Бул сереп суутек бөлүштүрүү үчүн түтүк системаларын коопсуз долбоорлоо боюнча сунуштарды берет.
Суутек – агып кетүүгө жакын болгон өтө туруксуз суюктук. Бул өтө кооптуу жана өлүмгө алып келүүчү тенденциялардын айкалышы, башкаруу кыйын болгон туруксуз суюктук. Булар материалдарды, прокладкаларды жана пломбаларды тандоодо, ошондой эле мындай системалардын дизайн мүнөздөмөлөрүндө эске алынуучу тенденциялар. Газ түрүндөгү Н2нин бөлүштүрүлүшү жөнүндөгү бул темалар бул талкуунун борборунда, Н2, суюк Н2 же суюк Н2 өндүрүшү эмес (оң каптал тилкесин караңыз).
Суутек менен Н2-абанын аралашмасын түшүнүүгө жардам бере турган бир нече негизги жагдайлар. Суутек эки жол менен күйөт: дефлаграция жана жарылуу.
дефлаграция. Дефлаграция – бул жалын аралашма аркылуу үн ылдамдыгынан төмөн ылдамдыкта өткөн кеңири таралган күйүү режими. Бул, мисалы, суутек-аба аралашмасынын эркин булуту кичинекей от алдыруу булагы менен тутанганда болот. Бул учурда жалын секундасына ондон бир нече жүз футка чейинки ылдамдыкта жылат. Ысык газдын тез кеңейиши басым толкундарын жаратат, алардын күчү булуттун көлөмүнө пропорционалдуу. Айрым учурларда, сокку толкунунун күчү курулуш конструкцияларына жана анын жолундагы башка объектилерге зыян келтирүүгө жана жаракат алууга жетиштүү болушу мүмкүн.
жарылат. Ал жарылганда, жалын жана сокку толкундары аралашма аркылуу үн ылдамдыгынан жогору ылдамдыкта тараган. Детонация толкунундагы басым катышы детонацияга караганда алда канча жогору. Күчтүн жогорулашынан улам, жарылуу адамдар, имараттар жана жакын жердеги объектилер үчүн кооптуураак. Кадимки дефлаграция чектелген мейкиндикте тутанганда жарылууга алып келет. Мындай тар аймакта тутануу эң аз энергиянын натыйжасында пайда болушу мүмкүн. Бирок чексиз мейкиндикте суутек-аба аралашмасынын детонациясы үчүн күчтүүрөөк тутануу булагы талап кылынат.
Суутек-аба аралашмасындагы детонация толкунундагы басым катышы болжол менен 20 түзөт. Атмосфералык басымда 20 катышы 300 psi түзөт. Бул басым толкуну кыймылсыз объект менен кагылышканда, басым катышы 40-60ка чейин жогорулайт. Бул кыймылсыз тоскоолдуктан чыккан басым толкунунун чагылышына байланыштуу.
Агып кетүүгө жакындыгы. Илешкектиги төмөн жана молекулярдык салмагы төмөн болгондуктан, Н2 газы ар кандай материалдарга агып кетүүгө жана ал тургай сиңип кетүүгө же тешип өтүүгө жакын.
Суутек жаратылыш газынан 8 эсе, абадан 14 эсе, пропандан 22 эсе жана бензин буусунан 57 эсе жеңил. Бул сыртта орнотулганда, Н2 газы тез көтөрүлүп, тарап, бирдей агып кетүү белгилерин азайтаарын билдирет. Бирок бул эки миздүү кылыч болушу мүмкүн. Эгерде ширетүү алдында агып кетүүлөрдү аныктоо боюнча изилдөө жүргүзбөстөн, Н2 агып кетүүсүнүн үстүндө же шамалдын ылдый жагында сырткы орнотмодо ширетүү жүргүзүлсө, жарылуу болушу мүмкүн. Жабык мейкиндикте Н2 газы шыптан ылдый көтөрүлүп, топтолушу мүмкүн, бул анын жерге жакын жердеги от алуу булактары менен байланышуу ыктымалдыгы жогору болгонго чейин чоң көлөмгө чейин топтолушуна мүмкүндүк берет.
