出于對二氧化碳排放的顧慮，各行各業(yè)逐步開始棄用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機引擎，這意味著必須為車輛找到足夠環(huán)保的動力。其中最有潛力的當(dāng)屬氫。它不僅安全、成本效益高，而且具有較強的可行性和可持續(xù)性。為了促成氫的廣泛應(yīng)用，氫能源汽車的流體系統(tǒng)以及加氫站設(shè)備，都必須采用最優(yōu)質(zhì)的材料。上述系統(tǒng)中的所有設(shè)備，都必須具有良好的密封性能，而且需要在數(shù)年甚至數(shù)十年內(nèi)經(jīng)久耐用。但并非所有設(shè)備都有如此卓越的性能。氫的特性決定了它對材料的極大挑戰(zhàn)，相關(guān)設(shè)備必須達(dá)到特定的性能標(biāo)準(zhǔn)。。作為相關(guān)設(shè)備中非常重要的一大類，閥門在車輛和加氫站設(shè)備內(nèi)控制著氫的流動。選擇最合適的閥門，顯然是確保設(shè)備正常運行和保護(hù)現(xiàn)場人員的關(guān)鍵前提。
氫燃料系統(tǒng)的優(yōu)勢和難點
氫的危害性遠(yuǎn)低于其它燃料，因為它無毒。如果處置得當(dāng)，它的揮發(fā)性也低于其它化合物。此外，氫燃料汽車會根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配置專門的安全設(shè)備，確保性能安全可靠。和傳統(tǒng)的汽油不同，氫氣的比重非常輕，即使發(fā)生泄漏也會迅速上升并消散，因此導(dǎo)致地面火災(zāi)的可能性極低。不僅如此，氫氣生產(chǎn)的可持續(xù)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化石能燃料。原電池消耗氫氣時不會排放二氧化碳或其它任何烴類物質(zhì)。唯一的產(chǎn)出物就是能量和純水。所以氫可以降低全球溫室氣體排放，有效地緩解全球氣候變化。然而盡管和碳基燃料相比有諸多優(yōu)勢，氫能源對車輛和加氫站設(shè)備的要求也很苛刻。氫分子的體積非常小。而且隨著存放條件的變化，例如在氫能源車輛的相關(guān)系統(tǒng)中或在加氫站設(shè)備中，它的壓力會急劇變化。因此只要是與氫有關(guān)的系統(tǒng)，其中所有設(shè)備的密封性能都起著決定性作用。如果氫氣泄漏，就可能給終端用戶帶來潛在的安全風(fēng)險，尤其是在加注液氫的過程中。此外，車輛或儲存系統(tǒng)的泄漏，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的效率下降。如果設(shè)備的材質(zhì)是劣質(zhì)的不銹鋼，可能會被高壓下的氫分子滲入，進(jìn)而造成一種所謂的氫致脆裂現(xiàn)象。如果不加以處置，氫脆現(xiàn)象會加速導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而給設(shè)備帶來泄漏的潛在風(fēng)險。
氫閥的性能必須始終保持正常
既然閥門在流體系統(tǒng)中的角色如此關(guān)鍵，那就必須針對應(yīng)用工況，謹(jǐn)慎考慮相應(yīng)的技術(shù)規(guī)格。用氫燃料系統(tǒng)中的閥門在確定技術(shù)規(guī)格時，必須考慮到以下因素：- 壓力：當(dāng)氫儲存于不同場合時，例如車輛的液氫燃料箱、輸配管道和加氫站儲罐，為了達(dá)到特定的密度，必須將其壓力保持在350-700巴之間。- 應(yīng)力和震動：系統(tǒng)必須能承受高車速、顛簸路面，以及各種不利的環(huán)境因素，例如惡劣天氣、腐蝕性物質(zhì)和溫度變化。- 維護(hù)保養(yǎng)：技師必須能方便快捷地安裝和改造密封接頭。所有氫閥都必須滿足上述條件，以便確保閥門的性能始終保持在最佳狀態(tài)。無論是車輛上的流體系統(tǒng)還是加氫站設(shè)備，所有接頭、關(guān)斷和調(diào)節(jié)節(jié)點的密封性能都很關(guān)鍵。氫燃料系統(tǒng)中的閥門必須能承受所有可能面臨的苛刻工況，無論是何種應(yīng)用場合。
