從業界角度看液氫閥門

液氫在儲存、運輸上有一定的優勢。與氫相比，液氫（LH2）密度較高，儲存所需壓力較低。然而，氫氣必須達到-253°C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態氫成為一種危險的介質。因此，在設計相關應用的閥門時，嚴格的安全措施和高可靠性是不可妥協的要求。

作者：Fadila Khelfaoui、Frédéric Blanquet

威蘭閥門（Velan）

液氫（LH2）的應用。

目前，液氫已在各種特殊場合被使用和嘗試使用。在航空航洞領域，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日益增強，近年來液氫被越來越多的卡車和船舶用作燃料。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、儲存和分配）不可或缺的一部分。與液氫相關的操作具有挑戰性。 Velan在-272℃高性能閥門領域擁有30多年的實務經驗和專業知識，長期參與各種創新項目，顯然憑藉實力贏得了液態氫服務的技術挑戰。

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考察的主要因素。為了優化閥門性能，設計和材料選擇起著決定性的作用。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，閥門材料不僅要承受氫分子的侵蝕（一些相關的劣化機制在學術界仍有爭議），而且還必須在其生命週期內長時間保持正常運作。就目前的技術發展水準而言，業界對非金屬材料在氫能應用中的適用性的認識有限。在選擇密封材料時，必須考慮到這個因素。有效的密封也是一項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，從而形成溫度梯度。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的洩漏。閥桿的密封性也是設計的重點。從冷到熱的轉變產生熱流。閥蓋腔體區域的熱部件可能會凍結，從而破壞閥桿的密封性能並影響閥門的可操作性。此外，-253°C的極低溫意味著需要最好的絕緣技術來確保閥門能夠將液氫維持在此溫度下，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，在絕緣層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，閥門設計時必須考慮防爆材料，以及耐火執行器、儀表和電纜，所有這些都需要最嚴格的認證。這可確保閥門在發生火災時正常運作。壓力增加也是一種潛在風險，可能導致閥門無法操作。如果液氫滯留在閥體腔內，同時發生熱傳遞和液氫蒸發，就會造成壓力的升高。如果壓力差較大，就會產生氣蝕（空化）/噪音。這些現象會導致閥門使用壽命過早結束，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，就能夠確保閥門的安全可靠運作。此外，還存在與環境問題相關的設計挑戰，例如逸散性洩漏。氫氣是獨一無二的：分子小、無色、無味、易爆炸。這些特點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的要求。這些要求包括：結構部件的材料必須保證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性能。基於同樣的原因，液氫閥門的密封件和填料也必須符合上述基本要求。奧氏體不銹鋼是液氫閥門的理想材料。它具有出色的抗衝擊強度、最小的熱量損失，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。除了材料的選擇外，一些設計細節也不容忽視，例如延長閥桿和使用氣柱保護密封填料免受極端低溫的影響。此外，閥桿的延伸部分可以配備絕緣環，以避免凝露。根據具體的應用條件設計閥門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：雙偏心金屬閥座蝶閥和三偏心金屬閥座蝶閥。兩種設計都具有雙向流動能力。透過設計圓盤形狀和旋轉軌跡，可以實現緊密的密封。閥體內部沒有空腔，沒有殘留介質。以Velan雙偏心蝶閥為例，其採用蝶板偏心旋轉設計，結合獨特的VELFLEX密封系統，實現了優異的閥門密封性能。此專利設計甚至可以承受閥門內較大的溫度波動。 TORQSEAL三偏心閥瓣還具有特殊設計的旋轉軌跡，有助於確保閥瓣密封面僅在到達關閉閥門位置時接觸閥座，不會產生刮痕。因此，閥門的關閉扭矩可以驅動閥瓣實現柔順就位，並在關閉閥門位置產生足夠的楔入效應，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，從而避免在溫度波動期間閥瓣卡住。增強型不銹鋼閥軸具有高操作循環能力，並且在極低的溫度下也能平穩運作。 VELFLEX 雙偏心設計使得閥門能夠快速、輕鬆地在線上維修。由於有側殼，可以直接檢查或維修閥座和閥瓣，而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。