Hydro lỏng có những ưu điểm nhất định trong việc lưu trữ và vận chuyển. So với hydro, hydro lỏng (LH2) có mật độ cao hơn và cần áp suất lưu trữ thấp hơn. Tuy nhiên, hydro phải ở nhiệt độ -253°C mới trở thành chất lỏng, điều đó có nghĩa là khá khó khăn. Nhiệt độ cực thấp và rủi ro dễ cháy khiến hydro lỏng trở thành môi trường nguy hiểm. Vì lý do này, các biện pháp an toàn nghiêm ngặt và độ tin cậy cao là những yêu cầu khắt khe khi thiết kế van cho các ứng dụng liên quan.
Bởi Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Van Velan (Velan)
Ứng dụng của hydro lỏng (LH2).
Hiện nay, hydro lỏng được sử dụng và cố gắng sử dụng trong nhiều dịp đặc biệt. Trong ngành hàng không vũ trụ, nó có thể được sử dụng làm nhiên liệu phóng tên lửa và cũng có thể tạo ra sóng xung kích trong các đường hầm gió siêu âm. Được hỗ trợ bởi “khoa học lớn”, hydro lỏng đã trở thành vật liệu chính trong các hệ thống siêu dẫn, máy gia tốc hạt và thiết bị tổng hợp hạt nhân. Khi mong muốn phát triển bền vững của con người ngày càng tăng, hydro lỏng ngày càng được sử dụng làm nhiên liệu cho xe tải và tàu thủy trong những năm gần đây. Trong các tình huống ứng dụng trên, tầm quan trọng của van là rất rõ ràng. Hoạt động an toàn và đáng tin cậy của van là một phần không thể thiếu trong hệ sinh thái chuỗi cung ứng hydro lỏng (sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và phân phối). Hoạt động liên quan đến hydro lỏng là một thách thức. Với hơn 30 năm kinh nghiệm thực tế và kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực van hiệu suất cao xuống tới -272°C, Velan đã tham gia vào nhiều dự án đổi mới khác nhau trong một thời gian dài và rõ ràng là họ đã chiến thắng những thách thức kỹ thuật của dịch vụ hydro lỏng với sức mạnh của nó.
Những thách thức trong giai đoạn thiết kế
Áp suất, nhiệt độ và nồng độ hydro đều là những yếu tố chính được kiểm tra trong đánh giá rủi ro thiết kế van. Để tối ưu hóa hiệu suất của van, việc thiết kế và lựa chọn vật liệu đóng vai trò quyết định. Van được sử dụng trong các ứng dụng hydro lỏng phải đối mặt với những thách thức khác, bao gồm cả những tác động bất lợi của hydro đối với kim loại. Ở nhiệt độ rất thấp, vật liệu van không chỉ phải chịu được sự tấn công của các phân tử hydro (một số cơ chế hư hỏng liên quan vẫn còn được tranh luận trong giới học thuật) mà còn phải duy trì hoạt động bình thường trong thời gian dài trong suốt vòng đời của chúng. Xét về trình độ phát triển công nghệ hiện nay, ngành này còn hạn chế về kiến thức về khả năng ứng dụng của vật liệu phi kim loại trong các ứng dụng hydro. Khi chọn vật liệu bịt kín, cần phải tính đến yếu tố này. Niêm phong hiệu quả cũng là một tiêu chí hiệu suất thiết kế quan trọng. Có sự chênh lệch nhiệt độ gần 300°C giữa hydro lỏng và nhiệt độ môi trường xung quanh (nhiệt độ phòng), dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ. Mỗi bộ phận của van sẽ trải qua sự giãn nở và co lại nhiệt khác nhau. Sự khác biệt này có thể dẫn đến sự rò rỉ nguy hiểm của các bề mặt bịt kín quan trọng. Độ kín của thân van cũng là trọng tâm của thiết kế. Sự chuyển từ lạnh sang nóng tạo ra dòng nhiệt. Các bộ phận nóng của khu vực khoang nắp ca-pô có thể bị đóng băng, điều này có thể làm gián đoạn hiệu suất bịt kín thân van và ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của van. Ngoài ra, nhiệt độ cực thấp -253°C đồng nghĩa với việc cần có công nghệ cách nhiệt tốt nhất để đảm bảo van có thể duy trì hydro lỏng ở nhiệt độ này đồng thời giảm thiểu tổn thất do sôi. Chỉ cần có nhiệt truyền sang hydro lỏng, nó sẽ bay hơi và rò rỉ. Không chỉ vậy, hiện tượng ngưng tụ oxy còn xảy ra ở điểm đứt của lớp cách nhiệt. Khi oxy tiếp xúc với hydro hoặc các chất dễ cháy khác, nguy cơ cháy sẽ tăng lên. Do đó, xem xét nguy cơ hỏa hoạn mà van có thể gặp phải, van phải được thiết kế bằng vật liệu chống cháy nổ, cũng như bộ truyền động, thiết bị đo và cáp chống cháy, tất cả đều có chứng nhận nghiêm ngặt nhất. Điều này đảm bảo rằng van hoạt động bình thường trong trường hợp có hỏa hoạn. Áp suất tăng cũng là một nguy cơ tiềm ẩn có thể khiến van không hoạt động được. Nếu hydro lỏng bị mắc kẹt trong khoang thân van, đồng thời xảy ra quá trình truyền nhiệt và bay hơi hydro lỏng sẽ gây ra sự gia tăng áp suất. Nếu có sự chênh lệch áp suất lớn sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực (cavitation)/tiếng ồn. Những hiện tượng này có thể dẫn đến việc kết thúc sớm tuổi thọ của van và thậm chí chịu tổn thất lớn do lỗi quy trình. Bất kể các điều kiện vận hành cụ thể, nếu các yếu tố trên có thể được xem xét đầy đủ và có thể thực hiện các biện pháp đối phó tương ứng trong quá trình thiết kế thì có thể đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của van. Ngoài ra, còn có những thách thức về thiết kế liên quan đến các vấn đề môi trường, chẳng hạn như rò rỉ tức thời. Hydro là duy nhất: các phân tử nhỏ, không màu, không mùi và dễ nổ. Những đặc điểm này xác định sự cần thiết tuyệt đối của rò rỉ bằng không.
