O hidrogênio líquido apresenta certas vantagens em termos de armazenamento e transporte. Comparado ao hidrogênio convencional, o hidrogênio líquido (LH2) possui maior densidade e requer menor pressão para armazenamento. No entanto, o hidrogênio precisa estar a -253 °C para se tornar líquido, o que torna esse processo bastante complexo. As temperaturas extremamente baixas e os riscos de inflamabilidade fazem do hidrogênio líquido um meio perigoso. Por essa razão, medidas de segurança rigorosas e alta confiabilidade são requisitos indispensáveis no projeto de válvulas para as aplicações relevantes.
Por Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Válvula Velan (Velan)
Aplicações do hidrogênio líquido (LH2).
Atualmente, o hidrogênio líquido é utilizado e testado em diversas aplicações especiais. Na indústria aeroespacial, pode ser usado como combustível para lançamento de foguetes e também para gerar ondas de choque em túneis de vento transônicos. Impulsionado pela ciência, o hidrogênio líquido tornou-se um material fundamental em sistemas supercondutores, aceleradores de partículas e dispositivos de fusão nuclear. Com o crescente desejo por desenvolvimento sustentável, o hidrogênio líquido tem sido cada vez mais utilizado como combustível em caminhões e navios nos últimos anos. Nesses cenários de aplicação, a importância das válvulas é evidente. A operação segura e confiável das válvulas é parte integrante do ecossistema da cadeia de suprimentos de hidrogênio líquido (produção, transporte, armazenamento e distribuição). As operações relacionadas ao hidrogênio líquido são complexas. Com mais de 30 anos de experiência prática e expertise em válvulas de alto desempenho para temperaturas de até -272 °C, a Velan participa há muito tempo de diversos projetos inovadores, demonstrando sua capacidade de superar os desafios técnicos do setor de hidrogênio líquido.
Desafios na fase de projeto
Pressão, temperatura e concentração de hidrogênio são fatores essenciais analisados na avaliação de riscos do projeto de válvulas. Para otimizar o desempenho da válvula, o projeto e a seleção de materiais desempenham um papel decisivo. Válvulas utilizadas em aplicações com hidrogênio líquido enfrentam desafios adicionais, incluindo os efeitos adversos do hidrogênio sobre os metais. Em temperaturas muito baixas, os materiais das válvulas não só devem resistir ao ataque das moléculas de hidrogênio (alguns dos mecanismos de deterioração associados ainda são debatidos no meio acadêmico), como também devem manter o funcionamento normal por um longo período ao longo de seu ciclo de vida. Em termos do nível atual de desenvolvimento tecnológico, a indústria possui conhecimento limitado sobre a aplicabilidade de materiais não metálicos em aplicações com hidrogênio. Ao escolher um material de vedação, é necessário levar esse fator em consideração. Uma vedação eficaz também é um critério fundamental de desempenho do projeto. Há uma diferença de temperatura de quase 300 °C entre o hidrogênio líquido e a temperatura ambiente, resultando em um gradiente térmico. Cada componente da válvula sofrerá diferentes graus de expansão e contração térmica. Essa discrepância pode levar a vazamentos perigosos em superfícies de vedação críticas. A estanqueidade da haste da válvula também é um ponto crucial do projeto. A transição do frio para o quente gera fluxo de calor. As partes mais quentes da cavidade da tampa podem congelar, o que pode prejudicar a vedação da haste e afetar o funcionamento da válvula. Além disso, a temperatura extremamente baixa de -253 °C exige a melhor tecnologia de isolamento para garantir que a válvula mantenha o hidrogênio líquido nessa temperatura, minimizando as perdas causadas pela ebulição. Enquanto houver transferência de calor para o hidrogênio líquido, ele evaporará e vazará. Além disso, ocorre condensação de oxigênio no ponto de ruptura do isolamento. Quando o oxigênio entra em contato com o hidrogênio ou outros combustíveis, o risco de incêndio aumenta. Portanto, considerando o risco de incêndio que as válvulas podem enfrentar, elas devem ser projetadas com materiais à prova de explosão, bem como atuadores, instrumentação e cabos resistentes ao fogo, todos com as certificações mais rigorosas. Isso garante que a válvula funcione corretamente em caso de incêndio. O aumento da pressão também é um risco potencial que pode tornar as válvulas inoperáveis. Se o hidrogênio líquido ficar preso na cavidade do corpo da válvula e ocorrerem simultaneamente transferência de calor e evaporação do hidrogênio líquido, haverá um aumento de pressão. Se houver uma grande diferença de pressão, ocorre cavitação/ruído. Esses fenômenos podem levar ao fim prematuro da vida útil da válvula e até mesmo a grandes perdas devido a defeitos de processo. Independentemente das condições operacionais específicas, se os fatores acima forem totalmente considerados e as contramedidas correspondentes forem tomadas no processo de projeto, isso pode garantir a operação segura e confiável da válvula. Além disso, existem desafios de projeto relacionados a questões ambientais, como vazamentos fugitivos. O hidrogênio é único: moléculas pequenas, incolor, inodoro e explosivo. Essas características determinam a necessidade absoluta de zero vazamento.
