El hidrógeno líquido ofrece ciertas ventajas en su almacenamiento y transporte. En comparación con el hidrógeno, el hidrógeno líquido (LH₂) presenta una mayor densidad y requiere menor presión para su almacenamiento. Sin embargo, el hidrógeno debe alcanzar una temperatura de -253 °C para volverse líquido, lo que lo hace bastante difícil. Las temperaturas extremadamente bajas y los riesgos de inflamabilidad hacen del hidrógeno líquido un medio peligroso. Por ello, las estrictas medidas de seguridad y la alta fiabilidad son requisitos indispensables al diseñar válvulas para las aplicaciones pertinentes.
Por Fadila Khelfaoui y Frédéric Blanquet
Válvula Velan (Velan)
Aplicaciones del hidrógeno líquido (LH2).
Actualmente, el hidrógeno líquido se utiliza y se experimenta en diversas ocasiones especiales. En la industria aeroespacial, se puede utilizar como combustible para el lanzamiento de cohetes y también puede generar ondas de choque en túneles de viento transónicos. Con el respaldo de la ciencia, el hidrógeno líquido se ha convertido en un material clave en sistemas superconductores, aceleradores de partículas y dispositivos de fusión nuclear. A medida que crece el deseo de desarrollo sostenible, el hidrógeno líquido se ha utilizado como combustible en cada vez más camiones y barcos en los últimos años. En los escenarios de aplicación mencionados, la importancia de las válvulas es evidente. El funcionamiento seguro y fiable de las válvulas es parte integral de la cadena de suministro de hidrógeno líquido (producción, transporte, almacenamiento y distribución). Las operaciones relacionadas con el hidrógeno líquido presentan un gran desafío. Con más de 30 años de experiencia práctica y conocimientos en el campo de las válvulas de alto rendimiento hasta -272 °C, Velan ha participado en diversos proyectos innovadores durante mucho tiempo, y es evidente que ha superado los desafíos técnicos del servicio de hidrógeno líquido gracias a su solidez.
Desafíos en la fase de diseño
La presión, la temperatura y la concentración de hidrógeno son factores clave que se examinan en la evaluación de riesgos del diseño de una válvula. Para optimizar el rendimiento de la válvula, el diseño y la selección de materiales son decisivos. Las válvulas utilizadas en aplicaciones de hidrógeno líquido se enfrentan a desafíos adicionales, como los efectos adversos del hidrógeno sobre los metales. A temperaturas muy bajas, los materiales de las válvulas no solo deben resistir el ataque de las moléculas de hidrógeno (algunos de los mecanismos de deterioro asociados aún se debaten en el ámbito académico), sino que también deben mantener un funcionamiento normal durante un largo periodo de su vida útil. En el actual nivel de desarrollo tecnológico, la industria tiene un conocimiento limitado sobre la aplicabilidad de los materiales no metálicos en aplicaciones de hidrógeno. Al elegir un material de sellado, es necesario tener en cuenta este factor. Un sellado eficaz también es un criterio clave para el rendimiento del diseño. Existe una diferencia de temperatura de casi 300 °C entre el hidrógeno líquido y la temperatura ambiente (temperatura ambiente), lo que genera un gradiente de temperatura. Cada componente de la válvula experimentará diferentes grados de expansión y contracción térmica. Esta discrepancia puede provocar fugas peligrosas en superficies de sellado críticas. La estanqueidad del vástago de la válvula también es un aspecto fundamental del diseño. La transición de frío a calor genera un flujo de calor. Las partes calientes de la cavidad del bonete pueden congelarse, lo que puede afectar el sellado del vástago y la operatividad de la válvula. Además, la temperatura extremadamente baja de -253 °C requiere la mejor tecnología de aislamiento para garantizar que la válvula mantenga el hidrógeno líquido a esta temperatura, minimizando las pérdidas por ebullición. Mientras se transfiera calor al hidrógeno líquido, este se evaporará y tendrá fugas. Además, la condensación de oxígeno se produce en el punto de ruptura del aislamiento. Una vez que el oxígeno entra en contacto con el hidrógeno u otros combustibles, aumenta el riesgo de incendio. Por lo tanto, considerando el riesgo de incendio que pueden enfrentar las válvulas, estas deben diseñarse con materiales a prueba de explosiones, así como con actuadores, instrumentación y cables resistentes al fuego, todos con las certificaciones más estrictas. Esto garantiza el correcto funcionamiento de la válvula en caso de incendio. El aumento de presión también es un riesgo potencial que puede inutilizar las válvulas. Si el hidrógeno líquido queda atrapado en la cavidad del cuerpo de la válvula y la transferencia de calor y la evaporación del hidrógeno líquido ocurren simultáneamente, se producirá un aumento de presión. Si existe una gran diferencia de presión, se produce cavitación (ruido). Estos fenómenos pueden provocar la finalización prematura de la vida útil de la válvula e incluso provocar grandes pérdidas debido a defectos de proceso. Independientemente de las condiciones de operación específicas, si se consideran plenamente los factores mencionados y se adoptan las medidas correctivas correspondientes durante el proceso de diseño, se puede garantizar el funcionamiento seguro y fiable de la válvula. Además, existen retos de diseño relacionados con cuestiones ambientales, como las fugas fugitivas. El hidrógeno es único: moléculas pequeñas, incoloro, inodoro y explosivo. Estas características determinan la absoluta necesidad de cero fugas.
