Бұл шолуда сутегін таратуға арналған құбыр жүйелерін қауіпсіз жобалау бойынша ұсыныстар берілген.
Сутегі - ағып кетуге бейімділігі жоғары ұшқыш сұйықтық.Бұл тенденциялардың өте қауіпті және өлімге әкелетін тіркесімі, бақылау қиын болатын ұшпа сұйықтық.Бұл материалдарды, тығыздағыштарды және тығыздағыштарды, сондай-ақ мұндай жүйелердің дизайн сипаттамаларын таңдау кезінде ескерілетін үрдістер.H2, сұйық H2 немесе сұйық H2 өндіру емес (оң жақ бүйірлік тақтаны қараңыз) газ тәрізді H2 таралуы туралы бұл тақырыптар осы талқылаудың басты мақсаты болып табылады.
Мұнда сутегі мен H2-ауаның қоспасын түсінуге көмектесетін бірнеше негізгі ойлар берілген.Сутегі екі жолмен жанады: дефлаграция және жарылыс.
дефлаграция.Дефлаграция – жалынның қоспа арқылы дыбыстан төмен жылдамдықпен өтетін кең таралған жану режимі.Бұл, мысалы, сутегі-ауа қоспасының бос бұлты шағын тұтану көзімен тұтанған кезде орын алады.Бұл жағдайда жалын секундына оннан бірнеше жүз футқа дейінгі жылдамдықпен қозғалады.Ыстық газдың жылдам кеңеюі күші бұлттың өлшеміне пропорционал болатын қысым толқындарын тудырады.Кейбір жағдайларда соққы толқынының күші құрылыс құрылымдарын және оның жолындағы басқа заттарды зақымдауы және жарақат алуы үшін жеткілікті болуы мүмкін.
жарылуы.Ол жарылған кезде, жалындар мен соққы толқындары дыбыстан жоғары жылдамдықпен қоспа арқылы өтті.Детонация толқынындағы қысым қатынасы детонацияға қарағанда әлдеқайда көп.Күштің жоғарылауына байланысты жарылыс адамдар, ғимараттар және жақын маңдағы объектілер үшін қауіптірек.Қалыпты дефлаграция жабық кеңістікте тұтанған кезде жарылыс тудырады.Мұндай тар аймақта тұтану энергияның ең аз мөлшерінен туындауы мүмкін.Бірақ сутегі-ауа қоспасын шексіз кеңістікте жару үшін күштірек тұтану көзі қажет.
Сутегі-ауа қоспасындағы детонациялық толқындағы қысымның қатынасы шамамен 20. Атмосфералық қысымда 20 қатынасы 300 psi құрайды.Бұл қысым толқыны қозғалмайтын затпен соқтығысқан кезде қысымның қатынасы 40-60 дейін артады.Бұл қозғалыссыз кедергіден қысым толқынының шағылысуына байланысты.
Ағып кету үрдісі.Тұтқырлығы төмен және молекулалық салмағы төмен болғандықтан, H2 газы әртүрлі материалдардың ағып кетуіне және тіпті өтуіне немесе енуіне жоғары бейімділікке ие.
Сутегі табиғи газдан 8 есе, ауадан 14 есе, пропаннан 22 есе, бензин буынан 57 есе жеңіл.Бұл көшеде орнатылған кезде H2 газы тез көтеріліп, таралып, біркелкі ағып кету белгілерін азайтатынын білдіреді.Бірақ бұл екі жүзді қылыш болуы мүмкін.Дәнекерлеуді дәнекерлеу алдында ағып кетуді анықтауды зерттеусіз H2 ағуының үстінде немесе төмен қарай сыртқы қондырғыда орындау қажет болса, жарылыс болуы мүмкін.Жабық кеңістікте H2 газы төбеден төмен көтеріліп, жиналуы мүмкін, бұл оның жерге жақын тұтану көздерімен жанасу ықтималдығы жоғары болғанға дейін үлкен көлемде жиналуына мүмкіндік береді.
Кездейсоқ өрт.Өздігінен тұтану – бұл газдар немесе булар қоспасының сыртқы тұтану көзінсіз өздігінен тұтану құбылысы.Оны «өздігінен жану» немесе «өздігінен жану» деп те атайды.Өздігінен тұтану қысымға емес, температураға байланысты.
Өздігінен тұтану температурасы – ауамен немесе тотықтырғыш затпен жанасқанда сыртқы тұтану көзі болмаған кезде жанармай тұтану алдында өздігінен тұтанатын ең төменгі температура.Бір ұнтақтың өздігінен тұтану температурасы деп оның тотықтырғыш заты болмаған кезде өздігінен тұтанатын температурасын айтады.Ауадағы газ тәрізді Н2 өздігінен тұтану температурасы 585°С.
