द्रव हाइड्रोजन और द्रव हीलियम के उपयोग के लिए ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील तथा क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व के लिए पूर्ण-श्रृंखला इंजीनियरिंग मूल्यांकन: संरचना गणना से लेकर खरीद विनिर्देशों तक

दो सुरक्षा रेखाएँ, एक सुरक्षा उद्देश्य

तरल हाइड्रोजन का क्वथनांक -253℃ होता है, और तरल हीलियम का तापमान -269℃ तक कम हो सकता है। इस चरम क्रायोजेनिक सीमा में, इंजीनियरिंग सुरक्षा दो पूरक सुरक्षा रेखाओं पर निर्भर करती है, जिनमें से प्रत्येक क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों की कम तापमान सेवा उपयुक्तता से घनिष्ठ रूप से संबंधित है।

रक्षा की पहली पंक्ति है सामग्री की स्थिरता। तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम उपकरणों के दबाव-धारण करने वाले घटकों को अत्यधिक स्थिर ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से बनाया जाना चाहिए, और ये क्रायोजेनिक स्थितियों में स्वतः भंगुर मार्टेन्साइट में परिवर्तित नहीं होने चाहिए। मुख्य इंजीनियरिंग मानदंड ऑस्टेनाइट स्थिरता गुणांक Δ और मार्टेन्साइट प्रारंभ तापमान Ms हैं, जो क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व सामग्री के अर्हता निर्धारण के लिए भी आवश्यक संकेतक हैं।

रक्षा की दूसरी पंक्ति है अधिक दबाव विमुक्ति। बंद तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम पात्रों में, निरंतर ऊष्मा प्रवेश के कारण वाष्पीकरण और दबाव वृद्धि होती है, जिससे क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व क्रायोजेनिक प्रणालियों के लिए अंतिम यांत्रिक अधिक दबाव सुरक्षा अवरोध बन जाते हैं। विशिष्ट सामग्री, -253℃ / -269℃ पर विश्वसनीयता, निम्न तापमान सीलिंग प्रदर्शन, बर्फ रोधी डिज़ाइन और स्थापना विन्यास सभी इस रक्षा की वास्तविक सेवा में प्रभावी रहने का निर्धारण करते हैं।

इन दोनों सुरक्षा उपायों का महत्वपूर्ण संगम अक्सर नज़रअंदाज़ कर दिया जाता है: क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व के सभी दबाव-धारण करने वाले भाग—जिनमें बॉडी, बॉनेट और सीट शामिल हैं—को तरल हाइड्रोजन/तरल हीलियम के पात्र के सामग्री के समान Δ और Ms मानदंडों को पूरा करना आवश्यक है। यदि कोई वाल्व केवल “स्टेनलेस स्टील” के रूप में चुना जाता है, बिना Ms सत्यापन के, तो वाल्व के खुलने से पहले ही ठंडा होने के दौरान मार्टेन्सिटिक रूपांतरण हो सकता है, जिससे सीट क्षति, गाइड घटकों की विफलता और अधिक दबाव सुरक्षा के नष्ट होने का जोखिम होता है।

यह लेख तरल हाइड्रोजन (LH2) और तरल हीलियम (LHe) के लिए क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के संदर्भ में सामग्री गणना, डेटा सत्यापन, मानक आवश्यकताओं, सुरक्षा वाल्व चयन, विफलता विश्लेषण और खरीद स्वीकृति मानदंडों को एकीकृत करता है, जो एक व्यापक इंजीनियरिंग निर्णय श्रृंखला बनाता है।

भाग १। सामग्री मानदंड: क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए Δ और Ms का इंजीनियरिंग अर्थ

१.१ तरल हाइड्रोजन/तरल हीलियम क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए “सामान्य ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील” पर्याप्त क्यों नहीं है

