Hidrogen cair memiliki beberapa keunggulan dalam penyimpanan dan transportasi. Dibandingkan dengan hidrogen, hidrogen cair (LH2) memiliki densitas yang lebih tinggi dan membutuhkan tekanan yang lebih rendah untuk penyimpanan. Namun, hidrogen harus mencapai suhu -253°C untuk menjadi cair, yang berarti proses ini cukup sulit. Suhu yang sangat rendah dan risiko mudah terbakar menjadikan hidrogen cair sebagai media yang berbahaya. Oleh karena itu, langkah-langkah keamanan yang ketat dan keandalan yang tinggi merupakan persyaratan mutlak dalam merancang katup untuk aplikasi yang relevan.
Oleh Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Katup Velan (Velan)
Aplikasi hidrogen cair (LH2).
Saat ini, hidrogen cair digunakan dan diupayakan penggunaannya dalam berbagai acara khusus. Di bidang kedirgantaraan, hidrogen cair dapat digunakan sebagai bahan bakar peluncur roket dan juga dapat menghasilkan gelombang kejut di terowongan angin transonik. Didukung oleh "sains besar", hidrogen cair telah menjadi material kunci dalam sistem superkonduktor, akselerator partikel, dan perangkat fusi nuklir. Seiring meningkatnya keinginan masyarakat akan pembangunan berkelanjutan, hidrogen cair telah digunakan sebagai bahan bakar oleh semakin banyak truk dan kapal dalam beberapa tahun terakhir. Dalam skenario aplikasi di atas, pentingnya katup sangatlah jelas. Pengoperasian katup yang aman dan andal merupakan bagian integral dari ekosistem rantai pasokan hidrogen cair (produksi, transportasi, penyimpanan, dan distribusi). Operasi yang berkaitan dengan hidrogen cair merupakan tantangan tersendiri. Dengan lebih dari 30 tahun pengalaman praktis dan keahlian di bidang katup berkinerja tinggi hingga -272°C, Velan telah lama terlibat dalam berbagai proyek inovatif, dan terbukti telah memenangkan tantangan teknis layanan hidrogen cair dengan kekuatannya.
Tantangan dalam fase desain
Tekanan, suhu, dan konsentrasi hidrogen merupakan faktor utama yang diperiksa dalam penilaian risiko desain katup. Untuk mengoptimalkan kinerja katup, desain dan pemilihan material memainkan peran yang menentukan. Katup yang digunakan dalam aplikasi hidrogen cair menghadapi tantangan tambahan, termasuk efek buruk hidrogen pada logam. Pada suhu yang sangat rendah, material katup tidak hanya harus tahan terhadap serangan molekul hidrogen (beberapa mekanisme kerusakan terkait masih diperdebatkan di dunia akademis), tetapi juga harus mempertahankan operasi normal untuk jangka waktu yang lama selama siklus hidupnya. Mengingat tingkat perkembangan teknologi saat ini, industri memiliki pengetahuan yang terbatas tentang penerapan material non-logam dalam aplikasi hidrogen. Saat memilih material penyegel, faktor ini perlu dipertimbangkan. Penyegelan yang efektif juga merupakan kriteria kinerja desain yang penting. Terdapat perbedaan suhu hampir 300°C antara hidrogen cair dan suhu ruangan, yang menghasilkan gradien suhu. Setiap komponen katup akan mengalami tingkat ekspansi dan kontraksi termal yang berbeda. Perbedaan ini dapat menyebabkan kebocoran berbahaya pada permukaan penyegelan yang kritis. Kekencangan penyegelan batang katup juga menjadi fokus desain. Transisi dari dingin ke panas menciptakan aliran panas. Bagian panas pada rongga kap dapat membeku, yang dapat mengganggu kinerja penyegelan batang dan memengaruhi pengoperasian katup. Selain itu, suhu yang sangat rendah, yaitu -253°C, berarti diperlukan teknologi insulasi terbaik untuk memastikan katup dapat mempertahankan hidrogen cair pada suhu ini sekaligus meminimalkan kehilangan akibat pendidihan. Selama ada panas yang ditransfer ke hidrogen cair, hidrogen akan menguap dan bocor. Tidak hanya itu, kondensasi oksigen terjadi pada titik putus insulasi. Setelah oksigen bersentuhan dengan hidrogen atau bahan mudah terbakar lainnya, risiko kebakaran meningkat. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan risiko kebakaran yang mungkin dihadapi katup, katup harus dirancang dengan mempertimbangkan material tahan ledakan, serta aktuator, instrumentasi, dan kabel tahan api, semuanya dengan sertifikasi yang paling ketat. Hal ini memastikan katup beroperasi dengan baik jika terjadi kebakaran. Peningkatan tekanan juga merupakan risiko potensial yang dapat membuat katup tidak dapat beroperasi. Jika hidrogen cair terperangkap di rongga badan katup, perpindahan panas dan penguapan hidrogen cair terjadi secara bersamaan, akan menyebabkan peningkatan tekanan. Perbedaan tekanan yang besar akan menyebabkan kavitasi/kebisingan. Fenomena ini dapat menyebabkan berakhirnya masa pakai katup sebelum waktunya, bahkan menimbulkan kerugian besar akibat cacat proses. Terlepas dari kondisi operasi spesifik, jika faktor-faktor di atas dapat dipertimbangkan sepenuhnya dan tindakan pencegahan yang sesuai dapat diambil dalam proses desain, pengoperasian katup yang aman dan andal dapat dipastikan. Selain itu, terdapat tantangan desain terkait isu lingkungan, seperti kebocoran yang mudah meledak. Hidrogen memiliki keunikan: molekul kecil, tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah meledak. Karakteristik inilah yang menentukan kebutuhan mutlak untuk mencapai nol kebocoran.
