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 agar menjadi cair, yang berarti hal ini cukup sulit. Suhu yang sangat rendah dan risiko mudah terbakar menjadikan hidrogen cair sebagai media yang berbahaya. Karena alasan ini, langkah-langkah keselamatan yang ketat dan keandalan yang tinggi merupakan persyaratan mutlak dalam mendesain katup untuk aplikasi yang relevan.
Oleh Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Katup Velan (Velan)
Aplikasi hidrogen cair (LH2).
Saat ini, hidrogen cair digunakan dan diupayakan untuk digunakan dalam berbagai kesempatan 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 "ilmu pengetahuan besar," hidrogen cair telah menjadi material kunci 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 sangat menantang. Dengan lebih dari 30 tahun pengalaman praktis dan keahlian di bidang katup berkinerja tinggi hingga suhu -272°C, Velan telah terlibat dalam berbagai proyek inovatif untuk waktu yang lama, dan jelas bahwa perusahaan ini telah memenangkan tantangan teknis layanan hidrogen cair dengan kekuatannya.
Tantangan dalam fase desain
Tekanan, suhu, dan konsentrasi hidrogen adalah faktor-faktor utama yang diperiksa dalam penilaian risiko desain katup. Untuk mengoptimalkan kinerja katup, desain dan pemilihan material memainkan peran 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 tahan terhadap serangan molekul hidrogen (beberapa mekanisme kerusakan terkait masih diperdebatkan di kalangan akademisi), tetapi juga harus mempertahankan operasi normal dalam jangka waktu 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 utama. Terdapat perbedaan suhu hampir 300°C antara hidrogen cair dan suhu sekitar (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 dari rongga penutup katup dapat membeku, yang dapat mengganggu kinerja penyegelan batang dan memengaruhi pengoperasian katup. Selain itu, suhu yang sangat rendah yaitu -253°C berarti bahwa teknologi isolasi terbaik diperlukan untuk memastikan bahwa katup dapat mempertahankan hidrogen cair pada suhu ini sambil meminimalkan kehilangan yang disebabkan oleh pendidihan. Selama ada panas yang ditransfer ke hidrogen cair, hidrogen tersebut akan menguap dan bocor. Tidak hanya itu, kondensasi oksigen terjadi pada titik kerusakan isolasi. Begitu oksigen bersentuhan dengan hidrogen atau bahan yang 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. Ini memastikan bahwa katup beroperasi dengan benar jika terjadi kebakaran. Peningkatan tekanan juga merupakan risiko potensial yang dapat membuat katup tidak dapat beroperasi. Jika hidrogen cair terperangkap di dalam rongga badan katup dan perpindahan panas serta penguapan hidrogen cair terjadi secara bersamaan, hal itu akan menyebabkan peningkatan tekanan. Jika terdapat perbedaan tekanan yang besar, kavitasi/kebisingan akan terjadi. Fenomena ini dapat menyebabkan berakhirnya masa pakai katup sebelum waktunya, dan bahkan menimbulkan kerugian besar akibat cacat proses. Terlepas dari kondisi operasi spesifik, jika faktor-faktor di atas dapat dipertimbangkan sepenuhnya dan tindakan penanggulangan yang sesuai dapat diambil dalam proses desain, hal itu dapat memastikan pengoperasian katup yang aman dan andal. Selain itu, terdapat tantangan desain yang berkaitan dengan masalah lingkungan, seperti kebocoran yang tidak terkontrol. Hidrogen memiliki karakteristik unik: molekul kecil, tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah meledak. Karakteristik ini menentukan perlunya kebocoran nol secara mutlak.
Di stasiun pencairan hidrogen Pantai Barat Las Vegas Utara,
Para insinyur 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 adalah material ideal untuk katup hidrogen cair. Material ini memiliki kekuatan benturan 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 yang sangat rendah. Selain itu, perpanjangan batang katup dapat dilengkapi dengan cincin isolasi untuk menghindari kondensasi. Mendesain 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 tiga. Kedua desain tersebut memiliki kemampuan aliran dua arah. Dengan mendesain bentuk cakram dan lintasan rotasi, penyegelan yang rapat dapat dicapai. Tidak ada rongga di dalam badan katup tempat tidak ada media sisa. Dalam kasus katup kupu-kupu eksentrik ganda Velan, ia mengadopsi desain rotasi eksentrik cakram, dikombinasikan dengan sistem penyegelan VELFLEX yang khas, untuk mencapai kinerja penyegelan katup yang sangat baik. Desain yang dipatenkan ini dapat menahan fluktuasi suhu yang besar sekalipun di dalam katup. Cakram eksentrik tiga kali lipat TORQSEAL juga memiliki lintasan rotasi 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 penutup katup dapat mendorong 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. Kelenturan dudukan katup memungkinkan badan katup dan cakram memiliki fungsi "penyesuaian otomatis", sehingga menghindari kemacetan cakram selama fluktuasi suhu. Poros katup baja tahan karat yang diperkuat mampu beroperasi dalam siklus operasi yang tinggi dan beroperasi dengan lancar pada suhu yang sangat rendah. Desain eksentrik ganda VELFLEX memungkinkan katup untuk diservis secara online dengan cepat dan mudah. Berkat rumah samping, dudukan dan cakram dapat diperiksa atau diservis secara langsung, tanpa perlu membongkar aktuator atau alat khusus.
Tianjin Tanggu Water-Seal Valve Co.,ltdmendukung teknologi canggih katup dudukan elastis, termasuk katup dudukan elastis.katup kupu-kupu wafer, Katup kupu-kupu lug, Katup kupu-kupu konsentris flensa gandaKatup kupu-kupu eksentrik flensa ganda,Saringan berbentuk Y, katup penyeimbang,Katup periksa pelat ganda wafer, dll.
Waktu posting: 11 Agustus 2023