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग क्रायोजेनिक उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है, क्योंकि उनकी फेस-सेंटर्ड क्यूबिक संरचना कम तापमान पर टफनेस को बनाए रखती है। हालाँकि, 304, 316 और 316L जैसे सामान्य ग्रेड -253℃ तरल हाइड्रोजन या -269℃ तरल हीलियम की स्थितियों में, विशेष रूप से यांत्रिक प्रतिबल और तापीय चक्रीकरण के संयुक्त प्रभाव के अधीन, स्वतः मार्टेन्सिटिक परिवर्तन से गुज़र सकते हैं।

एक कम तापमान सुरक्षा वाल्व के लिए, मार्टेन्सिटिक परिवर्तन एक महत्वपूर्ण विफलता जोखिम है। भंगुर मार्टेन्साइट बैठने की जगह के रिसाव, स्टेम के अटकने, गाइड घटकों के क्षतिग्रस्त होने और यहाँ तक कि बॉडी में दरार ला सकता है। अतः क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए सामग्री चयन केवल स्टेनलेस स्टील के ग्रेड पर निर्भर नहीं करना चाहिए; इसे रासायनिक संरचना की गणना द्वारा सत्यापित किया जाना चाहिए।

1.2 क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व सामग्री योग्यता के लिए ऑस्टेनाइट स्थायित्व गुणांक Δ

डेल्टा गुणांक का उपयोग क्रायोजेनिक स्थितियों के तहत ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के मार्टेन्सिटिक परिवर्तन के प्रतिरोध का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है। यह क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व सामग्री की स्वीकृति के लिए एक आवश्यक मानदंड है।

सूत्र:
डेल्टा = Ni + 0.5Mn + 35C − 0.0833(Cr + 1.5Mo − 20)² − 12
जहाँ सभी तत्व भार प्रतिशत (%) में हैं।

क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए इंजीनियरिंग मानदंड:

• डेल्टा < 0: मार्टेन्सिटिक परिवर्तन का उच्च जोखिम, क्रायोजेनिक स्थितियों के तहत काफी कमजोरी में कमी; एलएच2/एलएचई सुरक्षा वाल्वों के दबाव-धारण करने वाले भागों के लिए स्वीकार्य नहीं।

• डेल्टा ≥ 0: अच्छी ऑस्टेनाइट स्थिरता और कम परिवर्तन प्रवृत्ति; तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम की सेवा में क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए उपयुक्त।

1.3 मार्टेन्साइट प्रारंभ तापमान (एमएस): क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए सेवा तापमान का दहलीज़ मान

एमएस तापमान वह न्यूनतम तापमान परिभाषित करता है जिस पर मार्टेन्सिटिक परिवर्तन शुरू हो सकता है। यह तरल हाइड्रोजन-ग्रेड और तरल हीलियम-ग्रेड सुरक्षा वाल्वों को अलग करने वाला प्रमुख मात्रात्मक पैरामीटर है।

सूत्र:
Ms = 1.875(14.6 − Cr) + 110(8.9 − Ni) + 60(1.33 − Mn) + 50(0.47 − Si) + 3000[0.068 − (C + N)] − 321.8

सेवा मानदंड:

• तरल हाइड्रोजन सुरक्षा वाल्व के लिए (−253℃ सेवा): Ms ≤ −253℃

• तरल हीलियम सुरक्षा वाल्व के लिए (−269℃ सेवा): Ms ≤ −269℃

कम Ms मान अधिक स्थिर ऑस्टेनाइट को दर्शाता है और क्रायोजेनिक बंद करने, दबाव में उतार-चढ़ाव और लंबे समय तक आराम की स्थिति के दौरान भंगुर परिवर्तन के प्रति प्रतिरोध में सुधार करता है।

भाग 2. डेटा सत्यापन: क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व की उपयुक्तता के लिए छोटे संरचना परिवर्तन बड़ा अंतर ला सकते हैं

