Þetta yfirlit veitir ráðleggingar um örugga hönnun lagnakerfa fyrir vetnisdreifingu.
Vetni er mjög rokgjarn vökvi með mikla tilhneigingu til að leka.Þetta er mjög hættuleg og banvæn blanda af tilhneigingum, rokgjarnan vökva sem erfitt er að stjórna.Þetta eru þróun sem þarf að hafa í huga við val á efni, þéttingum og þéttingum, sem og hönnunareiginleika slíkra kerfa.Þessi efni um dreifingu á loftkenndu H2 eru í brennidepli þessarar umræðu, ekki framleiðslu á H2, fljótandi H2 eða fljótandi H2 (sjá hægri hliðarstiku).
Hér eru nokkur lykilatriði til að hjálpa þér að skilja blöndu vetnis og H2-lofts.Vetni brennur á tvo vegu: hnignun og sprengingu.
hrörnun.Hrun er algengur brunahamur þar sem logar fara í gegnum blönduna á undirhljóðshraða.Þetta gerist til dæmis þegar kveikt er í lausu skýi af vetnis-loftblöndu með litlum íkveikjugjafa.Í þessu tilviki mun loginn hreyfast á hraðanum tíu til nokkur hundruð fet á sekúndu.Hröð stækkun heits gass skapar þrýstibylgjur sem eru í réttu hlutfalli við stærð skýsins.Í sumum tilfellum getur kraftur höggbylgjunnar verið nægur til að skemma byggingarmannvirki og aðra hluti á vegi hennar og valda meiðslum.
springa.Þegar hún sprakk fóru eldar og höggbylgjur í gegnum blönduna á yfirhljóðshraða.Þrýstihlutfallið í sprengibylgju er mun hærra en í sprengingu.Vegna aukins krafts er sprengingin hættulegri fyrir fólk, byggingar og nálæga hluti.Eðlileg hrörnun veldur sprengingu þegar kveikt er í því í lokuðu rými.Á svo þröngu svæði getur íkveikjan stafað af minnstu orkumagni.En til að sprengja vetnis-loftblöndu í ótakmörkuðu rými þarf öflugri íkveikjugjafa.
Þrýstihlutfallið yfir sprengibylgjuna í vetnis-loftblöndu er um 20. Við loftþrýsting er hlutfallið 20 300 psi.Þegar þessi þrýstibylgja rekst á kyrrstæðan hlut hækkar þrýstihlutfallið í 40-60.Þetta er vegna endurkasts þrýstibylgju frá kyrrstæðri hindrun.
Tilhneiging til að leka.Vegna lítillar seigju og lágs mólþunga hefur H2 gas mikla tilhneigingu til að leka og jafnvel smjúga í gegnum ýmis efni.
Vetni er 8 sinnum léttara en jarðgas, 14 sinnum léttara en loft, 22 sinnum léttara en própan og 57 sinnum léttara en bensíngufa.Þetta þýðir að þegar það er sett upp utandyra mun H2 gasið fljótt rísa upp og dreifa, sem dregur úr merki um jafnan leka.En það getur verið tvíeggjað sverð.Sprenging getur orðið ef suðu á utanhúss fyrir ofan eða meðvindi H2 leka án þess að rannsaka leka fyrir suðu.Í lokuðu rými getur H2 gas hækkað og safnast upp frá loftinu og niður, ástand sem gerir það kleift að byggja upp í mikið magn áður en það er líklegra til að komast í snertingu við íkveikjugjafa nálægt jörðu.
Eldur fyrir slysni.Sjálfkveikja er fyrirbæri þar sem blanda af lofttegundum eða gufum kviknar af sjálfu sér án utanaðkomandi íkveikjugjafa.Það er einnig þekkt sem „sjálfráður bruni“ eða „sjálfráður bruni“.Sjálfkveikja fer eftir hitastigi, ekki þrýstingi.
Sjálfkveikjuhitastig er lágmarkshiti þar sem eldsneyti kviknar af sjálfu sér áður en það kviknar í fjarveru utanaðkomandi íkveikjugjafa við snertingu við loft eða oxandi efni.Sjálfkveikjuhitastig eins dufts er hitastigið þar sem það kviknar sjálfkrafa í fjarveru oxunarefnis.Sjálfkveikjuhiti loftkennds H2 í lofti er 585°C.
