วาล์วไฮโดรเจนเหลวจากมุมมองของอุตสาหกรรม

ไฮโดรเจนเหลวมีข้อดีบางประการในการจัดเก็บและขนส่ง เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจน ไฮโดรเจนเหลว (LH2) มีความหนาแน่นสูงกว่าและต้องการแรงดันในการจัดเก็บต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนจะต้องมีอุณหภูมิ -253°C จึงจะกลายเป็นของเหลว ซึ่งหมายความว่ามันค่อนข้างยาก อุณหภูมิที่ต่ำมากและความเสี่ยงในการติดไฟทำให้ไฮโดรเจนเหลวกลายเป็นตัวกลางที่เป็นอันตราย ด้วยเหตุนี้ มาตรการความปลอดภัยที่เข้มงวดและความน่าเชื่อถือสูงจึงเป็นข้อกำหนดที่แน่วแน่เมื่อออกแบบวาล์วสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้อง

โดย ฟาดิลา เคลฟาอุย, เฟรเดริก บลังเกต์

วาล์วเวแลน (Velan)

การใช้ไฮโดรเจนเหลว (LH2)

ปัจจุบันมีการใช้ไฮโดรเจนเหลวและพยายามใช้ในโอกาสพิเศษต่างๆ ในการบินและอวกาศ มันสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในการปล่อยจรวด และยังสามารถสร้างคลื่นกระแทกในอุโมงค์ลมทรานโซนิกได้อีกด้วย ไฮโดรเจนเหลวได้รับการสนับสนุนจาก "วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่" กลายเป็นวัสดุสำคัญในระบบตัวนำยิ่งยวด เครื่องเร่งอนุภาค และอุปกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน ในขณะที่ความปรารถนาของผู้คนในการพัฒนาที่ยั่งยืนเพิ่มมากขึ้น ไฮโดรเจนเหลวจึงถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถบรรทุกและเรือมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในสถานการณ์การใช้งานข้างต้น ความสำคัญของวาล์วจะชัดเจนมาก การทำงานของวาล์วที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้เป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศห่วงโซ่อุปทานไฮโดรเจนเหลว (การผลิต การขนส่ง การจัดเก็บ และการจัดจำหน่าย) การดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนเหลวถือเป็นเรื่องท้าทาย ด้วยประสบการณ์จริงและความเชี่ยวชาญมากกว่า 30 ปีในด้านวาล์วประสิทธิภาพสูงที่มีอุณหภูมิต่ำถึง -272°C Velan มีส่วนร่วมในโครงการนวัตกรรมต่างๆ มาเป็นเวลานาน และเป็นที่ชัดเจนว่าบริษัทได้รับรางวัลความท้าทายทางเทคนิคของ บริการไฮโดรเจนเหลวที่มีความแข็งแกร่ง