2.1 रासायनिक संरचना के नमूने
तत्व नमूना A नमूना B नमूना C
C 0.025 0.060 0.070
Si 0.50 0.45 0.50
एमएन १.५० १.३० १.४०
सीआर १७.० १६.५ १६.६
एनआई ११.० ११.२ ११.४
एमओ २.२० २.२० २.१५
एन ०.०३० ०.०८० ०.०९५

२.२ गणना परिणाम एवं क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व उपयुक्तता
सूचकांक नमूना ए नमूना बी नमूना सी
डेल्टा -२.१८ +२.६७ +४.३१
एमएस (°से) -२८७.६ -३१५.२ -३३१.८
निर्णय डेल्टा < ०; उच्च रूपांतरण जोखिम; एलएच२/एलएचई सुरक्षा वाल्व के लिए स्वीकार्य नहीं डेल्टा > ०, एमएस ≤ -२६९°से; एलएच२ और एलएचई सुरक्षा वाल्व के लिए उपयुक्त सर्वोत्तम स्थायित्व; तरल हीलियम सुरक्षा वाल्व के लिए वरीय सामग्री

2.3 क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए प्रमुख अवलोकन

कार्बन और नाइट्रोजन सबसे प्रभावी स्थायित्व नियंत्रक हैं। नमूना ए से नमूना बी तक, केवल सी और एन में सामान्य वृद्धि Δ को ऋणात्मक से धनात्मक कर देती है। पद 3000[0.068-(C+N)] अत्यधिक संवेदनशील है; अपर्याप्त C+N सामग्री Ms को काफी बढ़ा सकती है और क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों में भंगुर रूपांतरण के जोखिम को बढ़ा सकती है।

निकल रैखिक रूप से योगदान करता है, जबकि C और N का स्थायित्व प्रभाव अधिक मजबूत होता है। नमूना बी से नमूना सी तक, थोड़ी सी Ni वृद्धि के साथ-साथ थोड़ा उच्च C+N स्थायित्व में स्पष्ट सुधार और Ms में कमी उत्पन्न करता है।

मॉलिब्डेनम प्राथमिक स्थायित्व नियंत्रक नहीं है। Mo, Δ सूत्र में ऋणात्मक पद के रूप में प्रकट होता है। 316L का श्रेष्ठ क्रायोजेनिक प्रदर्शन, 304L की तुलना में, मुख्य रूप से उच्च Ni और कड़ा संरचना नियंत्रण से आता है, Mo स्वयं से नहीं।

2.4 शून्य माइनस तापमान से नीचे Ms मानों की व्याख्या

नमूने बी और सी की गणना करने पर Ms < -273.15℃ प्राप्त होता है, जिसका कोई भौतिक अर्थ वास्तविक रूपांतरण तापमान के रूप में नहीं होता। हालाँकि, इंजीनियरिंग के संदर्भ में, ऐसे परिणाम यह संकेत देते हैं कि वास्तविक -269℃ तरल हीलियम सेवा तापमान पर ऑस्टेनाइट अत्यधिक स्थिर है, तथा स्वतः उत्पन्न मार्टेन्साइट निर्माण के लिए प्रेरणा लगभग शून्य है।

क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए व्यावहारिक व्याख्या:

• Ms -269℃: वास्तविक रूपांतरण तापमान तरल हीलियम सेवा में प्राप्त हो सकता है; तरल हीलियम सुरक्षा वाल्वों के लिए अस्वीकार्य।

• -273.15℃ < Ms ≤ -269℃: तरल हीलियम की स्थितियों के अंतर्गत कोई स्वतः उत्पन्न मार्टेन्साइट रूपांतरण नहीं होता; स्वीकार्य।

• Ms < -273.15℃: केवल गणितीय बढ़ाव (एक्सट्रैपोलेशन), लेकिन यह उत्कृष्ट ऑस्टेनाइट स्थिरता और बड़ी क्रायोजेनिक सुरक्षा सीमा को दर्शाता है।

