Đánh giá kỹ thuật toàn chuỗi đối với thép không gỉ austenit và van an toàn cryogenic dùng cho hydro lỏng và heli lỏng: Từ tính toán thành phần đến đặc tả mua hàng

Hai hàng rào phòng thủ, một mục tiêu an toàn

Hydro lỏng sôi ở -253℃, còn heli lỏng có thể đạt tới mức thấp nhất là -269℃. Trong dải nhiệt độ siêu thấp cực đoan này, an toàn kỹ thuật phụ thuộc vào hai hàng rào phòng thủ bổ trợ lẫn nhau, cả hai đều liên quan mật thiết đến khả năng thích ứng với điều kiện nhiệt độ siêu thấp của các van an toàn nhiệt độ siêu thấp.

Hàng rào bảo vệ đầu tiên là độ ổn định của vật liệu. Các bộ phận chịu áp lực trong thiết bị chứa hydro lỏng và heli lỏng phải được chế tạo từ thép không gỉ austenit có độ ổn định cao và không được tự chuyển đổi thành martensit giòn dưới điều kiện nhiệt độ cực thấp. Các tiêu chí kỹ thuật cốt lõi bao gồm hệ số ổn định austenit Δ và nhiệt độ bắt đầu hình thành martensit Ms, đồng thời đây cũng là các chỉ tiêu thiết yếu để đánh giá tính phù hợp của vật liệu van an toàn cryogenic.

Hàng rào bảo vệ thứ hai là giải phóng áp suất quá mức. Trong các bình kín chứa hydro lỏng và heli lỏng, việc truyền nhiệt liên tục vào bên trong gây ra hiện tượng bay hơi và tích tụ áp suất, do đó van an toàn cryogenic trở thành rào cản cơ học cuối cùng nhằm bảo vệ hệ thống cryogenic khỏi tình trạng quá áp. Vật liệu chuyên dụng, độ tin cậy ở −253℃/−269℃, khả năng làm kín ở nhiệt độ thấp, thiết kế chống đóng băng và cách bố trí lắp đặt đều quyết định liệu hàng rào bảo vệ này có duy trì hiệu lực trong điều kiện vận hành thực tế hay không.

Giao điểm then chốt giữa hai biện pháp phòng vệ này thường bị bỏ qua: tất cả các bộ phận chịu áp lực của van an toàn cryogenic, bao gồm thân van, nắp van và ghế van, đều phải đáp ứng cùng các tiêu chí Δ và Ms như vật liệu bình chứa hydro lỏng/heli lỏng. Nếu chọn van chỉ với nhãn hiệu "thép không gỉ" mà không kiểm tra Ms, thì quá trình chuyển pha martensit có thể xảy ra trong lúc làm lạnh — ngay cả trước khi van mở — dẫn đến hư hại ghế van, hỏng các bộ phận dẫn hướng và mất khả năng bảo vệ quá áp.

Bài viết này tích hợp việc tính toán vật liệu, xác thực dữ liệu, yêu cầu tiêu chuẩn, lựa chọn van an toàn, phân tích sự cố và tiêu chí nghiệm thu mua sắm thành một chuỗi lập luận kỹ thuật duy nhất dành cho van an toàn cryogenic phục vụ hydro lỏng (LH2) và heli lỏng (LHe).

Phần 1. Tiêu chí vật liệu: Ý nghĩa kỹ thuật của Δ và Ms đối với van an toàn cryogenic

1.1 Tại sao ‘Thép không gỉ austenit thông thường’ lại không đủ cho van an toàn cryogenic LH2/LHe

Thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi trong thiết bị cryogenic vì cấu trúc lập phương tâm mặt của chúng duy trì độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, các mác phổ biến như 304, 316 và 316L có thể trải qua sự chuyển biến martensit tự phát ở điều kiện hydro lỏng -253℃ hoặc heli lỏng -269℃, đặc biệt dưới tác động kết hợp của ứng suất cơ học và chu kỳ thay đổi nhiệt.

