Bu icmal hidrogen paylanması üçün boru sistemlərinin təhlükəsiz dizaynı üçün tövsiyələr verir.
Hidrogen sızma meyli yüksək olan çox uçucu mayedir.Bu, çox təhlükəli və ölümcül meyllərin birləşməsidir, idarə etmək çətin olan uçucu bir mayedir.Bunlar materialları, contaları və möhürləri, eləcə də bu cür sistemlərin dizayn xüsusiyyətlərini seçərkən nəzərə alınmalı olan tendensiyalardır.Qaz halında olan H2-nin paylanması ilə bağlı bu mövzular H2, maye H2 və ya maye H2 istehsalı deyil, bu müzakirənin diqqət mərkəzindədir (sağ yan panelə baxın).
Hidrogen və H2-hava qarışığını anlamanıza kömək edəcək bir neçə əsas məqam var.Hidrogen iki şəkildə yanır: deflagrasiya və partlayış.
deflagrasiya.Deflaqrasiya ümumi yanma rejimidir ki, burada alovlar qarışıqda səsdən aşağı sürətlə hərəkət edir.Bu, məsələn, hidrogen-hava qarışığının sərbəst buludu kiçik bir alovlanma mənbəyi tərəfindən alovlandıqda baş verir.Bu halda, alov saniyədə on-bir neçə yüz fut sürətlə hərəkət edəcək.İsti qazın sürətlə genişlənməsi gücü buludun ölçüsünə mütənasib olan təzyiq dalğaları yaradır.Bəzi hallarda, zərbə dalğasının gücü bina strukturlarına və yolundakı digər obyektlərə zərər vermək və yaralanmaya səbəb olmaq üçün kifayətdir.
partlatmaq.Partlayış zamanı alovlar və şok dalğaları səsdən yüksək sürətlə qarışıqdan keçdi.Bir detonasiya dalğasında təzyiq nisbəti detonasiya ilə müqayisədə çox böyükdür.Artan güc səbəbindən partlayış insanlar, binalar və yaxınlıqdakı obyektlər üçün daha təhlükəlidir.Normal deflagrasiya qapalı məkanda alovlandıqda partlayışa səbəb olur.Belə dar bir ərazidə alovlanma ən az enerji ilə baş verə bilər.Ancaq hidrogen-hava qarışığının qeyri-məhdud bir məkanda partlaması üçün daha güclü bir alovlanma mənbəyi tələb olunur.
Hidrogen-hava qarışığında detonasiya dalğası boyunca təzyiq nisbəti təxminən 20-dir. Atmosfer təzyiqində 20 nisbəti 300 psi-dir.Bu təzyiq dalğası stasionar cisimlə toqquşduqda təzyiq nisbəti 40-60-a qədər artır.Bu, stasionar maneədən gələn təzyiq dalğasının əks olunması ilə bağlıdır.
Sızma meyli.Aşağı özlülüyünə və aşağı molekulyar çəkisinə görə, H2 qazı müxtəlif materiallara sızmağa və hətta nüfuz etməyə və ya nüfuz etməyə yüksək meyllidir.
Hidrogen təbii qazdan 8 dəfə, havadan 14 dəfə, propandan 22 dəfə və benzin buxarından 57 dəfə yüngüldür.Bu o deməkdir ki, açıq havada quraşdırıldıqda, H2 qazı sürətlə yüksələcək və dağılacaq, hətta sızma əlamətlərini də azaldır.Ancaq iki tərəfli qılınc ola bilər.Qaynaqdan əvvəl sızma aşkarlama tədqiqatı aparılmadan H2 sızmasının yuxarısında və ya aşağısında açıq hava qurğusunda qaynaq aparılarsa, partlayış baş verə bilər.Qapalı məkanda H2 qazı yuxarı qalxa və tavandan aşağı toplana bilər, bu, yerə yaxın alovlanma mənbələri ilə təmasda olma ehtimalı daha yüksək olana qədər onun böyük həcmdə yığılmasına imkan verən bir vəziyyətdir.
