Ĉi tiu superrigardo provizas rekomendojn por la sekura dezajno de tubaj sistemoj por hidrogena distribuo.
Hidrogeno estas tre volatila likvaĵo kun alta tendenco liki.Ĝi estas tre danĝera kaj mortiga kombinaĵo de tendencoj, volatila likvaĵo, kiun malfacilas kontroli.Ĉi tiuj estas tendencoj por konsideri dum elektado de materialoj, gargoj kaj sigeloj, same kiel la dezajnaj trajtoj de tiaj sistemoj.Ĉi tiuj temoj pri la distribuado de gasa H2 estas la fokuso de ĉi tiu diskuto, ne la produktado de H2, likva H2 aŭ likva H2 (vidu dekstran flankmenuon).
Jen kelkaj ŝlosilaj punktoj por helpi vin kompreni la miksaĵon de hidrogeno kaj H2-aero.Hidrogeno brulas en du manieroj: deflagracio kaj eksplodo.
deflagracio.Deflagracio estas ofta brulreĝimo en kiu flamoj vojaĝas tra la miksaĵo ĉe subsonaj rapidecoj.Tio okazas, ekzemple, kiam libera nubo de hidrogeno-aera miksaĵo estas ekbruligita per malgranda ekbruliga fonto.En ĉi tiu kazo, la flamo moviĝos kun rapideco de dek ĝis kelkcent futoj je sekundo.La rapida ekspansio de varma gaso kreas premondojn kies forto estas proporcia al la grandeco de la nubo.En iuj kazoj, la forto de la ŝokondo povas sufiĉi por damaĝi konstruaĵojn kaj aliajn objektojn sur ĝia vojo kaj kaŭzi vundon.
eksplodi.Kiam ĝi eksplodis, flamoj kaj ŝokondoj vojaĝis tra la miksaĵo kun supersonaj rapidecoj.La premoproporcio en detonacia ondo estas multe pli granda ol en detonacio.Pro la pliigita forto, la eksplodo estas pli danĝera por homoj, konstruaĵoj kaj proksimaj objektoj.Normala deflagracio kaŭzas eksplodon kiam ekbruligita en malvasta spaco.En tia mallarĝa areo, ekbruligo povas esti kaŭzita de la plej malgranda kvanto de energio.Sed por la detonacio de hidrogeno-aera miksaĵo en senlima spaco, necesas pli potenca ekbruliga fonto.
La premproporcio trans la detonacia ondo en hidrogeno-aera miksaĵo estas proksimume 20. Ĉe atmosfera premo, rilatumo de 20 estas 300 psio.Kiam ĉi tiu premondo kolizias kun senmova objekto, la premoproporcio pliiĝas al 40-60.Tio estas pro la reflektado de premondo de senmova malhelpo.
Tendenco liki.Pro ĝia malalta viskozeco kaj malalta molekula pezo, H2-gaso havas altan emon liki kaj eĉ trapenetri aŭ penetri diversajn materialojn.
Hidrogeno estas 8 fojojn pli malpeza ol tergaso, 14 fojojn pli malpeza ol aero, 22 fojojn pli malpeza ol propano kaj 57 fojojn pli malpeza ol benzina vaporo.Ĉi tio signifas, ke instalite ekstere, la H2-gaso rapide leviĝos kaj disiĝos, reduktante iujn ajn signojn de eĉ likoj.Sed ĝi povas esti dutranĉa glavo.Eksplodo povas okazi se veldado estas farota sur subĉiela instalaĵo super aŭ laŭvente de H2-liko sen lika detektostudo antaŭ veldado.En enfermita spaco, H2-gaso povas pliiĝi kaj akumuliĝi de la plafono malsupren, kondiĉo kiu permesas al ĝi konstrui ĝis grandaj volumoj antaŭ esti pli verŝajna veni en kontakton kun sparkfontoj proksime de la grundo.
Hazarda fajro.Memflamado estas fenomeno en kiu miksaĵo de gasoj aŭ vaporoj ekbruligas spontane sen ekstera fonto de ekbruligo.Ĝi ankaŭ estas konata kiel "spontana brulado" aŭ "spontana brulado".Membruligo dependas de temperaturo, ne de premo.
