Una guía completa para las válvulas de hidrógeno

Válvulas de hidrógeno Son componentes clave en la producción, almacenamiento, transporte y aplicación de hidrógeno, lo que garantiza el funcionamiento seguro, eficiente y estable del sistema. Los sistemas de hidrógeno son extremadamente peligrosos. El límite de inflamabilidad y el límite de detonación del hidrógeno a temperatura y presión normales, el impacto de las ondas de detonación de alta velocidad en el entorno circundante con propagación de gas a alta temperatura, el ambiente de baja temperatura de los sistemas de propulsión de hidrógeno líquido y de hidrógeno causando que la tenacidad del material disminuya y aumente la sensibilidad a las grietas, fugas debido a la contracción del material durante la licuefacción del hidrógeno, la corrosión del hidrógeno y el burbujeo de la exposición a largo plazo a ambientes de hidrógeno de alta presión, aumentos de presión anormales en espacios cerrados debido a la temperatura, congelación por contacto directo con hidrógeno a baja temperatura, quemaduras a alta temperatura por llamas de hidrógeno y grandes cantidades de daño por radiación ultravioleta de la combustión de hidrógeno.

 

Las principales válvulas utilizadas en los sistemas de hidrógeno incluyen , válvulas de mariposa, válvulas de control de flujo, válvulas de bola, válvulas de globo y válvulas de seguridad de presión. Para evitar que las partículas de hidrógeno se acumulen, precipiten y obstruyan las tuberías y válvulas, también se deben instalar filtros en el sistema de hidrógeno.

 

El hidrógeno puede filtrarse fácilmente a través del cuerpo / capó de la válvula, las juntas de sellado de material no metálico, el empaque del vástago de la válvula y otras ubicaciones. Después de fugas de hidrógeno, se propagará rápidamente, lo que hará que las áreas inflamables y explosivas se expandan continuamente, y el proceso de difusión es invisible a simple vista. Después de fugas en el sistema de propulsante de hidrógeno líquido e hidrógeno, el propulsante de hidrógeno líquido se extendió rápidamente para formar una niebla explosiva visible y puede hacer que el sistema forme presión negativa. El aire circundante entra en el sistema y se condensa y congela, bloqueando las tuberías y válvulas del sistema. La fuga de hidrógeno puede causar pérdida de hidrógeno o daño a la capa de aislamiento de vacío. La fuga interna de la válvula de hidrógeno es causada por la superficie de sellado de la válvula. Después de fugas de hidrógeno, es fácil causar presión negativa en la tubería aguas arriba y accidentes debido al llenado de hidrógeno en la tubería aguas abajo o en el medio ambiente. La fuga externa de la válvula de hidrógeno puede causar daño fisiológico al cuerpo humano.

La temperatura desciende bruscamente durante el proceso de licuefacción de hidrógeno, provocando la contracción del material. Debido a la diferente deformación y contracción de cada componente, la deformación no está coordinada, lo que resulta en un aumento de la tensión en la estructura y fugas de la superficie de sellado de la válvula. El ambiente de baja temperatura de los sistemas de propulsante de hidrógeno líquido e hidrógeno hace que la tenacidad de los materiales disminuya, aumentando la sensibilidad a las grietas de los materiales y provocando accidentes de seguridad.

Después de la Válvula de hidrógeno Ha estado en servicio durante un cierto período en un entorno de hidrógeno de alta temperatura y alta presión, el hidrógeno puede reaccionar con átomos de carbono en el acero para generar metano, provocando la descarburación y la formación de microgrietas en el acero, lo que lleva a una degradación irreversible. Cuanto mayor sea la temperatura y mayor sea la presión parcial de hidrógeno, más grave será la corrosión por hidrógeno del acero. Después de que el metal absorba hidrógeno interno o externo, cuando la concentración parcial de hidrógeno alcance la saturación, hará que la tenacidad y plasticidad del material disminuyan, induzcan el agrietamiento o retrasen la fractura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la presión parcial de hidrógeno y cuanto mayor sea la tasa de deformación, mayor será la fragilización por hidrógeno del metal.

