Šķidram ūdeņradim ir noteiktas priekšrocības uzglabāšanā un transportēšanā. Salīdzinot ar ūdeņradi, šķidrajam ūdeņradim (LH2) ir lielāks blīvums un uzglabāšanai nepieciešams zemāks spiediens. Tomēr, lai ūdeņradis kļūtu šķidrs, tam jābūt -253°C temperatūrā, kas nozīmē, ka to ir diezgan grūti izdarīt. Īpaši zema temperatūra un uzliesmojamības riski padara šķidro ūdeņradi par bīstamu vidi. Šī iemesla dēļ stingri drošības pasākumi un augsta uzticamība ir bezkompromisa prasības, projektējot vārstus attiecīgajiem lietojumiem.
Autors: Fadila Khelfaoui, Frederiks Blankē
Velāna vārsts (Velāns)
Šķidrā ūdeņraža (LH2) pielietojumi.
Pašlaik šķidro ūdeņradi izmanto un cenšas izmantot dažādos īpašos gadījumos. Kosmosā to var izmantot kā raķešu palaišanas degvielu, un tas var arī radīt triecienviļņus transoniskajos vēja tuneļos. Ar “lielās zinātnes” atbalstu šķidrais ūdeņradis ir kļuvis par galveno materiālu supravadošās sistēmās, daļiņu paātrinātājos un kodolsintēzes ierīcēs. Pieaugot cilvēku vēlmei pēc ilgtspējīgas attīstības, pēdējos gados arvien vairāk kravas automašīnu un kuģu izmanto šķidro ūdeņradi kā degvielu. Iepriekš minētajos pielietojuma scenārijos vārstu nozīme ir acīmredzama. Vārstu droša un uzticama darbība ir neatņemama šķidrā ūdeņraža piegādes ķēdes ekosistēmas (ražošana, transportēšana, uzglabāšana un izplatīšana) sastāvdaļa. Ar šķidro ūdeņradi saistītās darbības ir sarežģītas. Ar vairāk nekā 30 gadu praktisko pieredzi un zināšanām augstas veiktspējas vārstu jomā līdz -272°C, Velan jau ilgu laiku ir iesaistījies dažādos inovatīvos projektos, un ir skaidrs, ka ar savu spēku tas ir uzvarējis šķidrā ūdeņraža apkalpošanas tehniskajos izaicinājumos.
Izaicinājumi projektēšanas fāzē
Spiediens, temperatūra un ūdeņraža koncentrācija ir galvenie faktori, kas tiek pārbaudīti vārstu konstrukcijas riska novērtējumā. Lai optimizētu vārstu darbību, izšķiroša nozīme ir konstrukcijai un materiālu izvēlei. Vārsti, ko izmanto šķidrā ūdeņraža lietojumos, saskaras ar papildu izaicinājumiem, tostarp ūdeņraža negatīvo ietekmi uz metāliem. Ļoti zemā temperatūrā vārstu materiāliem ir ne tikai jāiztur ūdeņraža molekulu uzbrukums (daži no saistītajiem nolietošanās mehānismiem joprojām tiek apspriesti akadēmiskajā vidē), bet arī ilgstoši jāuztur normāla darbība visā to dzīves ciklā. Ņemot vērā pašreizējo tehnoloģiskās attīstības līmeni, nozarei ir ierobežotas zināšanas par nemetālisku materiālu pielietojamību ūdeņraža lietojumos. Izvēloties blīvēšanas materiālu, ir jāņem vērā šis faktors. Efektīva blīvēšana ir arī galvenais konstrukcijas veiktspējas kritērijs. Starp šķidro ūdeņradi un apkārtējās vides temperatūru (istabas temperatūru) ir gandrīz 300 °C temperatūras starpība, kā rezultātā rodas temperatūras gradients. Katra vārsta sastāvdaļa piedzīvos atšķirīgu termiskās izplešanās un saraušanās pakāpi. Šī neatbilstība var izraisīt bīstamu kritisko blīvēšanas virsmu noplūdi. Vārsta kāta blīvējuma hermētiskums ir arī konstrukcijas uzmanības centrā. Pāreja no aukstuma uz karstu rada siltuma plūsmu. Vāciņa dobuma karstās daļas var sasalt, kas var traucēt vārsta kāta blīvējuma veiktspēju un ietekmēt vārsta darbību. Turklāt ārkārtīgi zemā temperatūra -253°C nozīmē, ka ir nepieciešama vislabākā izolācijas tehnoloģija, lai nodrošinātu, ka vārsts var uzturēt šķidru ūdeņradi šajā temperatūrā, vienlaikus samazinot vārīšanās radītos zudumus. Kamēr vien šķidrajam ūdeņradim tiek pārnests siltums, tas iztvaikos un tecēs. Turklāt izolācijas plīsuma vietā notiek skābekļa kondensācija. Kad skābeklis nonāk saskarē ar ūdeņradi vai citām degošām vielām, ugunsgrēka risks palielinās. Tāpēc, ņemot vērā ugunsgrēka risku, ar ko var saskarties vārsti, vārsti jāprojektē, ņemot vērā sprādziendrošus materiālus, kā arī ugunsdrošus izpildmehānismus, instrumentus un kabeļus, kuriem visiem ir visstingrākie sertifikāti. Tas nodrošina, ka vārsts ugunsgrēka gadījumā darbojas pareizi. Paaugstināts spiediens ir arī potenciāls risks, kas var padarīt vārstus nedarbojamus. Ja šķidrs ūdeņradis ir iesprostots vārsta korpusa dobumā un vienlaikus notiek siltuma pārnešana un šķidrā ūdeņraža iztvaikošana, tas izraisīs spiediena palielināšanos. Ja ir liela spiediena starpība, rodas kavitācija (kavitācija)/troksnis. Šīs parādības var izraisīt vārsta kalpošanas laika priekšlaicīgu beigām un pat milzīgus zaudējumus procesa defektu dēļ. Neatkarīgi no konkrētajiem ekspluatācijas apstākļiem, ja iepriekš minētos faktorus var pilnībā ņemt vērā un projektēšanas procesā var veikt atbilstošus pretpasākumus, tas var nodrošināt vārsta drošu un uzticamu darbību. Turklāt pastāv projektēšanas izaicinājumi, kas saistīti ar vides jautājumiem, piemēram, difūzu noplūdi. Ūdeņradis ir unikāls: mazas molekulas, bezkrāsains, bez smaržas un sprādzienbīstams. Šīs īpašības nosaka absolūtu nulles noplūdes nepieciešamību.
