액체 수소는 저장 및 운송 측면에서 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 일반 수소에 비해 액체 수소(LH2)는 밀도가 높고 저장에 필요한 압력이 낮습니다. 그러나 수소를 액체 상태로 만들려면 영하 253°C라는 극저온이 필요하기 때문에 매우 어렵습니다. 극저온과 인화성 위험으로 인해 액체 수소는 위험한 매체입니다. 따라서 관련 용도의 밸브를 설계할 때는 엄격한 안전 조치와 높은 신뢰성이 필수적입니다.
파딜라 켈파위(Fadila Khelfaoui), 프레데릭 블랑케(Frédéric Blancquet)
벨란 밸브(Velan)
액체 수소(LH2)의 응용 분야.
현재 액체 수소는 다양한 특수 분야에서 사용되고 있으며, 사용을 위한 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 항공우주 분야에서는 로켓 발사 연료로 사용될 뿐만 아니라 초음속 풍동에서 충격파를 발생시키는 데에도 활용됩니다. '빅 사이언스' 기술의 발전에 힘입어 액체 수소는 초전도 시스템, 입자 가속기, 핵융합 장치의 핵심 소재로 자리매김했습니다. 지속 가능한 발전에 대한 관심이 높아짐에 따라 최근에는 트럭과 선박의 연료로도 액체 수소 사용이 증가하고 있습니다. 이러한 다양한 응용 분야에서 밸브의 중요성은 매우 큽니다. 밸브의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동은 액체 수소 공급망 생태계(생산, 운송, 저장 및 유통)의 필수적인 요소입니다. 액체 수소 관련 작업은 매우 까다롭습니다. 벨란은 영하 272°C까지의 고성능 밸브 분야에서 30년 이상의 실무 경험과 전문성을 바탕으로 다양한 혁신 프로젝트에 참여해 왔으며, 이러한 강점을 통해 액체 수소 관련 기술적 난제를 성공적으로 해결해 왔습니다.
설계 단계의 어려움
압력, 온도 및 수소 농도는 밸브 설계 위험 평가에서 검토되는 주요 요소입니다. 밸브 성능을 최적화하기 위해서는 설계 및 재료 선택이 결정적인 역할을 합니다. 액체 수소에 사용되는 밸브는 금속에 대한 수소의 악영향을 포함하여 여러 가지 추가적인 문제에 직면합니다. 극저온 환경에서 밸브 재료는 수소 분자의 공격(관련 열화 메커니즘 중 일부는 학계에서 여전히 논쟁 중입니다)을 견뎌낼 뿐만 아니라 수명 주기 동안 정상 작동을 유지해야 합니다. 현재 기술 개발 수준으로 볼 때, 업계는 수소 응용 분야에서 비금속 재료의 적용 가능성에 대한 지식이 제한적입니다. 밀봉 재료를 선택할 때 이러한 요소를 고려해야 합니다. 효과적인 밀봉 또한 핵심 설계 성능 기준입니다. 액체 수소와 주변 온도(실온) 사이에는 거의 300°C의 온도 차이가 발생하여 온도 구배가 생깁니다. 밸브의 각 구성 요소는 서로 다른 정도의 열팽창 및 수축을 겪게 됩니다. 이러한 차이로 인해 중요한 밀봉면에서 위험한 누출이 발생할 수 있습니다. 밸브 스템의 밀봉 기밀성 또한 설계의 핵심 요소입니다. 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로의 전환은 열 흐름을 발생시킵니다. 보닛 캐비티 영역의 뜨거운 부분이 얼어붙으면 스템 밀봉 성능이 저하되고 밸브 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 영하 253°C의 극저온 환경에서는 액체 수소를 안정적으로 유지하면서 끓음으로 인한 손실을 최소화하기 위해 최상의 단열 기술이 요구됩니다. 액체 수소에 열이 전달되면 증발하여 누출될 수 있습니다. 뿐만 아니라, 단열재의 파손 부위에서는 산소 응축이 발생합니다. 산소가 수소 또는 기타 가연성 물질과 접촉하면 화재 위험이 증가합니다. 따라서 밸브가 직면할 수 있는 화재 위험을 고려하여 밸브는 방폭 재질은 물론 내화성 액추에이터, 계측기 및 케이블을 사용하여 설계해야 하며, 모든 구성 요소는 엄격한 인증을 받아야 합니다. 이는 화재 발생 시에도 밸브가 정상적으로 작동하도록 보장합니다. 압력 상승 또한 밸브 작동 불능을 초래할 수 있는 잠재적 위험 요소입니다. 밸브 본체 내부에 액체 수소가 갇혀 열 전달과 액체 수소 증발이 동시에 발생하면 압력이 상승합니다. 압력 차이가 커지면 캐비테이션(공동현상)/소음이 발생합니다. 이러한 현상은 밸브의 수명 단축은 물론, 공정 결함으로 인한 막대한 손실을 초래할 수 있습니다. 구체적인 작동 조건에 관계없이, 설계 과정에서 위의 요인들을 충분히 고려하고 적절한 대책을 마련한다면 밸브의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장할 수 있습니다. 또한, 누출과 같은 환경 문제와 관련된 설계상의 어려움도 존재합니다. 수소는 분자 크기가 작고, 무색, 무취이며, 폭발성이 있는 독특한 물질입니다. 이러한 특성으로 인해 누출이 절대 없어야 합니다.