Кокусунан чыккан өрт. Өзүнөн-өзү тутануу – бул газдардын же буулардын аралашмасы тышкы тутануу булагысыз өзүнөн-өзү тутанган кубулуш. Ал ошондой эле "өзүнөн-өзү күйүү" же "өзүнөн-өзү күйүү" деп аталат. Өзүнөн-өзү тутануу басымга эмес, температурага көз каранды.
Өзүнөн-өзү тутануу температурасы - бул күйүүчү майдын аба же кычкылдандыруучу агент менен байланышта болгондо тышкы тутануу булагы жок болгондо, күйүүчү майдын өзүнөн-өзү тутануу алдындагы минималдуу температурасы. Бир порошоктун өзүнөн-өзү тутануу температурасы - бул анын кычкылдандыруучу агент жок болгондо өзүнөн-өзү тутануу температурасы. Абадагы газ түрүндөгү Н2нин өзүнөн-өзү тутануу температурасы 585°C.
Тутануу энергиясы - бул күйүүчү аралашма аркылуу жалындын таралышын баштоо үчүн талап кылынган энергия. Минималдуу тутануу энергиясы - бул белгилүү бир температурада жана басымда белгилүү бир күйүүчү аралашманы тутантуу үчүн талап кылынган минималдуу энергия. 1 атм абадагы газ түрүндөгү Н2 үчүн минималдуу учкундан тутануу энергиясы = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 мДж).
Жарылуучу чеги – бул жарылуу болгон абадагы же кычкылтектеги буулардын, тумандын же чаңдын максималдуу жана минималдуу концентрациясы. Чектерди айлана-чөйрөнүн өлчөмү жана геометриясы, ошондой эле отундун концентрациясы башкарат. "Жарылуу чеги" кээде "жарылуу чеги" деген сөздүн синоними катары колдонулат.
Абадагы Н2 аралашмаларынын жарылуу чеги 18,3 көлөм% (төмөнкү чеги) жана 59 көлөм% (жогорку чеги) түзөт.
Түтүк системаларын долбоорлоодо (1-сүрөт), биринчи кадам - ​​ар бир суюктуктун түрү үчүн керектүү курулуш материалдарын аныктоо. Ал эми ар бир суюктук ASME B31.3 абзацына ылайык классификацияланат. 300(b)(1)-пунктунда: "Менчик ээси ошондой эле D, M классындагы, жогорку басымдагы жана жогорку тазалыктагы түтүктөрдү аныктоого жана белгилүү бир сапат системасын колдонуу керекпи же жокпу, аныктоого жооптуу" деп айтылат.
Суюктукту категориялаштыруу сыноонун даражасын жана талап кылынган сыноонун түрүн, ошондой эле суюктуктун категориясына негизделген башка көптөгөн талаптарды аныктайт. Бул үчүн ээсинин жоопкерчилиги, адатта, ээсинин инженердик бөлүмүнө же аутсорсингдик инженерге жүктөлөт.
B31.3 технологиялык түтүк кодекси ээсине белгилүү бир суюктук үчүн кайсы материалды колдонуу керектигин айтпаса да, ал бекемдик, калыңдык жана материалды туташтыруу талаптары боюнча көрсөтмөлөрдү берет. Кодекстин кириш сөзүндө ошондой эле так айтылган эки билдирүү бар:
Жогорудагы биринчи абзацты, B31.3. 300(b)(1) пунктун кеңейтип, ошондой эле мындай деп айтылат: “Түтүк өткөргүчтүн ээси ушул Кодексти сактоого жана түтүк өткөргүчтүн бир бөлүгү болгон бардык суюктуктарды иштетүүнү же процессти жөнгө салуучу долбоорлоо, куруу, текшерүү, текшерүү жана сыноо талаптарын белгилөөгө толук жооптуу. Орнотуу”. Ошентип, суюктуктун тейлөө категорияларын аныктоо үчүн жоопкерчилик жана талаптар боюнча негизги эрежелерди белгилегенден кийин, суутек газы кайда туура келерин карап көрөлү.
