วาล์วไฮโดรเจนเหลวจากมุมมองของอุตสาหกรรม

ไฮโดรเจนเหลวมีข้อได้เปรียบบางประการในการจัดเก็บและการขนส่ง เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแล้ว ไฮโดรเจนเหลว (LH2) มีความหนาแน่นสูงกว่าและต้องใช้ความดันในการจัดเก็บที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนจะต้องอยู่ที่อุณหภูมิ -253°C จึงจะกลายเป็นของเหลวได้ ซึ่งหมายความว่าค่อนข้างจะยาก อุณหภูมิที่ต่ำมากและความเสี่ยงต่อการติดไฟทำให้ไฮโดรเจนเหลวเป็นสื่ออันตราย ด้วยเหตุนี้ มาตรการด้านความปลอดภัยที่เข้มงวดและความน่าเชื่อถือสูงจึงเป็นข้อกำหนดที่ไม่ยอมประนีประนอมเมื่อออกแบบวาล์วสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้อง

โดย ฟาดิลา เคลฟาอุย, เฟรเดริก บลังเกต์

วาล์วเวลัน (Velan)

การประยุกต์ใช้ของไฮโดรเจนเหลว (LH2)

ปัจจุบัน ไฮโดรเจนเหลวถูกนำมาใช้และพยายามนำมาใช้ในโอกาสพิเศษต่างๆ ในด้านการบินและอวกาศ ไฮโดรเจนเหลวสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับปล่อยจรวดและสามารถสร้างคลื่นกระแทกในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงได้ด้วย ไฮโดรเจนเหลวได้รับการสนับสนุนจาก "วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่" และได้กลายเป็นวัสดุสำคัญในระบบตัวนำยิ่งยวด เครื่องเร่งอนุภาค และอุปกรณ์ฟิวชันนิวเคลียร์ เนื่องจากความปรารถนาของผู้คนในการพัฒนาอย่างยั่งยืนเพิ่มมากขึ้น ไฮโดรเจนเหลวจึงถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยรถบรรทุกและเรือมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในสถานการณ์การใช้งานข้างต้น ความสำคัญของวาล์วนั้นชัดเจนมาก การทำงานของวาล์วที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้เป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศห่วงโซ่อุปทานไฮโดรเจนเหลว (การผลิต การขนส่ง การจัดเก็บ และการจัดจำหน่าย) การดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนเหลวเป็นเรื่องท้าทาย ด้วยประสบการณ์จริงมากกว่า 30 ปีและความเชี่ยวชาญในด้านวาล์วประสิทธิภาพสูงถึง -272°C Velan ได้มีส่วนร่วมในโครงการนวัตกรรมต่างๆ เป็นเวลานาน และเห็นได้ชัดว่าบริษัทเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคของบริการไฮโดรเจนเหลวด้วยความแข็งแกร่งของบริษัท

