صمامات الهيدروجين السائل من منظور الصناعة

الهيدروجين السائل لديه بعض المزايا في التخزين والنقل. بالمقارنة مع الهيدروجين ، فإن الهيدروجين السائل (LH2) له كثافة أعلى ويتطلب ضغطًا أقل للتخزين. ومع ذلك ، يجب أن يكون الهيدروجين -253 درجة مئوية ليصبح سائلًا ، مما يعني أنه أمر صعب للغاية. درجات الحرارة المنخفضة الشديدة ومخاطر القابلية للاشتعال تجعل الهيدروجين السائل وسيلة خطرة. لهذا السبب ، فإن تدابير السلامة الصارمة والموثوقية العالية هي متطلبات لا هوادة فيها عند تصميم الصمامات للتطبيقات ذات الصلة.

بقلم فاديلا خلفوي ، فريديريك بلانكيت

Velan Valve (Velan)

تطبيقات الهيدروجين السائل (LH2).

في الوقت الحاضر ، يتم استخدام الهيدروجين السائل ومحاولة استخدامها في مناسبات خاصة مختلفة. في الفضاء الجوي ، يمكن استخدامه كوقود إطلاق الصواريخ ويمكن أيضًا توليد موجات صدمة في أنفاق الرياح عبر الإنترنت. المدعوم من "العلوم الكبيرة" ، أصبح الهيدروجين السائل مادة رئيسية في أنظمة التوصيل الفائق ، ومسرعات الجسيمات ، وأجهزة الانصهار النووي. مع نمو رغبة الناس في التنمية المستدامة ، تم استخدام الهيدروجين السائل كوقود من خلال المزيد والمزيد من الشاحنات والسفن في السنوات الأخيرة. في سيناريوهات التطبيق أعلاه ، تكون أهمية الصمامات واضحة للغاية. يعد التشغيل الآمن والموثوق للصمامات جزءًا لا يتجزأ من النظام الإيكولوجي لسلسلة توريد الهيدروجين السائل (الإنتاج والنقل والتخزين والتوزيع). العمليات المتعلقة بالهيدروجين السائل صعبة. مع أكثر من 30 عامًا من الخبرة والخبرة العملية في مجال الصمامات عالية الأداء وصولاً إلى -272 درجة مئوية ، شاركت Velan في العديد من المشاريع المبتكرة لفترة طويلة ، ومن الواضح أنها فازت بالتحديات الفنية لخدمة الهيدروجين السائلة مع قوتها.

التحديات في مرحلة التصميم

تعد الضغط ودرجة الحرارة وتركيز الهيدروجين جميع العوامل الرئيسية التي تم فحصها في تقييم مخاطر تصميم الصمام. من أجل تحسين أداء الصمام ، يلعب التصميم واختيار المواد دورًا حاسمًا. تواجه الصمامات المستخدمة في تطبيقات الهيدروجين السائل تحديات إضافية ، بما في ذلك الآثار الضارة للهيدروجين على المعادن. في درجات حرارة منخفضة للغاية ، لا يجب أن تصمد مواد الصمامات فقط إلى صمود هجوم جزيئات الهيدروجين (لا تزال بعض آليات التدهور المرتبطة بها مناقشة في الأوساط الأكاديمية) ، ولكن يجب أن تحافظ أيضًا على التشغيل الطبيعي لفترة طويلة خلال دورة حياتها. فيما يتعلق بالمستوى الحالي للتطور التكنولوجي ، فإن الصناعة لديها معرفة محدودة بتطبيق المواد غير المعدنية في تطبيقات الهيدروجين. عند اختيار مادة ختم ، من الضروري أخذ هذا العامل في الاعتبار. الختم الفعال هو أيضا معيار أداء التصميم الرئيسي. هناك اختلاف في درجة الحرارة حوالي 300 درجة مئوية بين الهيدروجين السائل ودرجة الحرارة المحيطة (درجة حرارة الغرفة) ، مما يؤدي إلى درجة حرارة التدرج. سيخضع كل عنصر من مكونات الصمام درجات مختلفة من التمدد الحراري والانكماش. يمكن أن يؤدي هذا التناقض إلى تسرب خطير من أسطح الختم الحرجة. ضيق الختم لجذع الصمام هو أيضا محور التصميم. الانتقال من البرد إلى الساخن يخلق تدفق الحرارة. قد تتجمد الأجزاء الساخنة من منطقة تجويف بونيت ، مما قد يعطل أداء ختم الجذعية ويؤثر على قابلية تشغيل الصمام. بالإضافة إلى ذلك ، فإن درجة الحرارة المنخفضة للغاية التي تبلغ -253 درجة مئوية تعني أن أفضل تقنية عزل مطلوبة للتأكد من أن الصمام يمكنه الحفاظ على الهيدروجين السائل في درجة الحرارة هذه مع تقليل الخسائر الناتجة عن الغليان. طالما أن هناك حرارة نقل إلى الهيدروجين السائل ، فإنها ستتبخر وتسرب. ليس ذلك فحسب ، يحدث تكثيف الأكسجين عند نقطة الانهيار للعزل. بمجرد أن يتلامس الأكسجين مع الهيدروجين أو غيرها من الاحتراق ، يزداد خطر الحريق. لذلك ، بالنظر إلى مخاطر الحريق التي قد تواجهها الصمامات ، يجب تصميم الصمامات مع وضع مواد مقاومة للانفجار في الاعتبار ، وكذلك المشغلات المقاومة للحرائق والأجهزة والكابلات ، وكلها مع شهادات صارمة. هذا يضمن أن الصمام يعمل بشكل صحيح في حالة حريق. زيادة الضغط هو أيضا خطر محتمل يمكن أن يجعل الصمامات غير صالحة للعمل. إذا كان الهيدروجين السائل محاصرًا في تجويف جسم الصمام وينقل الحرارة وتبخر الهيدروجين السائل في نفس الوقت ، فإنه سيؤدي إلى زيادة في الضغط. إذا كان هناك اختلاف كبير في الضغط ، يحدث التجويف (التجويف)/الضوضاء. يمكن أن تؤدي هذه الظواهر إلى النهاية المبكرة لحياة خدمة الصمام ، وحتى تعاني من خسائر كبيرة بسبب عيوب العملية. بغض النظر عن ظروف التشغيل المحددة ، إذا كان يمكن النظر في العوامل المذكورة أعلاه بالكامل ويمكن أن تؤخذ التدابير المضادة المقابلة في عملية التصميم ، فيمكنها ضمان التشغيل الآمن والموثوق للصمام. بالإضافة إلى ذلك ، هناك تحديات تصميم تتعلق بالقضايا البيئية ، مثل التسرب الهارب. الهيدروجين فريد من نوعه: جزيئات صغيرة ، عديمة اللون ، عديمة الرائحة ، والمتفجرة. تحدد هذه الخصائص الضرورة المطلقة للتسرب الصفري.

