Co to jest zawór kriogeniczny?

Zawory kriogeniczne to zawory zaprojektowane, wyprodukowane i używane w warunkach kriogenicznych (zwykle pracujące w temperaturach od -40 stopni do -196 stopni lub niższych). Jego podstawową funkcją jest niezawodna kontrola przepływu, ciśnienia i kierunku mediów w środowisku o wyjątkowo niskiej temperaturze, przy jednoczesnym zapewnieniu wydajności uszczelnienia i stabilności strukturalnej. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza zaworów kriogenicznych:
1.Definicja i podstawowa charakterystyka zaworów kriogenicznych
Zakres temperatur
Temperatura robocza zaworów kriogenicznych wynosi zazwyczaj poniżej -40 stopni i wygląda następująco:
Zwykłe zawory kriogeniczne: -40 stopni do -100 stopni (np. temperatura przechowywania LNG LNG wynosi około -162 stopni);
Zawory ultra-niskotemperaturowe: temperatury poniżej -100 stopni (np. ciekły azot, ciekły wodór, ciekły hel itp.).
Wyzwania projektowe
Niskie temperatury mogą prowadzić do skurczu materiału, stwardnienia uszczelek i awarii oleju smarowego. Dlatego zawory kriogeniczne muszą uwzględniać następujące kluczowe kwestie:
Kompensacja rozszerzalności cieplnej i skurczu na zimno: zapobieganie deformacji korpusu zaworu lub wyciekom w wyniku zmiany temperatury;
Niezawodność uszczelnienia: należy upewnić się, że materiał uszczelniający pozostaje elastyczny w niskiej temperaturze;
Możliwość dostosowania materiału: wybierz materiały o kruchości w niskiej temperaturze i odporności na korozję;
Stabilność operacyjna: unikaj zakleszczenia trzpienia zaworu lub awarii siłownika z powodu niskiej temperatury.
2. Podstawowe elementy konstrukcyjne zaworów kriogenicznych
struktura szyi
Pokrywa zaworu jest wysunięta, aby utrzymać dławnicę z dala od medium kriogenicznego i zapobiec stwardnieniu dławnicy w niskiej temperaturze i spowodowaniu wycieku.
Długa szyja jest zwykle wypełniona materiałem izolacyjnym lub izolowana próżniowo, aby zmniejszyć utratę zimna.
Materiały specyficzne-krio
Materiał korpusu: np. LCB (-46 stopni), LC3 (-101 stopni), CF8 (stal nierdzewna 304, -196 stopni), CF3 (stal nierdzewna 316L, -196 stopni), stopy Inconel;
Materiały uszczelniające: politetrafluoroetylen (PTFE), nylon, elastyczny grafit itp.
Uszczelki i wypełnienia: używaj-elastycznych materiałów niskotemperaturowych, takich jak modyfikowany PTFE lub grafit ekspandowany.
Konstrukcja-odporna na wycieki
Konstrukcja z podwójnym uszczelnieniem (np. gniazdo zaworu, podwójne uszczelnienie dysku);
Konstrukcja uszczelnienia mieszkowego (odpowiednia do warunków wysokiego ciśnienia lub bardzo-niskiej temperatury);
Połączenie spawane zastępuje połączenie kołnierzowe, aby zmniejszyć punkty wycieków.
Środki przeciw zamarzaniu i smary
Powierzchnia trzpienia jest wykonana z twardego chromu lub materiału-samosmarującego (np. polieteroeteroketon PEEK);
Siłownik wyposażony jest w urządzenie grzewcze lub tuleję izolacyjną zapobiegającą zamarzaniu w niskich temperaturach.
3. Główne typy zaworów kriogenicznych
Zawór kulowy kriogeniczny
Przełącznik sterujący, kulka obrotowa 90 stopni, odpowiednia do scenariuszy szybkiego otwierania i zamykania;
Zalety: dobre uszczelnienie, małe opory przepływu, długa żywotność;
Zastosowania: terminal LNG, zbiorniki magazynujące ciekły tlen/ciekły azot itp.
Zasuwa kriogeniczna
Przełącznik sterujący za pomocą bramy podnoszonej, odpowiedni dla wszystkich warunków otwartych lub całkowicie zamkniętych;
Zalety: minimalne opory przepływu, odporność powierzchni uszczelniającej na erozję;
Cel: odcięcie rurociągu kriogenicznego, import i eksport dużego zbiornika magazynowego.