ความท้าทายในขั้นตอนการออกแบบ

ความดัน อุณหภูมิ และความเข้มข้นของไฮโดรเจนเป็นปัจจัยหลักที่ต้องพิจารณาในการประเมินความเสี่ยงในการออกแบบวาล์ว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวาล์ว การออกแบบและการเลือกวัสดุมีบทบาทสำคัญ วาล์วที่ใช้ในงานไฮโดรเจนเหลวต้องเผชิญกับความท้าทายเพิ่มเติม รวมถึงผลกระทบเชิงลบของไฮโดรเจนต่อโลหะ ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุของวาล์วไม่เพียงแต่ต้องทนต่อการโจมตีของโมเลกุลไฮโดรเจน (กลไกการเสื่อมสภาพที่เกี่ยวข้องบางส่วนยังคงเป็นที่ถกเถียงกันในแวดวงวิชาการ) แต่ยังต้องรักษาการทำงานปกติเป็นเวลานานตลอดอายุการใช้งานอีกด้วย ในแง่ของระดับการพัฒนาด้านเทคโนโลยีในปัจจุบัน อุตสาหกรรมมีความรู้จำกัดเกี่ยวกับการนำวัสดุที่ไม่ใช่โลหะไปใช้ในงานไฮโดรเจน เมื่อเลือกวัสดุปิดผนึก จำเป็นต้องคำนึงถึงปัจจัยนี้ การปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพยังเป็นเกณฑ์ประสิทธิภาพการออกแบบที่สำคัญอีกด้วย มีความแตกต่างของอุณหภูมิเกือบ 300°C ระหว่างไฮโดรเจนเหลวและอุณหภูมิแวดล้อม (อุณหภูมิห้อง) ส่งผลให้มีการไล่ระดับอุณหภูมิ ส่วนประกอบแต่ละส่วนของวาล์วจะขยายตัวและหดตัวเนื่องจากความร้อนในระดับที่แตกต่างกัน ความแตกต่างนี้สามารถนำไปสู่การรั่วไหลที่เป็นอันตรายบนพื้นผิวปิดผนึกที่สำคัญได้ ความแน่นหนาในการปิดผนึกของก้านวาล์วก็เป็นจุดเน้นของการออกแบบเช่นกัน การเปลี่ยนจากความเย็นเป็นความร้อนจะสร้างการไหลของความร้อน ส่วนที่ร้อนของพื้นที่ช่องฝาครอบอาจแข็งตัว ซึ่งอาจขัดขวางประสิทธิภาพการปิดผนึกก้านและส่งผลต่อการทำงานของวาล์ว นอกจากนี้ อุณหภูมิที่ต่ำมากที่ -253°C หมายความว่าจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีฉนวนที่ดีที่สุดเพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วสามารถรักษาไฮโดรเจนเหลวที่อุณหภูมินี้ได้ในขณะที่ลดการสูญเสียที่เกิดจากการเดือดให้น้อยที่สุด ตราบใดที่ความร้อนถูกถ่ายเทไปยังไฮโดรเจนเหลว ไฮโดรเจนก็จะระเหยและรั่วไหล ไม่เพียงเท่านั้น การควบแน่นของออกซิเจนจะเกิดขึ้นที่จุดแตกหักของฉนวน เมื่อออกซิเจนสัมผัสกับไฮโดรเจนหรือวัสดุติดไฟอื่นๆ ความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ที่วาล์วอาจเผชิญ วาล์วจะต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงวัสดุป้องกันการระเบิด รวมถึงตัวกระตุ้น อุปกรณ์ และสายเคเบิลที่ทนไฟ โดยทั้งหมดต้องได้รับการรับรองที่เข้มงวดที่สุด เพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วจะทำงานได้อย่างถูกต้องในกรณีที่เกิดไฟไหม้ แรงดันที่เพิ่มขึ้นยังเป็นความเสี่ยงที่อาจทำให้วาล์วไม่สามารถทำงานได้ หากไฮโดรเจนเหลวติดอยู่ภายในช่องว่างของตัววาล์วและเกิดการถ่ายเทความร้อนและไฮโดรเจนเหลวระเหยในเวลาเดียวกัน จะทำให้แรงดันเพิ่มขึ้น หากมีความต่างของแรงดันมาก จะเกิดโพรงอากาศ (cavitation) หรือเสียงรบกวน ปรากฏการณ์เหล่านี้อาจทำให้วาล์วหมดอายุใช้งานก่อนกำหนด และอาจเกิดการสูญเสียครั้งใหญ่เนื่องจากข้อบกพร่องของกระบวนการ โดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขการทำงานเฉพาะ หากสามารถพิจารณาปัจจัยข้างต้นได้อย่างเต็มที่และใช้มาตรการแก้ไขที่เกี่ยวข้องในกระบวนการออกแบบ ก็จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าวาล์วจะทำงานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ นอกจากนี้ ยังมีความท้าทายในการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การรั่วไหลที่ระเหยได้ ไฮโดรเจนมีความพิเศษเฉพาะตัว คือ มีโมเลกุลขนาดเล็ก ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และระเบิดได้ ลักษณะเฉพาะเหล่านี้กำหนดความจำเป็นแน่นอนในการไม่มีการรั่วไหล

