Dit oersjoch jout oanbefellings foar it feilige ûntwerp fan piping systemen foar wetterstof distribúsje.
Hydrogen is in tige flechtich floeistof mei in hege oanstriid om te lekken.It is in heul gefaarlike en deadlike kombinaasje fan tendinzen, in flechtige floeistof dy't dreech te kontrolearjen is.Dit binne trends om te beskôgjen by it kiezen fan materialen, pakkingen en dichtingen, lykas de ûntwerpkarakteristiken fan sokke systemen.Dizze ûnderwerpen oer de ferdieling fan gasfoarmige H2 binne it fokus fan dizze diskusje, net de produksje fan H2, floeibere H2, of floeibere H2 (sjoch rjochter sydbalke).
Hjir binne in pear wichtige punten om jo te helpen it mingsel fan wetterstof en H2-lucht te begripen.Hydrogen burns op twa manieren: deflagraasje en eksploazje.
deflagraasje.Deflagraasje is in mienskiplike ferbaarningsmodus wêryn flammen troch it mingsel reizgje mei subsonyske snelheden.Dit bart bygelyks as in frije wolk fan wetterstof-lucht-minging wurdt oanstutsen troch in lytse ûntstekkingsboarne.Yn dit gefal sil de flam bewege mei in snelheid fan tsien oant inkele hûnderten fuotten per sekonde.De rappe útwreiding fan hyt gas soarget foar drukwellen wêrfan de sterkte evenredich is mei de grutte fan 'e wolk.Yn guon gefallen kin de krêft fan 'e skokwelle genôch wêze om geboustruktueren en oare objekten op har paad te beskeadigjen en ferwûning te feroarsaakjen.
eksplodearje.Doe't it eksplodearre, reizgen flammen en skokwellen troch it mingsel mei supersonyske snelheden.De drukferhâlding yn in detonaasjeweach is folle grutter as by in detonaasje.Troch de tanommen krêft is de eksploazje gefaarliker foar minsken, gebouwen en foarwerpen yn 'e buert.Normale deflagraasje feroarsaket in eksploazje as it yn in beheinde romte oanstutsen wurdt.Yn sa'n smel gebiet kin ûntstekking feroarsake wurde troch de minste enerzjy.Mar foar de detonaasje fan in wetterstof-loft-mingsel yn in ûnbeheinde romte is in krêftiger ûntstekkingsboarne nedich.
De drukferhâlding oer de detonaasjewelle yn in wetterstof-luchtminging is sawat 20. By atmosfearyske druk is in ferhâlding fan 20 300 psi.As dizze drukwelle botst mei in stasjonêr objekt, nimt de drukferhâlding ta 40-60.Dit komt troch de refleksje fan in drukwelle fan in stasjonêr obstakel.
Tendens om te lekken.Troch syn lege viskositeit en lege molekulêre gewicht hat H2-gas in hege oanstriid om te lekken en sels ferskate materialen te permeate of te penetrearjen.
Wetterstof is 8 kear lichter as ierdgas, 14 kear lichter as loft, 22 kear lichter as propaan en 57 kear lichter as benzinedamp.Dit betsjut dat as it bûten ynstalleare, it H2-gas fluch opstean en ferdwine sil, wêrtroch't alle tekens fan sels lekken ferminderje.Mar it kin in dûbelsnijd swurd wêze.In eksploazje kin foarkomme as welding moat wurde útfierd op in bûtenynstallaasje boppe of yn 'e wyn fan in H2-lek sûnder in lekdeteksjestúdzje foarôfgeand oan welding.Yn in sletten romte kin H2-gas opkomme en sammelje fan it plafond nei ûnderen, in betingst wêrmei't it kin opbouwe oant grutte folumes foardat it mear kâns is om yn kontakt te kommen mei ûntstekkingsboarnen tichtby de grûn.
Tafallich fjoer.Selsûntstekking is in ferskynsel wêrby't in mingsel fan gassen of dampen spontaan ûntsteane sûnder in eksterne ûntstekkingsboarne.It is ek bekend as "spontane ferbaarning" of "spontane ferbaarning".Self-ûntstekking hinget ôf fan temperatuer, net druk.