Đối với van an toàn nhiệt độ thấp, sự chuyển biến martensit là một rủi ro hỏng hóc nghiêm trọng. Martensit giòn có thể gây rò rỉ tại bề mặt làm kín, kẹt trục van, hư hại các bộ phận dẫn hướng và thậm chí nứt thân van. Do đó, việc lựa chọn vật liệu cho van an toàn cryogenic không chỉ dựa vào mác thép không gỉ mà còn phải được xác minh bằng tính toán thành phần hóa học.

1.2 Hệ số ổn định austenit Δ để đánh giá vật liệu van an toàn cryogenic

Hệ số Δ được sử dụng để đánh giá khả năng chống lại sự biến đổi martensit của thép không gỉ austenit trong điều kiện nhiệt độ cực thấp. Đây là tiêu chí bắt buộc để chấp nhận vật liệu cho van an toàn nhiệt độ cực thấp.

CÔNG THỨC:
δ = Ni + 0,5Mn + 35C − 0,0833(Cr + 1,5Mo − 20)² − 12
Trong đó tất cả các nguyên tố đều được biểu thị theo phần trăm khối lượng (%).

Các tiêu chí kỹ thuật cho van an toàn nhiệt độ cực thấp:

• δ < 0: Nguy cơ cao xảy ra biến đổi martensit, độ dai giảm đáng kể trong điều kiện nhiệt độ cực thấp; không được chấp nhận cho các bộ phận chịu áp lực của van an toàn LH2/LHe.

• δ ≥ 0: Độ ổn định austenit tốt và xu hướng biến đổi thấp; phù hợp cho van an toàn nhiệt độ cực thấp dùng trong môi trường hydro lỏng và heli lỏng.

1.3 Nhiệt độ bắt đầu hình thành martensit (Ms): Ngưỡng nhiệt độ vận hành cho van an toàn nhiệt độ cực thấp

Nhiệt độ Ms xác định nhiệt độ tối thiểu tại đó quá trình biến đổi martensit có thể bắt đầu. Đây là thông số định lượng chủ chốt phân biệt giữa van an toàn cấp hydro lỏng và van an toàn cấp heli lỏng.

CÔNG THỨC:
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

Các tiêu chí phục vụ:

• Đối với van an toàn hydro lỏng (làm việc ở −253 ℃): Ms ≤ −253 ℃

• Đối với van an toàn heli lỏng (làm việc ở −269 ℃): Ms ≤ −269 ℃

Giá trị Ms thấp hơn cho thấy độ ổn định austenit tốt hơn và khả năng chống biến đổi giòn được cải thiện trong các tình huống ngừng hoạt động ở nhiệt độ cực thấp, dao động áp suất và chờ đợi dài hạn.

Phần 2. Kiểm định dữ liệu: Những thay đổi nhỏ về thành phần hóa học tạo ra khác biệt lớn đối với tính phù hợp của van an toàn cryogenic

2.1 Các mẫu thành phần hóa học
Nguyên tố Mẫu A Mẫu B Mẫu C
C 0,025 0,060 0,070
Si 0,50 0,45 0,50
Mn 1,50 1,30 1,40
Cr 17,0 16,5 16,6
Ni 11,0 11,2 11,4
Mo 2,20 2,20 2,15
N 0,030 0,080 0,095

kết quả tính toán và độ phù hợp của van an toàn ở nhiệt độ cryogenic
Chỉ số Mẫu A Mẫu B Mẫu C
δ -2,18 +2,67 +4,31
Ms (°C) -287,6 -315,2 -331,8
Đánh giá Δ < 0; rủi ro chuyển pha cao; không chấp nhận được cho van an toàn LH2/LHe Δ > 0, Ms ≤ -269°C; phù hợp cho van an toàn LH2 và LHe Độ ổn định tốt nhất; vật liệu ưu tiên cho van an toàn heli lỏng

2.3 Các quan sát chính đối với van an toàn cryogenic

Carbon và nitơ là hai yếu tố kiểm soát độ ổn định hiệu quả nhất. Từ Mẫu A sang Mẫu B, chỉ cần tăng nhẹ hàm lượng C và N là đủ để nâng Δ từ âm lên dương. Thành phần 3000[0.068-(C+N)] rất nhạy cảm; hàm lượng C+N không đủ có thể làm tăng đáng kể Ms và gia tăng nguy cơ chuyển biến giòn trong van an toàn cryogenic.

