Ikuspegi orokor honek hidrogenoa banatzeko hodi-sistemen diseinu segururako gomendioak eskaintzen ditu.
Hidrogenoa likido oso lurrunkorra da, isurtzeko joera handia duena. Joera-konbinazio oso arriskutsua eta hilgarria da, kontrolatzeko zaila den likido lurrunkorra. Joera hauek kontuan hartu beharrekoak dira materialak, juntura eta zigiluak aukeratzerakoan, baita sistema horien diseinu-ezaugarriak ere. H2 gaseosoaren banaketari buruzko gai hauek dira eztabaida honen ardatza, ez H2, H2 likido edo H2 likidoaren ekoizpena (ikus eskuineko alboko barra).
Hona hemen hidrogenoaren eta H2-airearen nahasketa ulertzen laguntzeko puntu gako batzuk. Hidrogenoa bi modutan erretzen da: deflagrazioan eta leherketan.
deflagrazioa. Deflagrazioa errekuntza modu ohikoa da, non sugarrak nahastearen zehar abiadura subsonikoetan bidaiatzen duten. Hau gertatzen da, adibidez, hidrogeno-aire nahaste hodei aske bat pizte iturri txiki batek pizten duenean. Kasu honetan, sugarra hamar eta ehunka oin segundoko abiaduran mugituko da. Gas beroaren hedapen azkarrak presio-uhinak sortzen ditu, eta horien indarra hodeiaren tamainaren araberakoa da. Kasu batzuetan, talka-uhinaren indarra nahikoa izan daiteke bere bidean dauden eraikinen egiturak eta beste objektu batzuk kaltetzeko eta lesioak eragiteko.
lehertu egin zen. Lehertu zenean, sugarrak eta talka-uhinak abiadura supersonikoetan zehar bidaiatu zuten nahastean zehar. Detonazio-uhin bateko presio-erlazioa askoz handiagoa da detonazio batean baino. Indar handiagoa dela eta, leherketa arriskutsuagoa da pertsonentzat, eraikinentzat eta inguruko objektuentzat. Deflagrazio normalak leherketa eragiten du espazio mugatu batean pizten denean. Eremu estu horretan, piztea energia kopuru txikienak eragin dezake. Baina hidrogeno-aire nahasketa bat espazio mugagabe batean detonatzeko, pizte-iturri indartsuago bat behar da.
Hidrogeno-aire nahasketa batean detonazio-uhinaren presio-erlazioa 20 ingurukoa da. Presio atmosferikoan, 20ko erlazioa 300 psi da. Presio-uhin honek objektu geldikor batekin talka egiten duenean, presio-erlazioa 40-60ra igotzen da. Hori oztopo geldikor batetik presio-uhin baten islapenaren ondorioz gertatzen da.
Isurtzeko joera. Biskositate txikia eta pisu molekular txikia dituenez, H2 gasak joera handia du isurtzeko eta baita hainbat materialetan zehar iragazteko edo zeharkatzeko ere.
Hidrogenoa gas naturala baino 8 aldiz arinagoa da, airea baino 14 aldiz arinagoa, propanoa baino 22 aldiz arinagoa eta gasolina-lurruna baino 57 aldiz arinagoa. Horrek esan nahi du kanpoan instalatzen denean, H2 gasa azkar igo eta desagertzen dela, ihesen zantzuak murriztuz. Baina bi ahoko ezpata izan daiteke. Leherketa bat gerta daiteke kanpoko instalazio batean H2 ihes baten gainean edo haizearen azpitik soldadura egiten bada, soldadura egin aurretik ihesak detektatzeko azterketarik egin gabe. Espazio itxi batean, H2 gasa sabaitik behera igo eta pilatu daiteke, eta horrek bolumen handiak pilatzea ahalbidetzen du lurzorutik gertu dauden pizte-iturriekin kontaktuan jartzeko aukera gehiago izan aurretik.
Sute istripuzkoa. Autopiztea gas edo lurrun nahasketa bat kanpoko pizte-iturririk gabe berez pizten den fenomenoa da. "Errekuntza espontaneoa" edo "errekuntza espontaneoa" bezala ere ezagutzen da. Autopiztea tenperaturaren araberakoa da, ez presioaren araberakoa.
Autopizte-tenperatura erregai batek airearekin edo oxidatzaile batekin kontaktuan jartzean piztea baino lehen berez pizteko gutxieneko tenperatura da. Hauts bakar baten autopizte-tenperatura oxidatzailerik gabe berez pizten den tenperatura da. Airean dagoen H2 gaseosoaren autopizte-tenperatura 585 °C-koa da.