Тұтану энергиясы - жанғыш қоспа арқылы жалынның таралуын бастау үшін қажетті энергия.Минималды тұтану энергиясы - бұл белгілі бір температура мен қысымда белгілі бір жанғыш қоспаны тұтандыруға қажетті ең аз энергия.1 атм ауадағы газ тәрізді H2 үшін ұшқынның ең аз тұтану энергиясы = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 мДж).
Жарылыс қаупінің шегі - бұл жарылыс болатын ауадағы немесе оттегідегі булардың, тұмандардың немесе шаңдардың максималды және ең төменгі концентрациясы.Қоршаған ортаның мөлшері мен геометриясы, сондай-ақ отынның концентрациясы шектерді бақылайды.«Жарылыс шегі» кейде «жарылыс шегі» сөзінің синонимі ретінде пайдаланылады.
Ауадағы H2 қоспалары үшін жарылыс қаупінің шегі 18,3 көлем% (төменгі шек) және 59 көлем% (жоғарғы шек) құрайды.
Құбыр жүйелерін жобалау кезінде (1-сурет) бірінші қадам сұйықтықтың әрбір түріне қажетті құрылыс материалдарын анықтау болып табылады.Әр сұйықтық ASME B31.3 параграфына сәйкес жіктеледі.300(b)(1) "Иесі D, M класын, жоғары қысымды және жоғары тазалықтағы құбырларды анықтауға және белгілі бір сапа жүйесін пайдалану керектігін анықтауға да жауапты" делінген.
Сұйықтықты санаттау сынақ дәрежесін және қажетті сынақ түрін, сондай-ақ сұйықтық санатына негізделген көптеген басқа талаптарды анықтайды.Бұл үшін иесінің жауапкершілігі әдетте иесінің инженерлік бөліміне немесе аутсорсинг инженеріне жүктеледі.
B31.3 технологиялық құбырлар коды иесіне белгілі бір сұйықтық үшін қандай материалды пайдалану керектігін айтпаса да, ол беріктік, қалыңдық және материалды қосу талаптары бойынша нұсқаулық береді.Сондай-ақ, кодтың кіріспесінде анық айтылған екі мәлімдеме бар:
Жоғарыдағы бірінші абзацты B31.3 тармағын кеңейтіңіз.Сондай-ақ 300(b)(1) тармағында былай делінген: «Құбыр өткізгіш қондырғының иесі осы Кодекстің сақталуына және құбыр бөлігі болып табылатын барлық сұйықтықпен жұмыс істеуді немесе процесті реттейтін жобалауға, салуға, тексеруге, тексеруге және сынауға қойылатын талаптарды белгілеуге дербес жауапты болады.Орнату».Сонымен, жауапкершіліктің кейбір негізгі ережелері мен сұйықтықтың қызмет көрсету санаттарын анықтауға қойылатын талаптарды анықтағаннан кейін, сутегі газының қай жерге сәйкес келетінін көрейік.
Сутегі газы ағып кететін ұшқыш сұйықтық ретінде әрекет ететіндіктен, сутегі газын қалыпты сұйықтық немесе сұйық қызмет көрсету үшін B31.3 санаты бойынша М класындағы сұйықтық деп санауға болады.Жоғарыда айтылғандай, B31.3, 3-параграфта сипатталған таңдалған санаттар үшін нұсқауларға сәйкес келетін сұйықтықпен жұмыс істеу классификациясы иесінің талабы болып табылады. 300.2 «Гидравликалық қызметтер» бөліміндегі анықтамалар.Төменде қалыпты сұйықтық қызметі мен M класындағы сұйықтық қызметі үшін анықтамалар берілген:
«Қалыпты сұйықтық қызметі: осы кодқа сәйкес құбырлардың көпшілігіне қолданылатын сұйықтық қызметі, яғни D, M сыныптары, жоғары температура, жоғары қысым немесе жоғары сұйықтық тазалығы ережелеріне бағынбайды.
(1) Сұйықтықтың уыттылығы соншалық, ағып кетуден туындаған сұйықтықтың өте аз мөлшеріне бір рет әсер ету, тіпті дереу қалпына келтіру шаралары қабылданса да, дем алатын немесе онымен байланыста болған адамдарға ауыр тұрақты жарақат әкелуі мүмкін.алынды
(2) Құбырдың дизайнын, тәжірибесін, пайдалану жағдайларын және орналасқан жерін қарастырғаннан кейін иесі сұйықтықты қалыпты пайдалану талаптары персоналды әсер етуден қорғау үшін қажетті тығыздықты қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз екенін анықтайды.»