Niken góp phần tuyến tính, trong khi C và N có tác dụng ổn định mạnh hơn. Từ Mẫu B sang Mẫu C, lượng niken tăng nhẹ kết hợp với tổng hàm lượng C+N hơi cao hơn dẫn đến cải thiện đáng kể về độ ổn định và làm giảm nhiệt độ Ms.

Molypden không phải là yếu tố ổn định chủ yếu. Trong công thức Δ, molypden xuất hiện dưới dạng số hạng âm. Hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ cryogenic của thép 316L so với 304L chủ yếu do hàm lượng niken cao hơn và kiểm soát thành phần chặt chẽ hơn, chứ không phải do bản thân molypden.

2.4 Giải thích các giá trị Ms dưới không độ tuyệt đối

Các giá trị Ms tính toán cho Mẫu B và Mẫu C đều nhỏ hơn -273,15℃, điều này không có ý nghĩa vật lý như một nhiệt độ chuyển biến thực tế. Tuy nhiên, xét về mặt kỹ thuật, những kết quả như vậy cho thấy pha austenit cực kỳ ổn định ở nhiệt độ làm việc thực tế là -269℃ (nhiệt độ của heli lỏng), với lực thúc đẩy hình thành martensit tự phát gần như bằng không.

Giải thích thực tiễn dành cho van an toàn cryogenic:

• Ms -269℃: Nhiệt độ chuyển biến thực tế có thể đạt được trong điều kiện sử dụng heli lỏng (LHe); không chấp nhận được đối với van an toàn heli lỏng.

• -273,15℃ < Ms ≤ -269℃: Không xảy ra chuyển biến mác-tên-xit tự phát trong điều kiện heli lỏng; chấp nhận được.

• Ms < -273,15℃: Chỉ là ngoại suy toán học, nhưng cho thấy độ ổn định austenit tuyệt vời và biên độ an toàn cryogenic rất lớn.

Phần 3. Yêu cầu bắt buộc đối với van an toàn cryogenic trong dịch vụ nhiệt độ cực thấp

3.1 Độ dai va đập ở nhiệt độ thấp

Đối với nhiệt độ dịch vụ dưới -196℃, vật liệu dùng cho van an toàn cryogenic phải được thử va đập ở nhiệt độ thiết kế:

• Dịch vụ hydro lỏng: thử va đập ở -253℃

• Dịch vụ heli lỏng: thử va đập ở -269℃

Tiêu chí chấp nhận:

• Giá trị trung bình KV2 ≥ 54 J

• Giá trị trung bình độ giãn ngang LE ≥ 0,53 mm

Nếu được kiểm tra ở nhiệt độ -196℃, các giá trị khắt khe hơn sẽ được yêu cầu:

• KV2 ≥ 70 J

• LE ≥ 0,76 mm

3.2 Kiểm soát hàm lượng ferit

Ferit là một pha giòn, có thể trở thành vị trí khởi phát nứt dưới điều kiện nhiệt độ cực thấp. Đối với các bộ phận chịu áp lực của van an toàn nhiệt độ cực thấp, hàm lượng ferit phải ≤ 3%, được kiểm tra theo tiêu chuẩn GB/T 13305.

3.3 Xác minh từng lô dựa trên phân tích hóa học thực tế

δ và Ms phải được tính toán từ kết quả phân tích hóa học thực tế trong báo cáo thử nghiệm vật liệu, chứ không được tính từ các giá trị lý thuyết. Mỗi lô van an toàn nhiệt độ cực thấp phải được xác minh riêng biệt.