Суутек газы агып кетүүчү учуучу суюктук катары иштегендиктен, суутек газын кадимки суюктук же суюктук менен тейлөө үчүн B31.3 категориясы боюнча M классындагы суюктук деп эсептөөгө болот. Жогоруда айтылгандай, суюктук менен иштөөнүн классификациясы, эгерде ал B31.3, 3-пунктунда сүрөттөлгөн тандалган категориялар үчүн көрсөтмөлөргө жооп берсе, ээсинин талабы болуп саналат. 300.2 "Гидравликалык кызматтар" бөлүмүндөгү аныктамалар. Төмөндө кадимки суюктук менен тейлөө жана M классындагы суюктук менен тейлөө үчүн аныктамалар келтирилген:
"Кадимки суюктук кызматы: Көпчүлүк түтүктөргө тиешелүү суюктук кызматы ушул кодго ылайык келет, башкача айтканда, D, M класстары, жогорку температура, жогорку басым же жогорку суюктук тазалыгы үчүн эрежелерге баш ийбейт."
(1) Суюктуктун уулуулугу ушунчалык чоң болгондуктан, агып кетүүдөн улам пайда болгон суюктуктун өтө аз өлчөмүнө бир жолу кабылуу, аны дем алган же ага тийген адамдар үчүн олуттуу туруктуу жаракаттарды алып келиши мүмкүн, ал тургай тез арада калыбына келтирүү чаралары көрүлгөн күндө да.
(2) Түтүк өткөргүчтүн долбоорун, тажрыйбасын, иштөө шарттарын жана жайгашкан жерин карап чыккандан кийин, ээси суюктукту кадимкидей колдонуу талаптары персоналды таасирден коргоо үчүн зарыл болгон тыгыздыкты камсыз кылуу үчүн жетишсиз деп аныктайт.
Жогорудагы M аныктамасында суутек газы (1)-пункттун критерийлерине жооп бербейт, анткени ал уулуу суюктук деп эсептелбейт. Бирок, (2)-пунктты колдонуу менен, Кодекс "...түтүктөрдүн дизайны, тажрыйбасы, иштөө шарттары жана жайгашкан жери..." тиешелүү түрдө эске алынгандан кийин гидравликалык системаларды M классына классификациялоого уруксат берет. Ээси кадимки суюктукту иштетүүнү аныктоого уруксат берет. Талаптар суутек газынын түтүк системаларын долбоорлоодо, курууда, текшерүүдө, текшерүүдө жана сыноодо жогорку деңгээлдеги бүтүндүккө болгон муктаждыкты канааттандыруу үчүн жетишсиз.
Жогорку температурадагы суутек коррозиясын (HTHA) талкуулоодон мурун 1-таблицаны караңыз. Бул таблицада коддор, стандарттар жана эрежелер келтирилген, ага HTHAны камтыган кеңири таралган коррозия аномалиясы болгон суутектин морттугу (HE) темасына арналган алты документ кирет. OH төмөнкү жана жогорку температураларда пайда болушу мүмкүн. Коррозиянын бир түрү деп эсептелгендиктен, ал бир нече жол менен башталышы мүмкүн жана ошондой эле ар кандай материалдарга таасир этет.
HE ар кандай формада болот, аларды суутек крекинги (HAC), суутектин стресстик крекинги (HSC), стресстик коррозия крекинги (SCC), суутектин коррозия крекинги (HACC), суутек көбүкчөсү (HB), суутек крекинги (HIC). )), стресске багытталган суутек крекинги (SOHIC), прогрессивдүү крекинг (SWC), сульфиддик стресстик крекинг (SSC), жумшак зоналык крекинг (SZC) жана жогорку температурадагы суутек коррозиясы (HTHA) деп бөлүүгө болот.