Kveikjuorkan er orkan sem þarf til að koma af stað útbreiðslu loga í gegnum brennanlega blöndu.Lágmarks íkveikjuorka er lágmarksorka sem þarf til að kveikja í tiltekinni eldfiminni blöndu við tiltekið hitastig og þrýsting.Lágmarks neitakveikjuorka fyrir loftkennt H2 í 1 atm af lofti = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Sprengimörk eru hámarks- og lágmarksstyrkur gufu, úða eða ryks í lofti eða súrefni þar sem sprenging verður.Stærð og rúmfræði umhverfisins, sem og styrkur eldsneytis, ræður mörkunum.„Sprengingarmörk“ er stundum notað sem samheiti fyrir „sprengingamörk“.
Sprengimörk fyrir H2 blöndur í lofti eru 18,3 vol.% (neðri mörk) og 59 vol.% (efri mörk).
Þegar lagnakerfi eru hönnuð (mynd 1) er fyrsta skrefið að ákvarða byggingarefni sem þarf fyrir hverja tegund vökva.Og hver vökvi verður flokkaður í samræmi við ASME B31.3 málsgrein.300(b)(1) segir: „Eigandinn er einnig ábyrgur fyrir því að ákvarða flokk D, M, háþrýstings og hárhreinleika lagna og ákvarða hvort nota eigi tiltekið gæðakerfi.
Vökvaflokkun skilgreinir prófunarstigið og tegund prófunar sem krafist er, auk margra annarra krafna sem byggjast á vökvaflokknum.Ábyrgð eiganda á þessu fellur venjulega á verkfræðideild eiganda eða útvistaðs verkfræðings.
Þó að B31.3 aðferðarlagnakóði segi ekki eigandanum hvaða efni eigi að nota fyrir tiltekinn vökva, þá veitir hann leiðbeiningar um styrk, þykkt og efnistengingarkröfur.Það eru líka tvær fullyrðingar í inngangi kóðans sem segja skýrt:
Og útvíkkaðu fyrstu málsgreinina hér að ofan, lið B31.3.300(b)(1) segir einnig: „Eigandi leiðslustöðvar ber einn ábyrgð á því að farið sé að þessum reglum og fyrir því að koma á hönnunar-, smíði-, skoðunar-, skoðunar- og prófunarkröfum sem gilda um alla meðhöndlun vökva eða ferli sem leiðslan er hluti af.Uppsetning.”Svo, eftir að hafa sett nokkrar grunnreglur um ábyrgð og kröfur til að skilgreina vökvaþjónustuflokka, skulum við sjá hvar vetnisgas passar inn.
Vegna þess að vetnisgas virkar sem rokgjarn vökvi með leka, getur vetnisgas talist venjulegur vökvi eða flokkur M vökvi í flokki B31.3 fyrir vökvaþjónustu.Eins og fram kemur hér að ofan er flokkun vökvameðferðar krafa eiganda, að því tilskildu að hún uppfylli viðmiðunarreglur fyrir valda flokka sem lýst er í B31.3, lið 3. 300.2 Skilgreiningar í kaflanum „Vökvaþjónusta“.Eftirfarandi eru skilgreiningar á venjulegri vökvaþjónustu og vökvaþjónustu í flokki M:
„Venjuleg vökvaþjónusta: Vökvaþjónusta sem á við um flestar lagnir sem falla undir þennan kóða, þ.e. ekki háð reglum fyrir flokka D, M, háan hita, háan þrýsting eða mikinn vökvahreinleika.
(1) Eituráhrif vökvans eru svo mikil að ein útsetning fyrir mjög litlu magni af vökvanum af völdum leka getur valdið alvarlegum varanlegum meiðslum á þá sem anda að honum eða komast í snertingu við hann, jafnvel þótt gripið sé til tafarlausra endurheimtarráðstafana.tekið
(2) Eftir að hafa skoðað hönnun leiðslna, reynslu, rekstrarskilyrði og staðsetningu, ákveður eigandi að kröfur um eðlilega notkun vökvans séu ekki fullnægjandi til að veita nauðsynlega þéttleika til að vernda starfsfólk fyrir váhrifum.”