Pizte-energia sugar nahasketa batean zehar sugarra hedatzen hasteko behar den energia da. Pizte-energia minimoa sugar nahasketa jakin bat tenperatura eta presio jakin batean pizteko behar den energia minimoa da. H2 gaseosoaren txinparta-pizte-energia minimoa 1 atm airean = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Leherketa-mugak airean edo oxigenoan lurrun, laino edo hauts kontzentrazio maximoak eta minimoak dira, leherketa bat gertatzen den lekuetan. Ingurunearen tamainak eta geometriak, baita erregaiaren kontzentrazioak ere, kontrolatzen dituzte mugak. "Leherketa-muga" batzuetan "leherketa-muga" hitzaren sinonimo gisa erabiltzen da.
Aireko H2 nahasteen leherketa-mugak % 18,3 bol. (beheko muga) eta % 59 bol. (goiko muga) dira.
Hodi sistemak diseinatzerakoan (1. irudia), lehen urratsa fluido mota bakoitzerako beharrezkoak diren eraikuntza materialak zehaztea da. Eta fluido bakoitza ASME B31.3 paragrafoaren arabera sailkatuko da. 300(b)(1) arauak dioenez, "Jabearen ardura da, halaber, D, M, presio handiko eta purutasun handiko hodiak zehaztea, eta kalitate sistema jakin bat erabili behar den ala ez zehaztea".
Fluidoen sailkapenak probak egiteko maila eta beharrezko probak egiteko mota definitzen ditu, baita fluidoaren kategoriaren araberako beste hainbat eskakizun ere. Jabearen ardura, normalean, jabearen ingeniaritza sailari edo kanpoko ingeniari bati dagokio.
B31.3 Prozesuen Hodien Kodeak ez dio jabeari fluido jakin baterako zein material erabili behar den esaten, baina erresistentziari, lodieri eta materialaren konexio-eskakizunei buruzko jarraibideak ematen ditu. Kodearen sarreran bi adierazpen ere badaude argi eta garbi adierazten dutenak:
Eta goiko lehen paragrafoa zabalduz, B31.3. 300(b)(1) paragrafoak ere honako hau dio: "Hodi-instalazio baten jabea da Kode hau betetzeaz eta hodiak parte hartzen duen fluidoen manipulazio edo prozesu guztiak arautzen dituzten diseinu, eraikuntza, ikuskapen, ikuskapen eta proba-eskakizunak ezartzeaz arduratzen den bakarra. Instalazioa". Beraz, erantzukizunari buruzko oinarrizko arau batzuk eta fluidoen zerbitzu-kategoriak definitzeko eskakizunak ezarri ondoren, ikus dezagun non sartzen den hidrogeno gasa.
Hidrogeno gasa likido lurrunkor gisa jokatzen duenez, ihesak dituenez, hidrogeno gasa likido normal edo M Klaseko likidotzat har daiteke B31.3 kategorian likido-zerbitzurako. Goian adierazi bezala, fluidoen manipulazioaren sailkapena jabearen eskakizuna da, baldin eta B31.3, 3. paragrafoan deskribatutako hautatutako kategorietarako jarraibideak betetzen baditu. 300.2 "Zerbitzu hidraulikoak" ataleko definizioak. Honako hauek dira fluido-zerbitzu normalaren eta M Klaseko fluido-zerbitzuaren definizioak:
"Fluidoen Zerbitzu Arrunta: Kode honen menpe dauden hodi gehienei aplikatzen zaien fluidoen zerbitzua, hau da, D, M klaseetako, tenperatura altuko, presio altuko edo fluidoen garbitasun handiko araudiaren menpe ez dagoena."
(1) Fluidoaren toxikotasuna hain da handia, ezen isuri batek eragindako fluido kantitate oso txiki baten eraginpean egoteak lesio larriak eta iraunkorrak eragin diezazkieke arnasten dutenei edo harekin kontaktuan jartzen direnei, nahiz eta berehalako berreskuratze neurriak hartu.
(2) Hodiaren diseinua, esperientzia, funtzionamendu-baldintzak eta kokapena kontuan hartu ondoren, jabeak erabakitzen du fluidoaren erabilera normalerako eskakizunak ez direla nahikoak langileak esposiziotik babesteko beharrezko estankotasuna emateko.
