액체 수소는 저장 및 운송에 있어 몇 가지 장점을 가지고 있습니다. 액체 수소(LH2)는 수소보다 밀도가 높고 저장 시 압력이 낮습니다. 그러나 수소는 액체화되기 위해 -253°C의 저온이 필요하기 때문에 매우 어렵습니다. 극저온과 가연성 위험은 액체 수소를 위험한 매체로 만듭니다. 따라서 관련 분야의 밸브 설계 시 엄격한 안전 조치와 높은 신뢰성은 반드시 충족해야 할 필수 조건입니다.
파딜라 켈파우이(Fadila Khelfaoui), 프레데릭 블랑케(Frédéric Blancquet)
벨란 밸브(Velan)
액체수소(LH2)의 응용분야.
현재 액체 수소는 다양한 특수 상황에서 사용되고 있으며, 그 활용을 위해 노력해 왔습니다. 항공우주 분야에서는 로켓 발사 연료로 사용될 수 있으며, 천음속 풍동에서 충격파를 생성할 수도 있습니다. "거대 과학"의 지원을 받아 액체 수소는 초전도 시스템, 입자 가속기, 핵융합 장치의 핵심 소재가 되었습니다. 지속 가능한 발전에 대한 사람들의 열망이 커짐에 따라, 최근 몇 년 동안 액체 수소는 트럭과 선박의 연료로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 응용 분야에서 밸브의 중요성은 매우 분명합니다. 밸브의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동은 액체 수소 공급망 생태계(생산, 운송, 저장 및 유통)의 필수적인 부분입니다. 액체 수소 관련 작업은 매우 까다롭습니다. 벨란(Velan)은 -272°C까지 작동하는 고성능 밸브 분야에서 30년 이상의 실무 경험과 전문성을 바탕으로 다양한 혁신적인 프로젝트에 오랫동안 참여해 왔으며, 그 강점을 바탕으로 액체 수소 서비스의 기술적 과제를 성공적으로 해결해 왔습니다.
설계 단계의 과제
압력, 온도, 수소 농도는 모두 밸브 설계 위험 평가에서 검토되는 주요 요소입니다. 밸브 성능을 최적화하기 위해서는 설계 및 재료 선택이 결정적인 역할을 합니다. 액체 수소 응용 분야에 사용되는 밸브는 금속에 대한 수소의 악영향을 포함한 추가적인 어려움에 직면합니다. 매우 낮은 온도에서 밸브 재료는 수소 분자의 공격을 견뎌야 할 뿐만 아니라(관련 열화 메커니즘 중 일부는 학계에서 여전히 논쟁의 여지가 있음), 수명 주기 동안 오랫동안 정상 작동을 유지해야 합니다. 현재의 기술 개발 수준을 고려할 때, 업계는 수소 응용 분야에서 비금속 재료의 적용 가능성에 대한 지식이 제한적입니다. 밀봉 재료를 선택할 때 이 요소를 고려해야 합니다. 효과적인 밀봉 또한 설계 성능의 핵심 기준입니다. 액체 수소와 주변 온도(실온) 사이에는 거의 300°C의 온도 차이가 있어 온도 구배가 발생합니다. 밸브의 각 구성 요소는 서로 다른 정도의 열 팽창과 수축을 겪습니다. 이러한 차이는 중요한 밀봉 표면의 위험한 누출로 이어질 수 있습니다. 밸브 스템의 밀봉 기밀성 또한 설계의 핵심입니다. 차가운 상태에서 뜨거운 상태로 전환되면 열 흐름이 발생합니다. 보닛 캐비티 영역의 뜨거운 부분이 얼어붙을 수 있으며, 이는 스템 밀봉 성능을 저해하고 밸브 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 -253°C의 매우 낮은 온도는 밸브가 이 온도에서 액체 수소를 유지하면서 비등으로 인한 손실을 최소화할 수 있도록 최상의 단열 기술이 필요하다는 것을 의미합니다. 액체 수소로 열이 전달되는 한, 열은 증발하여 누출됩니다. 뿐만 아니라 단열재의 파괴점에서 산소 응축이 발생합니다. 산소가 수소 또는 기타 가연성 물질과 접촉하면 화재 위험이 증가합니다. 따라서 밸브가 직면할 수 있는 화재 위험을 고려하여 밸브는 방폭 재료를 염두에 두고 설계되어야 하며, 가장 엄격한 인증을 받은 내화 액추에이터, 계측기 및 케이블을 사용해야 합니다. 이를 통해 화재 발생 시 밸브가 정상적으로 작동할 수 있습니다. 압력 상승 또한 밸브 작동 불능을 초래할 수 있는 잠재적 위험입니다. 액체 수소가 밸브 본체의 캐비티에 갇혀 열 전달과 액체 수소 증발이 동시에 발생하면 압력이 상승합니다. 압력 차이가 크면 캐비테이션(공동 현상)/소음이 발생합니다. 이러한 현상은 밸브의 수명을 조기에 종료시키고, 공정 결함으로 인해 막대한 손실을 초래할 수 있습니다. 특정 작동 조건에 관계없이 위의 요소들을 충분히 고려하고 설계 과정에서 해당 대책을 수립한다면 밸브의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장할 수 있습니다. 또한, 비산 누출과 같은 환경 문제와 관련된 설계 과제도 있습니다. 수소는 분자 크기가 작고 무색, 무취이며 폭발성이 있는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 누출 제로가 절대적으로 필요합니다.