En la estación de licuefacción de hidrógeno de la costa oeste de North Las Vegas,
Los ingenieros de Wieland Valve brindan servicios técnicos
Soluciones de válvulas
Independientemente de la función y el tipo específicos, las válvulas para todas las aplicaciones de hidrógeno líquido deben cumplir con ciertos requisitos comunes. Estos requisitos incluyen: el material de la pieza estructural debe garantizar que la integridad estructural se mantenga a temperaturas extremadamente bajas; todos los materiales deben poseer propiedades naturales de seguridad contra incendios. Por la misma razón, los elementos de sellado y la empaquetadura de las válvulas de hidrógeno líquido también deben cumplir con los requisitos básicos mencionados anteriormente. El acero inoxidable austenítico es un material ideal para válvulas de hidrógeno líquido. Presenta una excelente resistencia al impacto, mínima pérdida de calor y puede soportar grandes gradientes de temperatura. Existen otros materiales que también son adecuados para las condiciones del hidrógeno líquido, pero se limitan a condiciones de proceso específicas. Además de la elección de los materiales, no se deben pasar por alto algunos detalles de diseño, como la extensión del vástago de la válvula y el uso de una columna de aire para proteger la empaquetadura de sellado de temperaturas extremadamente bajas. Además, la extensión del vástago de la válvula puede equiparse con un anillo aislante para evitar la condensación. Diseñar válvulas según las condiciones específicas de la aplicación ayuda a ofrecer soluciones más razonables a diferentes desafíos técnicos. Vellan ofrece válvulas de mariposa en dos diseños diferentes: válvulas de mariposa de asiento metálico de doble excéntrica y triple excéntrica. Ambos diseños ofrecen capacidad de flujo bidireccional. El diseño de la forma del disco y la trayectoria de rotación permite lograr un sellado hermético. El cuerpo de la válvula no presenta cavidades donde no haya fluido residual. La válvula de mariposa Velan de doble excéntrica adopta el diseño de rotación excéntrica del disco, combinado con el exclusivo sistema de sellado VELFLEX, para lograr un excelente rendimiento de sellado. Este diseño patentado soporta incluso grandes fluctuaciones de temperatura. El disco de triple excéntrico TORQSEAL también cuenta con una trayectoria de rotación especialmente diseñada que garantiza que la superficie de sellado del disco solo toque el asiento al alcanzar la posición de cierre de la válvula y no se raye. Por lo tanto, el par de cierre de la válvula impulsa el disco para lograr un asiento flexible y producir un efecto de cuña suficiente en la posición de cierre, a la vez que el disco contacta uniformemente con toda la circunferencia de la superficie de sellado del asiento. La flexibilidad del asiento de la válvula permite que el cuerpo y el disco se autoajusten, evitando así el agarrotamiento del disco durante las fluctuaciones de temperatura. El eje de la válvula, reforzado en acero inoxidable, soporta altos ciclos de operación y funciona con suavidad a temperaturas muy bajas. El diseño de doble excéntrico VELFLEX permite realizar el mantenimiento de la válvula en línea de forma rápida y sencilla. Gracias a la carcasa lateral, el asiento y el disco pueden inspeccionarse o revisarse directamente, sin necesidad de desmontar el actuador ni herramientas especiales.
Válvula de sellado de agua Tianjin Tanggu Co., ltdEstán respaldando válvulas de asiento resiliente de tecnología altamente avanzada, incluidas válvulas de asiento resilienteválvula de mariposa tipo oblea, válvula de mariposa de orejeta, Válvula de mariposa concéntrica de doble bridaVálvula de mariposa excéntrica de doble brida.Colador en Yválvula de equilibrio,Válvula de retención de doble placa tipo wafer, etc.
Hora de publicación: 11 de agosto de 2023