भाग 3. अत्यंत निम्न तापमान सेवा में क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए अनिवार्य आवश्यकताएँ

3.1 निम्न तापमान प्रभाव अधिष्ठान क्षमता

सेवा तापमान -196℃ से कम होने पर, क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों में प्रयुक्त सामग्री का डिज़ाइन तापमान पर प्रभाव परीक्षण किया जाना चाहिए:

• द्रव हाइड्रोजन सेवा: -253℃ पर प्रभाव परीक्षण

• द्रव हीलियम सेवा: -269℃ पर प्रभाव परीक्षण

स्वीकृति मानदंड:

• औसत KV2 ≥ 54 J

• औसत पार्श्व विस्तार LE ≥ 0.53 mm

यदि -196℃ पर परीक्षण किया जाता है, तो अधिक कठोर मान आवश्यक हैं:

• KV2 ≥ 70 J

• LE ≥ 0.76 mm

3.2 फेराइट सामग्री नियंत्रण

फेराइट एक भंगुर चरण है जो क्रायोजेनिक स्थितियों में दरार उत्पत्ति स्थल के रूप में कार्य कर सकता है। क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व के दबाव-धारण करने वाले भागों के लिए, फेराइट सामग्री ≤ 3% होनी चाहिए, जिसका परीक्षण GB/T 13305 के अनुसार किया जाना चाहिए।

3.3 वास्तविक रासायनिक विश्लेषण द्वारा बैच सत्यापन

δ और Ms की गणना सामग्री परीक्षण रिपोर्ट में वास्तविक रासायनिक विश्लेषण के परिणामों से की जानी चाहिए, सैद्धांतिक मानों से नहीं। प्रत्येक बैच के क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व की अलग से सत्यापन की आवश्यकता होती है।

भाग 4. क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व: LH2/LHe प्रणालियों के लिए अंतिम यांत्रिक अवरोध

4.1 तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम के लिए समर्पित क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व क्यों आवश्यक हैं

तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम के अत्यंत कम क्वथनांक होते हैं। बंद पात्रों में, निरंतर ऊष्मा प्रविष्टि के कारण वाष्पीकरण और दबाव वृद्धि होती है। विश्वसनीय राहत उपकरणों के बिना, अधिक दबाव के कारण घातक विफलता हो सकती है।

सामान्य या यहाँ तक कि सामान्य निम्न-तापमान वाल्वों की तुलना में, क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों को चरम तापमान सहन करने और सीलिंग तथा चक्रीय विश्वसनीयता बनाए रखने की आवश्यकता होती है। सामान्य स्प्रिंग सामग्री और सीलिंग प्रणालियाँ -253℃ / -269℃ पर स्प्रिंग भंगुरता, सीट रिसाव, बर्फ का निर्माण, स्टेम चिपकना और सील सिकुड़न का शिकार हो सकती हैं।

मुख्य घरेलू मानक GB/T 46630-2025 है, जिसका शीर्षक है 'क्रायोजेनिक कंटेनर्स के लिए सुरक्षा वाल्व', जो 1 मई 2026 से लागू होगा और इसे ISO 21013-1:2021 से संशोधित किया गया है। यह -10℃ से कम तापमान पर कार्य करने वाले क्रायोजेनिक गैस रिलीफ वाल्वों पर लागू होता है, जिनका नाममात्र व्यास (DN) 150 तक हो, तथा इन्हें निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत करता है:

• श्रेणी A: वे वाल्व जो सामान्य सेवा के दौरान संचालित हो सकते हैं; बैठने के स्थान पर रिसाव की पुष्टि 1000 बार दोहराए गए परीक्षण चक्रों के बाद की जानी चाहिए।
• श्रेणी B: वे वाल्व जो सामान्य सेवा के दौरान बंद रहते हैं; बैठने के स्थान पर रिसाव की पुष्टि 20 चक्रों के बाद की जानी चाहिए।

