氢是高活性和高爆炸性的，并且由人类已知的最小分子组成。

在考虑使用氢气的应用程序的阀门时，必须记住这种气体的特性，以及危险性。

能源的挑战

由于氢具有的势能，以及其小分子尺寸，氢应用对阀门设计人员提出了许多挑战。因此，氢气阀门应有最佳的材料、最高质量铸件和最严格的加工公差。

氢气管道有三个基本环境。第一个是常温管道，从生产的地方输送纯氢到其最终消耗点。第二个，有时也是最艰难的环境，是在炼制厂中低温应用，在那里氢只占了生产线中流体化学反应的一部分。第三个是高温氢应用，在那里氢再次只是流体化学反应的一部分。从腐蚀的角度来看，第二和第三种环境是迄今为止最艰难的环境。

大多数阀门类型在氢气工作中都很好，只要它们具有良好的关闭能力。这一要求可能意味着阀座表面可能需要额外的研磨或研磨以提高密封性。如果不涉及高温，可使用弹性阀座、密封件或阀座嵌入件来帮助密封更紧密。在氢气行业最不受欢迎的一种阀门是回转式止回阀，其阀座机构不理想，无法有效地用于密封气体，特别是氢气。

铸件需要额外检查

许多阀门的铸件为承压件，因此这些铸件需要比常规铸件的检查要求更高，以确保它们能适用于小分子的氢。铸件的评价采用四种主要无损检测技术。第一个是目视检查，至少应符合制造商标准化协会（MSS）、SP-55的要求，《阀门、法兰、管件和其他管道部件用铸钢件质量标准》——评定表面不规则性的目视方法。在评估铸件外观时，SP-55中列出的验收标准被视为起点。通常，最终用户规定在氢应用中的表面光洁度评估会更加严格，尤其是暴露于工艺流体中的阀门铸件内部区域。

磁粉探伤用于检测表面和轻微亚表面铸件不规则。本试验是根据美国机械工程师学会（ASME）和MSS标准进行的。由于它依赖于磁化待检查的表面，因此只能对铁合金进行磁粉检测。

着色探伤（PT）也按照ASME和/或MSS标准进行。PT检查是多功能的，因为它可以用于所有材料，而不仅仅是黑色合金。PT用着色剂涂在材料的表面，着色剂渗入受损部位。放置一段时间后将表面的着色剂冲洗掉。在已经清洗干净的表面涂上显影剂，损伤部位由于着色剂渗入其中从而看得一清二楚。

最重要的铸造评价方法是射线探伤。这可以用带电x射线机或放射性同位素来完成。射线照相技术按照ASME和/或MSS标准进行。射线照相被认为是一种体积检查，因为它评估铸件的亚表面质量或体积。射线照相者使用比较射线照相来评估他们认为胶片上的暗区的缺陷。这些可以是线性或圆形的指示。通过对缺陷的分析和对特定分级参考射线照片的对比，可以确定潜在的铸件空洞或缺陷。

参考射线照片包含不同程度的缺陷严重程度，从1到5，其中1最好，5最坏。许多最终用户根据应用程序的参数指定了特定的最大严重程度级别。大多数应用中，有的用户会接受3-4级，而诸如核装置等苛刻的应用中则需要几乎零缺陷铸件。

氢应用验收标准通常介于标准验收标准（3-4级）和最高要求核级应用（1级）之间。氢应用中许多缺陷类型的通用验收标准为2级。该等级要求经过特殊制造和检验的铸件或通过检查和焊接修复按要求升级的铸件。

炼制应用中的腐蚀问题

氢气是关键精炼工艺的常用原料，包括一些专注于生产低硫燃料的工艺。加氢裂化、加氢处理和氢化处理等常用的精炼工艺都需要稳定的氢气供应。其他炼油过程也产生副产品氢。

高温和高压是炼油过程中需要特别注意的两个参数。当氢作为工艺流体时，对安全性和完整性的关注变得更大。高温高压氢气会导致一种称为氢腐蚀的失效模式，即碳钢和合金钢在这些条件下暴露于氢气中。氢进入钢中，与碳反应生成甲烷（CH4）。当工作温度高于392°F（200°C）时，这可能导致裂纹和裂缝的形成。

