Hydro lỏng có một số 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 thấp hơn để lưu trữ. Tuy nhiên, hydro phải đạt -253°C mới trở thành chất lỏng, điều này có nghĩa là khá khó khăn. Nhiệt độ cực thấp và nguy cơ 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 không thể thỏa hiệp khi thiết kế van cho các ứng dụng có liên quan.
Bởi Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Van Velan (Velan)
Ứng dụng của hydro lỏng (LH2).
Hiện nay, hydro lỏng 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 đường hầm gió siêu thanh. 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 đã được ngày càng nhiều xe tải và tàu sử dụng làm nhiên liệu 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 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 sáng tạo trong một thời gian dài và rõ ràng là công ty đã chiến thắng 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 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. Các 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 suy giảm liên quan vẫn đang được tranh luận trong học viện) 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 có kiến thức hạn chế về khả năng ứng dụng của vật liệu phi kim loại trong các ứng dụng hydro. Khi lựa chọn vật liệu bịt kín, cần phải tính đến yếu tố này. Bịt kín 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 thành phần 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 ở các bề mặt bịt 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 luồng nhiệt. Các bộ phận nóng của khoang nắp ca-pô có thể đóng băng, có thể làm gián đoạn hiệu suất bịt kín thân van và ảnh hưởng đến khả năng vận hành của van. Ngoài ra, nhiệt độ cực thấp -253°C có nghĩa là cần có công nghệ cách nhiệt tốt nhất để đảm bảo rằng van có thể duy trì hydro lỏng ở nhiệt độ này trong khi giảm thiểu tổn thất do sôi. Miễn là có nhiệt truyền sang hydro lỏng, nó 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, khi xem xét đến nguy cơ hỏa hoạn mà van có thể phải đối mặt, van phải được thiết kế có tính đến vật liệu chống cháy nổ, cũng như bộ truyền động, thiết bị đo lường 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 hỏa hoạn. Áp suất tăng cũng là một rủi ro tiềm ẩn có thể khiến van không hoạt động. Nếu hydro lỏng bị kẹt trong khoang thân van và quá trình truyền nhiệt và bay hơi hydro lỏng xảy ra cùng lúc, điều này sẽ khiến áp suất tăng lên. Nếu có 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 kết thúc sớm tuổi thọ của van và thậm chí phải chịu tổn thất lớn do lỗi quy trình. Bất kể điều kiện vận hành cụ thể nào, nếu có thể cân nhắc đầy đủ các yếu tố trên và có thể thực hiện các biện pháp đối phó tương ứng trong quá trình thiết kế, thì có thể đảm bảo van hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Ngoài ra, còn có những thách thức về thiết kế liên quan đến các vấn đề về môi trường, chẳng hạn như rò rỉ thoáng qua. Hydro là một chất độc đáo: các 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 cụ thể nào, van cho tất cả các ứng dụng hydro lỏng phải đáp ứng một số yêu cầu chung. Những 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 các vật liệu phải có đặc tính an toàn cháy nổ tự nhiên. Vì lý do tương tự, các bộ phận làm kín và đệm của van hydro lỏng cũng phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản được 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, mất nhiệt tối thiểu và có thể chịu được các mức 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 đệm làm 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. 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 theo hai thiết kế khác nhau: van bướm đế kim loại lệch tâm kép và 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. Không có khoang rỗng nào trong thân van nơi không có môi trường dư thừa. Trong trường hợp van bướm lệch tâm đôi Velan, nó áp dụng thiết kế quay lệch tâm đĩa, kết hợp với hệ thống làm kín VELFLEX đặc biệt, để đạt được 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 tại thời điểm đạt đến vị trí van đóng và không làm xước. Do đó, mô-men xoắn đóng của van có thể dẫn động đĩa để đạt được vị trí ngồi tuân thủ và tạo ra hiệu ứng nêm đủ ở vị trí van đóng, đồng thời làm cho đĩa tiếp xúc đều với toàn bộ chu vi của bề mặt làm kín đế. Sự tuân thủ của đế van cho phép thân van và đĩa có chức năng "tự điều chỉnh", do đó tránh bị kẹt đĩa trong quá trình biến động nhiệt độ. Trục van bằng thép không gỉ được gia cố có khả năng thực hiện các chu kỳ hoạt động cao và hoạt động trơn tru ở nhiệt độ rất thấp. Thiết kế lệch tâm đôi 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 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