Na estação de liquefação de hidrogênio da Costa Oeste, em North Las Vegas,
Os engenheiros da Wieland Valve estão fornecendo serviços técnicos.
Soluções em válvulas
Independentemente da função e do tipo específicos, as válvulas para todas as aplicações com hidrogênio líquido devem atender a alguns requisitos comuns. Esses requisitos incluem: o material da parte estrutural deve garantir a manutenção da integridade estrutural em temperaturas extremamente baixas; todos os materiais devem possuir propriedades naturais de segurança contra incêndio. Pelo mesmo motivo, os elementos de vedação e a gaxeta das válvulas para hidrogênio líquido também devem atender aos requisitos básicos mencionados acima. O aço inoxidável austenítico é um material ideal para válvulas de hidrogênio líquido. Ele possui excelente resistência ao impacto, mínima perda de calor e suporta grandes gradientes de temperatura. Existem outros materiais que também são adequados para condições de hidrogênio líquido, mas são limitados a condições de processo específicas. Além da escolha dos materiais, alguns detalhes de projeto não devem ser negligenciados, como o prolongamento da haste da válvula e o uso de uma coluna de ar para proteger a gaxeta de vedação de temperaturas extremamente baixas. Além disso, o prolongamento da haste da válvula pode ser equipado com um anel isolante para evitar condensação. Projetar válvulas de acordo com as condições específicas de aplicação ajuda a fornecer soluções mais adequadas para diferentes desafios técnicos. A Vellan oferece válvulas borboleta em dois modelos diferentes: válvulas borboleta com sede metálica de excentricidade dupla e tripla. Ambos os designs possuem capacidade de fluxo bidirecional. Ao projetar o formato do disco e a trajetória de rotação, é possível obter uma vedação hermética. Não há cavidades no corpo da válvula onde não haja fluido residual. No caso da válvula borboleta de dupla excentricidade Velan, adota-se o design de rotação excêntrica do disco, combinado com o exclusivo sistema de vedação VELFLEX, para alcançar um excelente desempenho de vedação. Este design patenteado suporta até mesmo grandes flutuações de temperatura na válvula. O disco de tripla excentricidade TORQSEAL também possui uma trajetória de rotação especialmente projetada que ajuda a garantir que a superfície de vedação do disco toque a sede apenas no momento em que a válvula atinge a posição fechada, sem arranhar. Portanto, o torque de fechamento da válvula pode impulsionar o disco para obter uma vedação adequada e produzir um efeito de cunha suficiente na posição fechada da válvula, enquanto faz com que o disco entre em contato uniformemente com toda a circunferência da superfície de vedação da sede. A flexibilidade da sede da válvula permite que o corpo da válvula e o disco tenham uma função de "autoajuste", evitando assim o travamento do disco durante flutuações de temperatura. O eixo da válvula em aço inoxidável reforçado suporta altos ciclos de operação e funciona suavemente mesmo em temperaturas muito baixas. O design de dupla excentricidade da VELFLEX permite que a válvula seja reparada online de forma rápida e fácil. Graças à carcaça lateral, a sede e o disco podem ser inspecionados ou reparados diretamente, sem a necessidade de desmontar o atuador ou utilizar ferramentas especiais.
Válvula de vedação de água Tianjin Tanggu Co., Ltdestão dando suporte a válvulas com sede resiliente de tecnologia altamente avançada, incluindo válvulas com sede resilienteválvula borboleta tipo wafer, Válvula borboleta de fixação, Válvula borboleta concêntrica de flange duplaVálvula borboleta excêntrica de flange dupla,Filtro em Yválvula de balanceamento,Válvula de retenção de placa dupla tipo wafer, etc.
Data da publicação: 11 de agosto de 2023
