액체수소는 저장과 운송에 있어 특정한 이점을 가지고 있습니다. 액체수소(LH2)는 수소에 비해 밀도가 더 높고 저장 시 더 낮은 압력이 필요합니다. 그러나 수소가 액체가 되려면 -253°C가 되어야 하는데, 이는 매우 어렵다는 것을 의미합니다. 극도로 낮은 온도와 가연성 위험으로 인해 액체 수소는 위험한 매체가 됩니다. 이러한 이유로 관련 응용 분야에 대한 밸브를 설계할 때 엄격한 안전 조치와 높은 신뢰성은 타협할 수 없는 요구 사항입니다.
파딜라 켈파우이(Fadila Khelfaoui), 프레데릭 블랑케(Frédéric Blancquet)
벨란밸브(Velan)
액체수소(LH2)의 응용
현재 액체수소가 사용되고 있으며, 다양한 특별한 경우에 활용이 시도되고 있습니다. 항공우주에서는 로켓 발사 연료로 사용될 수 있으며 천음속 풍동에서 충격파를 생성할 수도 있습니다. 액화수소는 '빅 사이언스'를 바탕으로 초전도 시스템, 입자가속기, 핵융합장치의 핵심 소재로 자리 잡았다. 지속 가능한 발전에 대한 사람들의 욕구가 커짐에 따라 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 트럭과 선박에서 액체 수소가 연료로 사용되었습니다. 위의 적용 시나리오에서 밸브의 중요성은 매우 분명합니다. 밸브의 안전하고 안정적인 작동은 액체 수소 공급망 생태계(생산, 운송, 저장 및 유통)의 필수적인 부분입니다. 액체수소와 관련된 작업은 까다롭습니다. -272°C까지 내려가는 고성능 밸브 분야에서 30년 이상의 실무 경험과 전문성을 갖춘 Velan은 오랫동안 다양한 혁신 프로젝트에 참여해 왔으며, 강력한 액화수소 서비스를 제공합니다.
설계 단계의 과제
압력, 온도 및 수소 농도는 모두 밸브 설계 위험 평가에서 조사되는 주요 요소입니다. 밸브 성능을 최적화하려면 디자인과 재료 선택이 결정적인 역할을 합니다. 액체 수소 응용 분야에 사용되는 밸브는 금속에 대한 수소의 부작용을 포함하여 추가적인 문제에 직면해 있습니다. 매우 낮은 온도에서 밸브 재료는 수소 분자의 공격을 견뎌야 할 뿐만 아니라(관련 열화 메커니즘 중 일부는 여전히 학계에서 논의되고 있음) 수명 주기 동안 오랫동안 정상적인 작동을 유지해야 합니다. 현재의 기술 개발 수준으로 볼 때, 업계에서는 수소 응용 분야에서 비금속 재료의 적용 가능성에 대한 지식이 제한되어 있습니다. 씰링 재료를 선택할 때 이 요소를 고려해야 합니다. 효과적인 밀봉 역시 중요한 설계 성능 기준입니다. 액체 수소와 주위 온도(실온) 사이에는 거의 300°C의 온도 차이가 있어 온도 구배가 발생합니다. 밸브의 각 구성 요소는 서로 다른 열팽창 및 수축 정도를 겪습니다. 이러한 불일치로 인해 중요한 밀봉 표면이 누출될 위험이 있습니다. 밸브 스템의 밀봉 견고성 또한 설계의 초점입니다. 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로의 전환은 열 흐름을 생성합니다. 보닛 구멍 부분의 뜨거운 부분이 얼어붙을 수 있으며, 이는 스템 밀봉 성능을 방해하고 밸브 작동성에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 온도가 영하 253°C로 매우 낮다는 것은 밸브가 액체수소를 이 온도에서 유지하면서 끓음으로 인한 손실을 최소화할 수 있도록 최고의 단열 기술이 필요하다는 것을 의미합니다. 액체 수소로 열이 전달되는 한 증발하여 누출됩니다. 뿐만 아니라, 절연체가 파괴되는 지점에서 산소응결이 발생합니다. 산소가 수소나 기타 가연성 물질과 접촉하면 화재 위험이 높아집니다. 따라서 밸브가 직면할 수 있는 화재 위험을 고려하여 밸브는 방폭 재료를 염두에 두고 설계해야 하며, 내화 액츄에이터, 계측기 및 케이블은 모두 가장 엄격한 인증을 받아야 합니다. 이는 화재 발생 시 밸브가 제대로 작동하도록 보장합니다. 압력 증가는 밸브를 작동 불가능하게 만들 수 있는 잠재적인 위험이기도 합니다. 액체수소가 밸브 몸체의 공동에 갇혀 열전달과 액체수소 증발이 동시에 일어나면 압력이 증가하게 됩니다. 압력차가 크면 캐비테이션(cavitation)/소음이 발생합니다. 이러한 현상은 밸브의 수명을 조기에 종료시킬 수 있으며, 심지어 공정 결함으로 인해 막대한 손실을 입을 수도 있습니다. 특정 작동 조건에 관계없이 위의 요소를 충분히 고려하고 설계 과정에서 해당 대책을 강구할 수 있다면 밸브의 안전하고 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다. 또한 비산 누출과 같은 환경 문제와 관련된 설계 문제도 있습니다. 수소는 독특합니다. 작은 분자이고 무색, 무취이며 폭발성이 있습니다. 이러한 특성은 누출 제로의 절대 필요성을 결정합니다.