Təsadüfi yanğın.Öz-özünə alovlanma, qazların və ya buxarların qarışığının xarici alovlanma mənbəyi olmadan özbaşına alovlandığı bir hadisədir.O, həmçinin "özbaşına yanma" və ya "özbaşına yanma" kimi də tanınır.Öz-özünə alovlanma təzyiqdən deyil, temperaturdan asılıdır.
Öz-özünə alovlanma temperaturu hava və ya oksidləşdirici maddə ilə təmasda olduqda xarici alovlanma mənbəyi olmadıqda yanacağın alovlanmadan əvvəl öz-özünə alov alacağı minimum temperaturdur.Tək bir tozun öz-özünə alovlanma temperaturu oksidləşdirici maddə olmadıqda onun öz-özünə alovlandığı temperaturdur.Havada qaz halında olan H2-nin öz-özünə alovlanma temperaturu 585°C-dir.
Alovlanma enerjisi, yanan bir qarışıqda alovun yayılmasına başlamaq üçün tələb olunan enerjidir.Minimum alovlanma enerjisi müəyyən bir yanan qarışığı müəyyən temperatur və təzyiqdə alovlandırmaq üçün tələb olunan minimum enerjidir.1 atm havada qaz halında olan H2 üçün minimum qığılcım alovlanma enerjisi = 1,9 × 10-8 BTU (0,02 mJ).
Partlayıcı hədlər partlayışın baş verdiyi havada və ya oksigendə buxarların, dumanların və ya tozların maksimum və minimum konsentrasiyasıdır.Ətraf mühitin ölçüsü və həndəsəsi, eləcə də yanacağın konsentrasiyası məhdudiyyətlərə nəzarət edir.“Partlayış həddi” bəzən “partlayış həddi”nin sinonimi kimi istifadə olunur.
Havada H2 qarışıqları üçün partlayıcı həddi 18,3 həcm% (aşağı hədd) və 59 həcm% (yuxarı hədd) təşkil edir.
Boru kəmərləri sistemlərini layihələndirərkən (Şəkil 1), ilk addım hər bir maye növü üçün lazım olan tikinti materiallarını müəyyən etməkdir.Və hər bir maye ASME B31.3 bəndinə uyğun olaraq təsnif ediləcək.300(b)(1)-də deyilir: “Sahibi həmçinin D, M siniflərini, yüksək təzyiqli və yüksək təmizlikli boru kəmərlərini təyin etmək və müəyyən keyfiyyət sistemindən istifadə edilib-edilmədiyini müəyyən etmək üçün məsuliyyət daşıyır.”
Mayenin təsnifatı sınaq dərəcəsini və tələb olunan sınaq növünü, həmçinin maye kateqoriyasına əsaslanan bir çox digər tələbləri müəyyən edir.Bunun üçün sahibinin məsuliyyəti adətən sahibin mühəndislik şöbəsinə və ya kənar mühəndisə düşür.
B31.3 Proses Boru Kəməri Məcəlləsi sahibinə konkret maye üçün hansı materialdan istifadə ediləcəyini söyləməsə də, möhkəmlik, qalınlıq və materialın birləşdirilməsi tələbləri ilə bağlı təlimat verir.Kodeksin girişində açıq şəkildə ifadə olunan iki ifadə də var:
Və yuxarıdakı birinci abzasın B31.3 bəndini genişləndirin.300(b)(1) bəndində də deyilir: “Boru kəməri qurğusunun sahibi bu Məcəlləyə riayət etmək və boru kəmərinin bir hissəsi olduğu bütün mayelərin emalı və ya prosesini tənzimləyən layihələndirmə, tikinti, yoxlama, yoxlama və sınaq tələblərinin müəyyən edilməsi üçün yalnız məsuliyyət daşıyır.Quraşdırma.”Beləliklə, məsuliyyət üçün bəzi əsas qaydaları və maye xidmət kateqoriyalarını müəyyən etmək üçün tələbləri müəyyən etdikdən sonra, hidrogen qazının harada uyğunlaşdığını görək.