La aŭtoŝaltita temperaturo estas la minimuma temperaturo ĉe kiu brulaĵo spontanee ekbruligos antaŭ ekbruligo en la foresto de ekstera fonto de ekbruligo sur kontakto kun aero aŭ oksigena agento.La aŭtoŝaltita temperaturo de ununura pulvoro estas la temperaturo ĉe kiu ĝi spontanee ekbruligas en foresto de oksigena agento.La membruliga temperaturo de gasa H2 en aero estas 585 °C.
La ekenergio estas la energio necesa por komenci la disvastigon de flamo tra bruligebla miksaĵo.Minimuma ekbrulenergio estas la minimuma energio necesa por ekbruligi specialan bruligeblan miksaĵon ĉe speciala temperaturo kaj premo.Minimuma sparka ŝaltenergio por gasa H2 en 1 atm da aero = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Eksplodlimoj estas la maksimumaj kaj minimumaj koncentriĝoj de vaporoj, nebuloj aŭ polvoj en aero aŭ oksigeno ĉe kiuj okazas eksplodo.La grandeco kaj geometrio de la medio, same kiel la koncentriĝo de la brulaĵo, kontrolas la limojn."Eksplodlimo" foje estas uzata kiel sinonimo por "eksplodlimo".
La eksplodlimoj por H2-miksaĵoj en aero estas 18,3 vol.% (malsupera limo) kaj 59 vol.% (supera limo).
Dum desegnado de tubaj sistemoj (Figuro 1), la unua paŝo estas determini la konstrumaterialojn necesajn por ĉiu speco de fluido.Kaj ĉiu fluido estos klasifikita laŭ ASME B31.3-alineo.300 (b) (1) deklaras, "La posedanto ankaŭ respondecas pri determini klason D, M, altan premon kaj altpuran fajfadon, kaj determini ĉu speciala kvalitsistemo devus esti uzita."
Fluida kategoriigo difinas la gradon de testado kaj la tipon de testado postulata, same kiel multajn aliajn postulojn bazitajn sur la fluida kategorio.La respondeco de la posedanto por tio kutime falas al la inĝenieristiko de la posedanto aŭ subkontraktita inĝeniero.
Dum la B31.3-Proceza Piping-Kodo ne diras al la posedanto kiun materialon uzi por aparta fluido, ĝi donas gvidon pri forto, dikeco kaj materialaj konektpostuloj.Estas ankaŭ du deklaroj en la enkonduko al la kodo, kiuj klare deklaras:
Kaj pligrandigu la unuan alineon supre, paragrafon B31.3.300 (b) (1) ankaŭ deklaras: "La posedanto de duktoinstalaĵo estas nur respondeca por observado kun ĉi tiu Kodo kaj por establado de la dezajno, konstruo, inspektado, inspektado, kaj testado postuloj regante ĉiun fluidan manipuladon aŭ procezon de kiu la dukto estas parto.Instalado.”Do, post kiam starigis iujn bazajn regulojn por respondeco kaj postuloj por difini fluidajn servajn kategoriojn, ni vidu, kie hidrogena gaso taŭgas.
Ĉar hidrogengaso funkcias kiel volatila likvaĵo kun likoj, hidrogengaso povas esti konsiderita normala likvaĵo aŭ Class M-likvaĵo sub kategorio B31.3 por likva servo.Kiel dirite supre, la klasifiko de fluida uzado estas postulo de posedanto, kondiĉe ke ĝi plenumas la gvidliniojn por la elektitaj kategorioj priskribitaj en B31.3, paragrafo 3. 300.2 Difinoj en la sekcio "Hidaŭlikaj servoj".La sekvantaroj estas difinoj por normala fluidservo kaj Klaso M fluidservo:
“Normala Fluida Servo: Fluida servo aplikebla al la plej multaj tubaroj submetataj al ĉi tiu kodo, te ne submetita al regularoj por klasoj D, M, alta temperaturo, alta premo aŭ alta fluida pureco.
(1) La tokseco de la likvaĵo estas tiel granda, ke ununura eksponiĝo al tre malgranda kvanto de la likvaĵo kaŭzita de liko povas kaŭzi gravan konstantan vundon al tiuj, kiuj enspiras aŭ kontaktas ĝin, eĉ se tuj reakigaj mezuroj estas prenitaj.prenita
(2) Post pripensado de dukto-dezajno, sperto, operaciaj kondiĉoj kaj loko, la posedanto determinas, ke la postuloj por normala uzo de la likvaĵo ne sufiĉas por provizi la streĉecon necesan por protekti personaron kontraŭ malkovro.”
