Facteurs clés à considérer lors du choix de vannes pour l'hydrogène

Vannes hydrogène haute performance : quoi rechercher lors de la sélection

Chuck Hayes, Ingénieur Applications Principal pour l'Énergie Propre, Swagelok

Le carburant hydrogène se développe rapidement comme solution de mobilité. Il s'est avéré sûr, rentable, pratique et durable. En bref : c'est la voie idéale pour l'avenir du transport.

L'hydrogène est la voie idéale pour l'avenir du transport.

Pour réaliser ce potentiel, les véhicules à hydrogène et l'infrastructure de ravitaillement doivent être conçus et construits avec des matériaux de haute qualité afin de fournir une performance étanche qui devra durer des années, voire des décennies. Et pas n'importe quels composants sont à la hauteur. La production et la manipulation du carburant hydrogène s'accompagnent de leur propre ensemble unique de défis, exigeant ainsi un ensemble spécifique de critères de performance des composants tout au long d'un système de carburant hydrogène.

Les vannes — responsables du contrôle du flux d'hydrogène dans les systèmes de véhicules ou stationnaires — en sont un bon exemple. Comment pouvez-vous être sûr de sélectionner et spécifier une vanne qui offre une performance adaptée au service hydrogène ? Lisez la suite pour le découvrir.

Pourquoi la haute performance est importante dans les vannes hydrogène

Les conditions d'exploitation pour les systèmes de carburant hydrogène sont intrinsèquement difficiles. Lors de la spécification de vannes hydrogène, les considérations doivent inclure :

• Pressions. Pour atteindre la densité désirée, H₂ doit être stocké dans des réservoirs embarqués à 350–700 bar
• Contraintes et vibrations. Les systèmes doivent pouvoir résister à des vitesses rapides, routes accidentées et conditions météorologiques difficiles
• Sécurité. Les stations de ravitaillement doivent être opérables en toute sécurité par le consommateur moyen
• Maintenance. Capacité à refaire facilement des joints étanches lors de l'entretien

Toutes les vannes hydrogène devraient offrir des niveaux de performance qui répondent à ces exigences. Elles devraient démontrer une performance étanche au point de connexion et à leur point de coupure ou régulation, avec la capacité de résister aux conditions d'exploitation inhérentes aux applications hydrogène.

Qu'est-ce qui rend l'hydrogène différent ?

Les molécules d'hydrogène sont parmi les plus petites du monde naturel — et cela signifie que les contenir peut être un défi.

Tous les points de connexion dans les systèmes hydrogène doivent être étanches. Tout gaz qui s'échappe peut poser un risque de sécurité, surtout quand les utilisateurs finaux interagissent avec un distributeur pendant le ravitaillement. Une fuite de gaz dans les voitures ou systèmes de stockage est aussi gaspilleuse.

Et parce que les molécules d'hydrogène sont si petites, elles peuvent en fait diffuser dans des aciers inoxydables de qualité inférieure. Ce phénomène est connu sous le nom de fragilisation par l'hydrogène. Au fil du temps, la pression peut produire des fissures dans le matériau, ce qui peut devenir hautement problématique en service hydrogène.

Vannes à boisseau sphérique pour l'hydrogène

Les vannes à boisseau sphérique sont un composant courant dans les systèmes hydrogène, utilisées pour démarrer et arrêter le flux d'hydrogène d'une direction à l'autre. Lors de la sélection de vannes à boisseau sphérique pour applications hydrogène, il est important de rechercher des conceptions d'étanchéité de tige hautement résistantes à l'usure. Une bonne option peut incorporer un boisseau sphérique de type trunnion avec une conception à charge directe, ce qui aide à permettre une performance étanche à chaque activation et coupure. Une conception de tige chargée par le bas peut aussi réduire tout éventuel arrachement de tige, offrant une sécurité accrue.

En cas de doute, votre fournisseur de vannes devrait pouvoir guider votre sélection. Les vannes à boisseau sphérique applicables peuvent offrir une fonctionnalité 2 ou 3 voies, différentes options de montage, et une gamme de coefficients de flux selon les besoins de votre système. Enfin, recherchez une bonne compatibilité avec des raccords conçus spécifiquement pour applications hydrogène.

Vannes à aiguille pour l'hydrogène

Les vannes à aiguille sont utilisées pour faire des ajustements relativement fins dans la quantité de flux de fluide. Dans les applications hydrogène, certaines considérations importantes doivent être faites lors de leur spécification. Les vannes à aiguille sont généralement entièrement métalliques, nécessitant une grande force pour sceller correctement. Une telle force a le potentiel de déformer l'aiguille elle-même et éventuellement le siège, créant un danger potentiel et nécessitant une maintenance coûteuse. De plus, une telle force requise nécessite généralement l'utilisation de gros actionneurs pneumatiques pour ouvrir et fermer les vannes, ce qui peut prendre jusqu'à deux minutes pour actionner complètement.

Avec ces éléments en tête, il est important de rechercher des vannes à aiguille faites d'acier inoxydable 316 de haute qualité qui peut résister à la déformation lors d'utilisations répétées. Gardez aussi à l'esprit que toutes les vannes à aiguille ne sont pas correctement classées en pression pour les applications hydrogène courantes (350/700 bar) ; choisissez une vanne à aiguille qualifiée pour des pressions de service élevées. Et comme pour les vannes à boisseau sphérique, la compatibilité avec d'autres composants qualifiés hydrogène est indispensable.

Vannes de retenue pour l'hydrogène

Les vannes de retenue remplissent des fonctions de sécurité essentielles dans les compresseurs hydrogène des systèmes de ravitaillement, contrôlant le retour excessif pour protéger l'utilisateur final. Comparées aux applications de service général, les vannes de retenue hydrogène doivent faire face à quelques particularités.

La plupart des vannes de retenue incorporent des ressorts — composants généralement faits avec du matériau trempé qui peut être plus susceptible à la fragilisation par l'hydrogène que l'acier inoxydable 316 de haute qualité. De plus, les applications de ravitaillement véhicule soumettent de telles vannes à de grands changements rapides de température et pression, créant un stress élevé sur les joints en élastomère de la vanne. Avec ces éléments en tête, les vannes de retenue à bille sont une option plus appropriée pour les compresseurs hydrogène. L'intégrité du matériau et la compatibilité avec d'autres composants hydrogène sont importantes ici aussi.

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La viabilité à long terme du marché du carburant hydrogène pour la mobilité dépend de la sécurité, la fiabilité et la durabilité des véhicules et de l'infrastructure. Sélectionner et spécifier les bons composants pour tous les systèmes hydrogène peut aider la technologie à atteindre son plein potentiel sur le long terme.

Intéressé à en savoir plus ? Swagelok propose une gamme de vannes à boisseau sphérique, à aiguille et de retenue adaptées au service hydrogène, ainsi qu'un portefeuille complet de composants additionnels qui peuvent aider à rendre vos systèmes hydrogène plus sûrs et plus fiables. Nos spécialistes hydrogène sont heureux de vous aider à choisir judicieusement et trouver une solution qui répond à vos besoins.