Phần 4. Van an toàn nhiệt độ cực thấp: Rào cản cơ học cuối cùng cho hệ thống LH2/LHe

4.1 Vì sao cần sử dụng van an toàn nhiệt độ cực thấp chuyên dụng cho hydro lỏng và heli lỏng

Hydro lỏng và heli lỏng có điểm sôi cực kỳ thấp. Trong các bình kín, việc truyền nhiệt liên tục gây ra hiện tượng bốc hơi và tích tụ áp suất. Nếu thiếu các thiết bị xả áp đáng tin cậy, tình trạng quá áp có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng.

So với các van thông thường hoặc thậm chí các van chịu nhiệt độ thấp nói chung, van an toàn cryogenic phải chịu được nhiệt độ cực thấp và duy trì khả năng kín cũng như độ tin cậy khi vận hành lặp lại. Các vật liệu lò xo và hệ thống làm kín thông dụng có thể gặp hiện tượng giòn hóa lò xo, rò rỉ tại ghế van, hình thành băng, trục van bị kẹt và co ngót gioăng ở −253 °C / −269 °C.

Tiêu chuẩn quốc gia chủ yếu là GB/T 46630-2025 Van an toàn cho bình chứa cryogenic, có hiệu lực từ ngày 1 tháng 5 năm 2026 và được sửa đổi từ ISO 21013-1:2021. Tiêu chuẩn này áp dụng cho van xả khí cryogenic dưới −10 °C đến kích thước danh nghĩa DN150, và phân loại chúng thành:

• Lớp A: các van có thể hoạt động trong điều kiện vận hành bình thường; độ rò rỉ tại ghế van phải được kiểm tra sau 1000 chu kỳ thử nghiệm lặp lại.
• Lớp B: các van luôn đóng trong điều kiện vận hành bình thường; độ rò rỉ tại ghế van phải được kiểm tra sau 20 chu kỳ.

Quy tắc cơ bản là: tất cả các bộ phận chịu áp lực của van an toàn cryogenic đều phải đáp ứng cùng các yêu cầu Δ và Ms như vật liệu của bình chứa.

4.2 Nghiên cứu điển hình 1: CERN LHC – 400 van an toàn cryogenic cho dịch vụ LHe

Máy gia tốc hạt lớn (LHC) của CERN là một trong những ứng dụng van an toàn hydro lỏng khắt khe nhất trên thế giới. Hệ thống siêu dẫn dài 27 km của nó bao gồm khoảng 400 van an toàn cryogenic nhằm bảo vệ các bình chứa nam châm heli siêu lỏng ở nhiệt độ 1,9 K (−271,25℃), với áp suất cài đặt khoảng 17 bar và áp suất nâng toàn phần khoảng 20 bar.

Các thách thức chính bao gồm:

• Hoạt động trong heli siêu lỏng gần độ không tuyệt đối

• Mức xâm nhập nhiệt rất thấp

• Kháng bức xạ

• Tính năng Điều khiển Từ xa

• Áp suất đặt ổn định dưới áp lực ngược

• Không đóng băng hoặc dính trong quá trình chu kỳ

Trường hợp này cho thấy van an toàn cryogenic dùng cho dịch helium lỏng (LHe) không phải là hàng hóa tiêu chuẩn. Chúng đòi hỏi kỹ thuật chuyên biệt, bao gồm trục có độ dẫn nhiệt thấp, gioăng ống lò xo, cấu trúc bù nhiệt và bộ điều khiển từ xa. Các nhà cung cấp lớn trong lĩnh vực này gồm Toko Valex và WEKA AG.

Điểm chính cần ghi nhớ: Đừng chọn van an toàn cho helium lỏng chỉ dựa trên kinh nghiệm với nitơ lỏng (LN2). Khoảng chênh lệch từ −196℃ xuống −269℃ lớn hơn nhiều so với khoảng chênh lệch từ −196℃ lên nhiệt độ môi trường.

4.3 Nghiên cứu tình huống 2: Herose – Dữ liệu hiệu suất chu kỳ cryogenic

Herose là nhà cung cấp van cryogenic công nghiệp toàn cầu, với các van an toàn có khả năng hoạt động ở nhiệt độ xuống tới −270℃. Sản phẩm của hãng phục vụ cho oxy, nitơ, argon, CO2, helium và hydro, với sản lượng hàng năm vượt quá 200.000 van.