मूलभूत नियम यह है कि क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व के सभी दबाव-धारण करने वाले भागों को बर्तन के पदार्थ के समान Δ और Ms आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

4.2 उदाहरण अध्ययन 1: सीर्न LHC – LHe सेवा के लिए 400 क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व

सीर्न का लार्ज हैड्रॉन कॉलाइडर (एलएचसी) दुनिया के सबसे मांग वाले तरल हीलियम सुरक्षा वाल्व अनुप्रयोगों में से एक है। इसकी 27 किमी लंबी अतिचालक प्रणाली में लगभग 400 क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व शामिल हैं, जो 1.9 केल्विन (−271.25℃) पर अतिद्रवीय हीलियम चुंबकीय पात्रों की रक्षा करते हैं, जिनका सेट दबाव लगभग 17 बार और पूर्ण उत्थान लगभग 20 बार है।

मुख्य चुनौतियों में शामिल हैं:

• पूर्ण शून्य के निकट अतिद्रवीय हीलियम में संचालन

• बहुत कम ऊष्मा प्रवेश

• विकिरण के प्रति प्रतिरोध

• दूरसे नियंत्रण की क्षमता

• पृष्ठ-दबाव के तहत स्थिर सेट दबाव

• चक्रीय संचालन के दौरान बर्फ जमना या चिपकना नहीं

यह मामला यह दर्शाता है कि एलएचई सेवा के लिए क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व मानक वस्तुएँ नहीं हैं। इन्हें विशिष्ट इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है, जिसमें कम-ऊष्मा-चालकता वाले डंडे, बैलोज़ सील, तापीय संतुलन संरचनाएँ और दूरस्थ एक्चुएटर शामिल हैं। इस क्षेत्र के प्रमुख आपूर्तिकर्ताओं में टोको वैलेक्स और वेका एजी शामिल हैं।

मुख्य निष्कर्ष: तरल हीलियम सुरक्षा वाल्व का चयन केवल एलएन2 अनुभव के आधार पर न करें। −196℃ से −269℃ तक का अंतर, −196℃ से परिवेश तापमान तक के अंतर से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।

4.3 उदाहरण अध्ययन 2: हेरोसे – क्रायोजेनिक साइकिलिंग प्रदर्शन डेटा

हेरोसे औद्योगिक क्रायोजेनिक वाल्वों की एक वैश्विक आपूर्तिकर्ता है, जिसके सुरक्षा वाल्व −270℃ तक के तापमान पर संचालित हो सकते हैं। इसके उत्पाद ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, आर्गन, CO2, हीलियम और हाइड्रोजन के उपयोग के लिए उपयुक्त हैं, तथा वार्षिक उत्पादन 200,000 से अधिक वाल्वों का है।

एक महत्वपूर्ण स्थायित्व परीक्षण ने दर्शाया कि हेरोसे के सुरक्षा वाल्वों ने निम्नलिखित प्रदर्शन प्राप्त किया:

• परिवेश तापमान पर 144,000 चक्र

• क्रायोजेनिक गैस की स्थिति में 2,000 चक्र

एक विशिष्ट 06388 प्रकार के परीक्षण में, जो ‘कोई गैस निकासी नहीं’ की स्थिति के तहत किया गया था, वाल्व ने लगभग कोई गैसीय बफ़र स्थान न होने की स्थिति में तरल नाइट्रोजन के पात्र में लगभग 1,000 संचालन पूरे किए। यह सिद्ध करता है कि क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों को कम तरल स्तर, परिवहन या स्थिर गैस स्थान के बिना अस्थायी संचालन जैसी प्रतिकूल क्षणिक स्थितियों में भी विश्वसनीय बने रहना चाहिए।

