L'hydrogène liquide présente certains avantages en matière de stockage et de transport. Comparé à l’hydrogène, l’hydrogène liquide (LH2) a une densité plus élevée et nécessite une pression plus faible pour le stockage. Cependant, l’hydrogène doit être à -253°C pour devenir liquide, ce qui signifie que c’est assez difficile. Les températures extrêmement basses et les risques d’inflammabilité font de l’hydrogène liquide un milieu dangereux. C'est pourquoi des mesures de sécurité strictes et une fiabilité élevée sont des exigences sans compromis lors de la conception de vannes pour les applications concernées.
Par Fadila Khelfaoui, Frédéric Blanquet
Vanne Velan (Velan)
Applications de l'hydrogène liquide (LH2).
À l’heure actuelle, l’hydrogène liquide est utilisé et essayé d’être utilisé dans diverses occasions spéciales. Dans l’aérospatiale, il peut être utilisé comme carburant de lancement de fusée et peut également générer des ondes de choc dans les souffleries transsoniques. Soutenu par la « grande science », l’hydrogène liquide est devenu un matériau clé dans les systèmes supraconducteurs, les accélérateurs de particules et les dispositifs de fusion nucléaire. À mesure que le désir de développement durable grandit, l’hydrogène liquide est utilisé ces dernières années comme carburant par de plus en plus de camions et de navires. Dans les scénarios d’application ci-dessus, l’importance des vannes est très évidente. Le fonctionnement sûr et fiable des vannes fait partie intégrante de l’écosystème de la chaîne d’approvisionnement de l’hydrogène liquide (production, transport, stockage et distribution). Les opérations liées à l’hydrogène liquide sont difficiles. Avec plus de 30 ans d'expérience pratique et d'expertise dans le domaine des vannes haute performance jusqu'à -272°C, Velan est impliquée depuis longtemps dans divers projets innovants et force est de constater qu'elle a remporté les défis techniques de service d'hydrogène liquide avec sa force.
Les défis de la phase de conception
La pression, la température et la concentration en hydrogène sont tous des facteurs majeurs examinés lors d’une évaluation des risques liés à la conception d’une vanne. Afin d'optimiser les performances des vannes, la conception et le choix des matériaux jouent un rôle décisif. Les vannes utilisées dans les applications d’hydrogène liquide sont confrontées à des défis supplémentaires, notamment les effets néfastes de l’hydrogène sur les métaux. À très basse température, les matériaux des vannes doivent non seulement résister à l’attaque des molécules d’hydrogène (certains des mécanismes de détérioration associés font encore débat dans le monde universitaire), mais doivent également maintenir un fonctionnement normal pendant une longue période tout au long de leur cycle de vie. Au vu du niveau actuel de développement technologique, l’industrie a une connaissance limitée de l’applicabilité des matériaux non métalliques dans les applications de l’hydrogène. Lors du choix d'un matériau d'étanchéité, il est nécessaire de prendre en compte ce facteur. Une étanchéité efficace est également un critère clé de performance de conception. Il existe une différence de température de près de 300°C entre l’hydrogène liquide et la température ambiante (température ambiante), ce qui entraîne un gradient de température. Chaque composant de la vanne subira différents degrés de dilatation et de contraction thermique. Cette divergence peut entraîner des fuites dangereuses des surfaces d’étanchéité critiques. L'étanchéité de la tige de valve est également au centre de la conception. Le passage du froid au chaud crée un flux de chaleur. Les parties chaudes de la cavité du chapeau peuvent geler, ce qui peut perturber les performances d'étanchéité de la tige et affecter le fonctionnement de la vanne. De plus, la température extrêmement basse de -253°C nécessite la meilleure technologie d'isolation pour garantir que la vanne puisse maintenir l'hydrogène liquide à cette température tout en minimisant les pertes causées par l'ébullition. Tant que de la chaleur est transférée à l’hydrogène liquide, celui-ci s’évapore et fuit. De plus, la condensation de l'oxygène se produit au point de rupture de l'isolation. Une fois que l’oxygène entre en contact avec l’hydrogène ou d’autres combustibles, le risque d’incendie augmente. Par conséquent, compte tenu du risque d'incendie auquel les vannes peuvent être confrontées, les vannes doivent être conçues avec des matériaux antidéflagrants, ainsi que des actionneurs, des instruments et des câbles résistants au feu, tous dotés des certifications les plus strictes. Cela garantit le bon fonctionnement de la vanne en cas d'incendie. Une pression accrue constitue également un risque potentiel pouvant rendre les vannes inutilisables. Si de l'hydrogène liquide est piégé dans la cavité du corps de vanne et que le transfert de chaleur et l'évaporation de l'hydrogène liquide se produisent en même temps, cela entraînera une augmentation de la pression. S'il y a une grande différence de pression, une cavitation (cavitation)/bruit se produit. Ces phénomènes peuvent conduire à la fin prématurée de la durée de vie de la vanne, voire entraîner d'énormes pertes dues à des défauts de processus. Quelles que soient les conditions de fonctionnement spécifiques, si les facteurs ci-dessus peuvent être pleinement pris en compte et que les contre-mesures correspondantes peuvent être prises lors du processus de conception, cela peut garantir le fonctionnement sûr et fiable de la vanne. En outre, il existe des défis de conception liés aux problèmes environnementaux, tels que les fuites fugitives. L'hydrogène est unique : petites molécules, incolores, inodores et explosives. Ces caractéristiques déterminent la nécessité absolue du zéro fuite.
