电站阀门：交通运输领域的氢阀选型
出于对二氧化碳排放的顾虑，各行各业逐步开始弃用传统的内燃机引擎，这意味着必须为车辆找到足够环保的动力。其中最有潜力的当属氢。它不仅安全、成本效益高，而且具有较强的可行性和可持续性。为了促成氢的广泛应用，氢能源汽车的流体系统以及加氢站设备，都必须采用最优质的材料。上述系统中的所有设备，都必须具有良好的密封性能，而且需要在数年甚至数十年内经久耐用。但并非所有设备都有如此卓越的性能。氢的特性决定了它对材料的极大挑战，相关设备必须达到特定的性能标准。。作为相关设备中非常重要的一大类，阀门在车辆和加氢站设备内控制着氢的流动。选择最合适的阀门，显然是确保设备正常运行和保护现场人员的关键前提。氢燃料系统的优势和难点
氢的危害性远低于其它燃料，因为它无毒。如果处置得当，它的挥发性也低于其它化合物。此外，氢燃料汽车会根据相关标准配置专门的安全设备，确保性能安全可靠。和传统的汽油不同，氢气的比重非常轻，即使发生泄漏也会迅速上升并消散，因此导致地面火灾的可能性极低。不仅如此，氢气生产的可持续性远远高于化石能燃料。原电池消耗氢气时不会排放二氧化碳或其它任何烃类物质。唯一的产出物就是能量和纯水。所以氢可以降低全球温室气体排放，有效地缓解全球气候变化。然而尽管和碳基燃料相比有诸多优势，氢能源对车辆和加氢站设备的要求也很苛刻。氢分子的体积非常小。而且随着存放条件的变化，例如在氢能源车辆的相关系统中或在加氢站设备中，它的压力会急剧变化。因此只要是与氢有关的系统，其中所有设备的密封性能都起着决定性作用。如果氢气泄漏，就可能给终端用户带来潜在的安全风险，尤其是在加注液氢的过程中。此外，车辆或储存系统的泄漏，会导致整个系统的效率下降。如果设备的材质是劣质的不锈钢，可能会被高压下的氢分子渗入，进而造成一种所谓的氢致脆裂现象。如果不加以处置，氢脆现象会加速导致设备出现裂缝，进而给设备带来泄漏的潜在风险。氢阀的性能必须始终保持正常
既然阀门在流体系统中的角色如此关键，那就必须针对应用工况，谨慎考虑相应的技术规格。用氢燃料系统中的阀门在确定技术规格时，必须考虑到以下因素：- 压力：当氢储存于不同场合时，例如车辆的液氢燃料箱、输配管道和加氢站储罐，为了达到特定的密度，必须将其压力保持在350-700巴之间。- 应力和震动：系统必须能承受高车速、颠簸路面，以及各种不利的环境因素，例如恶劣天气、腐蚀性物质和温度变化。- 维护保养：技师必须能方便快捷地安装和改造密封接头。所有氢阀都必须满足上述条件，以便确保阀门的性能始终保持在最佳状态。无论是车辆上的流体系统还是加氢站设备，所有接头、关断和调节节点的密封性能都很关键。氢燃料系统中的阀门必须能承受所有可能面临的苛刻工况，无论是何种应用场合。氢级球阀
氢燃料系统利用球阀的开和关来控制流体从系统的某处流向另一处。如果指定在特定场合使用球阀，那就要采用阀杆密封能长期耐磨损的阀门（图1）。直接载荷式固定球阀可能会是非常好的选择。它的结构设计使得每次开、关阀门时，都能保持有效的密封。另外，底部载荷式阀门设计可以防止阀杆脱出，意味着可以提升整个系统的安全性。有经验的阀门供应商可以针对特定应用场合，推荐最合适的阀门类型。有些球阀具有双通或三通功能、不同的安装选择，还能根据特地需求定制阀门的流率系数。补充一点，必须确保选用的阀门能在氢燃料系统内和其它设备、部件相互兼容。氢级针阀
如果需要以极高精度调节系统内氢的流率，针阀可能比球阀更合适。和球阀一样，选型时也有几项因素是重要的考量。首先是针阀属于全金属结构，需要极大应力才能妥善密封（图2）。如果选用的针阀不能承受密封所需的应力，阀针就可能变形，甚至连阀座也可能变形。这将产生阀门泄漏的风险，而且维修成本很高。其次，阀门开、关以及密封所需的应通常来自大型气动执行器，在每次两分钟左右的操作过程中，它会使针阀承受极高的压力。面对上述使用工况，针阀需要采用优质316不锈钢，它不易变形且经久耐用。并非所有针阀都能达到普通氢级工况的磅级，或者说不一定能承受350-700巴的压强。专业性强的供应商应该告知客户每款针阀的磅级，并确保与其它氢级设备相互兼容。氢级止回阀
为了防止管路中出现过量的回流，加氢站都会依靠止回阀来实现核心安全功能。和常规应用场景中的止回阀不同，氢级止回阀要面对更为苛刻的工况。例如，止回阀内通常会有弹簧，而且经过了应变硬化处理，如果不是采用优质316不锈钢，就更容易发生氢致脆裂并丧失延展性。如果是应用于加氢站设备的流体系统，止回阀通常会面临压力和温度的大幅度、快速变化，从而使阀门密封元件承受巨大应力。这就是为什么和加氢站其它设备相比，止回阀更适用于氢气压缩机。此外，阀门材质的全面完好性，以及与系统内其它设备的兼容性都非常关键。对氢级应用具有专业经验的供应商应该有能力对此提供参考意见。阀门选型为何事关大局
随着氢能源移动出行市场的逐步扩大，车辆及加氢站的安全性、可靠性和耐用性越发显得重要。如果缺乏专门的行业标准，市场的长期可持续发展将成问题。只有妥善选择相关设备，并明确相应的技术规格，才能使氢能源充分发挥市场潜力，进而取代传统的化石能源。对于流体系统设备供应商的选择，建议查看其能否提供种类广泛的氢级专用球、针、止回阀。同时查看其能否提供用于提升系统整体安全性的附加设备或配件，以便操作人员和用户能在更加安全可靠的情况下使用设备。供应商应该具备与氢工况相关的专业知识，以便在系统集成的过程中为制造商提供指导，确保安装在加氢站内的设备能承受严酷的工况。本文的原版已发布于世伟洛克视点博客
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