Kjo pasqyrë ofron rekomandime për projektimin e sigurt të sistemeve të tubacioneve për shpërndarjen e hidrogjenit.
Hidrogjeni është një lëng shumë i paqëndrueshëm me një tendencë të lartë për rrjedhje.Është një kombinim shumë i rrezikshëm dhe vdekjeprurës i tendencave, një lëng i paqëndrueshëm që është i vështirë për t'u kontrolluar.Këto janë tendenca për t'u marrë parasysh kur zgjidhni materiale, guarnicione dhe vula, si dhe karakteristikat e projektimit të sistemeve të tilla.Këto tema rreth shpërndarjes së H2 të gaztë janë fokusi i këtij diskutimi, jo prodhimi i H2, H2 i lëngshëm ose H2 i lëngshëm (shih shiritin anësor djathtas).
Këtu janë disa pika kyçe për t'ju ndihmuar të kuptoni përzierjen e hidrogjenit dhe H2-ajrit.Hidrogjeni digjet në dy mënyra: deflagrim dhe shpërthim.
deflagracion.Deflagrimi është një mënyrë e zakonshme djegieje në të cilën flakët kalojnë nëpër përzierje me shpejtësi nënsonike.Kjo ndodh, për shembull, kur një re e lirë e përzierjes hidrogjen-ajër ndizet nga një burim i vogël ndezës.Në këtë rast, flaka do të lëvizë me një shpejtësi prej dhjetë deri në disa qindra këmbë në sekondë.Zgjerimi i shpejtë i gazit të nxehtë krijon valë presioni, forca e të cilave është proporcionale me madhësinë e resë.Në disa raste, forca e valës së goditjes mund të jetë e mjaftueshme për të dëmtuar strukturat e ndërtesave dhe objektet e tjera në rrugën e saj dhe për të shkaktuar lëndime.
shpërthejnë.Kur shpërtheu, flakët dhe valët goditëse udhëtuan përmes përzierjes me shpejtësi supersonike.Raporti i presionit në një valë shpërthimi është shumë më i madh se në një shpërthim.Për shkak të forcës së shtuar, shpërthimi është më i rrezikshëm për njerëzit, ndërtesat dhe objektet pranë.Shfryrja normale shkakton një shpërthim kur ndizet në një hapësirë ​​të mbyllur.Në një zonë kaq të ngushtë, ndezja mund të shkaktohet nga sasia më e vogël e energjisë.Por për shpërthimin e një përzierjeje hidrogjen-ajër në një hapësirë ​​të pakufizuar, kërkohet një burim më i fuqishëm ndezës.
Raporti i presionit përgjatë valës së shpërthimit në një përzierje hidrogjen-ajër është rreth 20. Në presionin atmosferik, një raport prej 20 është 300 psi.Kur kjo valë presioni përplaset me një objekt të palëvizshëm, raporti i presionit rritet në 40-60.Kjo është për shkak të reflektimit të një vale presioni nga një pengesë e palëvizshme.
Tendenca për rrjedhje.Për shkak të viskozitetit të tij të ulët dhe peshës së ulët molekulare, gazi H2 ka një tendencë të lartë për të rrjedhur dhe madje për të depërtuar ose depërtuar në materiale të ndryshme.
Hidrogjeni është 8 herë më i lehtë se gazi natyror, 14 herë më i lehtë se ajri, 22 herë më i lehtë se propani dhe 57 herë më i lehtë se avulli i benzinës.Kjo do të thotë që kur instalohet jashtë, gazi H2 do të ngrihet shpejt dhe do të shpërndahet, duke reduktuar çdo shenjë të rrjedhjeve.Por mund të jetë një thikë me dy tehe.Një shpërthim mund të ndodhë nëse saldimi do të kryhet në një instalim të jashtëm mbi ose në drejtim të erës së një rrjedhjeje H2 pa një studim të zbulimit të rrjedhjeve përpara saldimit.Në një hapësirë ​​të mbyllur, gazi H2 mund të ngrihet dhe të grumbullohet nga tavani poshtë, një gjendje që e lejon atë të ndërtohet deri në vëllime të mëdha përpara se të ketë më shumë gjasa për të rënë në kontakt me burimet e ndezjes pranë tokës.