ความท้าทายในขั้นตอนการออกแบบ

ความดัน อุณหภูมิ และความเข้มข้นของไฮโดรเจนล้วนเป็นปัจจัยหลักที่ได้รับการตรวจสอบในการประเมินความเสี่ยงในการออกแบบวาล์ว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวาล์ว การออกแบบและการเลือกใช้วัสดุจึงมีบทบาทสำคัญ วาล์วที่ใช้ในการใช้งานไฮโดรเจนเหลวต้องเผชิญกับความท้าทายเพิ่มเติม รวมถึงผลกระทบเชิงลบของไฮโดรเจนบนโลหะ ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุวาล์วไม่เพียงแต่ต้องทนทานต่อการโจมตีของโมเลกุลไฮโดรเจนเท่านั้น (กลไกการเสื่อมสภาพที่เกี่ยวข้องบางส่วนยังคงเป็นที่ถกเถียงกันในแวดวงวิชาการ) แต่ยังต้องรักษาการทำงานตามปกติไว้เป็นเวลานานตลอดวงจรชีวิตอีกด้วย ในแง่ของระดับการพัฒนาทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน อุตสาหกรรมมีความรู้ที่จำกัดเกี่ยวกับการบังคับใช้วัสดุที่ไม่ใช่โลหะในการใช้งานไฮโดรเจน เมื่อเลือกวัสดุปิดผนึกจำเป็นต้องคำนึงถึงปัจจัยนี้ด้วย การปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพยังเป็นเกณฑ์ประสิทธิภาพการออกแบบที่สำคัญอีกด้วย มีความแตกต่างของอุณหภูมิเกือบ 300°C ระหว่างไฮโดรเจนเหลวและอุณหภูมิโดยรอบ (อุณหภูมิห้อง) ส่งผลให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิ แต่ละส่วนประกอบของวาล์วจะเกิดการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อนในระดับที่แตกต่างกัน ความคลาดเคลื่อนนี้อาจนำไปสู่การรั่วไหลที่เป็นอันตรายของพื้นผิวการปิดผนึกที่สำคัญ การออกแบบยังเน้นความแน่นของการซีลของก้านวาล์วอีกด้วย การเปลี่ยนจากเย็นไปร้อนจะทำให้เกิดการไหลของความร้อน ส่วนที่ร้อนของบริเวณฝากระโปรงอาจแข็งตัว ซึ่งอาจรบกวนประสิทธิภาพการซีลก้านและส่งผลต่อการทำงานของวาล์ว นอกจากนี้ อุณหภูมิที่ต่ำมากที่ -253°C หมายความว่าจำเป็นต้องมีเทคโนโลยีฉนวนที่ดีที่สุดเพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วสามารถรักษาไฮโดรเจนเหลวไว้ที่อุณหภูมินี้ได้ ในขณะเดียวกันก็ลดการสูญเสียที่เกิดจากการต้มให้เหลือน้อยที่สุด ตราบใดที่ความร้อนถูกถ่ายโอนไปยังไฮโดรเจนเหลว มันจะระเหยและรั่วไหล ไม่เพียงเท่านั้น การควบแน่นของออกซิเจนยังเกิดขึ้นที่จุดแตกหักของฉนวนอีกด้วย เมื่อออกซิเจนสัมผัสกับไฮโดรเจนหรือสารที่ติดไฟได้อื่นๆ ความเสี่ยงในการเกิดเพลิงไหม้จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงจากไฟไหม้ที่วาล์วอาจต้องเผชิญ วาล์วจะต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงวัสดุที่ป้องกันการระเบิด เช่นเดียวกับแอคชูเอเตอร์ อุปกรณ์และสายเคเบิลที่ทนไฟ ทั้งหมดนี้มีใบรับรองที่เข้มงวดที่สุด เพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วทำงานอย่างถูกต้องในกรณีเกิดเพลิงไหม้ แรงดันที่เพิ่มขึ้นยังเป็นความเสี่ยงที่อาจส่งผลให้วาล์วใช้งานไม่ได้ หากไฮโดรเจนเหลวติดอยู่ในช่องของตัววาล์วและการถ่ายเทความร้อนและการระเหยของไฮโดรเจนเหลวเกิดขึ้นพร้อมกัน จะทำให้เกิดแรงดันเพิ่มขึ้น หากมีความแตกต่างของความดันมาก การเกิดโพรงอากาศ (cavitation)/เสียงรบกวนจะเกิดขึ้น ปรากฏการณ์เหล่านี้สามารถนำไปสู่การสิ้นสุดอายุการใช้งานของวาล์วก่อนเวลาอันควร และอาจถึงขั้นสูญเสียครั้งใหญ่เนื่องจากข้อบกพร่องของกระบวนการ ไม่ว่าสภาวะการทำงานเฉพาะจะเป็นเช่นไร หากสามารถพิจารณาปัจจัยข้างต้นได้อย่างเต็มที่และสามารถใช้มาตรการรับมือที่เกี่ยวข้องในกระบวนการออกแบบได้ ก็จะทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของวาล์วที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ นอกจากนี้ยังมีความท้าทายในการออกแบบที่เกี่ยวข้องกับปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น การรั่วไหลของผู้ลี้ภัย ไฮโดรเจนมีลักษณะเฉพาะ คือ โมเลกุลขนาดเล็ก ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และระเบิดได้ คุณลักษณะเหล่านี้เป็นตัวกำหนดความจำเป็นที่แท้จริงของการรั่วไหลเป็นศูนย์