Í ofangreindri skilgreiningu á M uppfyllir vetnisgas ekki skilyrði 1. mgr. vegna þess að það er ekki talið eitrað vökvi.Hins vegar, með því að beita 2. undirlið, leyfa reglurnar flokkun vökvakerfa í flokki M að teknu tilliti til „...lagnahönnunar, reynslu, rekstrarskilyrða og staðsetningar...“ Eigandi leyfir ákvörðun um eðlilega vökvameðferð.Kröfurnar eru ófullnægjandi til að mæta þörfinni fyrir meiri heilleika við hönnun, smíði, skoðun, skoðun og prófun vetnisgaslagnakerfa.
Vinsamlegast skoðaðu töflu 1 áður en rætt er um háhitavetnistæringu (HTHA).Kóðar, staðlar og reglur eru taldar upp í þessari töflu, sem inniheldur sex skjöl um efni vetnisbrots (HE), algengt tæringarfrávik sem inniheldur HTHA.OH getur komið fram við lágt og hátt hitastig.Það er talið tæringarform, það er hægt að koma henni af stað á nokkra vegu og hafa einnig áhrif á margs konar efni.
HE hefur ýmsar gerðir, sem má skipta í vetnissprungur (HAC), vetnisspennusprungur (HSC), streitutæringarsprungur (SCC), vetnistæringarsprungur (HACC), vetnisbólur (HB), vetnissprungur (HIC).)), streitumiðuð vetnissprunga (SOHIC), stigvaxandi sprunga (SWC), súlfíðspennusprunga (SSC), sprunga á mjúku svæði (SZC) og vetnistæringu við háhita (HTHA).
Í sinni einföldustu mynd er vetnisbrot vélbúnaður til að eyðileggja málmkornamörk, sem leiðir til minnkaðs sveigjanleika vegna inngöngu atómvetnis.Leiðir sem þetta gerist eru margvíslegar og eru að hluta til skilgreindar með nafni þeirra, eins og HTHA, þar sem samtímis háhita- og háþrýstingsvetni er nauðsynlegt til að stökkva, og SSC, þar sem atómvetni er framleitt sem lokaðar lofttegundir og vetni.vegna sýrutæringar síast þau inn í málmhylki sem getur leitt til stökkleika.En heildarniðurstaðan er sú sama og fyrir öll tilvik vetnisbrots sem lýst er hér að ofan, þar sem styrkur málmsins minnkar með stökkleika undir leyfilegu álagssviði hans, sem aftur setur stigið fyrir hugsanlega stórslys miðað við rokgjarnleika vökvans.
Til viðbótar við veggþykkt og vélrænan samskeyti eru tveir meginþættir sem þarf að huga að þegar efni eru valin fyrir H2 gasþjónustu: 1. Útsetning fyrir háhitavetni (HTHA) og 2. Alvarlegar áhyggjur af hugsanlegum leka.Bæði efnin eru nú til umræðu.
Ólíkt sameindavetni getur atómvetni stækkað, útsett vetnið fyrir háum hita og þrýstingi, sem skapar grunn fyrir hugsanlegt HTHA.Við þessar aðstæður getur atómvetni dreifst inn í lagnaefni eða búnað úr kolefnisstáli, þar sem það hvarfast við kolefni í málmlausn og myndar metangas við kornamörk.Gasið getur ekki sloppið, það stækkar og myndar sprungur og sprungur í veggjum röra eða skipa - þetta er HTGA.Þú getur greinilega séð HTHA niðurstöðurnar á mynd 2 þar sem sprungur og sprungur eru áberandi í 8" veggnum.Hluti nafnstærðarpípunnar (NPS) sem bilar við þessar aðstæður.
Hægt er að nota kolefnisstál til vetnisþjónustu þegar rekstrarhitastiginu er haldið undir 500°F.Eins og getið er hér að ofan kemur HTHA til þegar vetnisgasi er haldið við háan hlutþrýsting og háan hita.Ekki er mælt með kolefnisstáli þegar búist er við að hlutþrýstingur vetnis sé um 3000 psi og hitastigið er yfir um 450°F (sem er slysaástandið á mynd 2).
