Zawory kriogeniczne do LNG, ciekłego azotu, tlenu i wodoru

Co się dzieje z zaworem w −196 °C

Ciekły azot ma −196 °C, LNG ok. −162 °C, ciekły tlen −183 °C, ciekły wodór −253 °C. W tych temperaturach zwykła stal węglowa staje się krucha jak szkło, elastomery twardnieją i przestają uszczelniać, a różnice skurczu między materiałami otwierają szczeliny. Dodatkowo każdy zawór wpuszcza ciepło do rurociągu, więc medium przy dławnicy paruje. Zawór kriogeniczny rozwiązuje te trzy problemy konstrukcją:

• Przedłużona pokrywa (extended bonnet). Dławnica jest oddalona od korpusu o 150–250 mm (więcej dla wodoru); w przedłużeniu tworzy się poduszka gazu, która izoluje dławnicę, utrzymuje ją w temperaturze dodatniej i chroni przed oblodzeniem. Zawór montuje się trzpieniem do góry (maks. 45° od pionu).
• Materiały. Korpusy i wnętrza ze stali austenitycznych (CF8, CF8M / 316, 304), brązu lub stopów niklu; śruby z materiałów o udarności w temperaturze pracy (B8M). Stal węglowa i ferrytyczna odpada.
• Uszczelnienia. Gniazda z PCTFE (Kel-F) lub metal-metal, uszczelnienia trzpienia grafitowe lub PTFE w strefie ciepłej, odpowietrzenie wnęki (dla zaworów kulowych) chroniące przed wzrostem ciśnienia odparowującej cieczy uwięzionej w korpusie.

Próby i normy

Norma	Zakres
BS 6364 / ISO 28921-1	Próby zaworów przemysłowych w temperaturach kriogenicznych: zanurzenie w ciekłym azocie, pomiar szczelności gniazda helem przy −196 °C, cykle otwarcia
ISO 21011, EN 1626	Zawory do zbiorników i instalacji kriogenicznych
ISO 15848	Szczelność zewnętrzna (emisje lotne)
EN 1797	Kompatybilność materiałów z gazami kriogenicznymi
ISO 19880-3	Zawory w stacjach tankowania wodoru

Próby kriogeniczne są wykonywane w fabryce i udokumentowane; dla instalacji LNG i wodorowych klient często żąda próby każdego zaworu (100 %), nie wyrywkowej.

Tlen i wodór: dodatkowe wymagania

Ciekły tlen reaguje gwałtownie z olejem, smarami i niektórymi tworzywami. Zawór do tlenu musi być odtłuszczony i zapakowany jako „oxygen clean", z materiałami dopuszczonymi do tlenu (EN 1797, ASTM G88), bez stopów aluminium w strefach uderzeń cząstek.

Wodór ma najmniejszą cząsteczkę, więc wymagania szczelności są najwyższe (próby helem), a materiały muszą być odporne na kruchość wodorową (austenityczne 316L o kontrolowanej zawartości niklu, bez stali martenzytycznych). Przy ciekłym wodorze (−253 °C) przedłużenie pokrywy jest dłuższe, a izolacja próżniowa obejmuje często cały zawór.

Gdzie takie zawory pracują

Terminale i stacje LNG, zbiorniki i parownie gazów technicznych, instalacje separacji powietrza, generatory ciekłego azotu i tlenu, skraplarki, magazyny i stacje tankowania wodoru, przemysł spożywczy (mrożenie azotem), medycyna. Dla instalacji wodorowych naszego partnera Fabrum patrz zbiorniki ciekłego wodoru i stacje tankowania.

Nasza odpowiedź: Steeltrade

Steeltrade dostarcza zawory kriogeniczne (kulowe, grzybkowe, zasuwy, zwrotne, bezpieczeństwa) z przedłużoną pokrywą, w wykonaniu do LNG, azotu, tlenu i wodoru, z próbami w ciekłym azocie i dokumentacją 3.1/3.2, PED i certyfikatami czystości tlenowej. Razem z zaworami kompletuje rury i kształtki ze stali niskotemperaturowych i austenitycznych (EN 10216-3/-5, A333, A312) do tych samych instalacji.

Co przygotować do zapytania

• medium i jego temperatura (LNG, LN2, LOX, LH2), ciśnienie, przepływ,
• typ zaworu i funkcja, średnica, przyłącza (BW, kołnierz, do zbiornika),
• wymagane próby (ISO 28921, 100 % czy wyrywkowo, hel), czystość tlenowa,
• napęd, pozycja montażu, izolacja (próżniowa, pianowa),
• dokumentacja i normy projektu.

FAQ

Czy zwykły zawór nierdzewny nadaje się do ciekłego azotu? Materiał korpusu może być właściwy, ale bez przedłużonej pokrywy dławnica zamarznie i przestanie uszczelniać, a uszczelnienia gniazda stwardnieją. Potrzebny jest zawór w wykonaniu kriogenicznym, przebadany w LN2.

Dlaczego zawór kriogeniczny montuje się trzpieniem do góry? Aby w przedłużonej pokrywie utrzymała się poduszka gazu izolująca dławnicę; przy montażu trzpieniem w dół ciecz zalałaby dławnicę.

Co to jest odpowietrzenie wnęki w zaworze kulowym? Otwór lub zawór w kuli, który wyrównuje ciśnienie w przestrzeni między gniazdami; bez niego ciecz uwięziona w korpusie odparowałaby i rozsadziła zawór.

Czy zawory do LNG nadają się do wodoru? Nie automatycznie: wodór wymaga wyższej szczelności, innych materiałów i często dłuższej pokrywy. Zawór do LH2 to osobna specyfikacja.

Jakie próby odbiorcze warto wymagać? Próbę szczelności gniazda helem w −196 °C wg ISO 28921 dla każdego zaworu, próbę ciśnieniową korpusu, test funkcjonalny z napędem, a dla tlenu certyfikat odtłuszczenia.