شیرهای هیدروژن مایع از دیدگاه صنعت

هیدروژن مایع مزایای خاصی در ذخیره سازی و حمل و نقل دارد. در مقایسه با هیدروژن، هیدروژن مایع (LH2) چگالی بالاتری دارد و برای ذخیره سازی به فشار کمتری نیاز دارد. با این حال، هیدروژن باید 253- درجه سانتیگراد باشد تا مایع شود، به این معنی که کار بسیار دشواری است. دمای بسیار پایین و خطرات اشتعال، هیدروژن مایع را به یک محیط خطرناک تبدیل می کند. به همین دلیل، اقدامات ایمنی سختگیرانه و قابلیت اطمینان بالا الزامات سازش ناپذیر در هنگام طراحی شیرها برای کاربردهای مربوطه است.

نویسنده: فادیلا خلفاوی، فردریک بلانکه

شیر Velan (Velan)

کاربردهای هیدروژن مایع (LH2).

در حال حاضر از هیدروژن مایع استفاده می شود و سعی می شود در مناسبت های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. در هوافضا، می توان از آن به عنوان سوخت پرتاب موشک استفاده کرد و همچنین می تواند امواج ضربه ای را در تونل های باد فراصوتی ایجاد کند. با حمایت «علم بزرگ»، هیدروژن مایع به یک ماده کلیدی در سیستم‌های ابررسانا، شتاب‌دهنده‌های ذرات و دستگاه‌های همجوشی هسته‌ای تبدیل شده است. با افزایش تمایل مردم برای توسعه پایدار، هیدروژن مایع به عنوان سوخت توسط کامیون‌ها و کشتی‌ها در سال‌های اخیر بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. در سناریوهای کاربردی فوق، اهمیت شیرها بسیار مشهود است. عملکرد ایمن و قابل اعتماد شیرها بخشی جدایی ناپذیر از اکوسیستم زنجیره تامین هیدروژن مایع (تولید، حمل و نقل، ذخیره سازی و توزیع) است. عملیات مربوط به هیدروژن مایع چالش برانگیز است. ولان با بیش از 30 سال تجربه عملی و تخصص در زمینه شیرآلات با کارایی بالا تا 272- درجه سانتیگراد، مدت زیادی است که در پروژه های نوآورانه مختلف شرکت داشته و مشخص است که در چالش های فنی پیروز شده است. سرویس هیدروژن مایع با قدرت آن.

چالش ها در مرحله طراحی

فشار، دما و غلظت هیدروژن همه عوامل اصلی هستند که در ارزیابی ریسک طراحی شیر مورد بررسی قرار می گیرند. به منظور بهینه سازی عملکرد شیر، طراحی و انتخاب مواد نقش تعیین کننده ای دارد. سوپاپ های مورد استفاده در کاربردهای هیدروژن مایع با چالش های دیگری از جمله اثرات نامطلوب هیدروژن بر فلزات روبرو هستند. در دماهای بسیار پایین، مواد دریچه نه تنها باید در برابر حمله مولکول‌های هیدروژن مقاومت کنند (برخی از مکانیسم‌های زوال مرتبط هنوز در دانشگاه مورد بحث است)، بلکه باید برای مدت طولانی در طول چرخه زندگی خود عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند. از نظر سطح فعلی توسعه فناوری، صنعت دانش محدودی در مورد کاربرد مواد غیرفلزی در کاربردهای هیدروژن دارد. هنگام انتخاب مواد آب بندی، لازم است این عامل را در نظر بگیرید. آب بندی موثر 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 یک گرادیان دما می شود. هر یک از اجزای شیر درجات مختلفی از انبساط و انقباض حرارتی را تحمل می کند. این اختلاف می تواند منجر به نشت خطرناک سطوح آب بندی بحرانی شود. سفتی آب بندی میل سوپاپ نیز تمرکز طراحی است. انتقال از سرد به گرم باعث ایجاد جریان گرما می شود. ممکن است قسمت های داغ ناحیه حفره کاپوت یخ بزند که می تواند عملکرد آب بندی ساقه را مختل کند و بر عملکرد سوپاپ تأثیر بگذارد. علاوه بر این، دمای بسیار پایین 253- درجه سانتیگراد به این معنی است که بهترین فناوری عایق برای اطمینان از اینکه شیر می تواند هیدروژن مایع را در این دما حفظ کند در حالی که تلفات ناشی از جوش را به حداقل می رساند، مورد نیاز است. تا زمانی که گرما به هیدروژن مایع منتقل شود، تبخیر و نشت می کند. نه تنها این، تراکم اکسیژن در نقطه شکست عایق نیز رخ می دهد. هنگامی که اکسیژن با هیدروژن یا سایر مواد قابل احتراق تماس پیدا می کند، خطر آتش سوزی افزایش می یابد. بنابراین، با توجه به خطر آتش سوزی که شیرها ممکن است با آن مواجه شوند، شیرها باید با در نظر گرفتن مواد ضد انفجار و همچنین محرک ها، ابزار دقیق و کابل های مقاوم در برابر آتش طراحی شوند که همگی دارای سخت ترین گواهینامه ها هستند. این امر تضمین می کند که دریچه در صورت آتش سوزی به درستی کار می کند. افزایش فشار نیز یک خطر بالقوه است که می تواند شیرها را از کار بیاندازد. اگر هیدروژن مایع در حفره بدنه شیر محبوس شود و همزمان انتقال حرارت و تبخیر هیدروژن مایع رخ دهد باعث افزایش فشار می شود. اگر اختلاف فشار زیادی وجود داشته باشد، کاویتاسیون (کاویتاسیون) / نویز رخ می دهد. این پدیده ها می تواند منجر به پایان زودرس عمر شیر و حتی ضررهای هنگفت به دلیل نقص فرآیند شود. صرف نظر از شرایط کاری خاص، در صورتی که بتوان عوامل فوق را به طور کامل در نظر گرفت و اقدامات متقابل مربوطه را در فرآیند طراحی انجام داد، می توان عملکرد ایمن و قابل اعتماد شیر را تضمین کرد. علاوه بر این، چالش های طراحی مربوط به مسائل زیست محیطی مانند نشت فراری وجود دارد. هیدروژن منحصر به فرد است: مولکول های کوچک، بی رنگ، بی بو و مواد منفجره. این ویژگی ها لزوم مطلق نشت صفر را تعیین می کند.