हेरोस 06011 प्रकार का स्टेनलेस स्टील क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व -255℃ से +65℃ तक के तापमान सीमा को कवर करता है, जिससे यह एलएनजी और हाइड्रोजन सेवा के लिए उपयुक्त हो जाता है। इसका टीयूवी प्रकार-परीक्षण प्रमाणन है, और हाइड्रोजन सेवा संस्करणों के लिए शेल और सीट रिसाव परीक्षण हीलियम या 95% नाइट्रोजन / 5% हाइड्रोजन मिश्रण के साथ किया जाना आवश्यक है।

4.4 उदाहरण अध्ययन 3: एक्विनोर हैमरफेस्ट एलएनजी – रखरोट और अलगाव के दौरान छिपे जोखिम

31 मई 2023 को एक्विनोर हैमरफेस्ट एलएनजी संयंत्र में एक बड़ा गैस रिसाव हुआ। प्रत्यक्ष कारण एक सुरक्षा वाल्व के ऊपरी पाइप पर इन्सुलेशन हटाने के कार्य के दौरान बाएँ हाथ के धागे वाले खुले वेंट प्लग से संबंधित था। ऑपरेटरों को विशेष कनेक्शन के बारे में जानकारी नहीं थी और उन्होंने इसे ठीक से बंद नहीं किया।

रिसाव लगभग 6.5 घंटे तक जारी रहा, जिसमें लगभग 9,300 किलोग्राम गैस निकली, और इसके कारण 8 दिन का बंद रहना पड़ा।

यह मामला दर्शाता है कि यद्यपि क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व स्वयं कार्यात्मक है, फिर भी अलगाव, वेंटिंग और रखरखाव प्रक्रियाएँ सुरक्षा प्रणाली को अक्षम कर सकती हैं। LH2/LHe सुरक्षा वाल्वों के लिए निम्नलिखित बिंदु महत्वपूर्ण हैं:

• अपरंपरागत वेंट घटकों के लिए स्पष्ट संचालन प्रक्रियाएँ

• सामान्य रूप से खुली/बंद स्थितियों की स्थायी पहचान

• ताला लगाने योग्य या काटकर खोले जा सकने वाले अलगाव विन्यास

• रखरखाव इंटरफ़ेस की मानव-कारक समीक्षा

4.5 LH2 और LHe क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के चयन पैरामीटर
पैरामीटर LH2 क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व (−253℃) LHe क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व (−269℃)
बॉडी सामग्री ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, Δ ≥ 0, Ms ≤ −253℃ ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, Δ ≥ 0, Ms ≤ −269℃
सील डिज़ाइन धातु सीट या क्रायोजेनिक सत्यापन के साथ कार्बन-भरा PTFE; धातु सीट को प्राथमिकता दी जाती है; गैर-धातु सील के लिए विशेष मान्यता आवश्यक है
न्यूनतम डिज़ाइन तापमान ≤ −255℃ ≤ −270℃
मुख्य परीक्षण: सीट रिसाव और -253℃ पर चक्रीय विश्वसनीयता; -269℃ पर चक्रीय विश्वसनीयता और सीट अखंडता
लागू मानक: GB/T 46630-2025, ISO 21013-1; GB/T 46630-2025, EN 13648-1 (विशेष प्रमाणन के साथ)

नोट: GB/T 40011-2021 -196℃ तक के लिए पायलट-संचालित क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों को शामिल करता है, जो -253℃ LH2 या -269℃ LHe सेवा के लिए पर्याप्त नहीं है। इन चरम परिस्थितियों के लिए, चयन निर्माता के प्रकार-परीक्षण डेटा और अंतर्राष्ट्रीय मानकों जैसे ISO 21013-1 और EN 13648-1 के समतुल्यता पर आधारित होना चाहिए।

भाग 5. क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए तीन मुख्य खरीद आवश्यकताएँ

5.1 आवश्यकता 1: सामग्री का Ms ≤ सेवा तापमान

सबसे सामान्य खरीद त्रुटि केवल 'ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील' का उल्लेख करना है, बिना स्थायित्व मानदंडों को परिभाषित किए।

