V aplikacích s využitím vodíku hrají ventily rozhodující roli. Rozmanitost ventilů v této oblasti je impozantní – od jednoduchých ventilů otevřeno/zavřeno až po přesné regulátory průtoku. Přitom musí zaručovat bezpečnost, spolehlivost a účinnost. Od výroby vodíku až po technologii palivových článků – správný výběr a použití těchto ventilů je pro úspěch aplikací s využitím vodíku zcela zásadní.
Magnetické ventily mají rozhodující vliv na účinnou výrobu a využití vodíku. A je důležité vybrat vhodný magnetický ventil pro konkrétní aplikaci.
Jak se magnetické ventily od sebe liší?
Různé způsob účinku magnetických ventilů nejsou na první pohled vždy viditelné. V čem tedy spočívá rozdíl?
Magnetická cívka přímo řídí mechanismus otevírání a zavírání ventilu.
Kapacita průtoku je omezená
Vhodné pro nízkotlaké aplikace
Magnetický ventil řídí servoventil, který zase řídí provoz hlavního ventilu.
Vhodné pro použití při velkých rozdílech tlaku
Zvládání vyšších tlaků a průtoků
Ventil je ve stavu bez proudu sepnutý a otevře se pod napětím
Při výpadku proudu ventil automaticky sepne a zastaví přívod vodíku
Pro bezpečnostní aplikace, např. uzavření toku plynu nebo kapaliny při výpadku proudu
Ventil je ve stavu bez proudu otevřený a sepne pod napětím.
Použití v aplikacích, u kterých je nutné při napájení přerušit tok vodíku
Vhodný pro aplikace, u kterých je standardní stav otevřený, např. pro umožnění průtoku kapalin nebo plynů při výpadku proudu
Řídí průtok jednotlivé kapaliny nebo plynu mezi přípojkou na vstupu a na výstupu.
Ideální pro aplikace s využitím vodíku, které vyžadují řízení zap/vyp, například pro řízení toku vodíku na určité místo
Využití jako řízení zap/vyp v jednoduchých systémech
Umí regulovat průtok mezi vstupem a jednou z výstupních přípojek nebo uzavřít obě výstupní přípojky.
Používá se v případech, kdy je vyžadováno odklonění, míchání nebo distribuce vodíku nebo plynu.
Vhodný pro kapaliny a plyny
Pro řízení otevírání a zavírání ventilu využívá pružnou membránu.
Izolace mezi magnetickými komponentami a proudem vodíku
Vhodné pro řízení korozivních nebo znečištěných kapalin, protože membrána odděluje magnet od kapaliny
Jaká specifika je tedy nutné zohlednit právě u aplikací s využitím vodíku?
Proč pojistka proti zpětnému tlaku u ventilů chrání před neúmyslným únikem plynu?
Při provozu plynové soustavy se na ventilu často vyskytují diferenční tlaky, které způsobují, že na výstupu z ventilu je vyšší tlak než na vstupu. Takzvaný zpětný tlak (tlak na výstupu vyšší než na vstupu) může otevřít ventil proti proudění nebo nechtěně zpomalit proces uzavírání. Přímočinné ventily nebo ventily s nuceným řízením (s nuceným ovládáním) nabízejí díky silné uzavírací pružině vysokou bezpečnost proti zpětnému tlaku. Norma EN 161 poskytuje dobrý základ pro zabezpečení proti zpětnému tlaku a třídy ventilů.
Jaký je vztah mezi teplotou prostředí a výkonem vašeho systému?
Teplota prostředí hraje v mnoha aplikacích podřadnou roli. Pokud teplota prostředí přesahuje 50 °C, měli byste zkontrolovat, zda jsou magnetické ventily trvale konstruovány pro tuto teplotu. Měděné vinutí magnetické cívky reaguje při zvýšení teploty „zvýšeným“ odporem. To znamená, že výkon a účinnost klesá. Ve stísněném konstrukčním prostoru, při zvukové izolaci a funkční ochraně vodíkových systémů může hromadění izolace vést ke snížení výkonu a tím i k funkčnímu omezení.
Proč je pro vaši bezpečnost tak důležitá ochrana komponent proti výbuchu?
