Hydro lỏng có một số ưu điểm nhất định trong lưu trữ và vận chuyển. So với hydro, hydro lỏng (LH2) có mật độ cao hơn và yêu cầu áp suất lưu trữ thấp hơn. Tuy nhiên, hydro phải đạt -253°C mới có thể trở thành chất lỏng, điều này có nghĩa là việc lưu trữ hydro lỏng khá khó khăn. Nhiệt độ cực thấp và nguy cơ cháy nổ khiến hydro lỏng trở thành một môi trường nguy hiểm. Vì lý do này, các biện pháp an toàn nghiêm ngặt và độ tin cậy cao là những yêu cầu không thể thỏa hiệp 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 đang được sử dụng và thử nghiệm trong nhiều dịp đặc biệt. Trong 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 thanh. Được hỗ trợ bởi "khoa học lớn", hydro lỏng đã trở thành vật liệu chủ chốt 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 đã được sử dụng làm nhiên liệu cho ngày càng nhiều 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. Vận hành van an toàn và đáng tin cậy là một phần không thể thiếu của hệ sinh thái chuỗi cung ứng hydro lỏng (sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và phân phối). Các hoạt động liên quan đến hydro lỏng rất đầy thách thức. Với hơn 30 năm kinh nghiệm thực tế và chuyên môn trong lĩnh vực van hiệu suất cao xuống đến -272°C, Velan đã tham gia vào nhiều dự án đổi mới trong một thời gian dài và rõ ràng là công ty đã vượt qua những thách thức kỹ thuật của dịch vụ hydro lỏng bằng thế mạnh của mình.
Những thách thức trong giai đoạn thiết kế
Áp suất, nhiệt độ và nồng độ hydro đều là những yếu tố chính được xem xét trong quá trình đánh giá rủi ro thiết kế van. Để tối ưu hóa hiệu suất van, 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 bổ sung, bao gồm tác động tiêu cực của hydro lên 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 đang 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 tại, ngành công nghiệp còn hạn chế về khả năng ứng dụng của vật liệu phi kim loại trong các ứng dụng hydro. Khi lựa chọn vật liệu làm kín, cần phải tính đến yếu tố này. Độ kín hiệu quả cũng là một tiêu chí thiết kế quan trọng. Có sự chênh lệch nhiệt độ gần 300°C giữa hydro lỏng và nhiệt độ môi trường (nhiệt độ phòng), dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ. Mỗi bộ phận của van sẽ trải qua các mức độ giãn nở và co lại do nhiệt khác nhau. Sự khác biệt này có thể dẫn đến rò rỉ nguy hiểm trên các bề mặt làm kín quan trọng. Độ kín khít của thân van cũng là trọng tâm của thiết kế. Sự chuyển đổi từ lạnh sang nóng tạo ra dòng nhiệt. Các bộ phận nóng của khoang nắp ca-pô có thể bị đóng băng, làm gián đoạn hiệu suất làm kín của thân van và ảnh hưởng đến khả năng vận hành 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 nhiệt được truyền sang hydro lỏng, hydro lỏng sẽ bốc hơi và rò rỉ. Không chỉ vậy, sự ngưng tụ oxy xảy ra tại điểm đứt của lớp cách nhiệt. Khi oxy tiếp xúc với hydro hoặc các chất dễ cháy khác, nguy cơ hỏa hoạn sẽ tăng lên. Do đó, xét đến nguy cơ hỏa hoạn mà van có thể gặp phải, van phải được thiết kế với vật liệu chống cháy nổ, cũng như bộ truyền động, thiết bị đo lường và cáp chống cháy, tất cả đều được chứng nhận nghiêm ngặt nhất. Điều này đảm bảo van hoạt động bình thường trong trường hợp hỏa hoạn. Áp suất tăng cũng là một nguy cơ tiềm ẩn có thể khiến van không hoạt động. Nếu hydro lỏng bị kẹt trong khoang thân van, đồng thời xảy ra quá trình truyền nhiệt và bay hơi hydro lỏng, điều này sẽ làm tăng áp suất. Nếu chênh lệch áp suất lớn, hiện tượng xâm thực (sâu đục)/tiếng ồn sẽ xảy ra. Những hiện tượng này có thể dẫn đến việc van hết tuổi thọ sớm, thậm chí gây ra tổn thất lớn do lỗi quy trình. Bất kể điều kiện vận hành cụ thể, nếu các yếu tố trên được xem xét đầy đủ và các biện pháp đối phó tương ứng được áp dụng trong quá trình thiết kế, van có thể hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Ngoài ra, còn có những thách thức thiết kế liên quan đến các vấn đề môi trường, chẳng hạn như rò rỉ thoáng qua. Hydro có đặc điểm độc đáo: phân tử nhỏ, không màu, không mùi và dễ nổ. Những đặc điểm này quyết định sự cần thiết tuyệt đối của việc không rò rỉ.