در ایستگاه مایع سازی هیدروژن ساحل غربی شمال لاس وگاس،

مهندسان Wieland Valve در حال ارائه خدمات فنی هستند

راه حل های شیر

صرف نظر از عملکرد و نوع خاص، شیرها برای تمام کاربردهای هیدروژن مایع باید برخی از الزامات رایج را برآورده کنند. این الزامات عبارتند از: مواد بخش ساختاری باید اطمینان حاصل کند که یکپارچگی سازه در دماهای بسیار پایین حفظ می شود. همه مواد باید دارای خواص ایمنی طبیعی در برابر آتش باشند. به همین دلیل، عناصر آب بندی و بسته بندی دریچه های هیدروژن مایع نیز باید الزامات اساسی ذکر شده در بالا را برآورده کنند. فولاد ضد زنگ آستنیتی یک ماده ایده آل برای شیرهای هیدروژن مایع است. این دارای مقاومت ضربه ای عالی، حداقل اتلاف گرما است و می تواند شیب دمایی زیاد را تحمل کند. مواد دیگری نیز وجود دارند که برای شرایط هیدروژن مایع مناسب هستند، اما محدود به شرایط فرآیندی خاص هستند. علاوه بر انتخاب مواد، برخی از جزئیات طراحی مانند گسترش ساقه سوپاپ و استفاده از ستون هوا برای محافظت از بسته بندی آب بندی در برابر دماهای بسیار پایین را نباید نادیده گرفت. علاوه بر این، گسترش ساقه سوپاپ را می توان به یک حلقه عایق مجهز کرد تا از تراکم جلوگیری شود. طراحی شیرها با توجه به شرایط کاربردی خاص به ارائه راه حل های معقول تر برای چالش های فنی مختلف کمک می کند. ولان شیرهای پروانه ای را در دو طرح مختلف ارائه می دهد: شیرهای پروانه ای صندلی فلزی دوگانه و غیرعادی سه گانه. هر دو طرح دارای قابلیت جریان دو طرفه هستند. با طراحی شکل دیسک و مسیر چرخش، می توان به یک مهر و موم محکم دست یافت. هیچ حفره ای در بدنه دریچه وجود ندارد که در آن محیط باقیمانده وجود نداشته باشد. در مورد شیر پروانه ای دوگانه غیرعادی Velan، از طراحی چرخش خارج از مرکز دیسک، همراه با سیستم آب بندی متمایز VELFLEX، برای دستیابی به عملکرد عالی آب بندی دریچه استفاده می کند. این طرح ثبت اختراع می تواند حتی نوسانات دمای زیاد در شیر را تحمل کند. دیسک غیرعادی سه گانه TORQSEAL همچنین دارای یک مسیر چرخش طراحی شده ویژه است که به اطمینان حاصل می شود که سطح آب بندی دیسک فقط در لحظه رسیدن به موقعیت سوپاپ بسته با صندلی تماس می گیرد و خراش ایجاد نمی کند. بنابراین، گشتاور بسته شدن سوپاپ می تواند دیسک را برای رسیدن به نشیمنگاه سازگار به حرکت درآورد و اثر گوه کافی در موقعیت سوپاپ بسته ایجاد کند، در حالی که دیسک را به طور یکنواخت با کل محیط سطح آب بندی صندلی تماس می دهد. انطباق نشیمنگاه سوپاپ به بدنه و دیسک سوپاپ اجازه می دهد تا عملکرد "خودتنظیمی" داشته باشند، بنابراین از گیرکردن دیسک در طول نوسانات دما جلوگیری می کند. شفت دریچه فولاد ضد زنگ تقویت شده قادر به چرخه های عملیاتی بالا است و در دماهای بسیار پایین به نرمی کار می کند. طراحی غیرعادی دوگانه VELFLEX به شیر اجازه می دهد تا به سرعت و به راحتی به صورت آنلاین سرویس شود. به لطف محفظه جانبی، صندلی و دیسک را می توان مستقیماً بررسی یا سرویس کرد، بدون نیاز به جدا کردن محرک یا ابزارهای خاص.

Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co., Ltdدریچه‌های نشسته ارتجاعی با فناوری بسیار پیشرفته، از جمله صندلی‌های ارتجاعی را پشتیبانی می‌کنندشیر پروانه ای ویفری, شیر پروانه ای لوگ, شیر پروانه ای متحدالمرکز دو فلنج, شیر پروانه ای خارج از مرکز فلنج دوبل،صافی Y، شیر متعادل کنندهشیر چک دو صفحه ای ویفریو غیره