Một bài kiểm tra độ bền quan trọng đã chứng minh rằng van an toàn Herose đạt được:

• 144.000 chu kỳ ở nhiệt độ môi trường

• 2.000 chu kỳ trong điều kiện khí cryogenic

Trong một bài kiểm tra cụ thể loại 06388 với điều kiện “không rút khí”, van đạt gần 1.000 lần hoạt động trong bình chứa nitơ lỏng với khoảng không gian đệm dạng khí gần như không tồn tại. Điều này chứng minh rằng các van an toàn cryogenic phải duy trì độ tin cậy ngay cả trong các điều kiện quá độ bất lợi như mức chất lỏng thấp, vận chuyển hoặc vận hành tạm thời mà không có khoảng không gian khí ổn định.

Van an toàn cryogenic bằng thép không gỉ Herose loại 06011 hoạt động trong dải nhiệt độ từ -255℃ đến +65℃, phù hợp cho ứng dụng LNG và hydro. Van đã được chứng nhận kiểm tra kiểu TÜV; các phiên bản dùng cho hydro yêu cầu kiểm tra rò rỉ thân van và ghế van bằng heli hoặc hỗn hợp gồm 95% nitơ và 5% hydro.

4.4 Nghiên cứu tình huống 3: Dự án LNG Hammerfest của Equinor – Các rủi ro tiềm ẩn trong bảo trì và cách ly

Vào ngày 31 tháng 5 năm 2023, đã xảy ra một vụ rò rỉ khí nghiêm trọng tại nhà máy LNG Hammerfest của Equinor. Nguyên nhân trực tiếp liên quan đến một nút xả mở có ren trái trên một đường ống thượng nguồn của van an toàn trong quá trình tháo lớp cách nhiệt. Các vận hành viên không quen thuộc với kết nối đặc biệt này và đã không đóng kín nó đúng cách.

Vụ rò rỉ kéo dài khoảng 6,5 giờ, giải phóng khoảng 9.300 kg khí và gây ra tình trạng ngừng hoạt động trong 8 ngày.

Vụ việc này cho thấy rằng ngay cả khi bản thân van an toàn cryogenic đối với LH2/LHe vẫn hoạt động bình thường, các quy trình cách ly, xả và bảo trì vẫn có thể làm vô hiệu hệ thống bảo vệ. Đối với van an toàn cryogenic LH2/LHe, những yếu tố sau đây là then chốt:

• Quy trình vận hành rõ ràng dành cho các bộ phận xả phi tiêu chuẩn

• Xác định vị trí mở/đóng thông thường một cách vĩnh viễn

• Cấu hình cách ly có thể khóa hoặc được thiết kế để mở bằng dụng cụ chuyên dụng

• Đánh giá yếu tố con người đối với các giao diện bảo trì

4.5 Các thông số lựa chọn cho van an toàn cryogenic LH2 và LHe
Thông số Van an toàn cryogenic LH2 (−253℃) Van an toàn cryogenic LHe (−269℃)
Vật liệu thân van: Thép không gỉ austenit, Δ ≥ 0, nhiệt độ chuyển biến martensit (Ms) ≤ -253℃; thép không gỉ austenit, Δ ≥ 0, Ms ≤ -269℃
Thiết kế gioăng: Ghế kim loại hoặc PTFE có pha than với xác minh ở nhiệt độ cryogenic; ghế kim loại được ưu tiên; gioăng phi kim loại yêu cầu xác minh đặc biệt
Nhiệt độ thiết kế tối thiểu: ≤ -255℃; ≤ -270℃
Các thử nghiệm chính: Rò rỉ tại ghế van và độ tin cậy khi vận hành lặp lại ở -253℃; độ tin cậy khi vận hành lặp lại và tính toàn vẹn của ghế van ở -269℃
Tiêu chuẩn áp dụng: GB/T 46630-2025, ISO 21013-1; GB/T 46630-2025, EN 13648-1 với xác minh đặc biệt

Ghi chú: GB/T 40011-2021 quy định về van an toàn cryogenic điều khiển bằng van phụ (pilot-operated) cho đến -196℃, mức này không đủ cho dịch vụ hydro lỏng (LH2) ở -253℃ hoặc heli lỏng (LHe) ở -269℃. Đối với các điều kiện cực đoan này, việc lựa chọn phải dựa trên dữ liệu thử nghiệm mẫu do nhà sản xuất cung cấp và sự tương đương với các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 21013-1 và EN 13648-1.