另一种与氢应用相关的失效模式主要发生在低强度合金中，当原子氢扩散到内部缺陷（如空洞或叠片）中，然后作为分子氢沉淀。这种现象产生的内部压力非常大，如果发生在金属表面附近，就会产生气泡。

然而，就像金属表面的气泡一样具有破坏性，最隐匿的氢损伤形式可能被称为氢脆。当金属硬度为22 HRC（洛氏硬度C）或更大时，这通常发生在接近环境温度的情况下。在持续载荷和氢含量低于百万分之一百的情况下，它会导致正常韧性钢的脆性断裂。

由于钢的氢渗透性，每一步都必须确保阀门的母材具有最高的均匀性。这就是为什么需要高质量、近乎无缺陷的铸件。这也是锻造材料之所以受到高度重视的原因，因为它们的结构更加紧凑、致密，而且没有内部缺陷。

正确的焊接程序

在阀门制造中，通常采用焊接工艺。如果最终工作流体是氢，则必须采取特殊预防措施并遵循程序，以确保完好的金属不易受到任何氢损坏。最好的做法是确保产生湿气的氢气不会通过填充材料或焊接环境进入焊件。例如，电极应保存在加热的容器中，直到需要时，使其干燥。此外，要焊接的零件应不含碳氢化合物，如油脂和机油。在高湿度环境中焊接也可能是破坏性氢的来源。焊接或热成形后适当的热处理可以防止残留在金属中的不规则氢。但是，在焊后热处理过程中，焊接件和热影响区的冷却速度不能过快，否则可能会发生额外的损坏。

氢气管道

由于炼油厂使用的氢气越来越多，因此充分分配氢气的需求变得至关重要。为此，氢气生产商一直在铺设管道网络，将生产工厂与炼油厂用户连接起来。这些管道由于其货物的危险性，必须符合严格的设计和安全准则。这些氢气管道有几个网络，其中最长、最复杂的位于墨西哥湾沿岸，连接德克萨斯州的德克萨斯市和密西西比州的帕斯卡古拉。

2009年，美国机械工程师协会（ASME）制定了B16.12《氢气管道和管道》，这是一项涵盖设计、制造、检验和安装的标准。除了规定管道要求外，本文件还包括工业氢气管道的要求。由于输送管道在环境温度下输送纯氢，因此对氢损害的担忧并没有那么大。然而，这些管道在人口稠密地区穿行，因此必须格外小心以确保完整性。B16.12对铸件的完整性要求非常严格，要求大多数缺陷类型的射线探伤验收标准为2级。

所有用于氢气管道的API 6D阀门都需要按照API 6D附录C，第C4段。非6D阀门必须符合API 598的试验标准，也必须使用氦气作为试验介质。

氢气应用中阀门的另一个问题是阀杆和垫片泄漏的可能性。高温氢密封很难实现，需要最高质量的石墨填料以及阀杆和填料函的严格公差。有时这还不够，就需要波纹管密封阀。

垫圈也必须仔细选择和安装。100%有效垫圈的最佳解决方案是完全没有垫圈，这就是为什么焊接阀盖阀门非常适合氢气应用的原因。消除所有潜在氢气泄漏路径的最佳选择是承插焊接或对焊端、波纹管密封、焊接阀盖阀门。但是，这种配置通常限于NPS 2及更小的尺寸。

 如今，氢气应用中的阀门被用于炼油工业的许多应用以及输送氢气的管道。然而，明天氢的使用量将大幅增加，这将伴随着对这些专用阀门的更大需求。这在一定程度上是因为氢是一种更清洁的车辆燃料来源，而我们现在正处在氢动力运输领域巨大增长的尖端。数百或数千个加氢设施的建立将需要大量的高完整性氢气服务阀。