Tại trạm hóa lỏng hydro ở bờ biển phía Tây Bắc Las Vegas,
Các kỹ sư của Wieland Valve đang cung cấp dịch vụ kỹ thuật
Giải pháp van
Bất kể chức năng và loại cụ thể, van dành cho tất cả các ứng dụng hydro lỏng đều phải đáp ứng một số yêu cầu chung. Những yêu cầu này bao gồm: vật liệu của bộ phận kết cấu phải đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu được duy trì ở nhiệt độ cực thấp; Tất cả các vật liệu phải có đặc tính an toàn cháy nổ tự nhiên. Vì lý do tương tự, các bộ phận bịt kín và đóng gói của van hydro lỏng cũng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản nêu trên. Thép không gỉ Austenitic là vật liệu lý tưởng cho van hydro lỏng. Nó có độ bền va đập tuyệt vời, mất nhiệt tối thiểu và có thể chịu được độ dốc nhiệt độ lớn. Có những vật liệu khác cũng phù hợp với điều kiện hydro lỏng, nhưng bị giới hạn ở các điều kiện quy trình cụ thể. Ngoài việc lựa chọn vật liệu, không nên bỏ qua một số chi tiết thiết kế, chẳng hạn như kéo dài thân van và sử dụng cột khí để bảo vệ lớp đệm kín khỏi nhiệt độ cực thấp. Ngoài ra, phần mở rộng của thân van có thể được trang bị vòng cách nhiệt để tránh ngưng tụ. Thiết kế van theo điều kiện ứng dụng cụ thể giúp đưa ra giải pháp hợp lý hơn cho các thách thức kỹ thuật khác nhau. Vellan cung cấp van bướm với hai thiết kế khác nhau: van bướm đế kim loại lệch tâm kép và van bướm lệch tâm ba. Cả hai thiết kế đều có khả năng dòng chảy hai chiều. Bằng cách thiết kế hình dạng đĩa và quỹ đạo quay, có thể đạt được độ kín chặt. Không có khoang trong thân van nơi không có môi trường dư. Trong trường hợp van bướm lệch tâm kép Velan, nó áp dụng thiết kế xoay lệch tâm dạng đĩa, kết hợp với hệ thống bịt kín VELFLEX đặc biệt, để đạt được hiệu suất bịt kín van tuyệt vời. Thiết kế được cấp bằng sáng chế này có thể chịu được những biến động nhiệt độ lớn trong van. Đĩa ba lệch tâm TORQSEAL còn có quỹ đạo quay được thiết kế đặc biệt giúp đảm bảo bề mặt đệm kín của đĩa chỉ chạm vào yên xe khi đạt đến vị trí van đóng và không bị trầy xước. Do đó, mô-men xoắn đóng của van có thể điều khiển đĩa đạt được chỗ ngồi phù hợp và tạo ra hiệu ứng nêm vừa đủ ở vị trí van đóng, đồng thời làm cho đĩa tiếp xúc đều với toàn bộ chu vi của bề mặt bịt kín chỗ ngồi. Sự tuân thủ của đế van cho phép thân van và đĩa van có chức năng “tự điều chỉnh”, do đó tránh bị kẹt đĩa khi dao động nhiệt độ. Trục van bằng thép không gỉ được gia cố có khả năng chu kỳ hoạt động cao và vận hành êm ái ở nhiệt độ rất thấp. Thiết kế lệch tâm kép VELFLEX cho phép van được bảo dưỡng trực tuyến nhanh chóng và dễ dàng. Nhờ có vỏ bên, ghế và đĩa có thể được kiểm tra hoặc bảo dưỡng trực tiếp mà không cần phải tháo rời bộ truyền động hoặc các dụng cụ đặc biệt.
Công ty TNHH Van bịt nước Thiên Tân Tangguđang hỗ trợ các loại van ngồi có khả năng phục hồi công nghệ tiên tiến, bao gồm cả các loại van ngồi có khả năng đàn hồivan bướm wafer, Van bướm Lug, Van bướm đồng tâm mặt bích đôi, Van bướm lệch tâm mặt bích đôi,Bộ lọc chữ Y, van cân bằng,Van một chiều tấm kép wafer, vân vân.
Thời gian đăng: 11-08-2023