En ĉi-supra difino de M, hidrogena gaso ne plenumas la kriteriojn de paragrafo (1) ĉar ĝi ne estas konsiderata toksa likvaĵo.Tamen, aplikante subsekcion (2), la Kodo permesas la klasifikon de hidraŭlikaj sistemoj en klaso M post konvena konsidero de "... tuba dezajno, sperto, funkciigadkondiĉoj kaj loko..." La posedanto permesas la persistemon de normala fluida manipulado.La postuloj estas nesufiĉaj por renkonti la bezonon de pli alta nivelo de integreco en la dezajno, konstruado, inspektado, inspektado kaj testado de hidrogengasaj tubsistemoj.
Bonvolu raporti al Tabelo 1 antaŭ diskuti Alta Temperatura Hidrogena Korodo (HTHA).Kodoj, normoj kaj regularoj estas listigitaj en ĉi tiu tabelo, kiu inkluzivas ses dokumentojn pri la temo de hidrogenfragiliĝo (HE), ofta koroda anomalio kiu inkluzivas HTHA.OH povas okazi ĉe malaltaj kaj altaj temperaturoj.Konsiderita formo de korodo, ĝi povas esti komencita laŭ pluraj manieroj kaj ankaŭ influi larĝan gamon de materialoj.
HE havas diversajn formojn, kiuj povas esti dividitaj en hidrogenan krakadon (HAC), hidrogenan streĉan krakadon (HSC), streĉan korodan krakadon (SCC), hidrogenan korodan krakadon (HACC), hidrogenan bobeladon (HB), hidrogenan krakadon (HIC).)), streso orientita hidrogenfendeto (SOHIC), progresema krakado (SWC), sulfida stresfendado (SSC), mola zonfendado (SZC), kaj alta temperatura hidrogenkorodo (HTHA).
En ĝia plej simpla formo, hidrogenfragiliĝo estas mekanismo por la detruo de metalaj grenlimoj, rezultigante reduktitan muldeblecon pro la penetro de atomhidrogeno.La manieroj en kiuj tio okazas estas multfacetaj kaj estas parte difinitaj per siaj respektivaj nomoj, kiel ekzemple HTHA, kie samtempa alta temperaturo kaj altprema hidrogeno estas necesaj por fragiliĝo, kaj SSC, kie atoma hidrogeno estas produktita kiel fermitaj gasoj kaj hidrogeno.pro acida korodo, ili tralikiĝas en metalujojn, kiuj povas konduki al fragileco.Sed la totala rezulto estas la sama kiel por ĉiuj kazoj de hidrogenfragiliĝo priskribita supre, kie la forto de la metalo estas reduktita per fragiliĝo sub sia alleblas stresintervalo, kiu en victurno metas la scenejon por eble katastrofa okazaĵo surbaze de la volatilo de la likvaĵo.
Krom murdikeco kaj mekanika komuna agado, estas du ĉefaj faktoroj por konsideri kiam elektas materialojn por H2-gasa servo: 1. Eksponiĝo al alta temperatura hidrogeno (HTHA) kaj 2. Gravaj zorgoj pri ebla elfluo.Ambaŭ temoj estas nuntempe diskutataj.
Male al molekula hidrogeno, atoma hidrogeno povas disetendiĝi, eksponante la hidrogenon al altaj temperaturoj kaj premoj, kreante la bazon por ebla HTHA.Sub ĉi tiuj kondiĉoj, atoma hidrogeno povas disvastigi en karbonŝtalaj tubaj materialoj aŭ ekipaĵo, kie ĝi reagas kun karbono en metala solvaĵo por formi metangason ĉe grenlimoj.Ne povante eskapi, la gaso ekspansiiĝas, kreante fendojn kaj fendojn en la muroj de tuboj aŭ vazoj - ĉi tio estas HTGA.Vi povas klare vidi la rezultojn de HTHA en Figuro 2 kie fendoj kaj fendoj estas evidentaj en la 8″ muro.La parto de nominala grandeco (NPS) pipo kiu malsukcesas sub ĉi tiuj kondiĉoj.
