX-kaksoisepäkeskorakenne mahdollistaa venttiilin huollon verkossa nopeasti ja helposti. Sivukotelon ansiosta istuin ja levy voidaan tarkastaa tai huoltaa suoraan ilman, että toimilaitetta tai erikoistyökaluja tarvitsee purkaa.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdtukevat erittäin kehittynyttä teknologiaa joustavia venttiileitä, mukaan lukien joustavat istukkaiset venttiilitkiekkoläppäventtiili, Korvakeläppäventtiili, Kaksilaippainen samankeskinen läppäventtiili, Kaksoislaippainen epäkesko läppäventtiili,Y-siivilä, tasapainotusventtiili,Wafer kaksilevyinen takaiskuventtiilijne.
Postitusaika: 11.8.2023