ที่สถานี North Las Vegas West Coast Hydrogen Liquefaction

วิศวกรของ Wieland Valve กำลังให้บริการทางเทคนิค

โซลูชั่นวาล์ว

ไม่ว่าฟังก์ชันและประเภทเฉพาะเจาะจงจะเป็นเช่นไร วาล์วสำหรับการใช้งานไฮโดรเจนเหลวทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทั่วไปบางประการ ข้อกำหนดเหล่านี้ประกอบด้วย: วัสดุของชิ้นส่วนโครงสร้างต้องแน่ใจว่ารักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุทั้งหมดต้องมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยตามธรรมชาติ ด้วยเหตุผลเดียวกัน องค์ประกอบการปิดผนึกและการบรรจุวาล์วไฮโดรเจนเหลวจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานที่กล่าวข้างต้นด้วย สเตนเลสออสเตนิติกเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับวาล์วไฮโดรเจนเหลว มีแรงกระแทกที่ดีเยี่ยม สูญเสียความร้อนน้อยที่สุด และสามารถทนต่อการไล่ระดับอุณหภูมิได้มาก มีวัสดุอื่นๆ ที่เหมาะกับสภาวะไฮโดรเจนเหลวด้วย แต่จำกัดอยู่ที่สภาวะกระบวนการเฉพาะ นอกเหนือจากการเลือกใช้วัสดุแล้ว ไม่ควรมองข้ามรายละเอียดการออกแบบบางอย่าง เช่น การยืดก้านวาล์วและการใช้เสาอากาศเพื่อป้องกันบรรจุภัณฑ์ซีลจากอุณหภูมิที่ต่ำมาก นอกจากนี้ ส่วนขยายของก้านวาล์วยังสามารถติดตั้งวงแหวนฉนวนเพื่อป้องกันการควบแน่นได้อีกด้วย การออกแบบวาล์วตามเงื่อนไขการใช้งานเฉพาะช่วยให้สามารถแก้ปัญหาความท้าทายทางเทคนิคต่างๆ ได้อย่างสมเหตุสมผลมากขึ้น Vellan มีวาล์วปีกผีเสื้อในสองดีไซน์ที่แตกต่างกัน: วาล์วผีเสื้อบัตเตอร์ฟลายแบบโลหะเยื้องศูนย์คู่และวาล์วผีเสื้อเยื้องศูนย์สามชั้น การออกแบบทั้งสองมีความสามารถในการไหลแบบสองทิศทาง ด้วยการออกแบบรูปทรงของแผ่นดิสก์และวิถีการหมุน จึงสามารถทำการซีลได้อย่างแน่นหนา ไม่มีช่องในตัววาล์วที่ไม่มีตัวกลางตกค้าง ในกรณีของวาล์วปีกผีเสื้อเยื้องศูนย์คู่ Velan นั้นใช้การออกแบบการหมุนเยื้องศูนย์ของดิสก์ ผสมผสานกับระบบการซีล VELFLEX ที่โดดเด่น เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการซีลวาล์วที่ยอดเยี่ยม การออกแบบที่ได้รับการจดสิทธิบัตรนี้สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิในวาล์วได้มาก จานประหลาดสามแฉก TORQSEAL ยังมีวิถีการหมุนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวซีลจานสัมผัสเฉพาะเบาะนั่งในขณะที่ถึงตำแหน่งวาล์วปิดเท่านั้น และไม่เกิดรอยขีดข่วน ดังนั้น แรงบิดในการปิดของวาล์วสามารถขับเคลื่อนแผ่นดิสก์เพื่อให้ได้ที่นั่งที่สอดคล้อง และสร้างเอฟเฟกต์ลิ่มที่เพียงพอในตำแหน่งวาล์วปิด ในขณะที่ทำให้แผ่นดิสก์สัมผัสกับเส้นรอบวงทั้งหมดของพื้นผิวการปิดผนึกที่นั่งอย่างเท่าเทียมกัน ความสอดคล้องของบ่าวาล์วช่วยให้ตัววาล์วและจานมีฟังก์ชัน "ปรับได้เอง" จึงหลีกเลี่ยงการยึดจานระหว่างอุณหภูมิที่ผันผวน เพลาวาล์วสแตนเลสเสริมความแข็งแรงมีรอบการทำงานสูงและทำงานได้อย่างราบรื่นที่อุณหภูมิต่ำมาก การออกแบบประหลาดสองชั้นของ VELFLEX ช่วยให้สามารถให้บริการวาล์วออนไลน์ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย ด้วยโครงสร้างด้านข้าง ทำให้สามารถตรวจสอบหรือซ่อมบำรุงเบาะนั่งและแผ่นดิสก์ได้โดยตรง โดยไม่ต้องถอดแยกชิ้นส่วนแอคทูเอเตอร์หรือเครื่องมือพิเศษ

Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdรองรับวาล์วที่นั่งแบบยืดหยุ่นด้วยเทคโนโลยีขั้นสูง รวมถึงวาล์วนั่งแบบยืดหยุ่นวาล์วผีเสื้อเวเฟอร์, ดึงวาล์วผีเสื้อ, วาล์วผีเสื้อศูนย์กลางหน้าแปลนคู่, วาล์วปีกผีเสื้อประหลาดหน้าแปลนคู่,Y-กรอง, วาล์วปรับสมดุล ,เวเฟอร์เช็ควาล์วแผ่นคู่ฯลฯ