هیدروژن مایع مزایای خاصی در ذخیره‌سازی و حمل و نقل دارد. در مقایسه با هیدروژن، هیدروژن مایع (LH2) چگالی بالاتری دارد و برای ذخیره‌سازی به فشار کمتری نیاز دارد. با این حال، هیدروژن برای تبدیل شدن به مایع باید در دمای -253 درجه سانتیگراد باشد، به این معنی که این کار بسیار دشوار است. دمای بسیار پایین و خطرات اشتعال‌پذیری، هیدروژن مایع را به یک ماده خطرناک تبدیل می‌کند. به همین دلیل، اقدامات ایمنی سختگیرانه و قابلیت اطمینان بالا، الزامات غیرقابل انعطافی در طراحی شیرآلات برای کاربردهای مربوطه هستند.
نویسنده: فادیلا خلفاوی، فردریک بلانکه
شیر ولان (ولان)
کاربردهای هیدروژن مایع (LH2).
در حال حاضر، هیدروژن مایع در موارد خاص مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و سعی می‌شود از آن استفاده شود. در هوافضا، می‌توان از آن به عنوان سوخت پرتاب موشک استفاده کرد و همچنین می‌تواند در تونل‌های باد ترانسونیک امواج ضربه‌ای ایجاد کند. هیدروژن مایع با پشتوانه «علم بزرگ»، به ماده‌ای کلیدی در سیستم‌های ابررسانا، شتاب‌دهنده‌های ذرات و دستگاه‌های همجوشی هسته‌ای تبدیل شده است. با افزایش تمایل مردم به توسعه پایدار، هیدروژن مایع در سال‌های اخیر توسط کامیون‌ها و کشتی‌های بیشتری به عنوان سوخت استفاده شده است. در سناریوهای کاربردی فوق، اهمیت شیرها بسیار آشکار است. عملکرد ایمن و قابل اعتماد شیرها بخش جدایی‌ناپذیری از اکوسیستم زنجیره تأمین هیدروژن مایع (تولید، حمل و نقل، ذخیره‌سازی و توزیع) است. عملیات مربوط به هیدروژن مایع چالش برانگیز است. ولان با بیش از 30 سال تجربه عملی و تخصص در زمینه شیرهای با عملکرد بالا تا دمای -272 درجه سانتیگراد، مدت‌هاست که در پروژه‌های نوآورانه مختلفی مشارکت داشته است و واضح است که با قدرت خود بر چالش‌های فنی خدمات هیدروژن مایع پیروز شده است.
چالش‌های مرحله طراحی
فشار، دما و غلظت هیدروژن، همگی عوامل اصلی مورد بررسی در ارزیابی ریسک طراحی شیر هستند. برای بهینه‌سازی عملکرد شیر، طراحی و انتخاب مواد نقش تعیین‌کننده‌ای دارند. شیرهای مورد استفاده در کاربردهای هیدروژن مایع با چالش‌های دیگری از جمله اثرات نامطلوب هیدروژن بر فلزات روبرو هستند. در دماهای بسیار پایین، مواد شیر نه تنها باید در برابر حمله مولکول‌های هیدروژن مقاومت کنند (برخی از مکانیسم‌های تخریب مرتبط هنوز در دانشگاه‌ها مورد بحث هستند)، بلکه باید عملکرد عادی خود را برای مدت طولانی در طول چرخه عمر خود حفظ کنند. از نظر سطح فعلی توسعه فناوری، صنعت دانش