खरीद विनिर्देश धारा:
दबाव रखने वाले भाग, जिनमें शरीर, बॉनेट और सीट शामिल हैं, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील से बनाए जाने चाहिए। आपूर्तिकर्ता को सामग्री परीक्षण रिपोर्ट से वास्तविक रासायनिक विश्लेषण प्रदान करना होगा तथा उपरोक्त सूत्रों के अनुसार Δ और Ms की गणना करनी होगी। तरल हाइड्रोजन सेवा के लिए, Ms ≤ -253℃; तरल हीलियम सेवा के लिए, Ms ≤ -269℃। सभी मामलों में, Δ ≥ 0 आवश्यक है। फेराइट सामग्री GB/T 13305 के अनुसार ≤ 3% होनी चाहिए। -273.15℃ से कम Ms मानों को Ms आवश्यकता की पूर्ति के रूप में स्वीकार किया जाएगा।

अतिरिक्त सत्यापन:

• LH2 सेवा: -253℃ प्रभाव परीक्षण रिपोर्ट

• LHe सेवा: -269℃ प्रभाव परीक्षण रिपोर्ट

• यदि -196℃ पर परीक्षण किया गया हो, तो KV2 ≥ 70 J और LE ≥ 0.76 mm आवश्यक है

5.2 आवश्यकता 2: क्रायोजेनिक चक्रीय परीक्षण डेटा का सत्यापन किया जाना चाहिए

क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों की कई विफलताएँ बार-बार चक्रीय प्रक्रिया के बाद सीट के अवक्षय या अटकने के कारण होती हैं, एकल खुलने की विफलता के कारण नहीं। खरीद विनिर्देशों में सत्यापन योग्य चक्रीय प्रदर्शन की आवश्यकता होनी चाहिए।

खरीद विनिर्देश धारा:
आपूर्तिकर्ता को प्रकार-परीक्षण रिपोर्टों या निर्माता-सत्यापित टिकाऊपन रेकॉर्ड से क्रायोजेनिक चक्रीय प्रदर्शन परीक्षण डेटा प्रदान करना होगा। परीक्षण तापमान वाल्व के न्यूनतम डिज़ाइन तापमान से अधिक नहीं होना चाहिए। चक्रों की संख्या कम से कम निर्माता द्वारा क्रायोजेनिक सेवा के लिए घोषित मान होनी चाहिए। चक्रीय परीक्षण के बाद, सीट रिसाव दर निर्दिष्ट श्रेणी के लिए GB/T 46630-2025 की आवश्यकताओं को पूरा करनी चाहिए। LH2/LHe सेवा के लिए क्रायोजेनिक चक्रीय डेटा के बिना वाल्वों को स्वीकार नहीं किया जाएगा।

स्वीकृति जाँच:

• प्रकार-परीक्षण रिपोर्ट के क्रायोजेनिक परीक्षण खंड की समीक्षा करें, केवल पर्यावरणीय तापमान भाग की नहीं

• क्रायोजेनिक चक्रों के बीच परीक्षण वाल्व के किसी भी समायोजन या रखरखाव की अनुमति नहीं है

• यदि केवल LN2 डेटा उपलब्ध है, तो उसे स्पष्ट रूप से LHe सत्यापन के समकक्ष नहीं माना जाना चाहिए

5.3 आवश्यकता 3: अलगाव और वेंट विन्यास मानव त्रुटि को रोकने के लिए होना चाहिए

एक पूर्णतः कार्यात्मक क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व भी खराब अलगाव डिज़ाइन के कारण अकार्यात्मक हो सकता है।

