دیدگاه صنعتی در مورد شیرهای هیدروژن مایع وجود دارد به این صورت که ذخیره و انتقال هیدروژن در حالت مایع چندین مزیت دارد. هیدروژن مایع (هیدروژن مایع) چگالی بالاتری دارد و در مقایسه با هیدروژن گازی به فشار ذخیره سازی کمتری نیاز دارد. با این حال، هیدروژن در 253- درجه سانتیگراد به مایع تبدیل می شود که چالش های خاص خود را به همراه دارد. دمای بسیار پایین و همچنین خطر اشتعال آن را به یک محیط چالش برانگیز تبدیل کرده است. بنابراین هنگام طراحی شیرهای هیدروژن مایع برای این کاربرد، اقدامات ایمنی و قابلیت اطمینان دقیق ضروری است.
در حال حاضر، هیدروژن مایع در کاربردهای مختلف مورد استفاده و بررسی قرار گرفته است. صنعت هوافضا از آن برای پرتاب موشک و تونل های باد فراصوتی استفاده می کند. تحت چتر علم بزرگ، هیدروژن مایع در کاربردهای ابررسانایی، شتاب دهنده های ذرات و همجوشی هسته ای ضروری است.
اخیراً، با افزایش تقاضا برای پایداری، هیدروژن مایع به عنوان منبع سوخت برای کامیون ها و کشتی های سنگین تر مورد توجه قرار گرفته است. شیرآلات نقش مهمی در عملکرد موفقیت آمیز این اپلیکیشن ها دارند. عملکرد مطمئن و ایمن شیرهایی که بخشی از اکوسیستم زنجیره تامین هیدروژن مایع را تشکیل می دهند (تولید، حمل و نقل، ذخیره سازی و توزیع) یک ضرورت است.
فشار، دما و غلظت هیدروژن عوامل اصلی در تعیین ارزیابی ریسک طراحی شیر هستند. برای عملکرد بهینه شیر، ویژگی های طراحی و انتخاب مواد از اهمیت بالایی برخوردار است. هنگام مدیریت هیدروژن مایع باید بر چالش هایی غلبه کرد.
یکی از این چالش ها، اثر مضر هیدروژن بر مواد فلزی است. در ترکیب با دمای بسیار پایین، مواد شیر نه تنها نیاز به مقاومت در برابر حمله مولکول‌های هیدروژن دارند (برخی از مکانیسم‌های تخریب هنوز موضوع بحث در جامعه علمی هستند) بلکه باید بتوانند در آن دما برای یک عمر طولانی کار کنند. دانش فعلی در مورد سازگاری مواد غیرفلزی با هیدروژن هنوز محدود است. این شکاف در دانش باید در هنگام انتخاب مواد آب بندی در نظر گرفته شود.
آب بندی محکم یکی دیگر از معیارهای کلیدی عملکرد طراحی است. تحت گرادیان های حرارتی ناشی از اختلاف دما تا 300 درجه سانتی گراد بین هیدروژن مایع و محیط اطراف (در دمای اتاق)، اجزای مختلف شیر با مقادیر مختلف منبسط و منقبض می شوند. این اختلاف می تواند منجر به نشت مضر سطوح آب بندی بحرانی شود. سفتی آب بندی در ساقه یکی دیگر از ملاحظات طراحی است. انتقال از سرد به گرم یک جریان گرما ایجاد می کند. ممکن است یخ در بخش گرمتر حفره درپوش ایجاد شود و درزگیر ساقه و در نتیجه عملکرد دریچه را به خطر بیندازد.
صرف نظر از عملکرد یا نوع آنها، همه شیرها در سرویس هیدروژن مایع باید الزامات مشترک خاصی را برآورده کنند. اینها شامل استفاده از مصالح ساختمانی مناسب است که یکپارچگی سازه را در دماهای بسیار پایین تضمین می کند، و همچنین موادی که ذاتاً ایمن هستند. به طور مشابه، مواد آب بندی و بسته بندی مورد استفاده در این شیرها نیز باید این الزامات اساسی را برآورده کنند.
فولاد ضد زنگ آستنیتی یک ماده ترجیحی برای شیرهای هیدروژن مایع است. استحکام ضربه ای عالی، حداقل اتلاف گرما را ارائه می دهد و می تواند شیب های شدید دما را تحمل کند. مواد دیگری نیز در دسترس هستند که با هیدروژن سازگار هستند اما به شرایط فرآیند بستگی دارند.