노스라스베가스 웨스트코스트 수소액화 스테이션에서는
Wieland Valve 엔지니어들이 기술 서비스를 제공하고 있습니다.
밸브 솔루션
특정 기능 및 유형에 관계없이 모든 액체 수소 응용 분야의 밸브는 몇 가지 공통 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 요구 사항에는 다음이 포함됩니다. 구조 부품의 재료는 구조적 무결성이 극도로 낮은 온도에서도 유지되도록 보장해야 합니다. 모든 재료는 자연적인 화재 안전 특성을 가져야 합니다. 같은 이유로 액체수소 밸브의 밀봉 요소와 패킹도 위에서 언급한 기본 요구 사항을 충족해야 합니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 액체수소 밸브에 이상적인 소재입니다. 충격 강도가 뛰어나고 열 손실이 최소화되며 큰 온도 변화를 견딜 수 있습니다. 액체 수소 조건에 적합하지만 특정 공정 조건으로 제한되는 다른 재료도 있습니다. 재료 선택 외에도 극저온으로부터 밀봉 패킹을 보호하기 위해 밸브 스템을 연장하고 공기 기둥을 사용하는 등 일부 설계 세부 사항도 간과해서는 안 됩니다. 또한 응축을 방지하기 위해 밸브 스템의 연장 부분에 절연 링을 장착할 수 있습니다. 특정 적용 조건에 따라 밸브를 설계하면 다양한 기술적 과제에 대한 보다 합리적인 솔루션을 제공하는 데 도움이 됩니다. Vellan은 이중 편심 및 삼중 편심 금속 시트 버터플라이 밸브라는 두 가지 디자인의 버터플라이 밸브를 제공합니다. 두 디자인 모두 양방향 흐름 기능을 갖추고 있습니다. 디스크 모양과 회전 궤적을 설계하면 빈틈없는 밀봉이 가능합니다. 잔류 매체가 없는 밸브 본체에는 공동이 없습니다. Velan 이중 편심 버터플라이 밸브의 경우 독특한 VELFLEX 씰링 시스템과 결합된 디스크 편심 회전 설계를 채택하여 탁월한 밸브 씰링 성능을 달성합니다. 이 특허받은 디자인은 밸브의 큰 온도 변동에도 견딜 수 있습니다. TORQSEAL 삼중 편심 디스크에는 또한 디스크 밀봉 표면이 닫힌 밸브 위치에 도달하는 순간에만 시트에 닿고 긁히지 않도록 보장하는 데 도움이 되도록 특별히 설계된 회전 궤적이 있습니다. 따라서 밸브의 폐쇄 토크는 디스크를 구동하여 순응적인 안착을 달성하고 닫힌 밸브 위치에서 충분한 쐐기 효과를 생성하는 동시에 디스크가 시트 밀봉 표면의 전체 원주에 균일하게 접촉되도록 할 수 있습니다. 밸브 시트의 컴플라이언스로 인해 밸브 본체와 디스크가 "자체 조정" 기능을 갖게 되어 온도 변동 시 디스크의 고착을 방지할 수 있습니다. 강화된 스테인레스 스틸 밸브 샤프트는 높은 작동 주기를 제공하며 매우 낮은 온도에서도 원활하게 작동합니다. VELFLEX 이중 편심 설계를 통해 밸브를 빠르고 쉽게 온라인으로 서비스할 수 있습니다. 측면 하우징 덕분에 액추에이터나 특수 도구를 분해할 필요 없이 시트와 디스크를 직접 검사하거나 정비할 수 있습니다.
천진탕구수밀밸브유한회사탄력적 시트를 포함하여 고도로 발전된 기술의 탄력적 시트 밸브를 지원하고 있습니다.웨이퍼 버터플라이 밸브, 러그 버터플라이 밸브, 이중 플랜지 동심 버터플라이 밸브, 이중 플랜지 편심 버터 플라이 밸브,Y형 스트레이너, 밸런싱 밸브,웨이퍼 이중 플레이트 체크 밸브, 등.
게시 시간: 2023년 8월 11일