노스 라스베거스 서부 해안 수소 액화 스테이션에서
Wieland Valve 엔지니어가 기술 서비스를 제공하고 있습니다.
밸브 솔루션
특정 기능과 유형에 관계없이 모든 액체 수소 응용 분야의 밸브는 몇 가지 공통적인 요건을 충족해야 합니다. 이러한 요건에는 다음이 포함됩니다. 구조 부품의 재질은 극저온에서도 구조적 무결성을 유지해야 합니다. 모든 재료는 자연적으로 화재 안전 특성을 가져야 합니다. 같은 이유로 액체 수소 밸브의 밀봉 요소와 패킹 또한 위에서 언급한 기본 요건을 충족해야 합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 액체 수소 밸브에 이상적인 소재입니다. 뛰어난 충격 강도, 최소한의 열 손실, 그리고 큰 온도 구배를 견딜 수 있습니다. 액체 수소 조건에 적합한 다른 소재들도 있지만, 특정 공정 조건에 제한됩니다. 소재 선택 외에도 밸브 스템 연장 및 공기 기둥을 사용하여 밀봉 패킹을 극저온으로부터 보호하는 것과 같은 몇 가지 설계 세부 사항을 간과해서는 안 됩니다. 또한, 밸브 스템 연장 부분에는 결로 방지를 위한 단열 링을 장착할 수 있습니다. 특정 응용 분야에 따라 밸브를 설계하면 다양한 기술적 과제에 대한 더욱 합리적인 해결책을 제시할 수 있습니다. Vellan은 이중 편심 및 삼중 편심 금속 시트 버터플라이 밸브의 두 가지 디자인으로 버터플라이 밸브를 제공합니다. 두 디자인 모두 양방향 흐름 기능을 제공합니다. 디스크 형상과 회전 궤적 설계를 통해 완벽한 밀봉을 구현할 수 있습니다. 밸브 본체에 잔류 유체가 없는 공동이 없습니다. Velan 이중 편심 버터플라이 밸브는 디스크 편심 회전 설계와 VELFLEX 밀봉 시스템을 결합하여 탁월한 밸브 밀봉 성능을 제공합니다. 이 특허받은 설계는 밸브의 큰 온도 변화에도 견딜 수 있습니다. TORQSEAL 삼중 편심 디스크는 특수 설계된 회전 궤적을 통해 디스크 밀봉 표면이 닫힌 밸브 위치에 도달하는 순간만 시트에 닿고 긁힘은 발생하지 않도록 합니다. 따라서 밸브의 폐쇄 토크는 디스크를 구동하여 컴플라이언트 시팅을 달성하고, 닫힌 밸브 위치에서 충분한 쐐기 효과를 발생시키는 동시에 디스크가 시트 밀봉 표면의 전체 둘레에 고르게 접촉하도록 합니다. 밸브 시트의 컴플라이언스 덕분에 밸브 본체와 디스크가 "자체 조정" 기능을 수행하여 온도 변화 시 디스크가 고착되는 것을 방지합니다. 강화된 스테인리스 스틸 밸브 샤프트는 높은 작동 사이클을 견딜 수 있으며 매우 낮은 온도에서도 원활하게 작동합니다. VELFLEX 이중 편심 설계 덕분에 밸브를 온라인에서 빠르고 쉽게 정비할 수 있습니다. 측면 하우징 덕분에 액추에이터를 분해하거나 특수 공구를 사용하지 않고도 시트와 디스크를 직접 점검하거나 정비할 수 있습니다.
천진탕구수밀밸브유한회사탄력성 좌석 밸브를 포함한 고도로 진보된 기술 탄력성 좌석 밸브를 지원하고 있습니다.웨이퍼 버터플라이 밸브, 러그 버터플라이 밸브, 더블 플랜지 동심 버터플라이 밸브, 더블 플랜지 편심 버터플라이 밸브,Y형 스트레이너, 밸런싱 밸브,웨이퍼 듀얼 플레이트 체크 밸브, 등.
게시 시간: 2023년 8월 11일
