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    氫燃料電池技術接頭應具備的四大品質
    發布日期:2023-04-19

    在開發安全、可靠且密封的氫燃料電池汽車和基礎設施方面,氫氣本身的物理化學性質是非常嚴峻的挑戰之一。

    氫氣是一種小分子氣體。氫氣可以很容易地通過微小的裂縫逃逸,并擴散到設計用來容納氫氣的材料中。在運輸市場上,氫氣還必須以超過 700 bar 的壓力存儲,以便在車輛上實現必要的能量密度。在加氫站,隨著氫氣離開儲罐并減壓,快速的溫度和壓力變化也會影響系統的完整性。


    這些情況突顯了在連接高壓氫燃料系統關鍵部件的接頭中保持出色性能的重要性。應用于氫燃料電池技術的接頭必須展示出一些關鍵特性,以確保長期的可靠性。雖然在這些應用中使用了傳統的錐面螺紋接頭,但今天有更高性能的接頭。在這篇文章中,我們將深入探討在氫氣技術中實現理想性能的一些特定接頭的設計特點:


    密封性


    考慮到氫氣可以通過極小的開口逸散,氣密性和防漏性成為接頭重要的性能指標。




    可靠的氣體密封


    分別沿著卡套管和接頭本體的兩個接觸區可提供出色的密封性。


    許多傳統的卡套管接頭在狹窄的表面上形成一條接觸線密封。雖然這種密封對于許多液體和一些氣體來說已經足夠了,但是一旦投入使用,氫氣棘手的物化性質就會對其造成危害。對于線密封接頭來說,振動也會具有挑戰性。


    更好的氫氣容納密封設計包含兩條跨越較長密封表面的接觸線,一條沿卡套管,另一條沿接頭。這些接觸面應略微傾斜,以提供更好的應力水平,保持足夠的密封。特定樣式的雙卡套接頭可以實現這種密封完整性。


    抓緊力


    接頭在卡套管上的抓緊力是另一個關鍵性能指標,該性能可確保接頭能夠承受加氫所需的高壓以及在行駛中的車輛中發生的劇烈振動。


    抓緊性能高達 1050 Bar


    經過低溫滲碳硬化的卡套可實現較高的壓力等級,因此非常適合車載和加氫基礎設施內的氫氣存儲。




    不妥協性


    抗振性即使在高振動和高負載下,世偉洛克 FK 系列卡套接頭依然能夠通過雙卡套鉸鏈夾固抱緊作用保持抓緊力。


    采用兩個卡套的組合式機械抓緊是氫氣接頭實現牢固抓緊的理想設計。硬化的前卡套管可使接頭切實地咬入卡套管,從而實現非常高的承壓能力。同時,獨特的后卡套設計允許接頭在保持抓緊力的同時可以在接頭中少量移動(稱為“回彈”)。這種類型的設計實現了優秀的抗振性,非常適合車載運行以及在加氫基礎設施上使用,因為壓縮機和動態工況會產生明顯的振動。


    機械式雙卡套設計允許回彈,也有助于接頭承受導致材料膨脹或收縮的劇烈溫度變化。在加氫過程中,氫氣溫度可能從低至 -50oC 的溫度到環境溫度變化,從而導致傳統錐面螺紋接頭性能出現問題。


    安裝簡單


    正確的接頭設計對于可靠的使用性能至關重要。它還可以為氫燃料電池汽車制造商和加氫基礎設施開發商帶來顯著的安裝和組裝效率提升。




    安裝速度提高5倍


    與傳統的錐面螺紋接頭相比,創新的設計可實現更快的安裝速度。預裝好的插裝件使安裝人員能夠使用普通的工具,并且只需進行簡單的培訓。


    一些可用的機械抓緊接頭設計裝有預裝好的插裝件。這使安裝人員能夠使用普通工具,并且只需進行簡單的培訓即可實現快速、無差錯安裝。與在傳統的加氫站中使用的傳統的錐面螺紋接頭相比,世偉洛克??FK 系列接頭 等創新設計具有明顯的安裝和裝配優勢。


    可靠的錐面螺紋連接需要專門的設備,較高的安裝技巧,且與世偉洛克 FK 系列產品相比,其安裝和檢測時間通常長 5 倍。車輛制造與速度息息相關,隨著氫基礎設施規模的擴大,易于安裝至關重要。合適的接頭技術可以加快安裝和檢測。


    材料完整性


    在任何需要卡套管接頭提供可靠性能的應用中,抗腐蝕性都很重要。當金屬原子被流體氧化時會發生腐蝕,從而導致金屬表面的材料損耗。這種損耗會減小元件的壁厚,并使其更易于引發機械故障。在氫運輸應用中,車輛和加氫泵都經常暴露在惡劣的氣候條件下,從而使結構材料在系統的整個使用期限內能夠抵抗問題重重的腐蝕變得尤為重要。




    此外,氫分子可以吸附在不銹鋼表面上,并且單個原子會分裂開來。其直徑極小,因此會擴散到由大得多的鐵、鎳、鉻和鉬原子形成的奧氏體晶格中。擴散到 316/316L 不銹鋼的速度非常緩慢,但在高壓下經過長時間,大量的氫原子會積聚在晶格中。這種現象被稱為氫脆。即使以高濃度存在,氫原子也不會對316/316L 的強度產生任何不利影響。然而,如果部件中存在疲勞裂紋,氫原子將使這些裂紋更容易在元件中擴展傳播。從長遠來看,低性能合金可能更容易受到此問題的影響。


    流體系統組件中更高含量的鉻和鎳可以通過保持關鍵組件更大的延展性來幫助抵御常見的腐蝕和氫脆。美國材料與試驗學會 (ASTM) 要求 316 不銹鋼中的鎳含量至少為 10%。然而,事實證明,鎳含量最低為 12% 的高品質 316 不銹鋼更適合應對氫的獨特挑戰。


    滿足氫系統的需求


    盡管有多種壓縮卡套管接頭和其他可能適用于氫燃料系統的樣式,但很少有專為滿足氫應用所需的許多獨特性能要求而設計的產品。


    世偉洛克的 FK 系列接頭 是個例外。FK 系列擁有獲得專利的設計、EC-79 和 EIHP 認證以及高達 1551 bar 的壓力等級,專為氫氣應用而設計。該系列由鎳含量最低為 12% 的 316 不銹鋼制成,自推出以來,其已廣泛用于各種行業和應用,并且仍然是當今’—和未來’—車輛和基礎設施的最佳選擇。


    氫氣運輸的長期可行性將取決于安全、可靠和耐用的氫燃料電池汽車和基礎設施。為關鍵系統選擇和指定合適的組件有助于實現上述目標。 是否有興趣了解更多信息?立即聯系世偉洛克,討論我們如何幫助滿足您的運輸需求。


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