Жоғарыда келтірілген М анықтамасында сутегі газы (1) тармақтың критерийлеріне сәйкес келмейді, себебі ол улы сұйықтық болып саналмайды.Дегенмен, (2) тармақшаны қолдану арқылы Кодекс гидравликалық жүйелерді «...құбырлардың дизайнын, тәжірибесін, пайдалану жағдайларын және орналасқан жерін...» тиісті түрде қарастырғаннан кейін М сыныбына жатқызуға рұқсат береді.Талаптар сутегі газ құбырлары жүйелерін жобалау, салу, тексеру, тексеру және сынау кезінде тұтастық деңгейін жоғарылату қажеттілігін қанағаттандыру үшін жеткіліксіз.
Жоғары температурадағы сутегі коррозиясын (HTHA) талқыламас бұрын 1-кестені қараңыз.Кодтар, стандарттар және ережелер осы кестеде келтірілген, оған HTHA кіретін жалпы коррозия аномалиясы болып табылатын сутегі морттану (HE) тақырыбына арналған алты құжат бар.OH төмен және жоғары температурада пайда болуы мүмкін.Коррозияның бір түрі ретінде оны бірнеше жолмен бастауға болады, сонымен қатар материалдардың кең ауқымына әсер етеді.
HE әртүрлі нысандары бар, оларды сутекті крекинг (ВАС), сутегі кернеулі крекинг (HSC), кернеулі коррозиялы крекинг (SCC), сутегі коррозиялы крекинг (HACC), сутегі көпіршігі (HB), сутегі крекингі (HIC) деп бөлуге болады.)), кернеуге бағытталған сутегі крекингі (SOHIC), прогрессивті крекинг (SWC), сульфидті кернеулі крекинг (SSC), жұмсақ аймақ крекингі (SZC) және жоғары температурадағы сутегі коррозиясы (HTHA).
Қарапайым түрде сутегінің морттануы металл түйіршіктерінің шекарасын бұзу механизмі болып табылады, нәтижесінде атомдық сутегінің енуіне байланысты икемділік төмендейді.Мұның пайда болу жолдары әртүрлі және олардың сәйкес атауларымен ішінара анықталады, мысалы, морттану үшін бір уақытта жоғары температура мен жоғары қысымды сутегі қажет болатын HTHA және атомдық сутегі жабық газдар және сутегі түрінде өндірілетін SSC.қышқылдық коррозияға байланысты олар металл қораптарға сіңіп кетеді, бұл сынғыштыққа әкелуі мүмкін.Бірақ жалпы нәтиже жоғарыда сипатталған сутегі морттануының барлық жағдайларымен бірдей, мұнда металдың беріктігі оның рұқсат етілген кернеу диапазонынан төмен сынғыштық арқылы төмендейді, бұл өз кезегінде сұйықтықтың құбылмалылығын ескере отырып, ықтимал апатты оқиғаның кезеңін белгілейді.
Қабырғалардың қалыңдығы мен механикалық қосылыстардың өнімділігіне қоса, H2 газына қызмет көрсету үшін материалдарды таңдағанда екі негізгі факторды ескеру қажет: 1. Жоғары температурадағы сутегінің (HTHA) әсері және 2. Ықтимал ағып кету туралы елеулі алаңдаушылық.Қазіргі уақытта екі тақырып талқылануда.
Молекулярлық сутегінен айырмашылығы, атомдық сутегі кеңейе алады, сутекті жоғары температура мен қысымға ұшыратып, әлеуетті HTHA үшін негіз жасайды.Мұндай жағдайларда атомдық сутегі көміртекті болат құбырларының материалдарына немесе жабдықтарына тарай алады, онда металл ерітіндісіндегі көміртекпен әрекеттесіп, дән шекараларында метан газын түзеді.Қашып кету мүмкін емес, газ кеңейіп, құбырлардың немесе ыдыстардың қабырғаларында жарықтар мен жарықтар тудырады - бұл HTGA.8 дюймдік қабырғада жарықтар мен жарықтар айқын болатын HTHA нәтижелерін 2-суретте анық көруге болады.Осы шарттарда істен шығатын номиналды өлшем (NPS) құбырының бөлігі.
Жұмыс температурасы 500°F төмен болған кезде көміртекті болатты сутегі қызметі үшін пайдалануға болады.Жоғарыда айтылғандай, HTHA сутегі газы жоғары парциалды қысымда және жоғары температурада ұсталғанда пайда болады.Сутектің парциалды қысымы шамамен 3000 psi және температура шамамен 450 ° F-тан жоғары болған кезде көміртекті болат ұсынылмайды (бұл 2-суреттегі апат жағдайы).