علاوه بر انتخاب مواد، سایر جزئیات طراحی مانند گسترش ساقه با ستون گاز، بسته بندی آب بندی را از اثرات دمای بسیار پایین محافظت می کند. علاوه بر این، برای جلوگیری از تراکم در ناحیه عایق شده، می توان امتداد ساقه را با یک یقه حرارتی تکمیل کرد. ویژگی های منحصر به فرد متناسب با طراحی هر شیر، راه حل های فنی پیشرفته ای را برای چالش های مختلف ارائه می دهد.
دو طرح مختلف از شیر پروانه ای ارائه می شود: شیرهای فلزی دوگانه و سه افست. هر دو طرح قابلیت جریان دو جهته را ارائه می دهند. آنها با هندسه چرخش دیسک طراحی شده اند تا از مهر و موم بسته شدن محکم اطمینان حاصل شود. حفره های به دام افتاده از بین می روند. در آفست دوگانه، با چرخش دیسک غیرعادی همراه با یک سیستم آب بندی منحصر به فرد، یک خاموشی بسیار محکم به دست می آید. این فناوری ثبت اختراع حتی بر نوسانات دمایی بالا غلبه می کند.
هندسه چرخش دیسک با افست سه گانه، TORQSEAL، تضمین می کند که دیسک مهر و موم با صندلی بدنه فقط در موقعیت قطعی نهایی تماس می گیرد، بدون مالش یا ضربه زدن، و یک صندلی ارتجاعی تولید شده توسط گشتاور با اثر گوه زنی کافی برای اطمینان از تماس مهر و موم یکنواخت در اطراف ایجاد می کند. کل محیط نشیمن سوپاپ هنگام بسته شدن شیر. خاصیت ارتجاعی آب بند اجازه می دهد تا بدنه و دیسک سوپاپ خود تنظیم شوند تا از خطر گیر کردن در هنگام گذر دما جلوگیری شود.
یک محور فولادی ضد زنگ تقویت شده برای چرخه های بالا و عملکرد صاف در دمای بسیار پایین ارائه شده است. طراحی شیر افست دوگانه VELFLEX امکان تعمیر و نگهداری آسان و سریع در خط را فراهم می کند. به لطف پوشش جانبی، دسترسی رایگان به صندلی و دیسک برای بازرسی یا نگهداری بدون جداسازی محرک ها امکان پذیر است و نیازی به ابزار خاصی نیست.
Velan مجموعه‌ای منحصر به فرد از شیرهای کنترلی برای کاربردهای دمای پایین دارد که برای دماهای تا -272 درجه سانتیگراد و فشار کاری تا PN70 طراحی شده است. دریچه‌های مورد استفاده، شیرهای کنترل گلوب مهر و موم، با الگوهای زاویه و/یا مستقیم هستند. ویژگی های طراحی اختصاصی و مواد برای عملیات قابل اعتماد و ایمن توسعه یافته است. سوپاپ ها را می توان با یک پوسته یا ژاکت محکم دوتایی که عایق خلاء را قادر می سازد نصب کرد. بسته به کاربرد در محل، شیرها به صورت دستی یا پنوماتیک کار می کنند.
شیرهای ایمنی به طور ویژه برای محافظت در برابر فشار بیش از حد خطوط هلیوم مایع در کاربردهای ابررسانایی طراحی شده‌اند. این امر توسط یک دستگاه ایمنی مغناطیسی ایجاد شده است که به طور خاص برای محافظت از ظروف و پوسته های فشار در برابر فشار بیش از حد سیالات فشرده در دمای محیط یا در هنگام تخلیه دمای بسیار پایین ایجاد شده است. در صورت افزایش دمای موضعی، که "کوئنچ" نامیده می شود، دریچه در کمتر از 80 میلی ثانیه باز می شود. در ابتدا برای هلیوم مایع عرضه شد، می توان آن را با کاربردهای هیدروژنی سازگار کرد.
آزمایش ها مطابق با سخت ترین نیازهای مشتری انجام می شود. حفاظت در برابر انفجار مطابق با استانداردهای ATEX، KOSHA، NAMUR طبق قوانین قابل اجرا الزامی است. برخی از مشتریان به گواهینامه های محلی مانند KGS در کره یا NK در ژاپن نیاز دارند. امروزه هنوز استاندارد خاصی برای شیرها در سرویس هیدروژنی وجود ندارد. گروه‌های کاری برای تعریف این استانداردسازی برای تسریع استقرار هیدروژن سبز در مقیاس تجاری تشکیل می‌شوند. TÜV استانداردی را صادر کرده است، اما هنوز هیچ مشتری آن را اجرا نکرده است.
در حال حاضر، هیدروژن مایع به عنوان یک سوخت پاک و یک شکل پایدار از انرژی محبوبیت پیدا می کند. اگرچه نویدبخش است، استقرار هیدروژن مایع در مقیاس بزرگ در سراسر جهان هنوز یک چالش است.