노스 라스베이거스 서부 해안 수소 액화 시설에서,
Wieland Valve 엔지니어들이 기술 서비스를 제공하고 있습니다.
밸브 솔루션
특정 기능 및 유형에 관계없이 모든 액체 수소 응용 분야에 사용되는 밸브는 몇 가지 공통 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 요구 사항에는 구조 부품의 재질이 극저온에서도 구조적 무결성을 유지해야 한다는 점, 모든 재질이 자연적인 내화성을 가져야 한다는 점이 포함됩니다. 같은 이유로 액체 수소 밸브의 밀봉 요소와 패킹 또한 위에서 언급한 기본 요구 사항을 충족해야 합니다. 오스테나이트 스테인리스강은 액체 수소 밸브에 이상적인 재질입니다. 뛰어난 충격 강도, 최소한의 열 손실, 그리고 큰 온도 구배를 견딜 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 액체 수소 환경에 적합한 다른 재질도 있지만, 특정 공정 조건에만 적용 가능합니다. 재질 선택 외에도 밸브 스템 연장 및 공기 기둥을 사용하여 밀봉 패킹을 극저온으로부터 보호하는 것과 같은 설계 세부 사항을 간과해서는 안 됩니다. 또한 밸브 스템 연장 부분에는 결로 방지를 위한 절연 링을 장착할 수 있습니다. 특정 적용 조건에 맞춰 밸브를 설계하면 다양한 기술적 문제에 대해 더욱 합리적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 벨란(Vellan)은 이중 편심형 및 삼중 편심형 금속 시트 버터플라이 밸브의 두 가지 설계를 제공합니다. 두 설계 모두 양방향 유동 기능을 갖추고 있습니다. 디스크 형상과 회전 궤적 설계를 통해 완벽한 밀봉을 구현하며, 밸브 본체 내부에 유체가 잔류하지 않는 공간이 없습니다. 벨란(Velan) 이중 편심 버터플라이 밸브는 디스크 편심 회전 설계와 독자적인 벨플렉스(VELFLEX) 밀봉 시스템을 결합하여 탁월한 밸브 밀봉 성능을 제공합니다. 이 특허 설계는 밸브 내부의 큰 온도 변화에도 견딜 수 있습니다. 토크씰(TORQSEAL) 삼중 편심 디스크 또한 특수 설계된 회전 궤적을 통해 밸브가 완전히 닫힌 위치에 도달하는 순간에만 디스크 밀봉면이 시트에 닿도록 하여 긁힘을 방지합니다. 따라서 밸브의 닫힘 토크는 디스크를 구동하여 시트에 밀착되도록 하고, 닫힌 밸브 위치에서 충분한 쐐기 효과를 발생시키면서 디스크가 시트 밀봉면의 전체 둘레와 고르게 접촉하도록 합니다. 밸브 시트의 유연성 덕분에 밸브 본체와 디스크는 "자가 조정" 기능을 수행하여 온도 변화 시 디스크의 고착을 방지합니다. 강화 스테인리스 스틸 밸브 샤프트는 높은 작동 사이클을 견딜 수 있으며 매우 낮은 온도에서도 원활하게 작동합니다. VELFLEX 이중 편심 설계 덕분에 밸브를 빠르고 쉽게 온라인으로 정비할 수 있습니다. 측면 하우징 덕분에 액추에이터를 분해하거나 특수 공구를 사용할 필요 없이 시트와 디스크를 직접 점검하거나 정비할 수 있습니다.
천진탕구수밀밸브유한회사당사는 탄성 시트 밸브를 포함한 고도의 첨단 기술이 적용된 탄성 시트 밸브를 지원하고 있습니다.웨이퍼 버터플라이 밸브, 러그 버터플라이 밸브, 이중 플랜지 동심형 버터플라이 밸브이중 플랜지 편심 버터플라이 밸브,Y형 여과기밸런싱 밸브,웨이퍼 이중판 체크 밸브, 등.
게시 시간: 2023년 8월 11일