3-суреттегі өзгертілген Нельсон сызбасынан көріп отырғанымыздай, ішінара API 941-тен алынған, сутегі күшіне ең көп әсер ететін жоғары температура.500°F-қа дейінгі температурада жұмыс істейтін көміртекті болаттармен пайдаланған кезде сутегі газының парциалды қысымы 1000 psi-ден асуы мүмкін.
Сурет 3. Бұл өзгертілген Нельсон диаграммасы (API 941 стандартынан бейімделген) әртүрлі температураларда сутегі қызметі үшін қолайлы материалдарды таңдау үшін пайдаланылуы мүмкін.
Суретте.3 жұмыс температурасына және сутегінің парциалды қысымына байланысты сутегі шабуылын болдырмауға кепілдік берілген болаттарды таңдауды көрсетеді.Аустенитті тот баспайтын болаттар HTHA-ға сезімтал емес және барлық температуралар мен қысымдарда қанағаттанарлық материалдар болып табылады.
Аустенитті 316/316L тот баспайтын болат сутегін қолдану үшін ең практикалық материал болып табылады және дәлелденген тәжірибесі бар.Дәнекерлеуден кейінгі термиялық өңдеу (PWHT) көміртекті болаттар үшін дәнекерлеу кезінде қалдық сутегін кальцинациялау және дәнекерлеуден кейін жылу әсер ететін аймақтың (HAZ) қаттылығын төмендету үшін ұсынылғанымен, аустениттік баспайтын болаттар үшін қажет емес.
Термиялық өңдеу және дәнекерлеу нәтижесінде пайда болатын термотермиялық әсерлер аустениттік баспайтын болаттардың механикалық қасиеттеріне аз әсер етеді.Дегенмен, суық өңдеу аустениттік баспайтын болаттардың беріктігі мен қаттылығы сияқты механикалық қасиеттерін жақсарта алады.Аустенитті тот баспайтын болаттан құбырларды майыстыру және қалыптау кезінде олардың механикалық қасиеттері өзгереді, оның ішінде материалдың пластикалық қасиеті төмендейді.
Егер аустенитті тот баспайтын болат суық қалыптауды қажет етсе, ерітіндіні жасыту (шамамен 1045°C дейін қыздыру, содан кейін сөндіру немесе жылдам салқындату) материалдың механикалық қасиеттерін бастапқы мәндеріне қайтарады.Ол сондай-ақ суық өңдеуден кейін қол жеткізілген қорытпаның бөлінуін, сенсибилизациясын және сигма фазасын жояды.Ерітінді жасыту кезінде, дұрыс өңделмеген жағдайда, жылдам салқындату материалға қалдық кернеуді қайтаруы мүмкін екенін ескеріңіз.
H2 қызметі үшін қолайлы материал таңдауы үшін ASME B31 стандартындағы GR-2.1.1-1 Құбыр және түтік құрастыру материалының сипаттамасының индексі және GR-2.1.1-2 құбыр материалы сипаттамасының индексі кестелерін қараңыз.құбырлар - бастау үшін жақсы орын.
Стандартты атомдық салмағы 1,008 атомдық масса бірлігімен (аму) сутегі периодтық кестедегі ең жеңіл және ең кішкентай элемент болып табылады, сондықтан ағып кетуге жоғары бейімділігі бар, ықтимал жойқын салдары бар.Сондықтан газ құбыры жүйесі механикалық типтегі қосылымдарды шектейтін және шынымен қажет қосылымдарды жақсартатын етіп жобалануы керек.
Ықтимал ағып кету нүктелерін шектеген кезде, жабдықтағы, құбыр элементтері мен арматурадағы фланецті қосылымдарды қоспағанда, жүйе толығымен дәнекерленген болуы керек.Толық болмаса, бұрандалы қосылымдардан мүмкіндігінше аулақ болу керек.Егер қандай да бір себептермен бұрандалы қосылыстарды болдырмау мүмкін болмаса, оларды жіпті тығыздағышсыз толығымен қосып, содан кейін дәнекерлеуді тығыздау ұсынылады.Көміртекті болат құбырды пайдаланған кезде құбырлардың қосылыстары түйіспелі дәнекерлеу және дәнекерлеуден кейінгі термиялық өңдеуден өтуі керек (PWHT).Дәнекерлеуден кейін жылу әсер ететін аймақтағы (HAZ) құбырлар тіпті қоршаған орта температурасында да сутегі шабуылына ұшырайды.Сутегі шабуылы ең алдымен жоғары температурада болғанымен, PWHT кезеңі бұл мүмкіндікті тіпті қоршаған орта жағдайында да толығымен азайтады, егер жоққа шығармайды.