De temperatuer foar selsûntstekking is de minimale temperatuer wêrop in brânstof spontaan sil ûntsteane foarôfgeand oan ûntstekking by it ûntbrekken fan in eksterne ûntstekkingsboarne by kontakt mei loft of in oksidaasjemiddel.De temperatuer fan selsûntstekking fan in inkeld poeder is de temperatuer wêrop it spontaan ûntspringt by it ûntbrekken fan in oksidaasjemiddel.De selsûntstekkingstemperatuer fan gasfoarmige H2 yn loft is 585 °C.
De ûntstekkingenerzjy is de enerzjy dy't nedich is om de fuortplanting fan in flam troch in brânber mingsel te begjinnen.Minimale ûntstekingenerzjy is de minimale enerzjy dy't nedich is om in bepaald brânber mingsel te ûntstean by in bepaalde temperatuer en druk.Minimum sparkûntstekking enerzjy foar gasfoarmige H2 yn 1 atm loft = 1,9 × 10-8 BTU (0,02 mJ).
Eksplosive grinzen binne de maksimale en minimale konsintraasjes fan dampen, mist of stof yn loft of soerstof wêrby't in eksploazje optreedt.De grutte en mjitkunde fan 'e omjouwing, lykas de konsintraasje fan' e brânstof, kontrolearret de grinzen."Eksploazjegrins" wurdt soms brûkt as synonym foar "eksploazjelimyt".
De eksplosive grinzen foar H2-mingen yn loft binne 18,3 vol.% (legere limyt) en 59 vol.% (boppeste limyt).
By it ûntwerpen fan pipingsystemen (figuer 1) is de earste stap om de boumaterialen te bepalen dy't nedich binne foar elke soarte floeistof.En elke floeistof sil wurde klassifisearre yn oerienstimming mei ASME B31.3 paragraaf.300 (b) (1) stelt, "De eigner is ek ferantwurdlik foar it bepalen fan klasse D, M, hege druk, en hege suverens piping, en bepale oft in bepaald kwaliteitssysteem moat wurde brûkt."
Fluidkategorisearring definiearret de mjitte fan testen en it type testen dat fereaske is, lykas ek in protte oare easken basearre op 'e floeistofkategory.De ferantwurdlikens fan de eigner dêrfoar leit meastentiids by de yngenieursôfdieling fan de eigner of in útbestege yngenieur.
Wylst de B31.3 Process Piping Code de eigner net fertelt hokker materiaal te brûken foar in bepaalde floeistof, jout it begelieding oer easken foar sterkte, dikte en materiaalferbining.D'r binne ek twa útspraken yn 'e ynlieding ta de koade dy't dúdlik sizze:
En útwreidzje op de earste alinea hjirboppe, paragraaf B31.3.300 (b) (1) stelt ek: "De eigner fan in pipeline-ynstallaasje is allinich ferantwurdlik foar it neilibjen fan dizze koade en foar it fêststellen fan de ûntwerp-, konstruksje-, ynspeksje-, ynspeksje- en testeasken dy't regelje alle floeistofhanneling as proses wêrfan de pipeline diel is.Ynstallaasje."Dat, nei it fêststellen fan guon grûnregels foar oanspraaklikens en easken foar it definiearjen fan kategoryen foar floeistoftsjinsten, litte wy sjen wêr't wetterstofgas yn past.
Om't wetterstofgas fungearret as in flechtige floeistof mei lekken, kin wetterstofgas wurde beskôge as in normale floeistof as in floeistof fan klasse M ûnder kategory B31.3 foar floeibere tsjinst.Lykas sein hjirboppe, de klassifikaasje fan floeistof ôfhanneling is in eigner eask, mits it foldocht oan de rjochtlinen foar de selektearre kategoryen beskreaun yn B31.3, paragraaf 3. 300.2 Definysjes yn de paragraaf "Hydraulic tsjinsten".De folgjende binne definysjes foar normale floeistoftsjinst en klasse M floeistoftsjinst:
"Normale Fluid Service: Fluid tsjinst fan tapassing op de measte piping ûnder foarbehâld fan dizze koade, dws net ûnderwurpen oan regeljouwing foar klassen D, M, hege temperatuer, hege druk, of hege floeistof suverens.