Zjarr aksidental.Vetëndezja është një fenomen në të cilin një përzierje gazesh ose avujsh ndizet spontanisht pa një burim të jashtëm ndezjeje.Njihet gjithashtu si "djegie spontane" ose "djegie spontane".Vetëndezja varet nga temperatura, jo nga presioni.
Temperatura e vetëndezjes është temperatura minimale në të cilën karburanti do të ndizet spontanisht përpara ndezjes në mungesë të një burimi të jashtëm ndezjeje në kontakt me ajrin ose një agjent oksidues.Temperatura e autondezjes së një pluhuri të vetëm është temperatura në të cilën ai ndizet spontanisht në mungesë të një agjenti oksidues.Temperatura e vetëndezjes së H2 të gaztë në ajër është 585°C.
Energjia e ndezjes është energjia e nevojshme për të nisur përhapjen e një flake përmes një përzierjeje të djegshme.Energjia minimale e ndezjes është energjia minimale e nevojshme për të ndezur një përzierje të veçantë të djegshme në një temperaturë dhe presion të caktuar.Energjia minimale e ndezjes së shkëndijës për H2 të gaztë në 1 atm ajri = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Kufijtë e eksplozivëve janë përqendrimet maksimale dhe minimale të avujve, mjegullave ose pluhurave në ajër ose oksigjen në të cilat ndodh një shpërthim.Madhësia dhe gjeometria e mjedisit, si dhe përqendrimi i karburantit, kontrollon kufijtë."Kufizimi i shpërthimit" përdoret ndonjëherë si sinonim për "kufirin e shpërthimit".
Kufijtë e eksplozivëve për përzierjet H2 në ajër janë 18.3 vol.% (kufiri i poshtëm) dhe 59 vol.% (kufiri i sipërm).
Gjatë projektimit të sistemeve të tubacioneve (Figura 1), hapi i parë është përcaktimi i materialeve të ndërtimit të nevojshëm për çdo lloj lëngu.Dhe çdo lëng do të klasifikohet në përputhje me paragrafin ASME B31.3.300(b)(1) thotë, "Pronari është gjithashtu përgjegjës për përcaktimin e tubacioneve të klasës D, M, presionit të lartë dhe pastërtisë së lartë, dhe përcaktimin nëse duhet të përdoret një sistem i caktuar cilësie".
Kategorizimi i lëngjeve përcakton shkallën e testimit dhe llojin e testimit të kërkuar, si dhe shumë kërkesa të tjera bazuar në kategorinë e lëngjeve.Përgjegjësia e pronarit për këtë zakonisht bie mbi departamentin e inxhinierisë së pronarit ose një inxhinier të jashtëm.
Ndonëse Kodi i gypave të procesit B31.3 nuk i tregon pronarit se cilin material duhet të përdorë për një lëng të caktuar, ai ofron udhëzime mbi forcën, trashësinë dhe kërkesat e lidhjes së materialit.Ekzistojnë gjithashtu dy deklarata në hyrje të kodit që thonë qartë:
Dhe zgjerohet në paragrafin e parë të mësipërm, paragrafi B31.3.300(b)(1) gjithashtu thotë: “Pronari i një instalimi tubacioni është i vetmi përgjegjës për respektimin e këtij Kod dhe për vendosjen e kërkesave të projektimit, ndërtimit, inspektimit, inspektimit dhe testimit që rregullojnë të gjithë trajtimin ose procesin e lëngjeve, pjesë e të cilit është tubacioni.Instalimi.”Pra, pas përcaktimit të disa rregullave bazë për përgjegjësinë dhe kërkesat për përcaktimin e kategorive të shërbimit të lëngjeve, le të shohim se ku futet gazi hidrogjen.