Goiko M definizioan, hidrogeno gasak ez ditu betetzen (1) paragrafoaren irizpideak, ez baita likido toxikotzat hartzen. Hala ere, (2) azpiatala aplikatuz, Kodeak sistema hidraulikoak M klasean sailkatzea baimentzen du, "...hodien diseinua, esperientzia, funtzionamendu-baldintzak eta kokapena..." kontuan hartu ondoren. Jabeak fluidoen maneiu normala zehaztea baimentzen du. Baldintzak ez dira nahikoak hidrogeno gasaren hodi-sistemen diseinuan, eraikuntzan, ikuskapenean, ikuskapenean eta probetan osotasun-maila handiagoaren beharra asetzeko.
Mesedez, kontsultatu 1. taula Tenperatura Altuko Hidrogeno Korrosioa (HTHA) eztabaidatu aurretik. Kodeak, estandarrak eta araudiak zerrendatzen dira taula honetan, eta hidrogeno hauskortasunaren (HE) gaiari buruzko sei dokumentu biltzen ditu, HTHA barne hartzen duen korrosio-anomalia ohikoa. OH tenperatura baxuetan eta altuetan gerta daiteke. Korrosio mota bat dela kontuan hartuta, hainbat modutan has daiteke eta material sorta zabal bati ere eragiten dio.
HE-k hainbat forma ditu, eta hauek honela bana daitezke: hidrogeno-pitzadura (HAC), hidrogeno-tentsio-pitzadura (HSC), tentsio-korrosio-pitzadura (SCC), hidrogeno-korrosio-pitzadura (HACC), hidrogeno-burbuilak (HB), hidrogeno-pitzadura (HIC), tentsio-orientatutako hidrogeno-pitzadura (SOHIC), pitzadura progresiboa (SWC), sulfuro-tentsio-pitzadura (SSC), zona biguneko pitzadura (SZC) eta tenperatura altuko hidrogeno-korrosioa (HTHA).
Bere forma sinpleenean, hidrogeno hauskortzea metal aleen mugak suntsitzeko mekanismo bat da, hidrogeno atomikoaren sartzearen ondorioz harikortasuna murriztea eragiten duena. Hori gertatzeko moduak anitzak dira eta neurri batean dagokien izenek definitzen dituzte, hala nola HTHA, non tenperatura altuko eta presio altuko hidrogenoa aldi berean behar den hauskortzeko, eta SSC, non hidrogeno atomikoa gas itxi eta hidrogeno gisa sortzen den. Azidoen korrosioaren ondorioz, metalezko geruzetan sartzen dira, eta horrek hauskortasuna eragin dezake. Baina emaitza orokorra goian deskribatutako hidrogeno hauskortze kasu guztien berdina da, non metalaren erresistentzia murrizten den hauskortzeak bere tentsio-tarte onargarriaren azpitik, eta horrek, aldi berean, gertaera katastrofiko bat izateko bidea prestatzen du likidoaren lurrunkortasuna kontuan hartuta.
Hormaren lodieraz eta juntura mekanikoaren errendimenduaz gain, bi faktore nagusi hartu behar dira kontuan H2 gas zerbitzurako materialak aukeratzerakoan: 1. Tenperatura altuko hidrogenoarekiko esposizioa (HTHA) eta 2. Isurketa potentzialen inguruko kezka larriak. Bi gaiak eztabaidagai dira gaur egun.
Hidrogeno molekularra ez bezala, hidrogeno atomikoa hedatu egin daiteke, hidrogenoa tenperatura eta presio altuen eraginpean jarriz, HTHA potentzialaren oinarria sortuz. Baldintza hauetan, hidrogeno atomikoa altzairu karbonatuzko hodi-materialetan edo ekipamenduetan barreiatu daiteke, non disoluzio metalikoko karbonoarekin erreakzionatzen duen metano gasa sortzeko ale-mugetan. Ihes egin ezinik, gasa hedatu egiten da, pitzadurak eta arraildurak sortuz hodien edo ontzien paretetan; hau da HTGA. 2. irudian argi ikus daitezke HTHAren emaitzak, non pitzadurak eta arraildurak nabariak diren 8 hazbeteko horman. Baldintza hauetan huts egiten duen tamaina nominaleko hodiaren (NPS) zatia.