Kompaktní konstrukce stacionárních palivových článků a jejich těsná blízkost ke svazku mohou znamenat hned dvě výzvy najednou. Za prvé, teplota prostředí je vyšší než obvykle, a za druhé je zde velký počet procesních rozhraní. Každé rozhraní samo o sobě představuje malé místo úniku vodíku, které by mohlo v důsledku způsobit jeho obohacení. V důsledku difúze a teploty zákazníci a/nebo zkušebny často definují aktivaci svazku jako ATEX zónu 1 nebo kategorii 2.
Jak se vyvíjejí teploty při stlačování a rozpínání vodíku?
Joulův-Thomsonův jev je fyzikální jev, ke kterému dochází, když plyn expanduje přes škrtící klapku bez výměny tepla s okolím. Vede ke změně teploty plynu. Při Joulově-Thomsonově jevu se plyn při rozpínání může buď zahřívat, nebo ochlazovat v závislosti na svém Joulově-Thomsonově koeficientu. Výchozím bodem je inverzní teplota plynu. U vodíku je tato inverzní teplota > -80 °C. Vodík se proto při rozpínání zahřívá.
Jaká je souvislost mezi čistotou zařízení a těsností ventilů?
Částečky nečistot v zařízení mohou způsobit nežádoucí úniky. Bez ohledu na čistý vodík je třeba zajistit, aby byl systém před uvedením do provozu vyčištěn a vyfoukán. I ty nejmenší částečky nejenže poškodí svazek, ale také poškozují tvrdé, ale citlivé těsnicí plochy sedla ventilu. Proto do systémů nainstalujte filtry, abyste zabránili kontaminaci při doplňování paliva nebo servisu.
Jak najdu vhodný magnetický ventil pro svou aplikaci s využitím vodíku?
Ventily používané v aplikacích s využitím vodíku musí odolávat široké škále vlastností. Výběr vhodného ventilu tedy není vždy snadný. V našem průvodci se podíváme na nejdůležitější kritéria a pomůžeme vám vybrat vhodný magnetický ventil pro vaši aplikaci.
V průvodci pro výběr ventilů pro aplikace s využitím vodíku jsou vysvětleny následující body:
Rozsahy tlaku
Teplota médií
Kompatibilita materiálů
Průtok
Odezva
Životnost a spínací cykly
Spotřeba energie
Povolení a certifikáty
Rychlosti připojení
Stáhněte si průvodce zde, získejte znalosti a během chvíle najdete optimální řešení pro svou aplikaci s využitím vodíku.
Najděte nyní vhodný magnetický ventil pro vaši aplikaci s využitím vodíku
Regulační a procesní ventily pro aplikace s využitím vodíku
Regulační a procesní ventily lze použít téměř ve všech aplikacích v rámci vodíkového hodnotového řetězce. Pneumatické ventily a ventily poháněné elektromotorem regulují rychle, přesně a s přesnou opakovatelností. Zaručují tak stabilní procesy. Je jedno, zda pracují s náročnými plyny nebo kapalinami, vždy zaručují účinnost a bezpečnost vašeho vodíkového zařízení.
Jaké typy regulačních a procesních ventilů existují?
Regulační a procesní ventily pro aplikace s využitím vodíku existují v různých provedeních – vždy optimalizované pro specifické požadavky. Patří mezi ně mimo jiné ventily pro regulaci tlaku, uzavírání plynů a kapalin, zpětné ventily nebo také bezpečnostní ventily. V zásadě rozlišujeme:
Specializace na pneumatické nebo elektromotorické uzavírání a řízení vznikajících plynů v procesech s využitím vodíku.
Vhodné pro velmi vysoké hodnoty průtoku, tlaky a teploty
Rychlé, nekomplikované spínání umožňuje bezpečné uzavření plynů
Elektromotorem poháněné procesní ventily jsou vhodné zejména v případech, kdy je vyžadováno velmi přesné řízení průtoku plynu.
Rychlá odezva a integrace do automatizačních systémů jsou ideální pro vysoce dynamické procesy
Hlásiče polohy umožňují přesné a rychlé zpětné sledování polohy ventilu
Varianty: šikmé ventily, přímé ventily, membránové ventily – v závislosti na konkrétní aplikaci
Elektropneumatické procesní ventily jsou vhodné zejména v případech, kdy je vyžadováno velmi přesné řízení průtoku plynu.