محدودی در مورد کاربرد مواد غیرفلزی در کاربردهای هیدروژن دارد. هنگام انتخاب ماده آب‌بندی، لازم است این عامل را در نظر گرفت. آب‌بندی مؤثر نیز یک معیار کلیدی عملکرد طراحی است. اختلاف دمایی تقریباً 300 درجه سانتیگراد بین هیدروژن مایع و دمای محیط (دمای اتاق) وجود دارد که منجر به گرادیان دما می‌شود. هر جزء شیر درجات مختلفی از انبساط و انقباض حرارتی را تجربه خواهد کرد. این اختلاف می‌تواند منجر به نشت خطرناک سطوح آب‌بندی بحرانی شود. سفتی آب‌بندی ساقه شیر نیز محور طراحی است. انتقال از سرما به گرما باعث ایجاد جریان گرما می‌شود. قسمت‌های داغ حفره کاپوت ممکن است یخ بزنند که می‌تواند عملکرد آب‌بندی ساقه را مختل کرده و بر عملکرد شیر تأثیر بگذارد. علاوه بر این، دمای بسیار پایین -253 درجه سانتیگراد به این معنی است که بهترین فناوری عایق‌بندی برای اطمینان از اینکه شیر می‌تواند هیدروژن مایع را در این دما حفظ کند و در عین حال تلفات ناشی از جوش را به حداقل برساند، مورد نیاز است. تا زمانی که گرما به هیدروژن مایع منتقل شود، تبخیر شده و نشت می‌کند. نه تنها این، بلکه تراکم اکسیژن در نقطه شکست عایق رخ می‌دهد. هنگامی که اکسیژن با هیدروژن یا سایر مواد قابل احتراق تماس پیدا کند، خطر آتش‌سوزی افزایش می‌یابد. بنابراین، با توجه به خطر آتش‌سوزی که شیرها ممکن است با آن مواجه شوند، شیرها باید با در نظر گرفتن مواد ضد انفجار و همچنین محرک‌ها، ابزار دقیق و کابل‌های مقاوم در برابر آتش، همگی با دقیق‌ترین گواهینامه‌ها طراحی شوند. این امر تضمین می‌کند که شیر در صورت آتش‌سوزی به درستی عمل می‌کند. افزایش فشار نیز یک خطر بالقوه است که می‌تواند شیرها را غیرقابل استفاده کند. اگر هیدروژن مایع در حفره بدنه شیر محبوس شود و انتقال حرارت و تبخیر هیدروژن مایع همزمان رخ دهد، باعث افزایش فشار خواهد شد. اگر اختلاف فشار زیادی وجود داشته باشد، کاویتاسیون (حفره‌زایی)/نویز رخ می‌دهد. این پدیده‌ها می‌توانند منجر به پایان زودرس عمر مفید شیر شوند و حتی به دلیل نقص در فرآیند، ضررهای هنگفتی را متحمل شوند. صرف نظر از شرایط عملیاتی خاص، اگر عوامل فوق به طور کامل در نظر گرفته شوند و اقدامات متقابل مربوطه در فرآیند طراحی انجام شود، می‌توان عملکرد ایمن و قابل اعتماد شیر را تضمین کرد. علاوه بر این، چالش‌های طراحی مربوط به مسائل زیست‌محیطی، مانند نشت فرار، وجود دارد. هیدروژن منحصر به فرد است: مولکول‌های کوچک، بی‌رنگ، بی‌بو و قابل انفجار. این ویژگی‌ها، ضرورت مطلق نشت صفر را تعیین می‌کنند.