Hidrogen qazı sızma ilə uçucu maye rolunu oynadığından, hidrogen qazı maye xidməti üçün normal maye və ya B31.3 kateqoriyasına uyğun olaraq M sinfi maye hesab edilə bilər.Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, maye ilə işləmənin təsnifatı B31.3-ün 3-cü bəndində təsvir edilmiş seçilmiş kateqoriyalar üçün təlimatlara cavab verməsi şərti ilə sahibinin tələbidir. 300.2 “Hidravlik xidmətlər” bölməsindəki anlayışlar.Aşağıdakılar normal maye xidməti və M sinfi maye xidməti üçün təriflərdir:
“Normal Maye Xidməti: Bu koda tabe olan əksər boru kəmərlərinə tətbiq olunan maye xidməti, yəni D, M sinifləri, yüksək temperatur, yüksək təzyiq və ya yüksək maye təmizliyi üçün qaydalara tabe deyil.
(1) Mayenin toksikliyi o qədər böyükdür ki, sızma nəticəsində yaranan çox az miqdarda mayenin bir dəfəyə məruz qalması, hətta dərhal bərpa tədbirləri görülsə belə, nəfəs alan və ya onunla təmasda olan şəxslər üçün ciddi daimi zədələrə səbəb ola bilər.qəbul
(2) Boru kəmərinin dizaynını, təcrübəsini, iş şəraitini və yerini nəzərə alaraq, sahibi müəyyən edir ki, mayenin normal istifadəsi üçün tələblər personalı təsirdən qorumaq üçün lazım olan sıxlığı təmin etmək üçün kifayət deyil.”
M-nin yuxarıdakı tərifində hidrogen qazı (1) bəndinin meyarlarına cavab vermir, çünki o, zəhərli maye hesab edilmir.Bununla belə, (2) yarımbəndini tətbiq etməklə, Kodeks “...boru kəmərlərinin dizaynı, təcrübəsi, iş şəraiti və yeri...” lazımi qaydada nəzərə alındıqdan sonra hidravlik sistemlərin M sinfinə aid edilməsinə icazə verir.Tələblər hidrogen qazı boru sistemlərinin layihələndirilməsi, tikintisi, yoxlanılması, yoxlanılması və sınaqdan keçirilməsində daha yüksək səviyyəli bütövlük ehtiyacını ödəmək üçün kifayət deyil.
Yüksək Temperatur Hidrogen Korroziyasını (HTHA) müzakirə etməzdən əvvəl Cədvəl 1-ə baxın.Kodlar, standartlar və qaydalar bu cədvəldə verilmişdir, bu cədvələ hidrogen kövrəkləşməsi (HE), HTHA-nın daxil olduğu ümumi korroziya anomaliyası mövzusunda altı sənəd daxildir.OH aşağı və yüksək temperaturda baş verə bilər.Korroziyanın bir forması hesab edilən bu, bir neçə yolla başlana bilər və həmçinin geniş çeşidli materiallara təsir göstərə bilər.
HE-nin müxtəlif formaları var, bunlar hidrogen krekinqinə (HAC), hidrogen gərginliyi krekinliyinə (HSC), gərginlik korroziya krekinqinə (SCC), hidrogen korroziya krekinqinə (HACC), hidrogen köpürməsinə (HB), hidrogen krekinqinə (HIC) bölünə bilər.)), stress yönümlü hidrogen krekinqi (SOHIC), mütərəqqi krekinq (SWC), sulfid gərginliyi krekinqi (SSC), yumşaq zona krekinqi (SZC) və yüksək temperaturlu hidrogen korroziyası (HTHA).
