从行业角度看液氢阀门

液氢在储存和运输方面具有一定的优势。与氢气相比，液氢（LH2）密度更高，储存所需的压力更低。然而，氢气必须在-253°C的低温下才能液化，这意味着其制备难度较大。极低的温度和易燃性使得液氢成为一种危险介质。因此，在设计用于相关应用的阀门时，严格的安全措施和高可靠性是不可妥协的要求。

作者：Fadila Khelfaoui、Frédéric Blanquet

Velan阀（Velan）

液氢（LH2）的应用。

目前，液氢已被应用于多种特殊场合，并正在尝试进一步开发。在航空航天领域，液氢可用作火箭发射燃料，也可用于在跨音速风洞中产生冲击波。在大科学的推动下，液氢已成为超导系统、粒子加速器和核聚变装置的关键材料。随着人们对可持续发展的日益重视，近年来，越来越多的卡车和船舶开始使用液氢作为燃料。在上述应用场景中，阀门的重要性显而易见。阀门的安全可靠运行是液氢供应链生态系统（生产、运输、储存和分销）不可或缺的一部分。液氢相关操作极具挑战性。凭借30余年在低至-272℃高性能阀门领域的实践经验和专业技术，维兰长期参与各类创新项目，凭借自身实力，显然已成功应对液氢服务领域的技术挑战。

设计阶段的挑战

压力、温度和氢气浓度都是阀门设计风险评估中需要考虑的主要因素。为了优化阀门性能，设计和材料选择起着决定性作用。用于液氢应用的阀门面临着额外的挑战，包括氢气对金属的不利影响。在极低温度下，阀门材料不仅必须能够承受氢分子的侵蚀（一些相关的劣化机制在学术界仍存在争议），而且还必须在其整个生命周期内保持长期正常运行。就目前的技术发展水平而言，业界对非金属材料在氢气应用中的适用性了解有限。在选择密封材料时，必须考虑这一因素。有效的密封也是一项关键的设计性能指标。液氢与环境温度（室温）之间存在近300°C的温差，从而形成温度梯度。阀门的每个部件都会经历不同程度的热膨胀和收缩。这种差异可能导致关键密封表面发生危险的泄漏。阀杆的密封性也是设计的重点。冷热交替会产生热流。阀盖腔体区域的高温部分可能会冻结，从而影响阀杆密封性能并影响阀门的运行。此外，-253°C 的极低温度意味着需要采用最佳的隔热技术，以确保阀门能够将液氢维持在该温度下，同时最大限度地减少沸腾造成的损失。只要有热量传递给液氢，它就会蒸发并泄漏。不仅如此，在隔热层的破损点还会发生氧气冷凝。一旦氧气与氢气或其他可燃物接触，火灾风险就会增加。因此，考虑到阀门可能面临的火灾风险，阀门的设计必须采用防爆材料，并配备耐火执行器、仪表和电缆，所有这些部件都必须通过最严格的认证。这可以确保阀门在发生火灾时能够正常运行。压力升高也是一个潜在的风险，它会导致阀门无法运行。如果液氢滞留在阀体腔内，同时发生热传递和液氢蒸发，会导致压力升高。如果压差过大，则会产生空化/噪声。这些现象会导致阀门过早报废，甚至因工艺缺陷造成巨大损失。无论具体工况如何，如果在设计过程中充分考虑上述因素并采取相应的应对措施，就能确保阀门的安全可靠运行。此外，还存在与环境问题相关的设计挑战，例如泄漏泄漏。氢气具有独特的性质：分子小、无色无味且易爆。这些特性决定了零泄漏的绝对必要性。

在北拉斯维加斯西海岸氢液化站，

维兰德阀门公司的工程师正在提供技术服务

阀门解决方案

无论具体功能和类型如何，所有液氢应用阀门都必须满足一些通用要求。这些要求包括：结构件的材料必须确保在极低温度下保持结构完整性；所有材料必须具有天然的防火性能。出于同样的原因，液氢阀门的密封元件和填料也必须满足上述基本要求。奥氏体不锈钢是液氢阀门的理想材料。它具有优异的冲击强度、极低的散热量，并且能够承受较大的温度梯度。其他一些材料也适用于液氢环境，但仅限于特定的工艺条件。除了材料的选择之外，一些设计细节也不容忽视，例如加长阀杆和使用气柱来保护密封填料免受极低温度的影响。此外，阀杆加长部分可以配备隔热环以防止冷凝。根据具体的应用条件设计阀门有助于为不同的技术挑战提供更合理的解决方案。Vellan 提供两种不同设计的蝶阀：双偏心和三偏心金属座蝶阀。两种设计均具备双向流动能力。通过对阀瓣形状和旋转轨迹的精心设计，可实现严密密封。阀体内无残留介质的空腔。Velan双偏心蝶阀采用阀瓣偏心旋转设计，结合独特的VELFLEX密封系统，实现了卓越的阀门密封性能。这项专利设计即使在阀门温度大幅波动的情况下也能保持稳定。TORQSEAL三偏心蝶阀的阀瓣也采用了特殊设计的旋转轨迹，确保阀瓣密封面仅在阀门关闭瞬间与阀座接触，避免刮擦。因此，阀门的关闭扭矩可驱动阀瓣实现柔性密封，并在阀门关闭时产生足够的楔入效应，同时使阀瓣与阀座密封面的整个圆周均匀接触。阀座的柔性设计使阀体和阀瓣具有“自调节”功能，从而避免阀瓣在温度波动期间发生卡滞。强化不锈钢阀杆可承受高循环次数，并在极低温度下平稳运行。VELFLEX 双偏心设计使阀门能够快速便捷地进行在线维护。得益于侧置式阀体，无需拆卸执行器或使用特殊工具，即可直接检查或维护阀座和阀瓣。

天津塘沽水封阀门有限公司正在支持采用先进技术的弹性密封阀，包括弹性密封阀蝶阀, 蝶阀, 双法兰同心蝶阀双法兰偏心蝶阀Y型过滤器平衡阀双片式止回阀， ETC。