Eins og sjá má á breyttu Nelson plotinu á mynd 3, að hluta til úr API 941, hefur hár hiti mest áhrif á vetnisþvingun.Hlutþrýstingur vetnisgass getur farið yfir 1000 psi þegar það er notað með kolefnisstáli sem starfar við hitastig allt að 500°F.
Mynd 3. Þetta breytta Nelson-kort (aðlagað frá API 941) er hægt að nota til að velja viðeigandi efni til vetnisþjónustu við mismunandi hitastig.
Á mynd.3 sýnir val á stáli sem tryggt er að forðast vetnisárás, allt eftir rekstrarhitastigi og hlutaþrýstingi vetnis.Austenitískt ryðfrítt stál er ónæmt fyrir HTHA og er fullnægjandi efni við öll hitastig og þrýsting.
Austenitic 316/316L ryðfríu stáli er hagnýtasta efnið fyrir vetnisnotkun og hefur sannað afrekaskrá.Þó að mælt sé með hitameðhöndlun eftir suðu (PWHT) fyrir kolefnisstál til að brenna vetnisleifar við suðu og draga úr hörku hitaáhrifasvæðis (HAZ) eftir suðu, er það ekki krafist fyrir austenítískt ryðfrítt stál.
Hitaáhrif af völdum hitameðhöndlunar og suðu hafa lítil áhrif á vélrænni eiginleika austenítískra ryðfríu stáli.Hins vegar getur kalt vinnsla bætt vélrænni eiginleika austenítískra ryðfríu stáli, svo sem styrk og hörku.Þegar beygja og mynda rör úr austenitískum ryðfríu stáli breytast vélrænni eiginleikar þeirra, þar með talið lækkun á mýkt efnisins.
Ef austenítískt ryðfrítt stál krefst kaldmyndunar mun lausnarglæðing (upphitun í um það bil 1045°C fylgt eftir með slökkva eða hraðri kælingu) endurheimta vélræna eiginleika efnisins í upprunaleg gildi.Það mun einnig útrýma álfelgunni, næmingu og sigma fasa sem næst eftir kalda vinnu.Þegar þú framkvæmir lausnarglæðingu skaltu vera meðvitaður um að hröð kæling getur sett afgangsálag aftur í efnið ef ekki er meðhöndlað á réttan hátt.
Sjá töflur GR-2.1.1-1 Efnisforskriftir fyrir rör og rörsamsetningu og GR-2.1.1-2 forskriftarvísitölu röraefna í ASME B31 fyrir ásættanlegt efnisval fyrir H2 þjónustu.pípur eru góður staður til að byrja.
Með staðlaða atómþyngd upp á 1.008 atómmassaeiningar (amu), er vetni léttasta og minnsta frumefnið á lotukerfinu og hefur því mikla lekatilhneigingu, með hugsanlega hrikalegum afleiðingum, gæti ég bætt við.Þess vegna verður að hanna gasleiðslukerfið þannig að það takmarki vélrænar tengingar og bæti þær tengingar sem raunverulega er þörf á.
Þegar takmarkanir eru á hugsanlegum lekastöðum skal kerfið vera að fullu soðið, nema flanstengingar á búnaði, lagnahlutum og festingum.Forðast skal snittari tengingar eins og hægt er, ef ekki alveg.Ef ekki er hægt að komast hjá snittari tengingum af einhverjum ástæðum er mælt með því að tengja þær að fullu án þéttiefnis fyrir snittari og þétta síðan suðuna.Þegar kolefnisstálpípa er notuð verða pípusamskeytin að vera rasssoðin og hitameðhöndluð eftir suðu (PWHT).Eftir suðu verða rör á hitaáhrifasvæðinu (HAZ) fyrir vetnisárás jafnvel við umhverfishita.Þó að vetnisárás eigi sér stað fyrst og fremst við háan hita mun PWHT-stigið algjörlega draga úr, ef ekki útrýma, þessum möguleika jafnvel við umhverfisaðstæður.