氫級球閥
氫燃料系統(tǒng)利用球閥的開和關(guān)來控制流體從系統(tǒng)的某處流向另一處。如果指定在特定場合使用球閥，那就要采用閥桿密封能長期耐磨損的閥門（圖1）。直接載荷式固定球閥可能會是非常好的選擇。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得每次開、關(guān)閥門時，都能保持有效的密封。另外，底部載荷式閥門設(shè)計可以防止閥桿脫出，意味著可以提升整個系統(tǒng)的安全性。有經(jīng)驗的閥門供應(yīng)商可以針對特定應(yīng)用場合，推薦最合適的閥門類型。有些球閥具有雙通或三通功能、不同的安裝選擇，還能根據(jù)特地需求定制閥門的流率系數(shù)。補充一點，必須確保選用的閥門能在氫燃料系統(tǒng)內(nèi)和其它設(shè)備、部件相互兼容。
氫級針閥
如果需要以極高精度調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)氫的流率，針閥可能比球閥更合適。和球閥一樣，選型時也有幾項因素是重要的考量。首先是針閥屬于全金屬結(jié)構(gòu)，需要極大應(yīng)力才能妥善密封（圖2）。如果選用的針閥不能承受密封所需的應(yīng)力，閥針就可能變形，甚至連閥座也可能變形。這將產(chǎn)生閥門泄漏的風(fēng)險，而且維修成本很高。其次，閥門開、關(guān)以及密封所需的應(yīng)通常來自大型氣動執(zhí)行器，在每次兩分鐘左右的操作過程中，它會使針閥承受極高的壓力。面對上述使用工況，針閥需要采用優(yōu)質(zhì)316不銹鋼，它不易變形且經(jīng)久耐用。并非所有針閥都能達(dá)到普通氫級工況的磅級，或者說不一定能承受350-700巴的壓強。專業(yè)性強的供應(yīng)商應(yīng)該告知客戶每款針閥的磅級，并確保與其它氫級設(shè)備相互兼容。
氫級止回閥
為了防止管路中出現(xiàn)過量的回流，加氫站都會依靠止回閥來實現(xiàn)核心安全功能。和常規(guī)應(yīng)用場景中的止回閥不同，氫級止回閥要面對更為苛刻的工況。例如，止回閥內(nèi)通常會有彈簧，而且經(jīng)過了應(yīng)變硬化處理，如果不是采用優(yōu)質(zhì)316不銹鋼，就更容易發(fā)生氫致脆裂并喪失延展性。如果是應(yīng)用于加氫站設(shè)備的流體系統(tǒng)，止回閥通常會面臨壓力和溫度的大幅度、快速變化，從而使閥門密封元件承受巨大應(yīng)力。這就是為什么和加氫站其它設(shè)備相比，止回閥更適用于氫氣壓縮機。此外，閥門材質(zhì)的全面完好性，以及與系統(tǒng)內(nèi)其它設(shè)備的兼容性都非常關(guān)鍵。對氫級應(yīng)用具有專業(yè)經(jīng)驗的供應(yīng)商應(yīng)該有能力對此提供參考意見。
閥門選型為何事關(guān)大局
隨著氫能源移動出行市場的逐步擴大，車輛及加氫站的安全性、可靠性和耐用性越發(fā)顯得重要。如果缺乏專門的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，市場的長期可持續(xù)發(fā)展將成問題。只有妥善選擇相關(guān)設(shè)備，并明確相應(yīng)的技術(shù)規(guī)格，才能使氫能源充分發(fā)揮市場潛力，進(jìn)而取代傳統(tǒng)的化石能源。對于流體系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商的選擇，建議查看其能否提供種類廣泛的氫級專用球、針、止回閥。同時查看其能否提供用于提升系統(tǒng)整體安全性的附加設(shè)備或配件，以便操作人員和用戶能在更加安全可靠的情況下使用設(shè)備。供應(yīng)商應(yīng)該具備與氫工況相關(guān)的專業(yè)知識，以便在系統(tǒng)集成的過程中為制造商提供指導(dǎo)，確保安裝在加氫站內(nèi)的設(shè)備能承受嚴(yán)酷的工況。
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