في شمال لاس فيغاس محطة تسييل هيدروجين الساحل الغربي ،

يقدم مهندسو Wieland Valve الخدمات الفنية

حلول الصمام

بغض النظر عن الوظيفة والنوع المحدد ، يجب أن تلبي الصمامات لجميع تطبيقات الهيدروجين السائل بعض المتطلبات الشائعة. وتشمل هذه المتطلبات: يجب أن تضمن مادة الجزء الهيكلي الحفاظ على السلامة الهيكلية في درجات حرارة منخفضة للغاية ؛ يجب أن تحتوي جميع المواد على خصائص السلامة الطبيعية للسلامة. للسبب نفسه ، يجب أن تلبي عناصر الختم وتعبئة صمامات الهيدروجين السائل المتطلبات الأساسية المذكورة أعلاه. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي هو مادة مثالية لصمامات الهيدروجين السائل. لها قوة تأثير ممتازة ، الحد الأدنى من فقدان الحرارة ، ويمكن أن تحمل تدرجات درجات الحرارة الكبيرة. هناك مواد أخرى مناسبة أيضًا لظروف الهيدروجين السائل ، ولكنها تقتصر على ظروف عملية محددة. بالإضافة إلى اختيار المواد ، لا ينبغي التغاضي عن بعض تفاصيل التصميم ، مثل تمديد جذع الصمام واستخدام عمود هواء لحماية تعبئة الختم من درجات الحرارة المنخفضة الشديدة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تجهيز امتداد ساق الصمام بحلقة عزل لتجنب التكثيف. يساعد تصميم الصمامات وفقًا لظروف التطبيق المحددة على إعطاء حلول أكثر معقولة للتحديات التقنية المختلفة. يوفر Vellan صمامات فراشة في تصميمتين مختلفتين: صمامات فراشة مقعد معدنية غريب الأطوار ومزدوجة ثلاثية. كلا التصميمات لها قدرة تدفق ثنائية الاتجاه. من خلال تصميم شكل القرص ومسار الدوران ، يمكن تحقيق ختم ضيق. لا يوجد تجويف في جسم الصمام حيث لا يوجد وسيلة متبقية. في حالة صمام الفراشة المزدوج غريب الأطوار فيلان ، يتبنى تصميم الدوران غريب الأطوار ، إلى جانب نظام الختم المميز Velflex ، لتحقيق أداء ختم صمام ممتاز. يمكن لهذا التصميم الحاصل على براءة اختراع الصمود حتى تقلبات درجة الحرارة الكبيرة في الصمام. يحتوي القرص غريب الأطوار الثلاثي TorqSeal أيضًا على مسار دوران مصمم خصيصًا يساعد على ضمان أن سطح ختم القرص يمس المقعد فقط في لحظة الوصول إلى موضع الصمام المغلق ولا يخدش. لذلك ، يمكن أن يؤدي عزم الدوران الختامي للصمام إلى قيادة القرص لتحقيق مقاعد متوافقة ، وينتج تأثيرًا كافياً في وضع الإسفين في موضع الصمام المغلق ، مع جعل القرص ملامسًا بالتساوي مع محيط سطح ختم المقعد بالكامل. يسمح الامتثال لمقعد الصمام لجسم الصمام والقرص أن يكون له وظيفة "تعديل ذاتيًا" ، وبالتالي تجنب الاستيلاء على القرص أثناء تقلبات درجة الحرارة. عمود صمام الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى قادر على دورات التشغيل العالية ويعمل بسلاسة في درجات حرارة منخفضة للغاية. يسمح تصميم Velflex Double غريب الأطوار للخدمة على الإنترنت بسرعة وسهولة. بفضل السكن الجانبي ، يمكن فحص المقعد والقرص أو خدمته مباشرة ، دون الحاجة إلى تفكيك المشغل أو الأدوات الخاصة.

Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co. ، Ltdيدعمون صمامات جالسة مرنة للغاية في التكنولوجيا ، بما في ذلك الجلوس المرنرقاقة الفراشة صمام, Lug Butterfly Valve, شفة مزدوجة صمام فراشة متحدة المركز، صمام فراشة غريب الأطوار مزدوج ،y-trainer، موازنة الصمام ،رقاقة صمام فحص لوحة مزدوجة، إلخ.