Жөнөкөй түрүндө суутектин морттугу металл бүртүкчөлөрүнүн чек араларынын бузулушунун механизми болуп саналат, бул атомдук суутектин сиңишинен улам ийкемдүүлүктүн төмөндөшүнө алып келет. Мунун пайда болуу жолдору ар түрдүү жана жарым-жартылай алардын тиешелүү аталыштары менен аныкталат, мисалы, морттугу үчүн бир эле учурда жогорку температура жана жогорку басымдагы суутек керек болгон HTHA жана атомдук суутек жабык газдар жана суутек катары өндүрүлгөн SSC. кислоталык коррозиядан улам алар металл корпустарына сиңип, морттукка алып келиши мүмкүн. Бирок жалпы натыйжа жогоруда сүрөттөлгөн суутектин морттугунун бардык учурлары менен бирдей, мында металлдын бекемдиги анын жол берилген чыңалуу диапазонунан төмөн морттугу менен төмөндөйт, бул өз кезегинде суюктуктун туруксуздугун эске алганда, потенциалдуу катастрофалык окуяга негиз түзөт.
Дубалдын калыңдыгынан жана механикалык муундардын иштешинен тышкары, Н2 газы менен иштөө үчүн материалдарды тандоодо эске алынуучу эки негизги фактор бар: 1. Жогорку температурадагы суутектин (HTHA) таасири жана 2. Агып кетүү мүмкүнчүлүгүнө байланыштуу олуттуу кооптонуулар. Учурда эки тема тең талкууланып жатат.
Молекулярдык суутектен айырмаланып, атомдук суутек кеңейип, суутекти жогорку температурага жана басымга дуушар кылып, потенциалдуу HTHA үчүн негиз түзө алат. Мындай шарттарда атомдук суутек көмүртек болоттон жасалган түтүк материалдарына же жабдууларына диффузияланып, металл эритмесиндеги көмүртек менен реакцияга кирип, бүртүкчөлөрдүн чектеринде метан газын пайда кылат. Чыгып кете албагандыктан, газ кеңейип, түтүктөрдүн же идиштердин дубалдарында жаракаларды жана жаракаларды пайда кылат - бул HTGA. HTHA жыйынтыктарын 2-сүрөттөн даана көрө аласыз, анда 8 дюймдук дубалда жаракалар жана жаракалар көрүнүп турат. Номиналдык өлчөмдөгү (NPS) түтүктүн ушул шарттарда бузулган бөлүгү.
Көмүртек болотун иштөө температурасы 500°F төмөн кармалганда суутек менен иштөө үчүн колдонсо болот. Жогоруда айтылгандай, HTHA суутек газы жогорку парциалдык басымда жана жогорку температурада кармалганда пайда болот. Суутектин парциалдык басымы 3000 psi тегерегинде жана температурасы 450°F жогору болгондо (бул 2-сүрөттө көрсөтүлгөн кырсыктын шарты), көмүртек болотун колдонуу сунушталбайт.
3-сүрөттө көрсөтүлгөн, жарым-жартылай API 941ден алынган Нельсондун өзгөртүлгөн графикинен көрүнүп тургандай, жогорку температура суутектин аракетине эң чоң таасир этет. 500°F чейинки температурада иштеген көмүртектүү болоттор менен колдонулганда суутек газынын парциалдык басымы 1000 psiден ашып кетиши мүмкүн.
3-сүрөт. Бул өзгөртүлгөн Нельсон диаграммасы (API 941 стандартынан ылайыкташтырылган) ар кандай температурада суутек менен иштөө үчүн ылайыктуу материалдарды тандоо үчүн колдонулушу мүмкүн.
3-сүрөттө иштөө температурасына жана суутектин парциалдык басымына жараша суутектин чабуулунан сактанууга кепилдик берилген болоттордун тандоосу көрсөтүлгөн. Аустениттик дат баспас болоттор HTHAга сезгич эмес жана бардык температураларда жана басымдарда канааттандырарлык материалдар болуп саналат.
Аустениттик 316/316L дат баспас болот суутек колдонуу үчүн эң практикалык материал болуп саналат жана далилденген тажрыйбага ээ. Ширетүү учурунда калдык суутекти кальцийлөө жана ширетүүдөн кийин жылуулукка таасир этүүчү зонанын (HAZ) катуулугун азайтуу үчүн көмүртектүү болоттор үчүн ширетүүдөн кийинки жылуулук менен иштетүү (PWHT) сунушталса, аустениттик дат баспас болоттор үчүн ал талап кылынбайт.