Толық дәнекерленген жүйенің әлсіз нүктесі фланецті қосу болып табылады.Фланецті қосылыстарда жоғары тығыздықты қамтамасыз ету үшін Kammprofile тығыздағыштарын (4-сурет) немесе тығыздағыштардың басқа түрін пайдалану керек.Бірнеше өндірушілер бірдей дерлік жасаған бұл төсем өте кешірімді.Ол жұмсақ, деформацияланатын тығыздағыш материалдардың арасына қыстырылған тісті толығымен металл сақиналардан тұрады.Тістер болттың жүктемесін азырақ кернеумен тығыз бекітуді қамтамасыз ету үшін кішірек аймаққа шоғырландырады.Ол фланецтің біркелкі емес беттерін, сондай-ақ құбылмалы жұмыс жағдайларын өтей алатындай етіп жасалған.
Сурет 4. Каммпрофилді тығыздағыштардың екі жағынан жұмсақ толтырғышпен бекітілген металл өзегі бар.
Жүйенің тұтастығындағы тағы бір маңызды фактор - клапан.Штанганың тығыздағышы мен корпус фланецтерінің айналасындағы ағып кетулер нағыз проблема болып табылады.Бұған жол бермеу үшін сильфонды тығыздағышпен клапанды таңдау ұсынылады.
1 дюймді пайдаланыңыз.Мектеп 80 көміртекті болат құбыры, төменде келтірілген мысалда ASTM A106 Gr B сәйкес өндірістік төзімділіктерді, коррозияға және механикалық төзімділікті ескере отырып, максималды рұқсат етілген жұмыс қысымын (MAWP) 300 ° F дейінгі температурада екі қадаммен есептеуге болады (Ескертпе: "... температура 300ºF.(S) асқанда нашарлай бастайды, сондықтан (1) теңдеу 300ºF жоғары температураға реттеуді талап етеді.)
(1) формулаға сілтеме жасай отырып, бірінші қадам құбырдың теориялық жарылу қысымын есептеу болып табылады.
T = құбыр қабырғасының қалыңдығы минус механикалық, коррозия және өндірістік төзімділік, дюйммен.
Процестің екінші бөлігі (2) теңдеу бойынша P нәтижесіне қауіпсіздік коэффициентін S f қолдану арқылы құбырдың максималды рұқсат етілген жұмыс қысымын Па есептеу болып табылады:
Осылайша, 1 дюймдік мектеп 80 материалын пайдаланған кезде жарылыс қысымы келесідей есептеледі:
Қауіпсіздік Sf 4 2019 жылғы ASME қысымды ыдыстар бойынша ұсыныстарының VIII-1 бөлімі, 8-параграфына сәйкес қолданылады. UG-101 келесідей есептеледі:
Нәтижесінде MAWP мәні 810 psi болып табылады.дюйм тек құбырға қатысты.Жүйедегі рұқсат етілген қысымды анықтауда фланецті қосылым немесе жүйедегі ең төменгі рейтингі бар құрамдас бөлік анықтайтын фактор болады.
ASME B16.5 стандартына сәйкес 150 көміртекті болаттан жасалған фланецті арматура үшін рұқсат етілген ең жоғары жұмыс қысымы 285 psi құрайды.дюйм -20°F пен 100°F аралығында.300-сыныпта максималды рұқсат етілген жұмыс қысымы 740 psi.Бұл төменде келтірілген материал сипаттамасына сәйкес жүйенің қысымның шекті коэффициенті болады.Сондай-ақ, тек гидростатикалық сынақтарда бұл мәндер 1,5 еседен асуы мүмкін.
Негізгі көміртекті болаттан жасалған материал спецификациясының мысалы ретінде, 740 psi есептік қысымнан төмен қоршаған орта температурасында жұмыс істейтін H2 газ құбырының техникалық сипаттамасы.дюйм, 2-кестеде көрсетілген материал талаптарын қамтуы мүмкін. Төменде спецификацияға назар аударуды қажет ететін түрлер берілген:
Құбырдың өзінен бөлек, құбыр жүйесін құрайтын көптеген элементтер бар, мысалы, арматура, клапандар, желілік жабдық және т.б. Осы элементтердің көпшілігі оларды егжей-тегжейлі талқылау үшін құбырға біріктірілгенімен, бұл орналастыру мүмкін болатын беттерден көбірек беттерді қажет етеді.Бұл мақала.