Ключевые факторы при выборе клапанов для водородных систем

Высокопроизводительные клапаны для водорода: на что обратить внимание при выборе

Чак Хейз, главный инженер по приложениям для чистой энергии, Swagelok

Водородное топливо быстро растет как решение для мобильности. Оно доказало свою безопасность, стоимость, практичность и устойчивость. Короче: это идеальный путь для будущего транспорта.

Водород — идеальный путь для будущего транспорта.

Чтобы реализовать этот потенциал, транспорт на водороде и инфраструктура заправки должны быть спроектированы и построены с высококачественными материалами для обеспечения герметичной производительности, которая должна длиться годами или даже десятилетиями. И не любые компоненты способны на это. Производство и обращение с водородным топливом несут свой уникальный набор вызовов, требующий специфических критериев производительности от компонентов во всей водородной топливной системе.

Клапаны — отвечающие за контроль потока водорода в автомобильных или стационарных системах — хороший пример. Как вы можете быть уверены, что выбираете и специфицируете клапан, обеспечивающий производительность, подходящую для водородной службы? Читайте дальше, чтобы узнать.

Почему высокая производительность важна в клапанах для водорода

Эксплуатационные условия для водородных топливных систем по своей природе сложны. При спецификации клапанов для водорода необходимо учитывать:

• Давления. Для достижения желаемой плотности H2 должен храниться в баках на борту при 350–700 бар
• Напряжение и вибрация. Системы должны выдерживать высокие скорости, неровные дороги и неблагоприятные погодные условия
• Безопасность. Заправочные станции должны быть безопасно управляемы обычным потребителем
• Обслуживание. Способность легко восстанавливать герметичные соединения при сервисе

Все клапаны для водорода должны предлагать уровни производительности, соответствующие этим требованиям. Они должны демонстрировать герметичную производительность в точке соединения и в точке отсечения или регулирования, с способностью выдерживать необходимые эксплуатационные условия, присущие водородным приложениям.

Что делает водород особенным?

Молекулы водорода — среди самых малых в природе — и это означает, что их сдерживание может быть сложным.

Все точки соединения в водородных системах должны быть герметичными. Любая утечка газа может создать риск безопасности, особенно когда конечные пользователи взаимодействуют с дозатором при заправке. Утечка газа в автомобилях или системах хранения также расточительна.

И потому что молекулы водорода настолько малы, они могут диффундировать в низкокачественные нержавеющие стали. Это явление известно как водородная ломкость. Со временем давление может производить трещины в материале, что становится высокопроблемным в водородной службе.

Шаровые клапаны для водорода

Шаровые клапаны — распространенный компонент в водородных системах, используемый для запуска и остановки потока водорода из одного направления в другое. При выборе шаровых клапанов для водородных приложений важно искать конструкции уплотнения штока, высокостойкие к износу. Хорошим вариантом может быть шар с опорой типа триннион и прямым нагрузочным дизайном, который помогает обеспечить герметичную производительность при каждом включении и отсечении. Конструкция с нижней загрузкой штока также может снизить потенциальный выброс штока, предлагая повышенную безопасность.

В случае сомнений, ваш поставщик клапанов должен помочь направить ваш выбор. Применимые шаровые клапаны могут предлагать 2- или 3-путковую функциональность, различные варианты монтажа и диапазон коэффициентов потока в зависимости от потребностей вашей системы. Наконец, ищите хорошую совместимость с фитингами, специально разработанными для водородных приложений.

Игольчатые клапаны для водорода

Игольчатые клапаны используются для относительно точных регулировок количества потока жидкости. В водородных приложениях при их спецификации должны быть сделаны некоторые важные соображения. Игольчатые клапаны обычно полностью металлические в конструкции, требуя большой силы для надлежащего уплотнения. Такая сила имеет потенциал деформировать иглу и, возможно, седло, создавая потенциальную опасность и требуя дорогого обслуживания. Кроме того, такая необходимая сила обычно требует использования больших пневматических приводов для открытия и закрытия клапанов, что может занимать до двух минут для полного привода.

С этими соображениями на уме, важно искать игольчатые клапаны, сделанные из высококачественной нержавеющей стали 316, которая может сопротивляться деформации при повторном использовании. Также имейте в виду, что не все игольчатые клапаны должным образом номинально выдерживают давления для обычных водородных приложений (350/700 бар); выбирайте игольчатый клапан, квалифицированный для повышенных рабочих давлений. И как с шаровыми клапанами, совместимость с другими водородоквалифицированными компонентами обязательна.

Обратные клапаны для водорода

Обратные клапаны выполняют важные функции безопасности в водородных компрессорах в системах заправки, контролируя обратный поток для защиты конечного пользователя. По сравнению с приложениями общего назначения, водородные обратные клапаны должны справиться с несколькими вещами.

Большинство обратных клапанов включают пружины — компоненты, обычно сделанные из закалкаемого материала, который может быть более восприимчив к водородной ломкости, чем высококачественная нержавеющая сталь 316. Кроме того, автомобильные приложения заправки подвергают такие клапаны большим, быстрым изменениям температуры и давления, создавая повышенное напряжение на эластомерных уплотнениях клапана. С этими соображениями на уме, шаровые обратные клапаны — более подходящий вариант для водородных компрессоров. Целостность материала и совместимость с другими водородными компонентами важны здесь тоже.

***

Долгосрочная жизнеспособность рынка водородного топлива для мобильности зависит от безопасности, надежности и долговечности автомобилей и инфраструктуры. Выбор и спецификация правильных компонентов для всех водородных систем может помочь технологии достичь своего полного потенциала в долгосрочной перспективе.

Заинтересованы в узнавании больше? Swagelok предлагает ряд шаровых, игольчатых и обратных клапанов, подходящих для водородной службы, вместе с полным портфолио дополнительных компонентов, которые могут помочь сделать ваши водородные системы безопаснее и надежнее. Наши специалисты по водороду рады помочь вам выбрать мудро и найти решение, соответствующее вашим потребностям.