L’idrogeno liquido presenta alcuni vantaggi nello stoccaggio e nel trasporto. Rispetto all’idrogeno, l’idrogeno liquido (LH2) ha una densità maggiore e richiede una pressione inferiore per lo stoccaggio. Tuttavia, l’idrogeno deve essere a -253°C per diventare liquido, il che significa che è piuttosto difficile. Le temperature estremamente basse e i rischi di infiammabilità rendono l’idrogeno liquido un mezzo pericoloso. Per questo motivo, rigorose misure di sicurezza ed elevata affidabilità sono requisiti senza compromessi quando si progettano valvole per le relative applicazioni.
Di Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Valvola Velan (Velan)
Applicazioni dell'idrogeno liquido (LH2).
Attualmente, l'idrogeno liquido viene utilizzato e si tenta di utilizzarlo in varie occasioni speciali. Nel settore aerospaziale può essere utilizzato come carburante per il lancio di razzi e può anche generare onde d'urto nelle gallerie del vento transoniche. Supportato dalla “grande scienza”, l’idrogeno liquido è diventato un materiale chiave nei sistemi superconduttori, negli acceleratori di particelle e nei dispositivi di fusione nucleare. Man mano che cresce il desiderio delle persone per uno sviluppo sostenibile, negli ultimi anni l’idrogeno liquido è stato utilizzato come carburante da un numero sempre maggiore di camion e navi. Negli scenari applicativi sopra indicati, l’importanza delle valvole è molto evidente. Il funzionamento sicuro e affidabile delle valvole è parte integrante dell’ecosistema della catena di approvvigionamento dell’idrogeno liquido (produzione, trasporto, stoccaggio e distribuzione). Le operazioni legate all’idrogeno liquido sono impegnative. Con oltre 30 anni di esperienza pratica e competenza nel campo delle valvole ad alte prestazioni fino a -272°C, Velan è coinvolta da molto tempo in vari progetti innovativi ed è chiaro che ha vinto le sfide tecniche di servizio di idrogeno liquido con la sua forza.
Sfide in fase di progettazione
Pressione, temperatura e concentrazione di idrogeno sono tutti i principali fattori esaminati nella valutazione del rischio di progettazione di una valvola. Per ottimizzare le prestazioni della valvola, il design e la selezione dei materiali svolgono un ruolo decisivo. Le valvole utilizzate nelle applicazioni con idrogeno liquido devono affrontare ulteriori sfide, compresi gli effetti negativi dell'idrogeno sui metalli. A temperature molto basse, i materiali delle valvole non solo devono resistere all’attacco delle molecole di idrogeno (alcuni dei meccanismi di deterioramento associati sono ancora dibattuti nel mondo accademico), ma devono anche mantenere il normale funzionamento per un lungo periodo nel corso del loro ciclo di vita. In termini di livello attuale di sviluppo tecnologico, l’industria ha una conoscenza limitata dell’applicabilità dei materiali non metallici nelle applicazioni dell’idrogeno. Quando si sceglie un materiale di tenuta, è necessario tenere conto di questo fattore. Anche una tenuta efficace è un criterio chiave di prestazione della progettazione. Esiste una differenza di temperatura di quasi 300°C tra l'idrogeno liquido e la temperatura ambiente (temperatura ambiente), da cui deriva un gradiente di temperatura. Ciascun componente della valvola subirà diversi gradi di espansione e contrazione termica. Questa discrepanza può portare a perdite pericolose delle superfici di tenuta critiche. Anche la tenuta stagna dello stelo della valvola è al centro del design. Il passaggio dal freddo al caldo crea un flusso di calore. Le parti calde dell'area della cavità del coperchio potrebbero congelarsi, compromettendo le prestazioni di tenuta dello stelo e influenzando il funzionamento della valvola. Inoltre, la temperatura estremamente bassa di -253°C implica che è necessaria la migliore tecnologia di isolamento per garantire che la valvola possa mantenere l'idrogeno liquido a questa temperatura riducendo al minimo le perdite causate dall'ebollizione. Finché il calore viene trasferito all'idrogeno liquido, evaporerà e perderà. Non solo, la condensazione dell'ossigeno avviene nel punto di rottura dell'isolamento. Una volta che l'ossigeno entra in contatto con l'idrogeno o altri combustibili, aumenta il rischio di incendio. Pertanto, considerando il rischio di incendio a cui possono andare incontro le valvole, è necessario progettare le valvole pensando ai materiali antideflagranti, nonché agli attuatori, alla strumentazione e ai cavi resistenti al fuoco, tutti con le certificazioni più severe. Ciò garantisce il corretto funzionamento della valvola in caso di incendio. Anche l'aumento della pressione rappresenta un rischio potenziale che può rendere le valvole inutilizzabili. Se l'idrogeno liquido rimane intrappolato nella cavità del corpo della valvola e si verificano contemporaneamente il trasferimento di calore e l'evaporazione dell'idrogeno liquido, ciò causerà un aumento della pressione. Se c'è una grande differenza di pressione, si verifica cavitazione (cavitazione)/rumore. Questi fenomeni possono portare alla fine prematura della vita utile della valvola e persino subire ingenti perdite a causa di difetti di processo. Indipendentemente dalle condizioni operative specifiche, se i fattori di cui sopra possono essere pienamente considerati e le contromisure corrispondenti possono essere adottate nel processo di progettazione, è possibile garantire il funzionamento sicuro e affidabile della valvola. Inoltre, ci sono sfide di progettazione legate a questioni ambientali, come le perdite fuggitive. L'idrogeno è unico: piccole molecole, incolore, inodore ed esplosivo. Queste caratteristiche determinano l'assoluta necessità di zero perdite.