Ən sadə formada, hidrogen kövrəkliyi metal taxıl sərhədlərinin məhv edilməsi mexanizmidir, atom hidrogeninin nüfuz etməsi səbəbindən elastikliyin azalması ilə nəticələnir.Bunun baş vermə yolları müxtəlifdir və qismən öz adları ilə müəyyən edilir, məsələn, kövrəkləşmə üçün eyni vaxtda yüksək temperatur və yüksək təzyiqli hidrogenin lazım olduğu HTHA və atomik hidrogenin qapalı qazlar və hidrogen kimi istehsal edildiyi SSC kimi.turşu korroziyasına görə onlar metal qutulara sızırlar, bu da kövrəkliyə səbəb ola bilər.Lakin ümumi nəticə yuxarıda təsvir edilən bütün hidrogen kövrəkliyi halları ilə eynidir, burada metalın gücü onun icazə verilən gərginlik diapazonundan aşağı kövrəkləşmə ilə azalır və bu da öz növbəsində mayenin dəyişkənliyini nəzərə alaraq potensial fəlakətli hadisə üçün zəmin yaradır.
Divar qalınlığı və mexaniki birləşmə performansına əlavə olaraq, H2 qaz xidməti üçün material seçərkən iki əsas amil nəzərə alınmalıdır: 1. Yüksək temperaturlu hidrogenə (HTHA) məruz qalma və 2. Potensial sızma ilə bağlı ciddi narahatlıqlar.Hazırda hər iki mövzu müzakirə olunur.
Molekulyar hidrogendən fərqli olaraq, atom hidrogen genişlənə bilər, hidrogeni yüksək temperatur və təzyiqlərə məruz qoyaraq potensial HTHA üçün əsas yaradır.Bu şərtlər altında, atom hidrogen karbon polad boru materiallarına və ya avadanlıqlarına yayıla bilir, burada taxıl sərhədlərində metan qazı yaratmaq üçün metal məhlulda karbonla reaksiya verir.Qaçmaq mümkün olmayan qaz genişlənir, boruların və ya gəmilərin divarlarında çatlar və çatlar yaradır - bu HTGA-dır.8 ″ divarda çatların və çatların göründüyü Şəkil 2-də HTHA nəticələrini aydın görə bilərsiniz.Bu şərtlər altında uğursuz olan nominal ölçülü (NPS) borunun hissəsi.
İşləmə temperaturu 500°F-dən aşağı olduqda karbon polad hidrogen xidməti üçün istifadə edilə bilər.Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, HTHA hidrogen qazı yüksək qismən təzyiq və yüksək temperaturda saxlandıqda baş verir.Hidrogen qismən təzyiqinin 3000 psi ətrafında olacağı və temperaturun təxminən 450°F-dən yuxarı olacağı gözlənildikdə karbon poladı tövsiyə edilmir (bu, Şəkil 2-dəki qəza vəziyyətidir).
Qismən API 941-dən götürülmüş Şəkil 3-də dəyişdirilmiş Nelson planından göründüyü kimi, yüksək temperatur hidrogenin məcbur edilməsinə ən çox təsir edir.500 ° F-ə qədər temperaturda işləyən karbon çelikləri ilə istifadə edildikdə hidrogen qazının qismən təzyiqi 1000 psi-dən çox ola bilər.
Şəkil 3. Bu dəyişdirilmiş Nelson cədvəli (API 941-dən uyğunlaşdırılmışdır) müxtəlif temperaturlarda hidrogen xidməti üçün uyğun materialları seçmək üçün istifadə edilə bilər.
Əncirdə.3 iş temperaturu və hidrogenin qismən təzyiqindən asılı olaraq, hidrogen hücumundan qaçınmaq üçün zəmanət verilən çeliklərin seçimini göstərir.Ostenitik paslanmayan poladlar HTHA-ya qarşı həssasdır və bütün temperatur və təzyiqlərdə qənaətbəxş materiallardır.
Austenitic 316/316L paslanmayan polad hidrogen tətbiqləri üçün ən praktik materialdır və sübut edilmiş təcrübəyə malikdir.Qaynaq zamanı qalıq hidrogeni kalsinasiya etmək və qaynaqdan sonra istilik təsir zonasının (HAZ) sərtliyini azaltmaq üçün karbon çelikləri üçün qaynaqdan sonrakı istilik müalicəsi (PWHT) tövsiyə edilsə də, austenitik paslanmayan poladlar üçün tələb olunmur.