Për shkak se gazi hidrogjen vepron si një lëng i paqëndrueshëm me rrjedhje, gazi hidrogjen mund të konsiderohet një lëng normal ose një lëng i klasës M nën kategorinë B31.3 për shërbimin e lëngët.Siç u tha më lart, klasifikimi i trajtimit të lëngjeve është një kërkesë e pronarit, me kusht që të plotësojë udhëzimet për kategoritë e zgjedhura të përshkruara në B31.3, paragrafi 3. 300.2 Përkufizimet në seksionin "Shërbimet hidraulike".Më poshtë janë përkufizimet për shërbimin normal të lëngjeve dhe shërbimin e lëngjeve të klasës M:
“Shërbimi normal i lëngjeve: Shërbimi i lëngjeve i zbatueshëm për shumicën e tubacioneve që i nënshtrohen këtij kodi, dmth. nuk i nënshtrohet rregulloreve për klasat D, M, temperatura e lartë, presioni i lartë ose pastërtia e lartë e lëngjeve.
(1) Toksiciteti i lëngut është aq i madh sa që një ekspozim i vetëm ndaj një sasie shumë të vogël të lëngut të shkaktuar nga një rrjedhje mund të shkaktojë dëmtime serioze të përhershme për ata që thithin ose vijnë në kontakt me të, edhe nëse merren masa të menjëhershme rikuperimi.marrë
(2) Pas shqyrtimit të dizajnit të tubacionit, përvojës, kushteve të funksionimit dhe vendndodhjes, pronari përcakton se kërkesat për përdorim normal të lëngut nuk janë të mjaftueshme për të siguruar ngushtësinë e nevojshme për të mbrojtur personelin nga ekspozimi.”
Në përkufizimin e mësipërm të M, gazi hidrogjen nuk i plotëson kriteret e paragrafit (1) sepse nuk konsiderohet një lëng toksik.Megjithatë, duke zbatuar nënseksionin (2), Kodi lejon klasifikimin e sistemeve hidraulike në klasën M pas shqyrtimit të duhur të “…dizajnit të tubacionit, përvojës, kushteve të funksionimit dhe vendndodhjes…” Pronari lejon përcaktimin e trajtimit normal të lëngjeve.Kërkesat janë të pamjaftueshme për të përmbushur nevojën për një nivel më të lartë integriteti në projektimin, ndërtimin, inspektimin, inspektimin dhe testimin e sistemeve të tubacioneve të gazit hidrogjen.
Ju lutemi referojuni Tabelës 1 përpara se të diskutoni korrozionin me hidrogjen në temperaturë të lartë (HTHA).Kodet, standardet dhe rregulloret janë renditur në këtë tabelë, e cila përfshin gjashtë dokumente mbi temën e brishtësisë së hidrogjenit (HE), një anomali e zakonshme korrozioni që përfshin HTHA.OH mund të ndodhë në temperatura të ulëta dhe të larta.I konsideruar si një formë korrozioni, ai mund të inicohet në disa mënyra dhe gjithashtu të ndikojë në një gamë të gjerë materialesh.
HE ka forma të ndryshme, të cilat mund të ndahen në plasaritje me hidrogjen (HAC), plasaritje nga stresi hidrogjenor (HSC), plasaritje nga korrozioni i stresit (SCC), çarje nga korrozioni hidrogjenor (HACC), flluska hidrogjeni (HB), plasaritje me hidrogjen (HIC).)), plasaritja e hidrogjenit e orientuar drejt stresit (SOHIC), plasaritja progresive (SWC), plasaritja e stresit sulfide (SSC), plasaritja e zonës së butë (SZC) dhe korrozioni me hidrogjen në temperaturë të lartë (HTHA).