Karbono altzairua hidrogeno zerbitzurako erabil daiteke funtzionamendu-tenperatura 500 °F-tik behera mantentzen denean. Goian aipatu bezala, HTHA hidrogeno gasa presio partzial altuan eta tenperatura altuan mantentzen denean gertatzen da. Karbono altzairua ez da gomendatzen hidrogeno presio partziala 3000 psi ingurukoa izatea espero denean eta tenperatura 450 °F-tik gorakoa denean (2. irudiko istripu-baldintza hori da).
3. irudiko Nelson-en grafiko aldatuan ikus daitekeen bezala, API 941etik neurri batean hartuta, tenperatura altuak du hidrogenoaren behartzean eragin handiena. Hidrogeno gasaren presio partziala 1000 psi baino gehiago izan daiteke 500 °F-ko tenperaturetan funtzionatzen duten karbono-altzairuekin erabiltzen denean.
3. irudia. Nelson-en taula aldatu hau (API 941-etik egokitua) erabil daiteke hidrogeno zerbitzurako material egokiak tenperatura desberdinetan hautatzeko.
3. irudian hidrogenoaren erasoa saihesteko bermea duten altzairuen aukeraketa ageri da, funtzionamendu-tenperaturaren eta hidrogenoaren presio partzialaren arabera. Altzairu herdoilgaitz austenitikoak ez dira HTHArekiko sentikorrak eta material egokiak dira tenperatura eta presio guztietan.
316/316L altzairu herdoilgaitz austenitikoa da hidrogeno aplikazioetarako material praktikoena eta frogatutako ibilbidea du. Soldadura osteko tratamendu termikoa (PWHT) gomendatzen den arren karbono altzairuentzat soldaduran hondar hidrogenoa kalsinatzeko eta soldaduraren ondoren beroak eragindako eremuaren (HAZ) gogortasuna murrizteko, ez da beharrezkoa altzairu herdoilgaitz austenitikoetarako.
Bero-tratamenduak eta soldadurak eragindako efektu termotermikoek eragin txikia dute altzairu herdoilgaitz austenitikoen propietate mekanikoetan. Hala ere, lanketa hotzak altzairu herdoilgaitz austenitikoen propietate mekanikoak hobetu ditzake, hala nola erresistentzia eta gogortasuna. Altzairu herdoilgaitz austenitikoz egindako hodiak tolestu eta eratzean, haien propietate mekanikoak aldatu egiten dira, materialaren plastizitatea gutxitzea barne.
Altzairu herdoilgaitz austenitikoak forma hotza behar badu, disoluzio-erreketa (1045 °C-ra berotzea eta ondoren tenplatzea edo hozte azkarra) materialaren propietate mekanikoak jatorrizko balioetara itzuliko ditu. Gainera, aleazioen segregazioa, sentsibilizazioa eta lan hotzaren ondoren lortutako sigma fasea ezabatuko ditu. Disoluzio-erreketa egiterakoan, kontuan izan hozte azkarrak hondar-tentsioa berriro sor dezakeela materialan, behar bezala maneiatzen ez bada.
H2 zerbitzurako material onargarriak aukeratzeko, jo ASME B31 araudiaren GR-2.1.1-1 Hodi eta hodien muntaketa materialen zehaztapen indizea eta GR-2.1.1-2 Hodi materialen zehaztapen indizea taulara. Hodiak abiapuntu ona dira.
1,008 unitate atomikoko (amu) pisu atomiko estandarrarekin, hidrogenoa taula periodikoko elementurik arinena eta txikiena da, eta, beraz, isuriak izateko joera handia du, ondorio suntsitzaileak izan ditzakeela gaineratuko nuke. Beraz, gasbideen sistema konexio mekanikoak mugatu eta benetan beharrezkoak diren konexioak hobetzeko moduan diseinatu behar da.
Ihes-puntu potentzialak mugatzerakoan, sistema guztiz soldatuta egon behar da, ekipamenduetako, hodi-elementuetako eta osagarrietako brida-konexioak izan ezik. Hari-konexioak ahalik eta gehien saihestu behar dira, erabat ez bada. Hari-konexioak ezin badira saihestu edozein arrazoirengatik, gomendatzen da guztiz lotzea hari-zigilatzailerik gabe eta gero soldadura zigilatzea. Karbono-altzairuzko hodiak erabiltzean, hodi-junturak topetik soldatuta egon behar dira eta soldadura osteko tratamendu termikoa (PWHT) jaso. Soldaduraren ondoren, bero-kaltetutako eremuko (HAZ) hodiak hidrogeno-erasoen eraginpean daude giro-tenperaturan ere. Hidrogeno-erasoa batez ere tenperatura altuetan gertatzen den arren, PWHT etaparen bidez, aukera hori erabat murriztuko da, ezabatzen ez bada, giro-baldintzetan ere.