Tại trạm hóa lỏng hydro 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 van cụ thể nào, van cho tất cả các ứng dụng hydro lỏng đều phải đáp ứng một số yêu cầu chung. Các yêu cầu này bao gồm: vật liệu của bộ phận kết cấu phải đảm bảo duy trì tính toàn vẹn của kết cấu ở nhiệt độ cực thấp; Tất cả vật liệu phải có đặc tính an toàn cháy nổ tự nhiên. Vì lý do tương tự, các bộ phận làm kín và đệm kín của van hydro lỏng cũng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản đã đề cập ở trên. Thép không gỉ austenit là vật liệu lý tưởng cho van hydro lỏng. Nó có độ bền va đập tuyệt vời, thất thoát nhiệt tối thiểu và có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ lớn. Có những vật liệu khác cũng phù hợp với điều kiện hydro lỏng, nhưng bị giới hạn trong các điều kiện quy trình cụ thể. Ngoài việc lựa chọn vật liệu, một số chi tiết thiết kế không nên bỏ qua, chẳng hạn như việc kéo dài thân van và sử dụng cột khí để bảo vệ đệm kín khỏi nhiệt độ cực thấp. Ngoài ra, phần kéo dài của thân van có thể được trang bị vòng cách nhiệt để tránh ngưng tụ. Việc thiết kế van theo các điều kiện ứng dụng cụ thể giúp đưa ra các 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 đế kim loại lệch tâm ba. Cả hai thiết kế đều có khả năng lưu thông hai chiều. Bằng cách thiết kế hình dạng đĩa và quỹ đạo quay, có thể đạt được độ kín khít. Thân van không có khoang rỗng nào, nơi không có môi chất dư thừa. Đối với van bướm lệch tâm kép Velan, thiết kế đĩa lệch tâm quay kết hợp với hệ thống làm kín VELFLEX đặc trưng của nó mang lại hiệu suất làm kín van tuyệt vời. Thiết kế được cấp bằng sáng chế này có thể chịu được ngay cả những biến động nhiệt độ lớn trong van. Đĩa lệch tâm ba TORQSEAL cũng có quỹ đạo quay được thiết kế đặc biệt, giúp đảm bảo bề mặt làm kín đĩa chỉ chạm vào đế van khi đạt đến vị trí đóng van và không gây trầy xước. Do đó, mô-men xoắn đóng van có thể dẫn động đĩa đạt được độ kín khít, tạo ra hiệu ứng nêm vừa đủ ở vị trí đóng van, đồng thời giúp đĩa tiếp xúc đều với toàn bộ chu vi của bề mặt làm kín đế van. Độ kín khít của đế van cho phép thân van và đĩa có chức năng "tự điều chỉnh", do đó tránh được hiện tượng kẹt đĩa trong quá trình biến động nhiệt độ. Trục van bằng thép không gỉ được gia cố có khả năng chịu được chu kỳ hoạt động cao và vận hành trơn tru 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 hông, có thể kiểm tra hoặc bảo dưỡng trực tiếp ghế ngồi và đĩa mà không cần phải tháo rời bộ truyền động hoặc dụng cụ đặc biệt.
Công ty TNHH Van bịt nước Thiên Tân Tangguđang hỗ trợ công nghệ tiên tiến cao van ngồi đàn hồi, bao gồm van ngồi 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 kiểm tra tấm kép wafer, vân vân.
Thời gian đăng: 11-08-2023