İstilik müalicəsi və qaynaq nəticəsində yaranan termotermik təsirlər ostenitik paslanmayan poladların mexaniki xüsusiyyətlərinə az təsir göstərir.Bununla belə, soyuq işləmə ostenitik paslanmayan poladların möhkəmlik və sərtlik kimi mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər.Ostenitik paslanmayan poladdan boruların əyilməsi və formalaşması zamanı onların mexaniki xüsusiyyətləri dəyişir, o cümlədən materialın plastikliyinin azalması.
Ostenitik paslanmayan polad soyuq formalaşdırma tələb edirsə, məhlulun yumşaldılması (təxminən 1045°C-yə qədər qızdırıldıqdan sonra söndürmə və ya sürətli soyutma) materialın mexaniki xassələrini ilkin dəyərlərinə qaytaracaq.O, həmçinin soyuq işdən sonra əldə edilən ərintinin seqreqasiyasını, həssaslaşmasını və siqma fazasını aradan qaldıracaq.Məhlulun yumşaldılmasını həyata keçirərkən nəzərə alın ki, düzgün işlənmədikdə sürətli soyutma materialda qalıq stressi geri qaytara bilər.
H2 xidməti üçün məqbul material seçimləri üçün ASME B31-də GR-2.1.1-1 Boru və Boruların Montajı Materialının Spesifikasiyası İndeksi və GR-2.1.1-2 Boru Kəməri Materialının Spesifikasiyası İndeksi cədvəllərinə baxın.borular başlamaq üçün yaxşı yerdir.
Standart atom çəkisi 1,008 atom kütlə vahidi (amu) olan hidrogen dövri cədvəldə ən yüngül və ən kiçik elementdir və buna görə də əlavə edə bilərəm ki, potensial dağıdıcı nəticələrlə sızmağa yüksək meyllidir.Buna görə də, qaz kəməri sistemi mexaniki tipli birləşmələri məhdudlaşdıracaq və həqiqətən ehtiyac duyulan əlaqələri yaxşılaşdıracaq şəkildə tərtib edilməlidir.
Potensial sızma nöqtələrini məhdudlaşdırarkən, avadanlıq, boru elementləri və fitinqlər üzərində flanşlı birləşmələr istisna olmaqla, sistem tamamilə qaynaq edilməlidir.Yivli birləşmələrdən, tamamilə olmasa da, mümkün qədər qaçınmaq lazımdır.Hər hansı bir səbəbdən yivli birləşmələrdən qaçınmaq mümkün deyilsə, onları iplik sızdırmazlığı olmadan tam şəkildə bağlamaq və sonra qaynağı möhürləmək tövsiyə olunur.Karbon polad borudan istifadə edərkən, boru birləşmələri quyruq qaynaqlı və qaynaqdan sonrakı istiliklə müalicə edilməlidir (PWHT).Qaynaqdan sonra istilikdən təsirlənən zonada (HAZ) borular hətta ətraf mühitin temperaturunda da hidrogen hücumuna məruz qalır.Hidrogen hücumu ilk növbədə yüksək temperaturda baş versə də, PWHT mərhələsi hətta ətraf mühit şəraitində belə bu ehtimalı tamamilə azaldacaq, hətta aradan qaldıracaq.
Bütün qaynaqlı sistemin zəif nöqtəsi flanş bağlantısıdır.Flanş birləşmələrində yüksək dərəcədə sıxlığı təmin etmək üçün Kammprofile contaları (şək. 4) və ya başqa formada contalardan istifadə edilməlidir.Bir neçə istehsalçı tərəfindən demək olar ki, eyni şəkildə hazırlanmış bu ped çox bağışlayıcıdır.Yumşaq, deformasiya olunan sızdırmazlıq materialları arasında sıxışdırılmış dişli tam metal halqalardan ibarətdir.Dişlər daha az gərginliklə sıx uyğunlaşma təmin etmək üçün boltun yükünü daha kiçik bir sahədə cəmləşdirir.O, qeyri-bərabər flanş səthlərini, eləcə də dəyişən iş şəraitini kompensasiya edə biləcək şəkildə hazırlanmışdır.
