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) 密度更高，儲存所需的壓力也更低。然而，氫氣必須達到 -253°C 才能變成液體，這意味著它相當困難。極低的溫度和易燃風險使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或缺的要求。

作者：Fadila Khelfaoui、Frédéric Blanquet

威蘭閥門（Velan）

液氫（LH2）的應用。

目前，液氫已被應用於並正在嘗試應用於各種特殊場合。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激波。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中的關鍵材料。隨著人們對永續發展的渴望日益增長，近年來，越來越多的卡車和船舶使用液氫作為燃料。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、儲存和配送）中不可或缺的一部分。與液氫相關的操作極具挑戰性。 Velan 憑藉在低至-272°C 的高性能閥門領域超過 30 年的實踐經驗和專業知識，長期參與各種創新項目，憑藉實力贏得了液氫服務的技術挑戰。

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的作用。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），還必須在其整個生命週期中長期保持正常運作。就目前的技術發展水平而言，業界對非金屬材料在氫應用中的適用性的了解有限。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。從冷到熱的轉變會產生熱流。閥蓋腔體區域的高溫部件可能會結冰，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氫，它就會蒸發並洩漏。不僅如此，在隔熱層的斷裂點會發生氧氣凝結。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，可能導致閥門無法操作。如果液氫滯留在閥體腔內，同時發生熱傳導和液氫蒸發，就會造成壓力升高。如果存在較大的壓力差，就會出現氣蝕（空化）/雜訊。這些現象會導致閥門的使用壽命過早結束，甚至會因製程缺陷而遭受巨大損失。無論具體的操作條件為何，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，就能確保閥門安全可靠地運作。此外，還存在與環境問題相關的設計挑戰，例如逸散性洩漏。氫氣的獨特性：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，所有用於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。它具有出色的衝擊強度、最小的熱損失，並且能夠承受較大的溫度梯度。還有其他材料也適用於液氫工況，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，例如延長閥桿並使用氣柱保護密封填料免受極低溫度的影響。此外，延長閥桿可配備隔熱環，以避免冷凝。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：雙偏心和三偏心金屬閥座蝶閥。兩種設計均具備雙向流動能力。透過設計閥瓣形狀和旋轉軌跡，可實現緊密密封。閥體內部沒有空腔，沒有殘留介質。 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。這項專利設計能夠承受閥門劇烈的溫度波動。 TORQSEAL三偏心閥瓣也擁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位置的瞬間接觸閥座，不會產生刮擦。因此，閥門的關閉扭矩可以驅動閥瓣實現柔性閥座，並在關閉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。閥座的柔性使閥體和閥瓣具有“自調節”功能，從而避免在溫度波動期間閥瓣卡住。強化不銹鋼閥桿可承受高操作循環，即使在極低溫下也能平穩運作。 VELFLEX 雙偏心設計使閥門能夠快速輕鬆地在線維護。由於採用側殼設計，閥座和閥瓣可直接檢查或維護，無需拆卸執行器或使用特殊工具。

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。