Sistema guztiz soldatuaren puntu ahula brida-konexioa da. Brida-konexioetan estutasun handia bermatzeko, Kammprofile juntak (4. irudia) edo beste junta mota batzuk erabili behar dira. Hainbat fabrikatzailek ia modu berean egina, alfonbra hau oso barkatzailea da. Zigilatzeko material bigun eta deformagarrien artean sartutako metalezko eraztun horzdunez osatuta dago. Hortzek torlojuaren karga eremu txikiago batean kontzentratzen dute, tentsio gutxiagorekin doikuntza estua lortzeko. Brida-gainazal irregularrak eta funtzionamendu-baldintza aldakorrak konpentsatzeko moduan diseinatuta dago.
4. irudia. Kammprofile junturek metalezko nukleoa dute, bi aldeetatik betegarri bigun batekin lotuta.
Sistemaren osotasunean beste faktore garrantzitsu bat balbula da. Zurtoinaren zigiluaren eta gorputzaren briden inguruko ihesak arazo handia dira. Hori saihesteko, hauspo-zigilua duen balbula bat aukeratzea gomendatzen da.
Erabili hazbete bateko School 80 karbono altzairuzko hodia; beheko adibidean, fabrikazio-tolerantziak, korrosioa eta mekanika-tolerantziak kontuan hartuta, gehienezko lan-presio onargarria (MAWP) bi urratsetan kalkula daiteke 300 °F-ko tenperaturetan (Oharra: "...300ºF-ko tenperaturetarako..." esaldiaren arrazoia da ASTM A106 Gr B materialaren tentsio onargarria (S) hondatzen hasten delako tenperatura 300ºF (S) gainditzen duenean, beraz, (1) ekuazioak 300ºF-tik gorako tenperaturetara egokitu behar dela eskatzen du).
(1) formulari erreferentzia eginez, lehen urratsa hodiaren leherketa-presio teorikoa kalkulatzea da.
T = hodiaren hormaren lodiera ken tolerantzia mekanikoak, korrosio eta fabrikazio tolerantziak, hazbeteetan.
Prozesuaren bigarren zatia hodiaren gehienezko lan-presio onargarria den Pa kalkulatzea da, emaitzari S f segurtasun-faktorea aplikatuz (2) ekuazioaren arabera P:
Beraz, 1″-ko eskola 80 materiala erabiltzean, leherketa-presioa honela kalkulatzen da:
Ondoren, 4ko segurtasun-Sf bat aplikatzen da ASME Presio-Ontzien Gomendioen VIII-1 Atala 2019, 8. Paragrafoa arabera. UG-101 honela kalkulatzen da:
Emaitza den MAWP balioa 810 psi da. Hazbeteak hodiari bakarrik egiten dio erreferentzia. Sisteman balorazio baxuena duen brida-konexioa edo osagaia izango da sisteman presio onargarria zehazteko faktore erabakigarria.
ASME B16.5 araudiaren arabera, 150 karbono altzairuzko brida-osagarrietarako gehienezko lan-presio onargarria 285 psi hazbetekoa da -20 °F eta 100 °F artean. 300 klaseak 740 psi-ko gehienezko lan-presio onargarria du. Hau izango da sistemaren presio-muga faktorea, beheko material-espezifikazio adibidearen arabera. Gainera, proba hidrostatikoetan bakarrik, balio hauek 1,5 aldiz handiagoak izan daitezke.
Oinarrizko karbono altzairuzko materialen zehaztapenaren adibide gisa, 740 psi. hazbeteko diseinu-presioaren azpitik giro-tenperaturan funtzionatzen duen H2 gas zerbitzu-hodi baten zehaztapen batek 2. taulan agertzen diren materialen eskakizunak izan ditzake. Honako hauek dira zehaztapenean arreta jarri behar duten motak:
Hoditeriaz gain, hoditeria-sistema osatzen duten elementu asko daude, hala nola osagarriak, balbulak, linea-ekipoak, etab. Elementu horietako asko hoditeria batean elkartuko diren arren xehetasunez aztertzeko, horrek hartu daitezkeenak baino orrialde gehiago beharko ditu. Artikulu honek.