Veiki punkturinn á öllu soðnu kerfinu er flanstengingin.Til að tryggja mikla þéttleika í flanstengingum ætti að nota Kammprofile þéttingar (mynd 4) eða annars konar þéttingar.Þessi púði er framleiddur á næstum sama hátt af nokkrum framleiðendum og er mjög fyrirgefandi.Það samanstendur af tenntum málmhringjum sem eru samlokaðir á milli mjúkra, aflöganlegra þéttiefna.Tennurnar einbeita álagi boltans á minna svæði til að tryggja þétt passa með minna álagi.Hann er hannaður á þann hátt að hann getur jafnt upp á ójöfnum flansflötum sem og sveiflukenndum rekstrarskilyrðum.
Mynd 4. Kammprofile þéttingar eru með málmkjarna tengdum á báðum hliðum með mjúku fylliefni.
Annar mikilvægur þáttur í heilleika kerfisins er lokinn.Leki í kringum stilkinnsiglið og líkamsflansa eru raunverulegt vandamál.Til að koma í veg fyrir þetta er mælt með því að velja loki með belgþéttingu.
Notaðu 1 tommu.School 80 kolefnisstálpípa, í dæminu okkar hér að neðan, að gefnu framleiðsluvikmörkum, tæringu og vélrænni vikmörkum í samræmi við ASTM A106 Gr B, er hægt að reikna út hámarks leyfilegan vinnuþrýsting (MAWP) í tveimur þrepum við hitastig allt að 300°F (Athugið: Ástæðan fyrir "...fyrir hitastig allt að 300°F er hægt að reikna efnið upp að 300°C vegna hitastigs upp að...100) s að versna þegar hitastigið fer yfir 300ºF.(S), þannig að jöfnu (1) krefst Stilla að hitastigi yfir 300ºF.)
Með því að vísa til formúlu (1) er fyrsta skrefið að reikna út fræðilegan sprengiþrýsting í leiðslunni.
T = pípuveggþykkt að frádregnum vélrænni, tæringar- og framleiðsluvikmörkum, í tommum.
Seinni hluti ferlisins er að reikna út leyfilegan hámarks vinnuþrýsting Pa leiðslunnar með því að nota öryggisstuðulinn S f á niðurstöðuna P samkvæmt jöfnu (2):
Þannig, þegar notað er 1″ skóla 80 efni, er sprengiþrýstingurinn reiknaður út sem hér segir:
Öryggis-Sf upp á 4 er síðan beitt í samræmi við ASME þrýstihylkisráðleggingar kafla VIII-1 2019, lið 8. UG-101 reiknað sem hér segir:
MAWP gildið sem myndast er 810 psi.tommur vísar aðeins til pípu.Flanstengingin eða íhluturinn með lægstu einkunnina í kerfinu mun ráða úrslitum um leyfilegan þrýsting í kerfinu.
Samkvæmt ASME B16.5 er hámarks leyfilegur vinnuþrýstingur fyrir 150 kolefnisstálflansfestingar 285 psi.tommu við -20°F til 100°F.Class 300 hefur hámarks leyfilegan vinnuþrýsting upp á 740 psi.Þetta mun vera þrýstingstakmarkastuðull kerfisins samkvæmt efnislýsingu dæminu hér að neðan.Einnig, aðeins í vatnsstöðuprófum, geta þessi gildi farið yfir 1,5 sinnum.
Sem dæmi um grunnforskrift kolefnisstáls, H2 gasþjónustulínulýsing sem starfar við umhverfishita undir hönnunarþrýstingi 740 psi.tommu, geta innihaldið efniskröfurnar sem sýndar eru í töflu 2. Eftirfarandi eru gerðir sem gætu þurft athygli á að vera með í forskriftinni:
Fyrir utan lagnirnar sjálfar eru margir þættir sem mynda lagnakerfið eins og festingar, lokar, línubúnað o.s.frv. Þó að margir af þessum þáttum verði settir saman í leiðslu til að ræða þá í smáatriðum, mun það þurfa fleiri blaðsíður en hægt er að taka við.Þessi grein.