Phần 5. Ba yêu cầu mua sắm cốt lõi đối với van an toàn cryogenic

5.1 Yêu cầu 1: Nhiệt độ chuyển biến martensit (Ms) của vật liệu ≤ nhiệt độ vận hành

Lỗi mua sắm phổ biến nhất là chỉ ghi rõ "thép không gỉ austenit" mà không nêu các tiêu chí ổn định.

Điều khoản đặc tả mua sắm:
Các bộ phận chịu áp lực, bao gồm thân van, nắp đậy và ghế van, phải được chế tạo từ thép không gỉ austenit. Nhà cung cấp phải cung cấp báo cáo thử nghiệm vật liệu thực tế về thành phần hóa học và tính toán giá trị Δ và Ms theo các công thức nêu trên. Đối với dịch vụ hydro lỏng, Ms ≤ -253℃; đối với dịch vụ heli lỏng, Ms ≤ -269℃. Trong mọi trường hợp, yêu cầu Δ ≥ 0. Hàm lượng ferrit phải ≤ 3% theo tiêu chuẩn GB/T 13305. Các giá trị Ms dưới -273,15℃ được chấp nhận là đáp ứng yêu cầu về Ms.

Kiểm tra bổ sung:

• Dịch vụ LH2: Báo cáo thử nghiệm va đập ở -253℃

• Dịch vụ LHe: Báo cáo thử nghiệm va đập ở -269℃

• Nếu thử nghiệm ở -196℃, yêu cầu KV2 ≥ 70 J và LE ≥ 0,76 mm

5.2 Yêu cầu 2: Dữ liệu thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ cryogenic phải được xác minh

Nhiều sự cố van an toàn ở nhiệt độ cryogenic là do suy giảm hoặc kẹt của đế van sau nhiều chu kỳ vận hành lặp lại, chứ không phải do lỗi mở đơn lẻ. Các đặc tả mua sắm phải yêu cầu dữ liệu hiệu suất chu kỳ có thể xác minh được.

Điều khoản đặc tả mua sắm:
Nhà cung cấp phải cung cấp dữ liệu thử nghiệm hiệu suất chu kỳ ở nhiệt độ cryogenic từ báo cáo thử nghiệm kiểu hoặc hồ sơ độ bền đã được nhà sản xuất xác nhận. Nhiệt độ thử nghiệm không được cao hơn nhiệt độ thiết kế tối thiểu của van. Số chu kỳ thử nghiệm phải ít nhất bằng giá trị do nhà sản xuất công bố cho dịch vụ ở nhiệt độ cryogenic. Sau khi thử nghiệm chu kỳ, tỷ lệ rò rỉ tại đế van phải đáp ứng các yêu cầu của GB/T 46630-2025 đối với cấp độ quy định. Các van không có dữ liệu thử nghiệm chu kỳ ở nhiệt độ cryogenic sẽ không được chấp nhận cho dịch vụ LH2/LHe.

Kiểm tra chấp nhận:

• Xem xét phần thử nghiệm ở nhiệt độ cryogenic trong báo cáo thử nghiệm kiểu, chứ không chỉ phần thử nghiệm ở nhiệt độ môi trường

• Không được điều chỉnh hay bảo trì van đang thử nghiệm giữa các chu kỳ ở nhiệt độ cryogenic

• Nếu chỉ tồn tại dữ liệu LN2, thì phải xác định rõ ràng rằng dữ liệu đó không tương đương với việc kiểm định LHe

yêu cầu 3 tại Điều 5.3: Cấu hình cách ly và xả phải ngăn ngừa sai sót của con người

Ngay cả van an toàn cryogenic hoạt động đầy đủ cũng có thể bị vô hiệu hóa do thiết kế cách ly kém.