(1) De toxicity fan 'e floeistof is sa grut dat in inkele bleatstelling oan in hiel lyts bedrach fan de floeistof feroarsake troch in lek kin feroarsaakje serieuze permaninte blessuere oan dyjingen dy't inhale of komme yn kontakt mei it, sels as direkte herstel maatregels wurde nommen.nommen
(2) Nei it beskôgjen fan pipeline-ûntwerp, ûnderfining, bedriuwsbetingsten en lokaasje, bepaalt de eigner dat de easken foar normaal gebrûk fan 'e floeistof net genôch binne om de dichtheid te leverjen dy't nedich is om personiel te beskermjen tsjin bleatstelling.”
Yn 'e boppesteande definysje fan M foldocht wetterstofgas net oan' e kritearia fan alinea (1), om't it net wurdt beskôge as in giftige floeistof.Troch it tapassen fan subseksje (2) lit de Code lykwols de klassifikaasje fan hydraulyske systemen yn klasse M ta nei berekkening fan "... pipeûntwerp, ûnderfining, bedriuwsbetingsten en lokaasje ..." De eigner lit de bepaling fan normale floeistofhanneling ta.De easken binne net genôch om te foldwaan oan it ferlet fan in heger nivo fan yntegriteit yn it ûntwerp, de bou, ynspeksje, ynspeksje en testen fan wetterstofgas liedingsystemen.
Sjoch asjebleaft nei Tabel 1 foardat jo besprekke High Temperature Hydrogen Corrosion (HTHA).Koades, noarmen en regeljouwing wurde neamd yn dizze tabel, dy't seis dokuminten omfettet oer it ûnderwerp fan wetterstofbrosheid (HE), in mienskiplike korrosysje-anomaly dy't HTHA omfettet.OH kin foarkomme by lege en hege temperatueren.Beskôge as in foarm fan korrosysje, kin it op ferskate manieren inisjearre wurde en ek ynfloed op in breed oanbod fan materialen.
HE hat ferskate foarmen, dy't ferdield wurde kinne yn wetterstofkraken (HAC), wetterstofstresskraken (HSC), spanningskorrosjekraken (SCC), wetterstofkorrosjekraken (HACC), wetterstofbobbeljen (HB), wetterstofkraken (HIC).)), stress oriïntearre wetterstof kraken (SOHIC), progressive kraken (SWC), sulfide stress kraken (SSC), sêfte sône kraken (SZC), en hege temperatuer wetterstof corrosie (HTHA).
Yn syn ienfâldichste foarm is wetterstofbrosheid in meganisme foar it ferneatigjen fan metalen nôtgrinzen, wat resulteart yn fermindere duktiliteit troch de penetraasje fan atomêre wetterstof.De wizen wêrop dit bart binne farieare en wurde foar in part definiearre troch har respektive nammen, lykas HTHA, wêrby't tagelyk hege temperatuer en hege druk wetterstof nedich is foar ferbrokkeling, en SSC, dêr't atomêre wetterstof wurdt produsearre as sletten gassen en wetterstof.troch soere corrosie sijpelen se yn metalen kisten, wat liede kin ta brosheid.Mar it totale resultaat is itselde as foar alle hjirboppe beskreaune gefallen fan wetterstofbrokkeling, wêrby't de sterkte fan it metaal wurdt fermindere troch fersmoarging ûnder syn tastiene stressberik, dy't op syn beurt it poadium stelt foar in potinsjeel katastrofysk barren sjoen de volatiliteit fan 'e floeistof.
Neist muorre dikte en meganyske mienskiplike prestaasjes, der binne twa wichtige faktoaren te beskôgje by it selektearjen fan materialen foar H2 gas tsjinst: 1. Bleatstelling oan hege temperatuer wetterstof (HTHA) en 2. Serious soargen oer potinsjele leakage.Beide ûnderwerpen binne op it stuit yn diskusje.
Oars as molekulêre wetterstof, kin atomêre wetterstof útwreidzje, de wetterstof bleatstelle oan hege temperatueren en druk, it meitsjen fan de basis foar potinsjele HTHA.Under dizze betingsten is atomêre wetterstof yn steat om te diffúsje yn koalstofstalen pipingmaterialen of apparatuer, wêr't it reagearret mei koalstof yn metallyske oplossing om metaangas te foarmjen by nôtgrinzen.Net yn steat om te ûntkommen, wreidet it gas út, it meitsjen fan skuorren en spleten yn 'e muorren fan pipes of skippen - dit is HTGA.Jo kinne de HTHA-resultaten dúdlik sjen yn figuer 2 wêr't barsten en barsten te sjen binne yn 'e 8 ″ muorre.It diel fan nominale grutte (NPS) piip dat mislearret ûnder dizze betingsten.