Rychlá odezva a integrace do automatizačních systémů jsou ideální pro vysoce dynamické procesy
Hlásiče polohy umožňují přesné a rychlé zpětné sledování polohy ventilu
Varianty: šikmé ventily, přímé ventily, membránové ventily – v závislosti na konkrétní aplikaci
Věděli jste?
Poměr mezi tlakem a teplotou v aplikacích s využitím vodíku
V aplikacích s využitím vodíku jsou na regulační ventily kladeny obzvlášť vysoké nároky. Musí odolat tlaku až 40 bar, ale také bezpečně fungovat při vysokých teplotách. Vztah mezi tlakem a teplotou hraje právě při regulaci plynů zvláštní roli. Například pro udržení kyslíku v plynném stavu je třeba při zvýšení tlaku snížit teplotu. Tento vztah tlaku a teploty plynů popisuje zákon ideálního plynu. Zvýšení tlaku při konstantním množství plynu a konstantním objemu tedy vede ke zvýšení teploty a naopak.
H2 aplikace vyžadují speciální těsnost ventilů
Na rozdíl od jiných aplikací vyžaduje výroba nebo využití vodíku zvlášť vysokou úroveň těsnosti ventilů. Pokud dojde k úniku, jedná se o mimořádně vysoký zdroj nebezpečí nebo se sníží účinnost zařízení. Proto je třeba u regulačních ventilu dodržet těsnost 10–4 mbar∙l/s.
Která certifikace je zvláště důležitá pro regulační ventily používané v aplikacích s využitím vodíku?
ISO15848 – definuje zkušební postupy a třídy úniku pro průmyslové armatury a ventily
Technická příručka pro vzduch (TA) – reguluje emise průmyslových zařízení
ATEX – certifikáty pro komponenty, které se používají v oblastech ohrožených výbuchem
ASME B16.34 – stanovuje požadavky pro ventily v aplikacích s tlakem
PED – reguluje konstrukci a použití tlakových zařízení, mimo jiné i ventilů
Prohlášení výrobce – certifikáty výrobců ventilů k výkonu, kvalitě a spolehlivosti
Procesní a regulační ventily firmy Bürkert vždy splňují tyto vysoké nároky.
Elektromotorem poháněné regulační ventily – co vše je možné?
Systémy palivových článků musí být testovány za nejrůznějších podmínek a s velkým počtem parametrů. A teprve poté mohou být použity v sériové výrobě. Výsledky zkoušek pak lze použít například k vyhodnocení a optimalizaci výkonu, dojezdu nebo životnosti svazku palivových článků. Zkušební zařízení pro tyto úkoly musí být velmi flexibilní. K tomu přispívají také četné fluidní komponenty, jako jsou regulátory průtoku nebo ventily. Musí pracovat nejen přesně a spolehlivě, ale také musí být na míru přizpůsobené speciální oblasti použití. Například u vodíku nesmí použité materiály při kontaktu s deionizovanou vodou křehnout a nesmí korodovat.
V odborné zprávě z praxe se dozvíte, jak společnost Segula Technologies GmbH používá nastavitelné fluidní komponenty pro flexibilní konstrukci svých zkušebních H2 zařízení.
Companies in the hydrogen industry are constantly facing new challenges. The solutions, especially in the field of fluidic applications, can be diverse. How Segula Technolgies GmbH from Rüsselsheim has found the right solution is described in the technical report.
Máte zájem o další technické informace?
Tudy k procesním a regulačním ventilům pro vaše aplikace s využitím vodíku
Společnost Bürkert jako spolehlivý partner po vašem boku pro fluidické výzvy v aplikacích s využitím vodíku. S více než 25 lety zkušeností v oblasti vodíku se rádi ujmeme vaší výzvy v oblasti fluidiky.