Şəkil 4. Kammprofile contaları hər iki tərəfdən yumşaq doldurucu ilə birləşdirilmiş metal nüvəyə malikdir.
Sistemin bütövlüyünün digər mühüm amili klapandır.Kök möhürünün və gövdə flanşlarının ətrafındakı sızmalar əsl problemdir.Bunun qarşısını almaq üçün körük möhürü olan bir klapan seçmək tövsiyə olunur.
1 düym istifadə edin.Məktəb 80 karbon polad borusu, aşağıdakı nümunəmizdə, ASTM A106 Gr B-yə uyğun olaraq istehsal dözümlülükləri, korroziya və mexaniki dözümlülüklər nəzərə alınmaqla, maksimum icazə verilən iş təzyiqi (MAWP) 300 ° F-ə qədər olan temperaturda iki addımda hesablana bilər (Qeyd: "..." səbəbi, 300 ° F-ə qədər olan temperaturda (Qeyd: 300 ° F-ə qədər olan temperaturda, ASTM 6M-ə qədər olan gərginlik Gr B-yə uyğun olaraq) temperatur 300ºF.(S)-dən çox olduqda pisləşməyə başlayır, buna görə də (1) tənlik 300ºF-dən yuxarı temperaturlara uyğunlaşma tələb edir.)
Formula (1) istinad edərək, ilk addım boru kəmərinin nəzəri partlama təzyiqini hesablamaqdır.
T = boru divarının qalınlığı mənfi mexaniki, korroziya və istehsal toleransları, düymlə.
Prosesin ikinci hissəsi tənliyə (2) uyğun olaraq P nəticəsinə təhlükəsizlik əmsalı S f tətbiq etməklə boru kəmərinin maksimum icazə verilən iş təzyiqi Pa-nın hesablanmasıdır:
Beləliklə, 1 ″ məktəb 80 materialından istifadə edərkən partlayış təzyiqi aşağıdakı kimi hesablanır:
Daha sonra ASME Təzyiqli Gəmi Tövsiyələri Bölməsi VIII-1 2019, Paraqraf 8-ə uyğun olaraq 4 təhlükəsizlik Sf tətbiq edilir. UG-101 aşağıdakı kimi hesablanır:
Nəticədə əldə edilən MAWP dəyəri 810 psi-dir.düym yalnız boruya aiddir.Sistemdə ən aşağı reytinqə malik olan flanş bağlantısı və ya komponent sistemdə icazə verilən təzyiqin müəyyən edilməsində müəyyənedici amil olacaqdır.
ASME B16.5-ə görə, 150 karbon polad flanş fitinqləri üçün icazə verilən maksimum iş təzyiqi 285 psi-dir.düym -20°F ilə 100°F arasında.Class 300 740 psi maksimum icazə verilən iş təzyiqinə malikdir.Bu, aşağıdakı material spesifikasiyası nümunəsinə uyğun olaraq sistemin təzyiq limiti faktoru olacaqdır.Həmçinin, yalnız hidrostatik sınaqlarda bu dəyərlər 1,5 dəfədən çox ola bilər.
Əsas karbon polad material spesifikasiyasına misal olaraq, 740 psi dizayn təzyiqindən aşağı ətraf temperaturunda işləyən H2 qaz xidmət xəttinin spesifikasiyası.düym, Cədvəl 2-də göstərilən material tələblərini ehtiva edə bilər. Aşağıdakılar spesifikasiyaya diqqət yetirilməsini tələb edə bilən növlərdir:
Boru kəmərinin özündən başqa, fitinqlər, klapanlar, xətt avadanlığı və s. kimi boru sistemini təşkil edən bir çox element var. Bu elementlərin bir çoxu onları ətraflı müzakirə etmək üçün bir boru kəmərində birləşdirilsə də, bunun üçün yerləşdirilə biləndən daha çox səhifə tələb olunacaq.Bu məqalə.