Hidrogen cair memiliki beberapa keunggulan dalam hal penyimpanan dan transportasi. Dibandingkan dengan hidrogen, hidrogen cair (LH2) memiliki kepadatan yang lebih tinggi dan memerlukan tekanan yang lebih rendah untuk penyimpanan. Akan tetapi, hidrogen harus mencapai suhu -253°C untuk menjadi cair, yang berarti cukup sulit. Suhu yang sangat rendah dan risiko mudah terbakar membuat hidrogen cair menjadi media yang berbahaya. Oleh karena itu, langkah-langkah keselamatan yang ketat dan keandalan yang tinggi merupakan persyaratan yang tidak dapat dikompromikan saat merancang katup untuk aplikasi yang relevan.
Oleh Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Katup Velan (Velan)
Aplikasi hidrogen cair (LH2)
Saat ini, hidrogen cair digunakan dan dicoba untuk digunakan dalam berbagai acara khusus. Di bidang kedirgantaraan, hidrogen cair dapat digunakan sebagai bahan bakar peluncuran roket dan juga dapat menghasilkan gelombang kejut di terowongan angin transonik. Didukung oleh "sains besar", hidrogen cair telah menjadi bahan utama dalam sistem superkonduktor, akselerator partikel, dan perangkat fusi nuklir. Seiring dengan 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 sangat jelas. Pengoperasian katup yang aman dan andal merupakan bagian integral dari ekosistem rantai pasokan hidrogen cair (produksi, transportasi, penyimpanan, dan distribusi). Operasi yang terkait dengan hidrogen cair penuh tantangan. Dengan lebih dari 30 tahun pengalaman praktis dan keahlian di bidang katup berkinerja tinggi hingga -272°C, Velan telah terlibat dalam berbagai proyek inovatif untuk waktu yang lama, dan jelas bahwa ia 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 memegang peranan penting. 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 menahan serangan molekul hidrogen (beberapa mekanisme kerusakan terkait masih diperdebatkan di dunia akademis), tetapi juga harus mempertahankan operasi normal untuk waktu yang lama selama siklus hidupnya. Dalam hal tingkat perkembangan teknologi saat ini, industri memiliki pengetahuan 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 utama. Terdapat perbedaan suhu hampir 300°C antara hidrogen cair dan suhu sekitar (suhu ruangan), yang mengakibatkan gradien suhu. Setiap komponen katup akan mengalami tingkat ekspansi dan kontraksi termal yang berbeda. Perbedaan ini dapat menyebabkan kebocoran berbahaya pada permukaan penyegelan yang penting. Kekencangan penyegelan batang katup juga menjadi fokus desain. Transisi dari dingin ke panas menciptakan aliran panas. Bagian panas dari area rongga kap dapat membeku, yang dapat mengganggu kinerja penyegelan batang dan memengaruhi pengoperasian katup. Selain itu, suhu yang sangat rendah yaitu -253°C berarti bahwa teknologi insulasi terbaik diperlukan untuk memastikan bahwa katup dapat mempertahankan hidrogen cair pada suhu ini sambil meminimalkan kerugian yang disebabkan oleh pendidihan. Selama ada panas yang ditransfer ke hidrogen cair, ia akan menguap dan bocor. Tidak hanya itu, kondensasi oksigen terjadi pada titik putusnya 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 bahan antiledakan, serta aktuator, instrumentasi, dan kabel tahan api, semuanya dengan sertifikasi yang paling ketat. Ini memastikan bahwa katup beroperasi dengan baik jika terjadi kebakaran. Peningkatan tekanan juga merupakan risiko potensial yang dapat membuat katup tidak dapat dioperasikan. Jika hidrogen cair terperangkap dalam rongga badan katup dan perpindahan panas serta penguapan hidrogen cair terjadi pada saat yang bersamaan, maka akan menyebabkan peningkatan tekanan. Jika terdapat perbedaan tekanan yang besar, maka akan terjadi kavitasi (kavitasi)/suara bising. Fenomena ini dapat menyebabkan berakhirnya masa pakai katup sebelum waktunya, dan bahkan mengalami kerugian yang sangat besar akibat cacat proses. Terlepas dari kondisi operasi tertentu, jika faktor-faktor di atas dapat dipertimbangkan sepenuhnya dan tindakan pencegahan yang sesuai dapat diambil dalam proses desain, maka dapat dipastikan bahwa katup akan beroperasi dengan aman dan andal. Selain itu, terdapat tantangan desain yang terkait dengan masalah lingkungan, seperti kebocoran yang mudah terjadi. Hidrogen bersifat unik: molekul kecil, tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah meledak. Karakteristik ini menentukan kebutuhan mutlak akan kebocoran nol.
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: bahan bagian struktural harus memastikan bahwa integritas struktural dipertahankan pada suhu yang sangat rendah; Semua bahan harus memiliki sifat keselamatan kebakaran alami. Untuk alasan yang sama, elemen penyegel dan pengepakan katup hidrogen cair juga harus memenuhi persyaratan dasar yang disebutkan di atas. Baja tahan karat austenitik adalah bahan yang ideal untuk katup hidrogen cair. Baja ini memiliki kekuatan benturan yang sangat baik, kehilangan panas minimal, dan dapat menahan gradien suhu yang besar. Ada bahan lain yang juga cocok untuk kondisi hidrogen cair, tetapi terbatas pada kondisi proses tertentu. Selain pilihan bahan, beberapa detail desain tidak boleh diabaikan, seperti memperpanjang batang katup dan menggunakan kolom udara untuk melindungi pengepakan penyegel dari suhu yang sangat rendah. Selain itu, perpanjangan batang katup dapat dilengkapi dengan cincin insulasi untuk menghindari kondensasi. Mendesain katup sesuai dengan kondisi aplikasi tertentu 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 memiliki media sisa. Dalam kasus katup kupu-kupu eksentrik ganda Velan, katup ini mengadopsi desain putaran eksentrik cakram, yang dipadukan dengan sistem penyegelan VELFLEX yang khas, untuk mencapai kinerja penyegelan katup yang sangat baik. Desain yang dipatenkan ini dapat menahan fluktuasi suhu yang besar di katup. Cakram eksentrik rangkap tiga TORQSEAL juga memiliki lintasan putaran yang dirancang khusus yang membantu memastikan bahwa permukaan penyegelan cakram hanya menyentuh dudukan pada saat mencapai posisi katup tertutup dan tidak tergores. Oleh karena itu, torsi penutupan katup dapat menggerakkan cakram untuk mencapai dudukan yang sesuai, dan menghasilkan efek baji yang cukup pada posisi katup tertutup, sekaligus membuat cakram bersentuhan secara merata dengan seluruh keliling permukaan penyegelan dudukan. Kesesuaian dudukan katup memungkinkan badan katup dan cakram memiliki fungsi "penyesuaian sendiri", sehingga menghindari kejang pada cakram selama fluktuasi suhu. Poros katup baja tahan karat yang diperkuat mampu menjalankan siklus operasi yang tinggi dan beroperasi dengan lancar pada suhu yang sangat rendah. Desain eksentrik ganda VELFLEX memungkinkan katup diservis secara daring dengan cepat dan mudah. Berkat rangka samping, dudukan dan cakram dapat diperiksa atau diservis secara langsung, tanpa perlu membongkar aktuator atau alat khusus.
Tianjin Tanggu Katup Segel Air Co.,ltdmendukung teknologi katup duduk tangguh 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 Y, katup penyeimbang,Katup periksa pelat ganda wafer, dll.
Waktu posting: 11-Agu-2023