Vysokotlaké a ultra-vysokotlaké ventily pro vodíkové aplikace
Vysokotlaké a ultra-vysokotlaké ventily jsou nezbytnou součástí různých aplikací, například při přepravě, skladování a odběru vodíku. Spolehlivě řídí a uzavírají vodík stlačený až na 1034 barů (15 000 psi) v zásobovacím řetězci. Správný výběr a provedení těchto ventilů jsou rozhodující pro bezpečný a spolehlivý provoz zařízení. Ventily podléhají nejpřísnějším požadavkům na těsnost a materiálovou toleranci. Stávající koncepce servisu umožňuje vysokou úroveň dostupnosti zařízení pro vaši vodíkovou aplikaci nad rámec opotřebení.
Kde najdou ultra-vysokotlaké a vysokotlaké ventily své uplatnění ve vodíkovém hodnotovém řetězci?
Bezprostředně po výrobě v elektrolýze je vodík stlačen kompresory na 160 barů a uskladněn pro hospodářské skladování. Pro mobilní přepravu, stlačování a skladování se používají svazky lahví s tlakem až 350 barů. Odběr ze zásobníků v průmyslových zařízeních probíhá pomocí vysokotlakých ventilů, které se ovládají pneumaticky nebo magneticky.
U H2 čerpacích zařízení a výdejních stojanů probíhá stlačení na 500 až 1000 barů pomocí membránových kompresorů. Tím je umožněn přirozený přepad do nádrže užitkového vozidla. Vysokotlaké ventily řídí proces odtoku z kompresoru do nádrže vozidla.
Výroba zeleného vodíku – elektrolýza
Nízkotlaké ventily(< 40 bar)
Vysokotlaké ventily(> 40 bar)
Vyrovnávací nádrž (30–40 bar)
Výroba tepla a energie pro budovy
Průmyslové využití vodíku
Kompresor Komprese z 30–40 bar na 200–300 bar
Přeprava
Skladování
Kompresor Komprese z 200–300 bar na 500–600 bar, resp. 1 000–1 100 bar
Kompresor Komprese z 30–40 bar na 80–100 bar
Vodíková síť 80–100 bar
Skladování
Kompresor Komprese z 80–100 bar na 500–600 bar, resp. 1 000–1 100 bar
Tankování Snížení tlaku z 500–600 bar, resp. 1 000–1 100 na 350, resp. 700 bar
Vyrovnávací nádrž
Využití vodíku pro mobilitu
Vodíkové potrubí 30–40 bar
Průmysl
Regulační stanice tlaku Regulační stanice tlaku snižuje tlak z 80–100 bar na 1–40 bar
Kompresor Komprese z 30–40 bar na 500–600 bar, resp. 1 000–1 100 bar
Věděli jste?
Co se děje při explozivní dekompresi?
Elastomery jsou propustné pro atomární a molekulární vodík. Vodík proniká do elastomerového materiálu těsnění i při velmi nízkém tlaku plynu. Při prudkém poklesu tlaku, uložený vodík nemůže dostatečně rychle uniknout. Těsnění se při tomto procesu poškodí tak výrazně, že ztratí svůj těsnicí účinek. Tvorba bublin na materiálu těsnění je známkou explozivní dekomprese. Poškození je tedy způsobeno vysokým rozdílovým tlakem při spínání. Proto je u ventilů potřeba dbát na správný výběr materiálu. Peek je první volbou u velmi vysokých tlaků.
Jak se zabraňuje vodíkovému křehnutí v magnetických ventilech?
Vodíkové křehnutí je změna mechanických vlastností způsobená pronikáním atomů vodíku do kovové mřížky ušlechtilé oceli. Vysoký provozní tlak H2 zařízení tento proces podporuje. V důsledku tzv. vodíkem indukované koroze pod napětím mohou v kovu vznikat mikroskopické trhliny, které zhoršují mechanické vlastnosti. Mez kluzu ušlechtilé oceli klesá a materiál se stává křehkým. Zvláště dynamicky namáhanou součástí magnetického ventilu je například vodicí trubka jádra se zátkou. Nejenže přenáší změny zatížení, ale zároveň je vyrobena z magnetické a nemagnetické oceli. Aby se zabránilo slabým místům, která vznikají například při svařování, jsou součásti vodíkových vysokotlakých ventilů vzájemně sešroubovány a utěsněny.