Koalstofstiel kin brûkt wurde foar wetterstoftsjinst as de wurktemperatuer ûnder 500 ° F wurdt hâlden.Lykas hjirboppe neamd, komt HTHA foar as wetterstofgas wurdt hâlden op hege parsjele druk en hege temperatuer.Carbon stiel wurdt net oan te rieden as de wetterstof partiel druk wurdt ferwachte te wêzen om 3000 psi en de temperatuer is boppe likernôch 450 ° F (dat is it ûngelok betingst yn figuer 2).
Sa't te sjen is út de wizige Nelson plot yn figuer 3, foar in part nommen út API 941, hege temperatuer hat it grutste effekt op wetterstof forcing.Dieldruk fan wetterstofgas kin mear as 1000 psi wêze as se brûkt wurde mei koalstofstielen dy't wurkje by temperatueren oant 500 ° F.
figuer 3. Dit wizige Nelson chart (oanpast fan API 941) kin brûkt wurde om te selektearjen geskikt materialen foar wetterstof tsjinst by ferskate temperatueren.
Op fig.3 toant de kar fan stielen dy't garandearre wurde om wetterstofoanfal te foarkommen, ôfhinklik fan 'e wurktemperatuer en dieldruk fan wetterstof.Austenityske roestfrij stielen binne ûngefoelich foar HTHA en binne befredigjende materialen by alle temperatueren en druk.
Austenitic 316 / 316L RVS is de meast praktyske materiaal foar wetterstof applikaasjes en hat in bewezen track record.Wylst post-weld waarmte behanneling (PWHT) wurdt oanrikkemandearre foar koalstof stielen te calcinate oerbleaune wetterstof ûnder welding en ferminderjen waarmte beynfloede sône (HAZ) hurdens nei welding, it is net nedich foar austenitic RVS stielen.
Thermothermyske effekten feroarsake troch waarmtebehanneling en welding hawwe net folle ynfloed op de meganyske eigenskippen fan austenityske roestfrij stielen.Kâld wurkjen kin lykwols de meganyske eigenskippen fan austenityske roestfrij stielen ferbetterje, lykas sterkte en hurdens.By it bûgen en foarmjen fan buizen fan austenityske roestfrij stiel feroarje har meganyske eigenskippen, ynklusyf de ôfnimming fan 'e plastykens fan it materiaal.
As austenityske roestfrij stiel kâld foarmjen fereasket, sil oplossingsgloeiing (ferwaarming oant likernôch 1045 ° C folge troch quenching of rappe koeling) de meganyske eigenskippen fan it materiaal werombringe nei har oarspronklike wearden.It sil ek elimineren de alloy segregation, sensibilisaasje en sigma faze berikt nei kâld wurkjen.By it útfieren fan oplossing annealing, wêze bewust dat flugge koeling kin sette oerbleaune stress werom yn it materiaal as net behannele goed.
Ferwize nei tabellen GR-2.1.1-1 Piping and Tubing Assembly Material Specification Index en GR-2.1.1-2 Piping Material Specification Index yn ASME B31 foar akseptabel materiaal seleksjes foar H2 tsjinst.pipes binne in goed plak om te begjinnen.
Mei in standert atoomgewicht fan 1,008 atoommassa-ienheden (amu) is wetterstof it lichtste en lytste elemint op it periodyk systeem, en hat dêrom in hege oanstriid om te lekken, mei mooglik ferneatigjende gefolgen, kin ik tafoegje.Dêrom moat it gaspipelinesysteem op sa'n manier wurde ûntwurpen om meganyske ferbiningen te beheinen en dy ferbiningen te ferbetterjen dy't echt nedich binne.
By it beheinen fan potinsjele lekpunten, moat it systeem folslein laske wurde, útsein flangeferbiningen op apparatuer, piping-eleminten en fittings.Threaded ferbinings moatte wurde mijd sa fier mooglik, as net folslein.As threaded ferbinings net kinne wurde mijd om hokker reden, is it oan te rieden om se folslein te belûken sûnder tried sealant en dan seal de weld.By it brûken fan koalstof stielen piip, de piip gewrichten moatte wurde butt laske en post weld waarmte behannele (PWHT).Nei it welding wurde pipen yn 'e waarmte-oandwaande sône (HAZ) bleatsteld oan wetterstofoanfal sels by ambient temperatuer.Wylst wetterstofoanfal primêr foarkomt by hege temperatueren, sil it PWHT-poadium dizze mooglikheid folslein ferminderje, as net eliminearje, sels ûnder omjouwingsomstannichheden.