Karbonŝtalo povas esti uzata por hidrogena servo kiam la funkcia temperaturo estas konservita sub 500 °F.Kiel menciite supre, HTHA okazas kiam hidrogena gaso estas tenita ĉe alta parta premo kaj alta temperaturo.Karbonŝtalo ne estas rekomendita kiam la hidrogena parta premo estas atendita esti proksimume 3000 psio kaj la temperaturo estas super proksimume 450 °F (kiu estas la akcidenta kondiĉo en Figuro 2).
Kiel povas esti vidita de la modifita Nelson-intrigo en Figuro 3, parte prenita de API 941, alta temperaturo havas la plej grandan efikon al hidrogenfortado.La parta premo de hidrogena gaso povas superi 1000 psi kiam estas uzata kun karbonŝtaloj funkciigantaj ĉe temperaturoj ĝis 500 °F.
Figuro 3. Ĉi tiu modifita Nelson-diagramo (adaptita de API 941) povas esti uzata por elekti taŭgajn materialojn por hidrogena servo ĉe diversaj temperaturoj.
Sur fig.3 montras la elekton de ŝtaloj, kiuj estas garantiitaj por eviti hidrogenan atakon, depende de la funkciada temperaturo kaj parta premo de hidrogeno.Aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj estas nesentemaj al HTHA kaj estas kontentigaj materialoj ĉe ĉiuj temperaturoj kaj premoj.
Aŭstenita 316/316L neoksidebla ŝtalo estas la plej praktika materialo por hidrogenaj aplikoj kaj havas pruvitan rekordon.Dum post-velda varmotraktado (PWHT) estas rekomendita por karbonŝtaloj por kalcini restan hidrogenon dum veldado kaj redukti varmecan zonon (HAZ) malmolecon post veldado, ĝi ne estas postulata por aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj.
Termotermaj efikoj kaŭzitaj de varmotraktado kaj veldado havas malmulte da efiko al la mekanikaj trajtoj de aŭstenitaj neoksideblaj ŝtaloj.Tamen, malvarma laborado povas plibonigi la mekanikajn ecojn de aŭstenitaj neoksideblaj ŝtaloj, kiel ekzemple forto kaj malmoleco.Dum fleksado kaj formado de tuboj el aŭstenita neoksidebla ŝtalo, iliaj mekanikaj propraĵoj ŝanĝiĝas, inkluzive de la malpliigo de la plastikeco de la materialo.
Se aŭstenita rustorezista ŝtalo postulas malvarman formadon, solvhelado (varmigo al proksimume 1045 °C sekvita per estingado aŭ rapida malvarmigo) restarigos la mekanikajn trajtojn de la materialo al iliaj originaj valoroj.Ĝi ankaŭ eliminos la alojapartigo, sentivigo kaj sigma fazo atingita post malvarma laborado.Kiam vi faras solvan kalson, konsciu, ke rapida malvarmigo povas remeti restan streĉon en la materialon se ne ĝuste pritraktita.
Rigardu al tabeloj GR-2.1.1-1 Piping and Tubing Assembly Material Specification Index kaj GR-2.1.1-2 Piping Material Specification Index en ASME B31 por akcepteblaj materialaj elektoj por H2-servo.pipoj estas bona loko por komenci.
Kun norma atompezo de 1.008 atommasunuoj (amu), hidrogeno estas la plej malpeza kaj plej malgranda elemento sur la perioda tabelo, kaj tial havas altan inklinon al liko, kun eble gigantaj sekvoj, mi povus aldoni.Tial, la gasduktosistemo devas esti desegnita tiel, ke limigu mekanikajn tipojn ligojn kaj plibonigi tiujn ligojn kiuj estas vere bezonataj.
Kiam limigas eblajn ligajn punktojn, la sistemo devas esti plene veldita, krom flanĝaj ligoj sur ekipaĵo, tubaj elementoj kaj garnaĵoj.Fadenigitaj konektoj devus esti evititaj laŭeble, se ne tute.Se fadenaj ligoj ne povas esti evititaj ial, oni rekomendas plene engaĝi ilin sen fadena sigelilo kaj poste sigeli la veldon.Kiam vi uzas karbonŝtalan tubon, la pipaj juntoj devas esti pugovelditaj kaj postveldaj varme traktitaj (PWHT).Post veldado, tuboj en la varmo-trafita zono (HAZ) estas elmontritaj al hidrogenatako eĉ ĉe ĉirkaŭa temperaturo.Dum hidrogenatako okazas ĉefe ĉe altaj temperaturoj, la PWHT-stadio tute reduktos, se ne eliminos, ĉi tiun eblecon eĉ sub ĉirkaŭaj kondiĉoj.