Jak se těsnost sedla projeví na životnosti ventilu?
Tento problém vyvolává otázku ohledně rozsahu tlaku a maximální očekávané netěsnosti. Těsnost vůči vnějšímu prostředí lze obecně realizovat v rozmezí 1x 10-5 mbar l/s, aniž by to mělo vliv na životnost. Na dynamických těsnicích místech na sedle ventilu je to komplikovanější. Tlak až 1000 barů nebo teplota média -40 °C vyžadují tvrdá těsnění a přesnou mechaniku, aby se dosáhlo úniku sedlem 10 -4 ml/s. Vysoké uzavírací síly extrémně namáhají kovová i plastová těsnění. V důsledku toho podléhají ventily pro vodíkovou oblast s rostoucím počtem spínacích cyklů servisním intervalům, protože jinak nelze zaručit nízký únik sedlem. Doporučujeme zkoušku po cca 80 000 … 100 000 spínacích cyklech.
Jaký vliv má námraza na bezpečný provoz?
Vodík vyráběný elektrolýzou má tlak 30 … 40 barů. Pro hospodářské využití je třeba jej uložit a přepravit. Pro tento účel se stlačuje na tlak 160 nebo 350 barů ve 2 až 3 stupních pomocí plynových kompresorů a přepravuje se ve svazcích lahví nebo se skladuje v nadzemních nádržích. Pro provoz čerpacích stanic se skladovací tlak mezizásobníků nebo vyrovnávací nádrže (obsah 0,4 … 1,2 t) zvýší na 500 nebo 1034 barů (15 000 psi). o umožňuje pasivní čerpání paliva (bez kompresoru) systémem přepadu. Zásobou vyrovnávací nádrže lze naplnit cca 30 nádrží. Maximální přípustná teplota nádrže vozidel činí 85 °C. Vodík se proto po stlačení ochladí na -10…-40 °C, protože se v nádrži rozpíná a teplota pak na plnicím hrdle stoupá. Vysokotlaké ventily zvenčí namrzají, protože kondenzát z okolí kondenzuje na studeném tělese ventilu. Plastové manžety chrání ventil¨před namrzáním a prodlužují jeho životnost.
Čím jsou ultra-vysokotlaké ventily a vysokotlaké ventily zvláštní?
Ve videu se dozvíte vše o vysokotlakých ventilech! Jak jsou zkonstruované, aby skutečně odolaly maximálním tlakům? Jak je možné, že zajišťují maximální bezpečnost ve vodíkových aplikacích? A ještě mnohem více o technologii a přidané hodnotě těchto malých výkonných dílů. Podívejte se na video s naším odborníkem Markusem Wirthem (produktový manažer pro magnetické ventily) v rozhovoru s Hyfindrem.
Toto umí vysokotlaké a ultra-vysokotlaké ventily Bürkert
80 000 spínacích cyklů
zaručuje vysokou dostupnost zařízení & méně náročnou preventivní údržbu
Rychlá detekce
úniků díky speciálním kontrolním otvorům na těsnicích místech
Maximální bezpečnost
díky technologii Dynamic Sealing Package* při -40 až +80 °C (Ex až +60 °C)
*Dynamický těsnicí kroužek na vřetenu
Máte zájem o další technické informace?
Stáhněte si náš přehled ultra-vysokotlakých a vysokotlakých ventilů:
Ultra- and high-pressure valves for hydrogen applications
In hydrogen applications of all kinds, reliable fluidic solutions are essential. Whether valves, sensors, automation or even complete fluidic systems - Bürkert is ready for your challenge.
Nebo navštivte naši webovou stránku vodíkového průmyslu a najděte pro sebe vhodné řešení
Vodík jako zdroj energie hraje významnou roli v úsilí o omezení změny klimatu. Protože je bezuhlíkový, přispívá k naléhavé potřebě dekarbonizace – zejména pokud je vyráběn z energie z obnovitelných zdrojů. Pro hospodárnou výrobu a využívání zeleného vodíku jsou však zapotřebí zařízení a systémy, které jsou bezpečné, nenáročné na údržbu a především vysoce účinné, aby bylo možné dosáhnout co největšího celkového přínosu.