Presso la stazione di liquefazione dell'idrogeno della costa occidentale di North Las Vegas,
Gli ingegneri di Wieland Valve forniscono servizi tecnici
Soluzioni di valvole
Indipendentemente dalla funzione e dal tipo specifici, le valvole per tutte le applicazioni con idrogeno liquido devono soddisfare alcuni requisiti comuni. Tali requisiti includono: il materiale della parte strutturale deve garantire il mantenimento dell'integrità strutturale a temperature estremamente basse; Tutti i materiali devono avere proprietà naturali di sicurezza antincendio. Per lo stesso motivo anche gli elementi di tenuta e le guarnizioni delle valvole per idrogeno liquido devono soddisfare i requisiti di base sopra menzionati. L'acciaio inossidabile austenitico è un materiale ideale per le valvole dell'idrogeno liquido. Ha un'eccellente resistenza agli urti, una perdita di calore minima e può resistere a grandi gradienti di temperatura. Esistono altri materiali adatti anche alle condizioni di idrogeno liquido, ma sono limitati a condizioni di processo specifiche. Oltre alla scelta dei materiali, non vanno trascurati alcuni dettagli costruttivi, come l'estensione dello stelo della valvola e l'utilizzo di una colonna d'aria per proteggere la guarnizione di tenuta dalle temperature estremamente basse. Inoltre, l'estensione dello stelo della valvola può essere dotata di un anello isolante per evitare la formazione di condensa. Progettare le valvole in base alle condizioni applicative specifiche aiuta a fornire soluzioni più ragionevoli a diverse sfide tecniche. Vellan offre valvole a farfalla in due diversi design: valvole a farfalla con sede metallica a doppio eccentrico e triplo eccentrico. Entrambi i modelli hanno capacità di flusso bidirezionale. Progettando la forma del disco e la traiettoria di rotazione, è possibile ottenere una tenuta ermetica. Nel corpo della valvola non è presente alcuna cavità in cui non sia presente mezzo residuo. Nel caso della valvola a farfalla doppio eccentrica Velan, adotta il design della rotazione eccentrica del disco, combinato con il caratteristico sistema di tenuta VELFLEX, per ottenere eccellenti prestazioni di tenuta della valvola. Questo design brevettato può sopportare anche grandi sbalzi di temperatura nella valvola. Il disco triplo eccentrico TORQSEAL ha anche una traiettoria di rotazione appositamente progettata che aiuta a garantire che la superficie di tenuta del disco tocchi la sede solo nel momento in cui raggiunge la posizione di valvola chiusa e non si graffi. Pertanto, la coppia di chiusura della valvola può guidare il disco per ottenere una sede cedevole e produrre un effetto cuneo sufficiente nella posizione di valvola chiusa, facendo sì che il disco sia uniformemente a contatto con l'intera circonferenza della superficie di tenuta della sede. La cedevolezza della sede della valvola consente al corpo valvola e al disco di avere una funzione di “autoregolazione”, evitando così il grippaggio del disco durante le variazioni di temperatura. L'albero della valvola rinforzato in acciaio inossidabile è capace di cicli operativi elevati e funziona senza problemi a temperature molto basse. Il design a doppio eccentrico VELFLEX consente la manutenzione online della valvola in modo rapido e semplice. Grazie all'alloggiamento laterale, la sede e il disco possono essere ispezionati o sottoposti a manutenzione direttamente, senza la necessità di smontare l'attuatore o attrezzi speciali.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdsupportano valvole a sede resiliente con tecnologia altamente avanzata, comprese valvole a sede resilientevalvola a farfalla wafer, Valvola a farfalla con capocorda, Valvola a farfalla concentrica a doppia flangia, Valvola a farfalla eccentrica a doppia flangia,Filtro a Y, valvola di bilanciamento,Valvola di ritegno wafer a doppia piastra, ecc.
Orario di pubblicazione: 11 agosto 2023