Жылуулук менен иштетүү жана ширетүүдөн келип чыккан термотермикалык таасирлер аустениттик дат баспас болоттордун механикалык касиеттерине анчалык деле таасир этпейт. Бирок, муздак иштетүү аустениттик дат баспас болоттордун бекемдиги жана катуулук сыяктуу механикалык касиеттерин жакшырта алат. Аустениттик дат баспас болоттон түтүктөрдү ийип жана калыпка салганда, алардын механикалык касиеттери өзгөрөт, анын ичинде материалдын пластикалуулугунун төмөндөшү да байкалат.
Эгерде аустениттик дат баспас болотту муздак калыптоо талап кылынса, эритмени күйгүзүү (болжол менен 1045°C чейин ысытуу, андан кийин чыңдоо же тез муздатуу) материалдын механикалык касиеттерин баштапкы маанилерине кайтарат. Ошондой эле, муздак иштетүүдөн кийин жетишилген эритмени бөлүү, сезгичтик жана сигма фазасын жок кылат. Эритмени күйгүзүү учурунда, эгерде туура иштетилбесе, тез муздатуу материалга калдык чыңалууну кайра алып келиши мүмкүн экенин эске алыңыз.
H2 кызматы үчүн алгылыктуу материалдарды тандоо үчүн ASME B31 программасындагы GR-2.1.1-1 Түтүктөрдү жана түтүктөрдү чогултуу материалынын спецификация индекси жана GR-2.1.1-2 Түтүктөрдүн материалынын спецификация индекси таблицаларын караңыз. түтүктөр баштоо үчүн жакшы жер.
Стандарттык атомдук салмагы 1,008 атомдук масса бирдигине (аму) барабар болгондуктан, суутек мезгилдик таблицадагы эң жеңил жана эң кичинекей элемент болуп саналат жана ошондуктан агып кетүүгө жакын, бул кыйратуучу кесепеттерге алып келиши мүмкүн деп кошумчалай кетейин. Ошондуктан, газ түтүк системасы механикалык типтеги байланыштарды чектеп, чындап керектүү байланыштарды жакшыртуу үчүн иштелип чыгышы керек.
Агып кетүүнүн мүмкүн болгон чекиттерин чектөөдө, жабдуулардагы, түтүк элементтериндеги жана арматуралардагы фланецтүү туташуулардан тышкары, система толугу менен ширетилиши керек. Бурама туташуулардан мүмкүн болушунча, эгер толугу менен болбосо, качуу керек. Эгерде кандайдыр бир себептерден улам бурама туташуулардан качуу мүмкүн болбосо, аларды бурама герметиксиз толугу менен бириктирип, андан кийин ширетилген жерди бекитүү сунушталат. Көмүртектүү болот түтүктү колдонгондо, түтүктөрдүн муундары туюк ширетилип, ширетүүдөн кийинки жылуулук менен иштетилиши керек (PWHT). Ширетүүдөн кийин, жылуулукка таасир эткен зонадагы (HAZ) түтүктөр айлана-чөйрөнүн температурасында да суутектин чабуулуна дуушар болушат. Суутектин чабуулу негизинен жогорку температурада болсо да, PWHT этабы айлана-чөйрөнүн шарттарында да бул мүмкүнчүлүктү толугу менен азайтат, жок кылбаса да.
Толугу менен ширетилген системанын алсыз жери - фланецтик туташуу. Фланецтик туташууларда жогорку деңгээлдеги тыгыздыкты камсыз кылуу үчүн Kammprofile прокладкаларын (4-сүрөт) же прокладкалардын башка түрүн колдонуу керек. Бир нече өндүрүүчүлөр тарабынан дээрлик бирдей жол менен жасалган бул төшөмө абдан кечиримдүү. Ал жумшак, деформациялануучу пломбалоочу материалдардын ортосуна кыстырылган тиштүү толугу менен металл шакекчелерден турат. Тиштер болттун жүгүн кичирээк аянтка топтоп, азыраак күч менен тыгыз отурууну камсыз кылат. Ал фланецтик беттердин тегиз эместигин, ошондой эле өзгөрүлмө иштөө шарттарын компенсациялай тургандай кылып иштелип чыккан.
