從業界角度看液氫閥門

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）密度較高，儲存所需的壓力較低。然而，氫氣必須在-253°C的低溫下才能液化，這意味著其製備難度較高。極低的溫度和易燃性使得液態氫成為危險介質。因此，在設計用於相關應用的閥門時，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

Velan閥（Velan）

液氫（LH2）的應用。

目前，液氫已被應用於多種特殊場合，並正在嘗試進一步開發。在航空航洞領域，液氫可用作火箭發射燃料，也可用於在跨音速風洞中產生衝擊波。在大科學的推動下，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日益重視，近年來，越來越多的卡車和船舶開始使用液態氫作為燃料。在上述應用場景中，閥門的重要性顯而易見。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。液氫相關操作極具挑戰性。憑藉著30餘年在低至-272℃高性能閥門領域的實務經驗與專業技術，維蘭長期參與各類創新項目，憑藉自身實力，顯然已成功應對液態氫服務領域的技術挑戰。

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需要考慮的主要因素。為了優化閥門性能，設計和材料選擇起著決定性作用。用於液氫應用的閥門面臨額外的挑戰，包括氫氣對金屬的不利影響。在極低溫度下，閥門材料不僅必須能夠承受氫分子的侵蝕（一些相關的劣化機制在學術界仍有爭議），而且還必須在其整個生命週期中保持長期正常運作。就目前的技術發展程度而言，業界對非金屬材料在氫氣應用中的適用性了解有限。在選擇密封材料時，必須考慮此因素。有效的密封也是一項關鍵的設計性能指標。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。冷熱交替會產生熱流。閥蓋腔體區域的高溫部分可能會凍結，從而影響閥桿密封性能並影響閥門的運作。此外，-253°C 的極低溫度意味著需要最佳的隔熱技術，以確保閥門能夠將液氫維持在該溫度下，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氫，它就會蒸發並洩漏。不僅如此，在隔熱層的破損點還會發生氧氣冷凝。一旦氧氣與氫氣或其他可燃物接觸，火災風險就會增加。因此，考慮到閥門可能面臨的火災風險，閥門的設計必須採用防爆材料，並配備耐火執行器、儀表和電纜，所有這些部件都必須通過最嚴格的認證。這可以確保閥門在發生火災時能夠正常運作。壓力升高也是一個潛在的風險，它會導致閥門無法運作。如果液氫滯留在閥體腔內，同時發生熱傳遞和液氫蒸發，會導致壓力升高。如果壓力差過大，則會產生空化/噪音。這些現象會導致閥門過早報廢，甚至因製程缺陷造成巨大損失。無論具體工況如何，如果在設計過程中充分考慮上述因素並採取相應的應對措施，就能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，例如洩漏洩漏。氫氣具有獨特的性質：分子小、無色無味且易爆。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液化站，

維蘭德閥門公司的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，所有液氫應用閥門都必須滿足一些通用要求。這些要求包括：結構件的材料必須確保在極低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、極低的散熱量，並且能夠承受較大的溫度梯度。其他一些材料也適用於液氫環境，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，例如加長閥桿和使用氣柱來保護密封填料免受極低溫度的影響。此外，閥桿加長部分可配備隔熱環以防止冷凝。根據具體的應用條件設計閥門有助於為不同的技術挑戰提供更合理的解決方案。 Vellan 提供兩種不同設計的蝶閥：雙偏心和三偏心金屬座蝶閥。兩種設計均具備雙向流動能力。透過對閥瓣形狀和旋轉軌蹟的精心設計，可實現嚴密密封。閥體內無殘留介質的空腔。 Velan雙偏心蝶閥採用閥瓣偏心旋轉設計，結合獨特的VELFLEX密封系統，實現了卓越的閥門密封性能。這項專利設計即使在閥門溫度大幅波動的情況下也能保持穩定。 TORQSEAL三偏心蝶閥的閥瓣也採用了特殊設計的旋轉軌跡，確保閥瓣密封面僅在閥門關閉瞬間與閥座接觸，避免刮擦。因此，閥門的關閉扭力可驅動閥瓣實現柔性密封，並在閥門關閉時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。閥座的柔性設計使閥體和閥瓣具有「自調節」功能，從而避免閥瓣在溫度波動期間發生卡住。強化不銹鋼閥桿可承受高循環次數，並在極低溫下平穩運轉。 VELFLEX 雙偏心設計使閥門能夠快速且方便地進行線上維護。由於側置式閥體，無需拆卸執行器或使用特殊工具，即可直接檢查或維護閥座和閥瓣。

天津塘沽水封閥門有限公司正在支援採用先進技術的彈性密封閥，包括彈性密封閥蝶閥, 蝶閥, 雙法蘭同心蝶閥雙法蘭偏心蝶閥Y型過濾器平衡閥雙片式止回閥， ETC。