À la station de liquéfaction d'hydrogène de la côte ouest de North Las Vegas,
Les ingénieurs de Wieland Valve fournissent des services techniques
Solutions de vannes
Quels que soient leur fonction et leur type spécifiques, les vannes destinées à toutes les applications d'hydrogène liquide doivent répondre à certaines exigences communes. Ces exigences comprennent : le matériau de la pièce structurelle doit garantir que l'intégrité structurelle est maintenue à des températures extrêmement basses ; Tous les matériaux doivent avoir des propriétés naturelles de sécurité incendie. Pour la même raison, les éléments d'étanchéité et les garnitures des vannes à hydrogène liquide doivent également répondre aux exigences de base mentionnées ci-dessus. L'acier inoxydable austénitique est un matériau idéal pour les vannes à hydrogène liquide. Il présente une excellente résistance aux chocs, une perte de chaleur minimale et peut résister à de grands gradients de température. Il existe d'autres matériaux qui conviennent également aux conditions de l'hydrogène liquide, mais qui sont limités à des conditions de traitement spécifiques. Outre le choix des matériaux, certains détails de conception ne doivent pas être négligés, comme l'extension de la tige de vanne et l'utilisation d'une colonne d'air pour protéger la garniture d'étanchéité des températures extrêmement basses. De plus, l'extension de la tige de valve peut être équipée d'un anneau isolant pour éviter la condensation. Concevoir des vannes en fonction de conditions d'application spécifiques permet d'apporter des solutions plus raisonnables aux différents défis techniques. Vellan propose des vannes papillon dans deux modèles différents : des vannes papillon à siège métallique à double excentrique et à triple excentrique. Les deux modèles ont une capacité de flux bidirectionnel. En concevant la forme du disque et la trajectoire de rotation, une étanchéité parfaite peut être obtenue. Il n'y a pas de cavité dans le corps de la vanne où il n'y ait pas de fluide résiduel. Dans le cas de la vanne papillon double excentrique Velan, elle adopte la conception de rotation excentrique du disque, combinée au système d'étanchéité distinctif VELFLEX, pour obtenir d'excellentes performances d'étanchéité de la vanne. Cette conception brevetée peut résister même à de grandes variations de température dans la vanne. Le disque triple excentrique TORQSEAL possède également une trajectoire de rotation spécialement conçue qui permet de garantir que la surface d'étanchéité du disque ne touche le siège qu'au moment d'atteindre la position fermée de la vanne et ne raye pas. Par conséquent, le couple de fermeture de la vanne peut entraîner le disque pour obtenir un siège souple et produire un effet de coin suffisant dans la position fermée de la vanne, tout en mettant le disque en contact uniformément avec toute la circonférence de la surface d'étanchéité du siège. La souplesse du siège de vanne permet au corps de vanne et au disque d'avoir une fonction « d'auto-ajustement », évitant ainsi le grippage du disque lors des variations de température. L'arbre de vanne renforcé en acier inoxydable est capable de cycles de fonctionnement élevés et fonctionne sans problème à de très basses températures. La conception à double excentrique VELFLEX permet à la vanne d'être entretenue en ligne rapidement et facilement. Grâce au boîtier latéral, le siège et le disque peuvent être inspectés ou entretenus directement, sans qu'il soit nécessaire de démonter l'actionneur ou des outils spéciaux.
Tianjin Tanggu Valve d'étanchéité à l'eau Co., Ltdprennent en charge des vannes à siège résilient de technologie très avancée, y compris des vannes à siège résilientvanne papillon à plaquettes, Vanne papillon à cosse, Vanne papillon concentrique à double bride, Vanne papillon excentrique à double bride,Crépine en Y, vanne d'équilibrage,Clapet anti-retour à double plaque, etc.
Heure de publication : 11 août 2023