(1) El Tipo de válvula de hidrógeno Debe ser apropiado para el sistema de hidrógeno.
(2) Cuando la presión de diseño de la tubería es ≥ 2,5 MPa, la superficie de sellado de la brida que conecta la válvula y la tubería debe usar una superficie cóncava y convexa, una superficie de ranura de abedul, una superficie de conexión de anillo o una soldadura a tope.
(3) Las conexiones roscadas no deben usarse para válvulas, tuberías y equipos en sistemas de propelente de hidrógeno líquido e hidrógeno.
(4) Se debe utilizar un dispositivo de arranque automático para las válvulas de mariposa de hidrógeno. Cuando el caudal alcanza el valor máximo preestablecido, la válvula de mariposa debe cerrarse automáticamente. válvulas de bola Y las válvulas de globo deben usarse como válvulas de corte.
(5) Las válvulas de bola de baja temperatura deben evitar daños causados por aumentos anormales de presión de hidrógeno líquido que permanece en la cavidad de la válvula cuando la válvula está cerrada.
(6) Las válvulas de globo deben instalarse en la tubería de retorno de hidrógeno líquido lo más cerca posible del contenedor. No debe haber otros accesorios entre la válvula de globo y el contenedor.
(7) Los materiales y los sellos de las válvulas deben seleccionarse de acuerdo con la presión de trabajo, la temperatura de trabajo y la compatibilidad con hidrógeno.
(8) Los sellos no metálicos en las válvulas deben evitar la alta permeabilidad que puede causar fallas en el sello o fugas de hidrógeno.
(9) Las válvulas de seguridad deben estar completamente cerradas e instaladas verticalmente en la tubería de descarga para facilitar la observación y el mantenimiento. Las válvulas de seguridad deben instalarse cerca del equipo protegido.
(10) Los filtros deben ser fáciles de desmontar y limpiar. Los filtros deben instalarse en la tubería de llenado o tubería de suministro.

 

Actualmente, los siguientes estándares se utilizan principalmente para el diseño, fabricación, inspección y prueba de válvulas de hidrógeno utilizadas en sistemas de hidrógeno:
· ISO 19880-3: 2018 "Hidrógeno gaseoso - Estaciones de combustible - Parte 3: Válvulas"
· ASME B31,12 "Tuberías y tuberías de hidrógeno"
· ISO 14687 "Calidad del combustible de hidrógeno - Especificación del producto"
EN 13643 "Recipientes criogénicos - Dispositivos de seguridad para protección contra presión excesiva"
· API 600 "Válvulas de compuerta de acero - Extremos con bridas y soldadura a tope, capós atornillados"
· GB / T 34542 "Especificaciones técnicas generales para equipos utilizados en estaciones de combustible de hidrógeno"

(1) Los metales comúnmente utilizados para los sistemas de hidrógeno son S31603 y S31608. Estos materiales están tratados en solución y la aleación de aluminio 6061 está tratada térmicamente por envejecimiento (aunque se usa menos).
(2) Al seleccionar acero inoxidable austenítico, se deben considerar tanto el agrietamiento inducido por hidrógeno como la resistencia al agrietamiento por corrosión por tensión gaseosa. Para materiales de aleación de aluminio, se debe evaluar la resistencia al agrietamiento continuo por carga.
(3) El metal en contacto con con el hidrógeno debe presentar una compatibilidad aceptable con con el hidrógeno, prestando especial atención a la fragilización del hidrógeno y a hydrogen-accelerated la fatiga por corrosión.
(4) Los materiales en contacto con con hidrógeno líquido y propelentes de hidrógeno deben tener suficiente dureza a bajas temperaturas.
(5) En el ambiente de baja temperatura de los propelentes de hidrógeno e hidrógeno líquido, el cuerpo de la válvula, el capó de la válvula, el vástago de la válvula y el núcleo de la válvula deben someterse a un tratamiento criogénico profundo a baja temperatura. Este tratamiento reduce los aumentos de estrés en la estructura y las fugas del sello de la válvula causadas por la contracción inarmónica y la deformación de los materiales a bajas temperaturas.
(6) Los materiales no metálicos en contacto con con hidrógeno deben demostrar una compatibilidad aceptable con . Los materiales no metálicos se difunden más fácilmente en un entorno de hidrógeno que los metales, por lo que debe verificarse la idoneidad de estos materiales.
(7) Los materiales no metálicos deben mantener su estabilidad mecánica en términos de resistencia en todas las condiciones de uso y vida útil especificadas, incluido el rendimiento a la fatiga, el límite de resistencia y la resistencia a la tensión.
(8) Los requisitos para los materiales de válvulas utilizados en sistemas de hidrógeno pueden encontrarse en el artículo 5 de JB / T 11484-2011.
(9) Los efectos del hidrógeno en las propiedades mecánicas de los materiales se detallan en ISO / TR 15916.