در ایستگاه مایع‌سازی هیدروژن ساحل غربی شمال لاس وگاس،
مهندسان ویلند ولو در حال ارائه خدمات فنی هستند
راهکارهای شیرآلات
صرف نظر از عملکرد و نوع خاص، شیرها برای همه کاربردهای هیدروژن مایع باید برخی از الزامات مشترک را برآورده کنند. این الزامات عبارتند از: جنس قطعه ساختاری باید تضمین کند که یکپارچگی ساختاری در دماهای بسیار پایین حفظ می‌شود؛ همه مواد باید دارای خواص ایمنی طبیعی در برابر آتش باشند. به همین دلیل، عناصر آب‌بندی و بسته‌بندی شیرهای هیدروژن مایع نیز باید الزامات اساسی ذکر شده در بالا را برآورده کنند. فولاد ضد زنگ آستنیتی ماده‌ای ایده‌آل برای شیرهای هیدروژن مایع است. این فولاد دارای مقاومت ضربه‌ای عالی، حداقل اتلاف گرما و مقاومت در برابر گرادیان‌های دمایی زیاد است. مواد دیگری نیز وجود دارند که برای شرایط هیدروژن مایع مناسب هستند، اما محدود به شرایط فرآیندی خاص هستند. علاوه بر انتخاب مواد، نباید از برخی جزئیات طراحی غافل شد، مانند امتداد ساقه شیر و استفاده از ستون هوا برای محافظت از بسته‌بندی آب‌بندی در برابر دماهای بسیار پایین. علاوه بر این، امتداد ساقه شیر را می‌توان به یک حلقه عایق مجهز کرد تا از تراکم جلوگیری شود. طراحی شیرها بر اساس شرایط کاربردی خاص به ارائه راه‌حل‌های معقول‌تر برای چالش‌های فنی مختلف کمک می‌کند. ولان شیرهای پروانه‌ای را در دو طرح مختلف ارائه می‌دهد: شیرهای پروانه‌ای با نشیمنگاه فلزی دو محوره و سه محوره. هر دو طرح قابلیت جریان دو طرفه را دارند. با طراحی شکل دیسک و مسیر چرخش، می‌توان به یک آب‌بندی محکم دست یافت. هیچ حفره‌ای در بدنه شیر وجود ندارد که در آن هیچ ماده باقیمانده‌ای وجود نداشته باشد. در مورد شیر پروانه‌ای دو محوره Velan، این شیر از طراحی چرخش خارج از مرکز دیسک، همراه با سیستم آب‌بندی متمایز VELFLEX، برای دستیابی به عملکرد عالی آب‌بندی شیر استفاده می‌کند. این طراحی ثبت اختراع شده می‌تواند حتی در برابر نوسانات دمایی زیاد در شیر نیز مقاومت کند. دیسک سه محوره TORQSEAL همچنین دارای یک مسیر چرخش ویژه طراحی شده است که به اطمینان از این امر کمک می‌کند که سطح آب‌بندی دیسک فقط در لحظه رسیدن به موقعیت بسته شیر با نشیمنگاه تماس پیدا کند و خراشیده نشود. بنابراین، گشتاور بسته شدن شیر می‌تواند دیسک را برای رسیدن به نشیمنگاه سازگار هدایت کند و در موقعیت بسته شیر، اثر گوه‌ای کافی ایجاد کند، در حالی که دیسک را به طور یکنواخت با کل محیط سطح آب‌بندی نشیمنگاه تماس می‌دهد. انطباق نشیمنگاه شیر به بدنه و دیسک اجازه می‌دهد تا عملکرد "خودتنظیم" داشته باشند و از گیر کردن دیسک در هنگام نوسانات دما جلوگیری شود. شفت شیر از جنس فولاد ضد زنگ تقویت شده قادر به چرخه‌های کاری بالا است و در دماهای بسیار پایین به نرمی کار می‌کند. طراحی دو محوره خارج از مرکز VELFLEX امکان سرویس آنلاین و سریع شیر را فراهم می‌کند. به لطف محفظه کناری، می‌توان سیت و دیسک را مستقیماً و بدون نیاز به جداسازی محرک یا ابزار خاص، بازرسی یا سرویس کرد.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdاز شیرهای سیت ارتجاعی با فناوری بسیار پیشرفته، از جمله سیت ارتجاعی، پشتیبانی می‌کنند.شیر پروانه ای ویفری, شیر پروانه ای لاگ, شیر پروانه‌ای متحدالمرکز دو فلنجه، شیر پروانه ای غیر هم مرکز دو فلنجه،صافی Y شکل، شیر متعادل کننده،شیر یکطرفه ویفری دو صفحه‌ایو غیره
زمان ارسال: ۱۱ آگوست ۲۰۲۳
