液氫在儲存和運輸方面具有一定的優勢。與氫氣相比，液氫（LH2）具有更高的密度，並且需要更低的儲存壓力。然而，氫必須在-253℃才能變成液態，這意味著它相當困難。極低的溫度和可燃性風險使液氫成為危險的介質。因此，在為相關應用設計閥門時，嚴格的安全措施和高可靠性是不折不扣的要求。
作者：Fadila Khelfaoui、Frédéric Blanquet
韋蘭閥門（Velan）
液氫（LH2）的應用。
目前液氫已在各種特殊場合使用並嘗試使用。在航空航天中，它可以用作火箭發射燃料，也可以在跨音速風洞中產生衝擊波。在「大科學」的支持下，液氫已成為超導系統、粒子加速器和核融合裝置的關鍵材料。隨著人們對永續發展的渴望不斷增強，近年來越來越多的卡車和船舶使用液態氫作為燃料。在上述應用場景中，閥門的重要性非常明顯。閥門的安全可靠運作是液氫供應鏈生態系統（生產、運輸、儲存和分銷）不可或缺的一部分。與液氫相關的操作具有挑戰性。憑藉在低至-272℃高性能閥門領域超過30年的實踐經驗和專業知識，Velan長期參與各種創新項目，顯然已經贏得了液氫服務以其實力。
設計階段的挑戰
壓力、溫度和氫氣濃度都是閥門設計風險評估中檢查的主要因素。為了優化閥門性能，設計和材料選擇起著決定性作用。液氫應用中使用的閥門面臨額外的挑戰，包括氫對金屬的不利影響。在極低的溫度下，閥門材料不僅必須承受氫分子的攻擊（一些相關的劣化機制在學術界仍在爭論），而且還必須在其生命週期內長期保持正常運作。就目前的技術發展水準而言，業界對非金屬材料在氫應用中的適用性認識有限。在選擇密封材料時，需要考慮這個因素。有效的密封也是一個關鍵的設計性能標準。液氫與環境溫度（室溫）之間存在近300°C的溫差，從而產生溫度梯度。閥門的每個部件都會經歷不同程度的熱膨脹和收縮。這種差異可能導致關鍵密封表面發生危險洩漏。閥桿的密封性也是設計的重點。從冷到熱的轉變會產生熱流。閥蓋腔體區域的熱部件可能會凍結，這會破壞閥桿密封性能並影響閥門的可操作性。此外，-253℃的極低溫意味著需要最好的隔熱技術，以確保閥門能夠在該溫度下維持液體氫，同時最大限度地減少沸騰造成的損失。只要有熱量傳遞給液態氫，它就會蒸發並洩漏。不僅如此，在絕緣的斷裂點還會發生氧氣凝結。一旦氧氣與氫氣或其他可燃物接觸，火災的風險就會增加。因此，考慮到閥門可能面臨的火災風險，閥門的設計必須考慮防爆材料，以及防火執行器、儀表和電纜，所有這些都經過最嚴格的認證。這可確保閥門在發生火災時正常運作。壓力升高也是一種潛在風險，可能導致閥門無法運作。如果液氫滯留在閥體腔內，傳熱和液氫蒸發同時發生，就會造成壓力升高。如果壓力差較大，就會發生氣蝕（氣蝕）/噪音。這些現像都會導致閥門使用壽命提前結束，甚至因製程缺陷而遭受巨大損失。無論具體的運作工況如何，如果在設計過程中能夠充分考慮上述因素並採取相應的對策，就可以確保閥門安全可靠的運作。此外，還存在與環境問題相關的設計挑戰，例如無組織洩漏。氫氣很獨特：分子小、無色、無味、易爆炸。這些特性決定了零洩漏的絕對必要性。
在北拉斯維加斯西海岸氫氣液化站，
維蘭德閥門工程師正在提供技術服務
閥門解決方案
無論具體功能和類型如何，所有液氫應用的閥門都必須滿足一些共同要求。這些要求包括：結構件的材料必須確保在極低的溫度下保持結構完整性；所有材料必須具有天然的防火安全特性。基於同樣的原因，液氫閥門的密封元件和填料也必須滿足上述基本要求。奧氏體不銹鋼是液氫閥門的理想材料。它具有優異的衝擊強度、最小的熱損失，並能承受較大的溫度梯度。還有其他材料也適用於液氫條件，但僅限於特定的製程條件。除了材料的選擇之外，一些設計細節也不容忽視，例如延長閥桿和使用空氣柱來保護密封填料免受極低溫的影響。另外，閥桿的延長部分可配備隔熱環以避免凝露。根據具體應用條件進行閥門設計有助於針對不同的技術挑戰給出更合理的解決方案。Vellan 提供兩種不同設計的蝶閥：雙偏心和三偏心金屬座蝶閥。兩種設計都具有雙向流動能力。透過設計閥瓣形狀和旋轉軌跡，可以實現緊密密封。閥體內無空腔，無殘留介質。維蘭雙偏心蝶閥採用蝶板偏心旋轉設計，結合獨具特色的VELFLEX密封系統，實現卓越的閥門密封性能。這項專利設計可以承受閥門內較大的溫度波動。TORQSEAL 三偏心閥瓣還具有專門設計的旋轉軌跡，有助於確保閥瓣密封面在到達關閉閥門位置時僅接觸閥座且不會刮擦。因此，閥門的關閉扭力可以驅動閥瓣實現柔順閥座，並在關閉閥門位置產生足夠的楔緊作用，同時使閥瓣與閥座密封面的整個圓週均勻接觸。閥座的柔順性使閥體和閥瓣具有「自我調節」功能，從而避免閥瓣在溫度波動時卡住。強化不銹鋼閥軸能夠承受高運轉週期，並在極低的溫度下平穩運作。VELFLEX 雙偏心設計允許快速、輕鬆地在線維修閥門。由於側殼，可以直接檢查或維修閥座和閥瓣，無需拆卸執行器或特殊工具。
天津塘沽水封閥門有限公司支援高度先進的技術彈性閥座閥門，包括彈性閥座對夾式蝶閥, 凸耳蝶閥, 雙法蘭同心蝶閥,雙法蘭偏心蝶閥,Y型過濾器, 平衡閥,對夾雙板止回閥， ETC。
發佈時間：2023年8月11日