ที่สถานีไฮโดรเจนเหลวชายฝั่งตะวันตกของนอร์ทลาสเวกัส

วิศวกรของ Wieland Valve กำลังให้บริการด้านเทคนิค

โซลูชันวาล์ว

ไม่ว่าจะมีฟังก์ชันและประเภทใด วาล์วสำหรับการใช้งานไฮโดรเจนเหลวทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทั่วไปบางประการ ข้อกำหนดเหล่านี้ได้แก่: วัสดุของส่วนโครงสร้างต้องมั่นใจว่าความสมบูรณ์ของโครงสร้างจะคงอยู่ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุทั้งหมดต้องมีคุณสมบัติป้องกันอัคคีภัยตามธรรมชาติ ด้วยเหตุผลเดียวกัน องค์ประกอบการปิดผนึกและการปิดผนึกของวาล์วไฮโดรเจนเหลวจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานที่กล่าวถึงข้างต้นด้วย สเตนเลสออสเทนนิติกเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับวาล์วไฮโดรเจนเหลว มีความแข็งแรงต่อแรงกระแทกที่ยอดเยี่ยม สูญเสียความร้อนน้อยที่สุด และสามารถทนต่อการไล่ระดับอุณหภูมิได้มาก มีวัสดุอื่นๆ ที่เหมาะสำหรับสภาวะไฮโดรเจนเหลวเช่นกัน แต่จำกัดเฉพาะสภาวะกระบวนการเฉพาะ นอกเหนือจากการเลือกใช้วัสดุแล้ว ไม่ควรละเลยรายละเอียดการออกแบบบางอย่าง เช่น การขยายก้านวาล์วและใช้คอลัมน์อากาศเพื่อป้องกันการปิดผนึกจากอุณหภูมิต่ำมาก นอกจากนี้ การขยายก้านวาล์วสามารถติดตั้งแหวนฉนวนเพื่อหลีกเลี่ยงการควบแน่น การออกแบบวาล์วตามเงื่อนไขการใช้งานเฉพาะช่วยให้สามารถแก้ปัญหาทางเทคนิคต่างๆ ได้อย่างสมเหตุสมผลมากขึ้น Vellan นำเสนอวาล์วผีเสื้อในสองรูปแบบที่แตกต่างกัน: วาล์วผีเสื้อที่นั่งโลหะนอกศูนย์คู่และนอกศูนย์สาม การออกแบบทั้งสองแบบมีความสามารถในการไหลแบบสองทิศทาง การออกแบบรูปร่างของแผ่นดิสก์และวิถีการหมุนทำให้สามารถปิดผนึกได้อย่างแน่นหนา ไม่มีช่องว่างในตัววาล์วที่ไม่มีตัวกลางตกค้าง ในกรณีของวาล์วผีเสื้อนอกรีตคู่ Velan นั้นจะใช้การออกแบบการหมุนนอกรีตของแผ่นดิสก์ร่วมกับระบบปิดผนึก VELFLEX ที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการปิดผนึกวาล์วที่ยอดเยี่ยม การออกแบบที่ได้รับสิทธิบัตรนี้สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิในวาล์วได้อย่างมาก แผ่นดิสก์นอกรีตสามชั้น TORQSEAL ยังมีวิถีการหมุนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวปิดผนึกแผ่นดิสก์จะสัมผัสกับเบาะนั่งเท่านั้นในขณะที่ถึงตำแหน่งวาล์วปิดและไม่เกิดรอยขีดข่วน ดังนั้น แรงบิดขณะปิดวาล์วจึงสามารถขับเคลื่อนแผ่นดิสก์เพื่อให้เกิดการนั่งที่ยืดหยุ่นได้ และสร้างเอฟเฟกต์ลิ่มที่เพียงพอในตำแหน่งวาล์วปิด ในขณะที่ทำให้แผ่นดิสก์สัมผัสกับเส้นรอบวงทั้งหมดของพื้นผิวปิดผนึกเบาะนั่งอย่างเท่าเทียมกัน การยืดหยุ่นของเบาะนั่งวาล์วช่วยให้ตัววาล์วและแผ่นดิสก์มีฟังก์ชัน "ปรับตัวเอง" จึงหลีกเลี่ยงการยึดของแผ่นดิสก์ในระหว่างความผันผวนของอุณหภูมิ เพลาวาล์วสแตนเลสเสริมแรงมีรอบการทำงานสูงและทำงานได้อย่างราบรื่นในอุณหภูมิต่ำมาก การออกแบบ VELFLEX แบบนอกรีตคู่ช่วยให้สามารถซ่อมบำรุงวาล์วได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย ด้วยตัวเรือนด้านข้าง จึงสามารถตรวจสอบหรือซ่อมบำรุงเบาะและดิสก์ได้โดยตรงโดยไม่ต้องถอดประกอบตัวกระตุ้นหรือเครื่องมือพิเศษ

Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdกำลังรองรับวาล์วที่นั่งยืดหยุ่นที่มีเทคโนโลยีขั้นสูง รวมถึงวาล์วที่นั่งยืดหยุ่นวาล์วผีเสื้อเวเฟอร์, วาล์วผีเสื้อ, วาล์วผีเสื้อหน้าแปลนคู่วาล์วผีเสื้อนอกรีดหน้าแปลนคู่ตะแกรงกรองรูปตัว Y, วาล์วปรับสมดุล,เช็ควาล์วแผ่นคู่เวเฟอร์ฯลฯ