Ziemeļlasvegasas rietumu krasta ūdeņraža sašķidrināšanas stacijā
Wieland Valve inženieri sniedz tehniskos pakalpojumus
Vārstu risinājumi
Neatkarīgi no konkrētās funkcijas un tipa, vārstiem visiem šķidrā ūdeņraža lietojumiem ir jāatbilst dažām kopīgām prasībām. Šīs prasības ietver: konstrukcijas daļas materiālam ir jānodrošina konstrukcijas integritātes saglabāšana ārkārtīgi zemā temperatūrā; visiem materiāliem ir jābūt dabiskām ugunsdrošības īpašībām. Tā paša iemesla dēļ arī šķidrā ūdeņraža vārstu blīvēšanas elementiem un iepakojumam ir jāatbilst iepriekš minētajām pamatprasībām. Austenīta nerūsējošais tērauds ir ideāls materiāls šķidrā ūdeņraža vārstiem. Tam ir lieliska triecienizturība, minimāli siltuma zudumi un tas var izturēt lielas temperatūras svārstības. Ir arī citi materiāli, kas ir piemēroti arī šķidrā ūdeņraža apstākļiem, taču to izmantošana ir ierobežota ar konkrētiem procesa apstākļiem. Papildus materiālu izvēlei nevajadzētu aizmirst par dažām konstrukcijas detaļām, piemēram, vārsta kāta pagarināšanu un gaisa kolonnas izmantošanu, lai aizsargātu blīvējuma iepakojumu no ārkārtīgi zemām temperatūrām. Turklāt vārsta kāta pagarinājumu var aprīkot ar izolācijas gredzenu, lai izvairītos no kondensāta. Vārstu projektēšana atbilstoši konkrētiem lietošanas apstākļiem palīdz rast saprātīgākus risinājumus dažādām tehniskām problēmām. Vellan piedāvā tauriņvārstus divās dažādās konstrukcijās: dubultekscentriskos un trīskārši ekscentriskos metāla sēdekļa tauriņvārstus. Abām konstrukcijām ir divvirzienu plūsmas iespēja. Izstrādājot diska formu un rotācijas trajektoriju, var panākt hermētiskumu. Vārsta korpusā nav dobumu, kuros nebūtu atlikumu. Velan dubultā ekscentriskā tauriņvārsta gadījumā tas izmanto diska ekscentriskās rotācijas dizainu apvienojumā ar atšķirīgo VELFLEX blīvēšanas sistēmu, lai panāktu izcilu vārsta blīvēšanas veiktspēju. Šī patentētā konstrukcija var izturēt pat lielas temperatūras svārstības vārstā. Arī TORQSEAL trīskāršajam ekscentriskajam diskam ir īpaši izstrādāta rotācijas trajektorija, kas palīdz nodrošināt, ka diska blīvēšanas virsma pieskaras ligzdai tikai aizvērta vārsta pozīcijas sasniegšanas brīdī un nesaskrāpējas. Tādēļ vārsta aizvēršanās griezes moments var panākt diska atbilstošu blīvēšanu un radīt pietiekamu ķīļa efektu aizvērtā vārsta pozīcijā, vienlaikus nodrošinot diska vienmērīgu saskari ar visu ligzdas blīvēšanas virsmas perimetru. Vārsta ligzdas atbilstība ļauj vārsta korpusam un diskam veikt "pašregulēšanās" funkciju, tādējādi novēršot diska iestrēgšanu temperatūras svārstību laikā. Pastiprinātā nerūsējošā tērauda vārsta vārpsta spēj izturēt augstu darba ciklu skaitu un darbojas vienmērīgi ļoti zemā temperatūrā. VELFLEX dubultā ekscentriskā konstrukcija ļauj ātri un vienkārši apkalpot vārstu tiešsaistē. Pateicoties sānu korpusam, sēdekli un disku var pārbaudīt vai apkalpot tieši, neizjaucot izpildmehānismu vai neizmantojot īpašus instrumentus.
Tianjin Tanggu ūdens blīvējuma vārstu Co., Ltdatbalsta augsti attīstītas tehnoloģijas elastīgi ligzdotus vārstus, tostarp elastīgi ligzdotus vārstusvafeļu tauriņa vārsts, Butterfly vārsts, Koncentrisks tauriņvārsts ar dubultu atloku, Divkāršā atloka ekscentriskais tauriņvārsts,Y-veida sietiņš, balansēšanas vārsts,Vafeļu divu plākšņu pretvārstsutt.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 11. augusts