La malforta punkto de la tute-veldita sistemo estas la flanĝkonekto.Por certigi altan gradon de firmeco en flanĝaj konektoj, oni devas uzi Kammprofile-gasketojn (fig. 4) aŭ alian formon de gaskedoj.Farita preskaŭ en la sama maniero de pluraj fabrikantoj, ĉi tiu kuseneto estas tre pardonema.Ĝi konsistas el dentitaj tute-metalaj ringoj krampitaj inter molaj, deformeblaj sigelmaterialoj.La dentoj koncentras la ŝarĝon de la riglilo en pli malgranda areo por provizi streĉan kongruon kun malpli da streso.Ĝi estas desegnita tiel ke ĝi povas kompensi neegalajn flanĝajn surfacojn same kiel variajn funkciajn kondiĉojn.
Figuro 4. Kammprofile-gasketoj havas metalan kernon ligitan ambaŭflanke kun mola plenigaĵo.
Alia grava faktoro en la integreco de la sistemo estas la valvo.Likoj ĉirkaŭ la tigo sigelo kaj korpaj flanĝoj estas vera problemo.Por malhelpi ĉi tion, oni rekomendas elekti valvon kun balgo-sigelo.
Uzu 1 colo.Lerneja 80 karboŝtalo-tubo, en nia ekzemplo malsupre, donitaj produktadtoleremoj, korodo kaj mekanikaj toleremoj konforme al ASTM A106 Gr B, la maksimuma alleblas laborpremo (MAWP) povas esti kalkulita en du paŝoj ĉe temperaturoj ĝis 300 °F (Noto: La kialo de "... por temperaturoj ĝis 300 °F" estas ĉar la temperaturo plimalboniĝas de ASTM 60 °F... superas 300ºF.(S), do Ekvacio (1) postulas Alĝustigi al temperaturoj super 300ºF.)
Rilate al formulo (1), la unua paŝo estas kalkuli la duktan teorian eksplodpremon.
T = tuba murdikeco minus mekanikaj, korodaj kaj fabrikaj toleremoj, en coloj.
La dua parto de la procezo devas kalkuli la maksimuman permeseblan laborpremon Pa de la dukto aplikante la sekurecfaktoron S f al la rezulto P laŭ ekvacio (2):
Tiel, kiam oni uzas materialon de 1″ lernejo 80, la kreva premo estas kalkulita jene:
Sekureca Sf de 4 tiam estas aplikata konforme al la Rekomendoj de ASME-Premŝipoj Sekcio VIII-1 2019, Paragrafo 8. UG-101 kalkulita jene:
La rezulta MAWP-valoro estas 810 psio.colo rilatas nur al pipo.La flanĝkonekto aŭ komponento kun la plej malsupra rangigo en la sistemo estos la determina faktoro en determinado de la alleblas premo en la sistemo.
Laŭ ASME B16.5, la maksimuma permesebla laborpremo por 150 karbonŝtalaj flanĝoj estas 285 psi.colo je -20 °F ĝis 100 °F.Klaso 300 havas maksimuman permeseblan laborpremon de 740 psio.Ĉi tio estos la prema limfaktoro de la sistemo laŭ la materiala specifekzemplo sube.Ankaŭ, nur en hidrostatikaj provoj, ĉi tiuj valoroj povas superi 1,5 fojojn.
Ekzemplo de baza karboŝtala materialspecifo, H2-gasa servoliniospecifo funkciiganta ĉe ĉirkaŭa temperaturo sub dezajnopremo de 740 psio.colo, povas enhavi la materialajn postulojn montritajn en Tabelo 2. La sekvantaroj estas tipoj kiuj povas postuli atenton esti inkluzivitaj en la specifo:
Krom la fajfado mem, ekzistas multaj elementoj kiuj konsistigas la fajfadsistemon kiel ekzemple ekipaĵoj, valvoj, liniekipaĵo, ktp. Dum multaj el ĉi tiuj elementoj estos kunmetitaj en dukto por diskuti ilin detale, tio postulos pli da paĝoj ol povas esti akomoditaj.Ĉi tiu artikolo.