4-сүрөт. Каммпрофиль прокладкаларынын эки тарабы жумшак толтургуч менен бириктирилген металл өзөгү бар.
Системанын бүтүндүгүндөгү дагы бир маанилүү фактор - бул клапан. Штанга пломбасынын жана корпустун фланецтеринин айланасындагы агып кетүүлөр чыныгы көйгөй болуп саналат. Мунун алдын алуу үчүн, сильфон пломбасы бар клапанды тандоо сунушталат.
Төмөндөгү мисалда ASTM A106 Gr B стандартына ылайык өндүрүштүк жол берилген чектөөлөрдү, коррозияга жана механикалык жол берилген чектөөлөрдү эске алуу менен 1 дюймдук School 80 көмүртектүү болот түтүгүн колдонуңуз, максималдуу жол берилген жумушчу басымды (MAWP) 300°F чейинки температурада эки этап менен эсептөөгө болот (Эскертүү: "...300ºF чейинки температура үчүн..." дегендин себеби, ASTM A106 Gr B материалынын жол берилген чыңалуусунун (S) температурасы 300ºF (S) ашканда начарлай баштагандыгына байланыштуу, андыктан (1) теңдеме 300ºF жогору температурага тууралоону талап кылат.)
(1) формулага кайрылып, биринчи кадам - ​​түтүктүн теориялык жарылуу басымын эсептөө.
T = түтүктүн дубалынын калыңдыгынан механикалык, коррозияга жана өндүрүштүк жол берилгендиктерди алып салуу, дюйм менен.
Процесстин экинчи бөлүгү (2) теңдеме боюнча алынган P натыйжасына коопсуздук коэффициентин S f колдонуу менен түтүктүн максималдуу уруксат берилген жумушчу басымы Па эсептөө болуп саналат:
Ошентип, 1 дюймдук мектеп 80 материалын колдонууда, жарылуу басымы төмөнкүдөй эсептелет:
Андан кийин ASME басым идиштери боюнча сунуштарынын VIII-1 бөлүмүнүн 2019-жылдын 8-пунктуна ылайык 4 коопсуздук Sf колдонулат. UG-101 төмөнкүдөй эсептелет:
Натыйжада алынган MAWP мааниси 810 psi. дюймга барабар болуп, түтүккө гана тиешелүү. Системадагы эң төмөнкү рейтингге ээ фланецтик туташуу же компонент системадагы уруксат берилген басымды аныктоодо аныктоочу фактор болуп саналат.
ASME B16.5 стандартына ылайык, 150 көмүртектүү болоттон жасалган фланецтүү арматуралар үчүн максималдуу уруксат берилген жумушчу басым -20°Fден 100°Fге чейинки температурада 285 psi дюймду түзөт. 300 классындагы максималдуу уруксат берилген жумушчу басым 740 psi түзөт. Бул төмөндөгү материалдын спецификациясынын мисалына ылайык системанын басым чеги коэффициенти болот. Ошондой эле, гидростатикалык сыноолордо гана бул маанилер 1,5 эседен ашышы мүмкүн.
Негизги көмүртек болот материалынын спецификациясынын мисалы катары, 740 psi. дюймдук долбоордук басымдан төмөн айлана-чөйрөнүн температурасында иштеген H2 газ тейлөө линиясынын спецификациясы 2-таблицада көрсөтүлгөн материалдык талаптарды камтышы мүмкүн. Төмөнкүлөр спецификацияга киргизилиши керек болгон түрлөр болуп саналат:
Түтүктүн өзүнөн тышкары, түтүк системасын түзгөн көптөгөн элементтер бар, мисалы, фитингдер, клапандар, линиялык жабдуулар ж.б. Бул элементтердин көбү аларды кененирээк талкуулоо үчүн түтүккө чогултулат, бирок бул үчүн мүмкүн болушунча көп барактар ​​талап кылынат. Бул макала.