Điều khoản đặc tả mua sắm:
Các van cách ly nên ưu tiên không được lắp đặt ở phía thượng lưu hoặc hạ lưu của van an toàn cryogenic. Nếu yêu cầu quy trình bắt buộc phải thực hiện cách ly, thì cấu hình phải sử dụng các phương án mở rãnh (carve-open), khóa ở vị trí mở (lock-open) hoặc hai van chặn kèm xả (double-block-and-bleed) nhằm đảm bảo luôn có ít nhất một đường xả sẵn sàng hoạt động. Bất kỳ van điều khiển thủ công nào trên đường ống xả đều phải được khóa ở vị trí mở hoặc mở rãnh (carve-open), đồng thời được đánh dấu vĩnh viễn: “Đường ống xả van an toàn – Không được đóng”. Các thành phần phi tiêu chuẩn như nút xả đặc biệt phải có hướng dẫn vận hành vĩnh viễn. Nhà cung cấp phải cung cấp sơ đồ lắp đặt và cách ly để kỹ sư an toàn quy trình của Bên mua xem xét.

Phần 6. Đóng vòng an toàn: Độ ổn định vật liệu và van an toàn cryogenic

Độ ổn định của thép không gỉ austenitic đảm bảo rằng các bình chứa và các bộ phận chịu áp lực không trở nên giòn ở nhiệt độ cryogenic. Van an toàn cryogenic đảm bảo hệ thống không bị vỡ do quá áp. Hai chức năng này bổ trợ lẫn nhau và đều quan trọng như nhau.

Khuyến nghị thực tiễn nhất cho các dự án LH2/LHe là đưa vào đặc tả mua van an toàn cryogenic ba yêu cầu sau:

• Vật liệu có nhiệt độ Ms ≤ nhiệt độ vận hành

• Hiệu năng chu kỳ cryogenic đã được xác minh

• Cấu hình cách ly ngăn ngừa sai sót của con người

Các yêu cầu này mang ý nghĩa thiết thực hơn so với việc chỉ trích dẫn một số tiêu chuẩn. Chúng cần được đặt trong phần “Yêu cầu kỹ thuật” dưới dạng các điều khoản độc lập, chứ không được ẩn dưới phần “Yêu cầu chung”.

Kết luận

Đối với van an toàn cryogenic dùng trong môi trường hydro lỏng ở −253°C và heli lỏng ở −269°C, hiện chưa tồn tại giải pháp thương mại sẵn có mang tính phổ quát. Việc tính toán vật liệu, thử nghiệm ở nhiệt độ thấp, độ tin cậy của gioăng kín và cách ly hệ thống đều phải được xác minh đồng bộ.

δ biểu thị nguy cơ chuyển pha martensit.
Ms xác định ngưỡng nhiệt độ vận hành tối thiểu.
Dữ liệu chu kỳ cryogenic chứng minh độ tin cậy của gioăng kín sau nhiều lần vận hành lặp lại.
Các yêu cầu về cách ly và mở khóa ngăn chặn các yếu tố con người vô hiệu hóa đường giải áp.

Sự đảm bảo an toàn thực sự cho van an toàn cryogenic trong điều kiện nhiệt độ cực thấp nằm ở sự kết hợp của:

• Phân tích hóa học thực tế

• Kết quả thử nghiệm va đập ở nhiệt độ thấp

• Kiểm soát ferit

• Xác minh hiệu năng chu kỳ cryogenic

• Thiết kế cách ly và phòng tránh sai sót

Đây là tiêu chí kỹ thuật cốt lõi đối với van an toàn cryogenic trong dịch vụ hydro lỏng và heli lỏng, đồng thời là cơ sở thiết yếu cho hoạt động an toàn và đáng tin cậy của các hệ thống hydro và heli ở nhiệt độ siêu thấp.