Zawór odcinający o niskim poziomie kriogenicznym
Dostosuj przepływ, podnosząc tarczę w celu dławienia lub precyzyjnej kontroli;
Mocne strony: Prosta konstrukcja, niezawodne uszczelnienie;
Przeznaczenie: kriogeniczny sprzęt doświadczalny, kontrola procesów chemicznych.
Kriogeniczny zawór motylkowy
Obracając płytkę motylkową, aby wyregulować natężenie przepływu, odpowiednie dla dużego kalibru i przy niskim ciśnieniu;
Mocne strony: Mały rozmiar, niewielka waga, łatwa obsługa;
Przeznaczenie: system wentylacji kriogenicznej, urządzenia do separacji powietrza.
Kriogeniczny zawór zwrotny
Automatycznie zapobiegaj średniemu przepływowi zwrotnemu i chroni bezpieczeństwo sprzętu;
Przeznaczenie: wylot pompy LNG, wlot i eksport sprężarki kriogenicznej. Kriogeniczny zawór bezpieczeństwa
Automatyczne zwolnienie ciśnienia w przypadku wystąpienia nadciśnienia, aby zapobiec eksplozji systemu;
Zastosowanie: kriogeniczne zbiorniki magazynowe, zbiorniki ciśnieniowe.
IV. WSTĘP Zastosowanie zaworów kriogenicznych
Przemysł energetyczny
produkcja, transport, magazynowanie LNG (np. terminal LNG, stacja paliw);
Ciekły wodór, ciekły hel i inne nowe sposoby magazynowania i transportu energii.
Przemysł chemiczny
Kontrola procesu niskotemperaturowego-etylenu, propylenu, amoniaku itp.
Jednostka separacji powietrza (rozdzielanie powietrza na tlen, azot itp.).
Badania naukowe i leczenie
Kriogeniczny sprzęt doświadczalny (np. magnesy nadprzewodzące, akceleratory cząstek);
Krioterapia ciekłym azotem, kriokonserwacja próbek biologicznych.
Lotnictwo
a) Transport i kontrola paliw rakietowych (np. ciekłego tlenu i ciekłego wodoru);
Satelitarny kriogeniczny układ paliwowy.
V. Dobór i konserwacja zaworów kriogenicznych
Punkty selekcji
Materiał dobiera się w zależności od temperatury, ciśnienia i korozji medium.
Wybierz typ zaworu zgodnie z wymaganiami przepływu (np. zawór kulowy, zasuwa itp.);
Rozważ rodzaj siłownika (ręczny, pneumatyczny, elektryczny, hydrauliczny).
Uwagi dotyczące konserwacji
Okresowo sprawdzaj zużycie pokrywy uszczelniającej;
Unikaj częstego otwierania i zamykania, co może skutkować uszkodzeniem gniazda zaworu;
Siłownik należy wstępnie podgrzać przed pracą w środowisku o niskiej temperaturze (np. zawory pneumatyczne wymagają zasilania suchym powietrzem).
VI. WSTĘP Trend rozwojowy zaworów kriogenicznych
Innowacja materiałowa
Opracowywanie materiałów stopowych (takich jak stopy-na bazie niklu), które są bardziej kriogeniczne i odporne na kruchość;
Badanie nowych materiałów uszczelniających (takich jak nano-kompozytowe materiały uszczelniające).
Inteligencja
Integracja czujników i siłowników w celu zdalnego monitorowania i automatycznej regulacji;
Wykorzystanie technologii Internetu rzeczy do przewidywania żywotności i awarii zaworów.
Wymagania ochrony środowiska
Zmniejszyć stopień nieszczelności zaworu (jeśli spełniona jest norma ISO 15848);
Zmniejsz wpływ na środowisko ulatniania się mediów o niskiej temperaturze (np. zawory LNG muszą spełniać standardy TA-Luft).
Zawory kriogeniczne to podstawowe wyposażenie przemysłu kriogenicznego. Ich konstrukcja i zastosowanie wymagają kombinacji materiałów, struktur i procesów. Wraz z szybkim rozwojem nowej energetyki, lotnictwa i innych dziedzin, wymagania techniczne dotyczące zaworów kriogenicznych będą stale udoskonalane, a w przyszłości będą rozwijane w kierunku wysokiej niezawodności, długiej żywotności i inteligencji.