業界の観点から見た液体水素バルブ

液体水素には、保管と輸送において一定の利点があります。水素と比較して、液体水素 (LH2) は密度が高く、保管に必要な圧力が低くなります。しかし、水素が液体になるには-253℃でなければならないので、かなり難しいのです。極度の低温と可燃性のリスクにより、液体水素は危険な媒体となります。このため、関連用途向けのバルブを設計する際には、厳格な安全対策と高い信頼性が妥協のない要件となります。

ファディラ・ケルファウイ、フレデリック・ブランケ著

ヴェランバルブ（ヴェラン）

液体水素（LH2）の応用。

現在、液体水素は様々な特殊な場面で利用され、試みられています。航空宇宙では、ロケット打ち上げ燃料として使用でき、遷音速風洞で衝撃波を発生させることもできます。液体水素は「ビッグサイエンス」に支えられ、超電導システム、粒子加速器、核融合装置の重要な材料となっている。持続可能な開発に対する人々の願望が高まるにつれ、近年ますます多くのトラックや船舶で液体水素が燃料として使用されるようになりました。上記のアプリケーション シナリオでは、バルブの重要性は非常に明白です。バルブの安全かつ信頼性の高い動作は、液体水素のサプライチェーンのエコシステム (生産、輸送、保管、流通) に不可欠な部分です。液体水素に関連する業務は困難を伴います。 Velan は、-272°C までの高性能バルブの分野で 30 年以上の実践経験と専門知識を持ち、長年にわたりさまざまな革新的なプロジェクトに携わっており、技術的な課題を克服したことは明らかです。液体水素サービスを強みに。

設計段階での課題

圧力、温度、水素濃度はすべて、バルブ設計のリスク評価で検査される主要な要素です。バルブの性能を最適化するには、設計と材料の選択が決定的な役割を果たします。液体水素用途で使用されるバルブは、金属に対する水素の悪影響など、さらなる課題に直面しています。非常に低い温度において、バルブ材料は水素分子の攻撃に耐えるだけでなく（関連する劣化メカニズムの一部はまだ学界で議論されています）、ライフサイクル全体にわたって長期間にわたって正常な動作を維持しなければなりません。現在の技術開発レベルの観点から見ると、水素用途における非金属材料の適用可能性に関する業界の知識は限られています。シーリング材を選択するときは、この要素を考慮する必要があります。効果的なシーリングも重要な設計性能基準です。液体水素と周囲温度（室温）の間には約 300℃の温度差があり、温度勾配が生じます。バルブの各コンポーネントは、さまざまな程度の熱膨張と熱収縮を受けます。この不一致により、重要なシール面に危険な漏れが生じる可能性があります。バルブステムの密閉性も設計の焦点です。低温から高温への移行により熱流が発生します。ボンネットキャビティ領域の高温部分が凍結する可能性があり、ステムのシール性能が損なわれ、バルブの操作性に影響を与える可能性があります。さらに、-253°C という極めて低い温度は、沸騰による損失を最小限に抑えながらバルブが液体水素をこの温度に維持できるようにするために、最高の断熱技術が必要であることを意味します。液体水素に熱が伝わる限り、蒸発して漏れます。それだけでなく、絶縁破壊点では酸素の凝結が発生します。酸素が水素やその他の可燃物と接触すると、火災の危険性が高まります。したがって、バルブが直面する可能性のある火災のリスクを考慮して、バルブは防爆材料を念頭に置いて設計する必要があり、また耐火性のアクチュエータ、計装、ケーブルもすべて最も厳格な認証を取得する必要があります。これにより、火災時にバルブが適切に動作することが保証されます。圧力の上昇も、バルブが動作不能になる可能性がある潜在的なリスクです。バルブ本体のキャビティ内に液体水素が閉じ込められ、熱伝達と液体水素の蒸発が同時に起こると圧力上昇が発生します。圧力差が大きいとキャビテーション（キャビテーション）・異音が発生します。これらの現象は、バルブの耐用年数の早期終了につながり、さらにはプロセスの欠陥により多大な損失を被る可能性があります。特定の動作条件に関係なく、設計プロセスで上記の要因を十分に考慮し、対応する対策を講じることができれば、バルブの安全で信頼性の高い動作を保証できます。さらに、漏洩などの環境問題に関連した設計上の課題もあります。水素は独特で、分子が小さく、無色、無臭、そして爆発性があります。これらの特性により、漏れゼロの絶対的な必要性が決まります。

ノースラスベガス西海岸水素液化ステーションでは、

Wieland Valve のエンジニアが技術サービスを提供します

バルブソリューション

特定の機能やタイプに関係なく、すべての液体水素用途のバルブは、いくつかの共通要件を満たさなければなりません。これらの要件には次のものが含まれます。構造部品の材料は、極度の低温でも構造の完全性が維持されることを保証する必要があります。すべての材料は自然防火特性を備えていなければなりません。同じ理由で、液体水素バルブのシール要素とパッキンも上記の基本要件を満たさなければなりません。オーステナイト系ステンレス鋼は液体水素バルブに最適な材質です。優れた衝撃強度と最小限の熱損失を備え、大きな温度勾配に耐えることができます。液体水素条件に適した他の材料もありますが、特定のプロセス条件に限定されます。材料の選択に加えて、バルブステムを延長したり、極度の低温からシールパッキンを保護するために空気柱を使用したりするなど、いくつかの設計の詳細も見逃してはなりません。さらに、バルブステムの延長部には、結露を防ぐための断熱リングを取り付けることができます。特定の用途条件に従ってバルブを設計することは、さまざまな技術的課題に対してより合理的な解決策を提供するのに役立ちます。 Vellan は、二重偏心金属シート バタフライ バルブと三重偏心金属シート バタフライ バルブの 2 つの異なる設計のバタフライ バルブを提供しています。どちらの設計にも双方向フロー機能があります。ディスクの形状と回転軌道を設計することで、高いシール性を実現します。バルブ本体には媒体が残留しない空洞はありません。 Velanダブル偏心バタフライバルブの場合、ディスク偏心回転設計を採用し、特徴的なVELFLEXシールシステムと組み合わせて、優れたバルブシール性能を実現します。この特許取得済みの設計は、バルブ内の大きな温度変動にも耐えることができます。 TORQSEAL トリプル偏心ディスクは、特別に設計された回転軌道を備えており、ディスクのシール面がバルブ閉位置に到達した瞬間にのみシートに接触し、傷がつかないようにします。したがって、バルブの閉鎖トルクはディスクを駆動してコンプライアントな着座を実現し、バルブが閉じた位置で十分なくさび効果を生み出すと同時に、ディスクをシートシール面の全周に均等に接触させます。バルブシートのコンプライアンスにより、バルブ本体とディスクに「自動調整」機能が備わり、温度変動時のディスクの焼き付きを回避します。強化されたステンレス鋼のバルブ シャフトは高い動作サイクルに対応し、非常に低い温度でもスムーズに動作します。 VELFLEX 二重偏心設計により、バルブをオンラインで迅速かつ簡単に保守できます。サイドハウジングのおかげで、アクチュエータや特別な工具を分解することなく、シートとディスクを直接検査または整備することができます。

天津塘沽ウォーターシールバルブ株式会社弾性シートバルブを含む、高度な技術の弾性シートバルブをサポートしています。ウエハバタフライバルブ, ラグバタフライバルブ, ダブルフランジ同心バタフライバルブ、ダブルフランジ偏心バタフライバルブ、Y型ストレーナー、バランシングバルブ、ウエハデュアルプレートチェックバルブ、など。