O hidrogênio líquido apresenta certas vantagens em termos de armazenamento e transporte. Comparado ao hidrogênio, 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 significa que é bastante difícil. Temperaturas extremamente baixas e riscos de inflamabilidade tornam o hidrogênio líquido um meio perigoso. Por esse motivo, medidas rigorosas de segurança e alta confiabilidade são requisitos inquestionáveis 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 ocasiões especiais. Na indústria aeroespacial, pode ser usado como combustível para lançamento de foguetes e também pode gerar ondas de choque em túneis de vento transônicos. Apoiado pela "ciência avançada", o hidrogênio líquido tornou-se um material essencial em sistemas supercondutores, aceleradores de partículas e dispositivos de fusão nuclear. À medida que cresce o desejo das pessoas por desenvolvimento sustentável, o hidrogênio líquido tem sido usado como combustível por cada vez mais caminhões e navios nos últimos anos. Nos cenários de aplicação acima, a importância das válvulas é bastante óbvia. 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 desafiadoras. Com mais de 30 anos de experiência prática e expertise na área de válvulas de alto desempenho até -272°C, a Velan está envolvida em vários projetos inovadores há muito tempo e é evidente que venceu os desafios técnicos do serviço de hidrogênio líquido com sua força.
Desafios na fase de projeto
Pressão, temperatura e concentração de hidrogênio são fatores importantes examinados em uma avaliação de risco de projeto de válvula. Para otimizar o desempenho da válvula, o projeto e a seleção do material desempenham um papel decisivo. Válvulas usadas em aplicações de hidrogênio líquido enfrentam desafios adicionais, incluindo os efeitos adversos do hidrogênio sobre os metais. Em temperaturas muito baixas, os materiais da válvula não devem apenas suportar o ataque de moléculas de hidrogênio (alguns dos mecanismos de deterioração associados ainda são debatidos no meio acadêmico), mas também devem manter a operação normal por um longo período ao longo de seu ciclo de vida. Em termos do nível atual de desenvolvimento tecnológico, a indústria tem conhecimento limitado da aplicabilidade de materiais não metálicos em aplicações de hidrogênio. Ao escolher um material de vedação, é necessário levar esse fator em consideração. A 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 (temperatura ambiente), resultando em um gradiente de temperatura. Cada componente da válvula sofrerá diferentes graus de expansão e contração térmica. Essa discrepância pode levar a vazamentos perigosos de superfícies de vedação críticas. A estanqueidade da haste da válvula também é o foco do projeto. A transição do frio para o quente cria um fluxo de calor. As partes quentes da cavidade do castelo podem congelar, o que pode prejudicar o desempenho da vedação da haste e afetar a operabilidade da válvula. Além disso, a temperatura extremamente baixa de -253 °C significa que a melhor tecnologia de isolamento é necessária para garantir que a válvula possa manter o hidrogênio líquido nessa temperatura, minimizando as perdas causadas pela ebulição. Enquanto houver calor transferido para o hidrogênio líquido, ele evaporará e vazará. Além disso, a condensação de oxigênio ocorre no ponto de ruptura do isolamento. Assim que 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 em mente, bem como atuadores, instrumentação e cabos resistentes ao fogo, todos com as certificações mais rigorosas. Isso garante que a válvula opere corretamente em caso de incêndio. O aumento da pressão também é um risco potencial que pode tornar as válvulas inoperantes. Se o hidrogênio líquido ficar preso na cavidade do corpo da válvula e a transferência de calor e a evaporação do hidrogênio líquido ocorrerem ao mesmo tempo, isso causará um aumento na pressão. Se houver uma grande diferença de pressão, ocorrerá cavitação/ruído. Esses fenômenos podem levar ao fim prematuro da vida útil da válvula e até mesmo a perdas significativas 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, a operação segura e confiável da válvula poderá ser garantida. 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 vazamento zero.
Na estação de liquefação de hidrogênio da costa oeste de North Las Vegas,
Os engenheiros da Wieland Valve estão fornecendo serviços técnicos
Soluções de válvulas
Independentemente da função e do tipo específicos, as válvulas para todas as aplicações de 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 ter propriedades naturais de segurança contra incêndio. Pelo mesmo motivo, os elementos de vedação e a gaxeta das válvulas de hidrogênio líquido também devem atender aos requisitos básicos mencionados acima. O aço inoxidável austenítico é um material ideal para válvulas de hidrogênio líquido. Possui excelente resistência ao impacto, perda mínima de calor e pode suportar grandes gradientes de temperatura. Existem outros materiais que também são adequados para condições de hidrogênio líquido, mas são limitados a condições específicas do processo. Além da escolha dos materiais, alguns detalhes de projeto não devem ser negligenciados, como a extensão da haste da válvula e o uso de uma coluna de ar para proteger a gaxeta de temperaturas extremamente baixas. Além disso, a extensão da haste da válvula pode ser equipada com um anel de isolamento para evitar condensação. Projetar válvulas de acordo com as condições específicas de aplicação ajuda a fornecer soluções mais razoáveis para diferentes desafios técnicos. A Vellan oferece válvulas borboleta em dois projetos diferentes: válvulas borboleta de assento metálico com dupla excêntrica e tripla excêntrica. Ambos os projetos possuem capacidade de fluxo bidirecional. Ao projetar o formato do disco e a trajetória de rotação, é possível obter uma vedação estanque. Não há cavidade no corpo da válvula onde não haja meio residual. No caso da válvula borboleta excêntrica dupla Velan, ela adota o projeto de rotação excêntrica do disco, combinado com o distinto sistema de vedação VELFLEX, para alcançar excelente desempenho de vedação da válvula. Este projeto patenteado pode suportar até mesmo grandes flutuações de temperatura na válvula. O disco excêntrico triplo 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 de atingir a posição fechada da válvula e não a risque. Portanto, o torque de fechamento da válvula pode acionar o disco para atingir uma sede compatível 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 conformidade 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 reforçado em aço inoxidável é capaz de suportar altos ciclos de operação e opera suavemente em temperaturas muito baixas. O design excêntrico duplo VELFLEX permite a manutenção on-line da válvula de forma rápida e fácil. Graças à carcaça lateral, a sede e o disco podem ser inspecionados ou submetidos à manutenção diretamente, sem a necessidade de desmontar o atuador ou usar ferramentas especiais.
Válvula de vedação de água Tianjin Tanggu Co., Ltdestão dando suporte a válvulas de assento resilientes de tecnologia altamente avançada, incluindo válvulas de assento resilientesválvula borboleta tipo wafer, Válvula borboleta de olhal, Válvula borboleta concêntrica de flange duplaVálvula borboleta excêntrica de flange dupla,Filtro em Y, válvula de balanceamento,Válvula de retenção de placa dupla tipo wafer, etc.
Data de publicação: 11/08/2023