खरीद विनिर्देश धारा:
शीतलन सुरक्षा वाल्व के ऊपर या नीचे अलगाव वाल्वों को संभवतः स्थापित नहीं किया जाना चाहिए। यदि प्रक्रिया आवश्यकताओं के कारण अलगाव आवश्यक हो, तो कॉन्फ़िगरेशन में कार्व-ओपन, लॉक-ओपन, या डबल-ब्लॉक-एंड-ब्लीड व्यवस्था का उपयोग किया जाना चाहिए ताकि कम से कम एक रिलीफ पथ सदैव उपलब्ध रहे। वेंट लाइन में कोई भी मैनुअल वाल्व खुला लॉक किया गया हो या कार्व-ओपन हो और स्थायी रूप से चिह्नित किया गया हो: “सुरक्षा वाल्व वेंट लाइन – बंद न करें।” विशेष वेंट प्लग जैसे अपरंपरागत घटकों के स्थायी संचालन निर्देश होने चाहिए। आपूर्तिकर्ता को खरीदार के प्रक्रिया सुरक्षा अभियंता द्वारा समीक्षा के लिए स्थापना और अलगाव रेखाचित्र प्रदान करना होगा।

भाग 6. सुरक्षा लूप को बंद करना: सामग्री की स्थिरता और क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्व

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की स्थायित्व यह सुनिश्चित करता है कि पात्र और दबाव-धारण करने वाले भाग शीतोष्ण तापमान पर भंगुर नहीं होते। शीतोष्ण सुरक्षा वाल्व यह सुनिश्चित करते हैं कि प्रणाली अधिक दबाव के कारण फट न जाए। ये दोनों कार्य पूरक हैं और समान रूप से महत्वपूर्ण हैं।

एलएच2/एलएचई परियोजनाओं के लिए सबसे व्यावहारिक सिफारिश यह है कि शीतोष्ण सुरक्षा वाल्व की खरीद विनिर्देश में तीन आवश्यकताओं को शामिल किया जाए:

• सामग्री का एमएस ≤ सेवा तापमान

• सत्यापित शीतोष्ण चक्र प्रदर्शन

• मानव-त्रुटि रोकथाम के साथ अलगाव विन्यास

ये आवश्यकताएँ किसी मानक संख्या का सिर्फ संदर्भ देने की तुलना में अधिक सार्थक हैं। इन्हें ‘तकनीकी आवश्यकताएँ’ खंड में स्वतंत्र धाराओं के रूप में रखा जाना चाहिए, न कि ‘सामान्य आवश्यकताएँ’ के अंतर्गत छिपाया गया।

निष्कर्ष

-253℃ तरल हाइड्रोजन और -269℃ तरल हीलियम के लिए क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए कोई सार्वभौमिक, तैयार-उपलब्ध समाधान नहीं है। सामग्री की गणना, निम्न तापमान पर परीक्षण, सीलिंग की विश्वसनीयता और प्रणाली अलगाव — सभी को एक साथ सत्यापित करना आवश्यक है।

δ मार्टेंसिटिक रूपांतरण के जोखिम को दर्शाता है।
Ms न्यूनतम सेवा तापमान के दहलीज़ को परिभाषित करता है।
क्रायोजेनिक चक्रीय डेटा बार-बार संचालन के बाद सीलिंग की विश्वसनीयता को सिद्ध करता है।
अलगाव और लॉक-ओपन आवश्यकताएँ मानव कारकों को राहत पथ को अक्षम करने से रोकती हैं।

चरम निम्न तापमान सेवा में क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों की वास्तविक सुरक्षा गारंटी इनके संयोजन पर निर्भर करती है:

• वास्तविक रासायनिक विश्लेषण

• निम्न तापमान प्रभाव परीक्षण के परिणाम

• फेराइट नियंत्रण

• क्रायोजेनिक चक्रीय प्रदर्शन सत्यापन

• अलगाव और त्रुटि-रोकथाम डिज़ाइन

यह तरल हाइड्रोजन और तरल हीलियम के उपयोग में क्रायोजेनिक सुरक्षा वाल्वों के लिए मूल इंजीनियरिंग मानदंड है, और अति-निम्न तापमान वाले हाइड्रोजन और हीलियम प्रणालियों के सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन का आवश्यक आधार है।