It swakke punt fan it all-laske systeem is de flangeferbining.Om in hege graad fan tightness yn flange ferbinings te garandearjen, moatte Kammprofile pakkingen (figuer 4) of in oare foarm fan pakkingen brûkt wurde.Makke op hast deselde wize troch ferskate fabrikanten, dit pad is tige ferjaan.It bestiet út toothed all-metal ringen sandwiched tusken sêfte, deformable sealing materialen.De tosken konsintrearje de lading fan 'e bout yn in lytser gebiet om in strakke fit te leverjen mei minder stress.It is ûntwurpen op sa'n manier dat it kin kompensearje foar unjildich flens oerflak likegoed as fluktuearjende wurking omstannichheden.
figuer 4. Kammprofile pakkingen hawwe in metalen kearn bonded oan beide kanten mei in sêft filler.
In oare wichtige faktor yn 'e yntegriteit fan it systeem is it fentyl.Lekken om 'e stamdichting en lichemsflenzen binne in echt probleem.Om dit te foarkommen, is it oan te rieden om in fentyl te selektearjen mei in balgdichting.
Brûk 1 inch.Skoalle 80 koalstofstalen piip, yn ús foarbyld hjirûnder, jûn produksjetolerânsjes, korrosysje en meganyske tolerânsjes yn oerienstimming mei ASTM A106 Gr B, kin de maksimum tastiene wurkdruk (MAWP) yn twa stappen berekkene wurde by temperatueren oant 300 ° F (Opmerking: De reden foar "... s te verslechteren as de temperatuer grutter is as 300ºF.(S), dus fergeliking (1) fereasket Oanpassing oan temperatueren boppe 300ºF.)
Ferwizend nei formule (1), is de earste stap om de teoretyske burstdruk fan 'e pipeline te berekkenjen.
T = pipe muorre dikte minus meganyske, corrosie en manufacturing tolerances, yn inches.
It twadde diel fan it proses is om de maksimale tastiene wurkdruk Pa fan 'e pipeline te berekkenjen troch de feiligensfaktor S f oan te passen op it resultaat P neffens fergeliking (2):
Sa, by it brûken fan 1 ″ skoalle 80 materiaal, de burst druk wurdt berekkene as folget:
In feiligens Sf fan 4 wurdt dan tapast yn oerienstimming mei de ASME Pressure Vessel Recommendations Seksje VIII-1 2019, paragraaf 8. UG-101 berekkene as folget:
De resultearjende MAWP-wearde is 810 psi.inch ferwiist allinnich nei pipe.De flangeferbining of komponint mei de leechste wurdearring yn it systeem sil de bepalende faktor wêze by it bepalen fan de tastiene druk yn it systeem.
Per ASME B16.5, de maksimale tastiene wurkdruk foar 150 koalstof stielen flange fittings is 285 psi.inch by -20 ° F oant 100 ° F.Klasse 300 hat in maksimum tastiene wurkdruk fan 740 psi.Dit sil de druklimytfaktor fan it systeem wêze neffens it foarbyld fan materiaalspesifikaasje hjirûnder.Ek, allinnich yn hydrostatyske tests, dizze wearden kinne mear as 1,5 kear.
As foarbyld fan in basis spesifikaasje fan koalstofstielmateriaal, in spesifikaasje foar H2-gasserviceline dy't wurket by in omjouwingstemperatuer ûnder in ûntwerpdruk fan 740 psi.inch, kin befetsje it materiaal easken werjûn yn tabel 2. De neikommende binne soarten dy't mooglik easkje omtinken te wêzen opnaam yn de spesifikaasje:
Utsein de piping sels binne d'r in protte eleminten dy't it pipingsysteem foarmje, lykas fittings, kleppen, line-apparatuer, ensfh Wylst in protte fan dizze eleminten yn in piipline gearstald wurde om se yn detail te besprekken, sil dit mear siden nedich wêze dan kin wurde ûnderbrocht.Dit artikel.