Di stasiun Pencairan Hidrogen Pantai Barat Las Vegas Utara,
Teknisi Wieland Valve menyediakan layanan teknis
Solusi katup
Terlepas dari fungsi dan jenis spesifiknya, katup untuk semua aplikasi hidrogen cair harus memenuhi beberapa persyaratan umum. Persyaratan ini meliputi: material bagian struktural harus memastikan integritas struktural tetap terjaga pada suhu yang sangat rendah; Semua material harus memiliki sifat tahan api alami. Untuk alasan yang sama, elemen penyegel dan kemasan katup hidrogen cair juga harus memenuhi persyaratan dasar yang disebutkan di atas. Baja tahan karat austenitik merupakan material ideal untuk katup hidrogen cair. Baja ini memiliki kekuatan impak yang sangat baik, kehilangan panas minimal, dan dapat menahan gradien suhu yang besar. Ada material lain yang juga cocok untuk kondisi hidrogen cair, tetapi terbatas pada kondisi proses tertentu. Selain pemilihan material, beberapa detail desain tidak boleh diabaikan, seperti memperpanjang batang katup dan menggunakan kolom udara untuk melindungi kemasan penyegel dari suhu rendah yang ekstrem. Selain itu, perpanjangan batang katup dapat dilengkapi dengan cincin insulasi untuk mencegah kondensasi. Merancang katup sesuai dengan kondisi aplikasi spesifik membantu memberikan solusi yang lebih masuk akal untuk berbagai tantangan teknis. Vellan menawarkan katup kupu-kupu dalam dua desain berbeda: katup kupu-kupu dudukan logam eksentrik ganda dan eksentrik rangkap tiga. Kedua desain memiliki kemampuan aliran dua arah. Dengan merancang bentuk cakram dan lintasan putaran, segel yang rapat dapat dicapai. Tidak ada rongga di badan katup yang tidak terdapat media sisa. Katup kupu-kupu eksentrik ganda Velan mengadopsi desain rotasi eksentrik cakram, dikombinasikan dengan sistem penyegelan VELFLEX yang khas, untuk mencapai kinerja penyegelan katup yang sangat baik. Desain yang telah dipatenkan ini dapat menahan fluktuasi suhu yang besar sekalipun di dalam katup. Cakram eksentrik rangkap tiga TORQSEAL juga memiliki lintasan putaran yang dirancang khusus untuk memastikan permukaan penyegelan cakram hanya menyentuh dudukan saat mencapai posisi katup tertutup dan tidak tergores. Oleh karena itu, torsi penutupan katup dapat mendorong cakram untuk mencapai dudukan yang komplians, dan menghasilkan efek baji yang memadai pada posisi katup tertutup, sekaligus memastikan cakram bersentuhan secara merata dengan seluruh permukaan penyegelan dudukan. Kekomplian dudukan katup memungkinkan badan katup dan cakram memiliki fungsi "penyesuaian otomatis", sehingga mencegah cakram macet saat terjadi fluktuasi suhu. Poros katup baja tahan karat yang diperkuat mampu beroperasi pada siklus operasi yang tinggi dan beroperasi dengan lancar pada suhu yang sangat rendah. Desain eksentrik ganda VELFLEX memungkinkan servis katup secara online dengan cepat dan mudah. Berkat housing samping, dudukan dan cakram dapat diperiksa atau diservis secara langsung, tanpa perlu membongkar aktuator atau alat khusus.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdmendukung katup duduk tangguh berteknologi tinggi yang sangat canggih, termasuk katup duduk tangguhkatup kupu-kupu wafer, Katup kupu-kupu lug, Katup kupu-kupu konsentris flensa gandaKatup kupu-kupu eksentrik flensa ganda,saringan Ykatup penyeimbang,Katup periksa pelat ganda wafer, dll.
Waktu posting: 11-Agu-2023