Në formën e tij më të thjeshtë, brishtësia e hidrogjenit është një mekanizëm për shkatërrimin e kufijve të kokrrizave metalike, duke rezultuar në ulje të duktilitetit për shkak të depërtimit të hidrogjenit atomik.Mënyrat në të cilat ndodh kjo janë të ndryshme dhe pjesërisht përcaktohen nga emrat e tyre përkatës, si HTHA, ku hidrogjeni i njëkohshëm i temperaturës së lartë dhe presionit të lartë nevojitet për brishtësinë, dhe SSC, ku hidrogjeni atomik prodhohet si gaz i mbyllur dhe hidrogjen.për shkak të korrozionit acid, ato depërtojnë në kuti metalike, gjë që mund të çojë në brishtësi.Por rezultati i përgjithshëm është i njëjtë si për të gjitha rastet e brishtësisë së hidrogjenit të përshkruar më sipër, ku forca e metalit zvogëlohet nga brishtësia nën diapazonin e tij të lejueshëm të stresit, i cili nga ana e tij vendos skenën për një ngjarje potencialisht katastrofike duke pasur parasysh paqëndrueshmërinë e lëngut.
Përveç trashësisë së murit dhe performancës mekanike të bashkimit, ka dy faktorë kryesorë që duhen marrë parasysh gjatë përzgjedhjes së materialeve për shërbimin e gazit H2: 1. Ekspozimi ndaj hidrogjenit me temperaturë të lartë (HTHA) dhe 2. Shqetësime serioze për rrjedhje të mundshme.Të dyja temat janë aktualisht në diskutim.
Ndryshe nga hidrogjeni molekular, hidrogjeni atomik mund të zgjerohet, duke e ekspozuar hidrogjenin ndaj temperaturave dhe presioneve të larta, duke krijuar bazën për HTHA potenciale.Në këto kushte, hidrogjeni atomik është në gjendje të shpërndahet në materialet ose pajisjet e tubacioneve të çelikut të karbonit, ku reagon me karbonin në tretësirën metalike për të formuar gaz metan në kufijtë e kokrrizave.Në pamundësi për të shpëtuar, gazi zgjerohet, duke krijuar çarje dhe çarje në muret e tubave ose anijeve - kjo është HTGA.Ju mund t'i shihni qartë rezultatet e HTHA në Figurën 2 ku çarjet dhe çarjet janë të dukshme në murin 8 inç.Pjesa e tubit me madhësi nominale (NPS) që dështon në këto kushte.
Çeliku i karbonit mund të përdoret për shërbimin e hidrogjenit kur temperatura e funksionimit mbahet nën 500°F.Siç u përmend më lart, HTHA ndodh kur gazi i hidrogjenit mbahet në presion të lartë të pjesshëm dhe temperaturë të lartë.Çeliku i karbonit nuk rekomandohet kur presioni i pjesshëm i hidrogjenit pritet të jetë rreth 3000 psi dhe temperatura është mbi rreth 450°F (që është gjendja e aksidentit në Figurën 2).
Siç mund të shihet nga grafiku i modifikuar i Nelson-it në Figurën 3, pjesërisht i marrë nga API 941, temperatura e lartë ka efektin më të madh në forcën e hidrogjenit.Presioni i pjesshëm i gazit të hidrogjenit mund të kalojë 1000 psi kur përdoret me çeliqet e karbonit që funksionojnë në temperatura deri në 500°F.
Figura 3. Kjo tabelë e modifikuar Nelson (përshtatur nga API 941) mund të përdoret për të zgjedhur materiale të përshtatshme për shërbimin e hidrogjenit në temperatura të ndryshme.
Në fig.3 tregon zgjedhjen e çeliqeve që garantohen për të shmangur sulmin me hidrogjen, në varësi të temperaturës së funksionimit dhe presionit të pjesshëm të hidrogjenit.Çeliqet inox austenitikë janë të pandjeshëm ndaj HTHA dhe janë materiale të kënaqshme në të gjitha temperaturat dhe presionet.
Çelik inox Austenitic 316/316L është materiali më praktik për aplikimet e hidrogjenit dhe ka një histori të provuar.Ndërsa trajtimi termik pas saldimit (PWHT) rekomandohet për çeliqet e karbonit për të kalcinuar hidrogjenin e mbetur gjatë saldimit dhe për të reduktuar ngurtësinë e zonës së prekur nga nxehtësia (HAZ) pas saldimit, nuk kërkohet për çeliqet inox austenitikë.
Efektet termotermike të shkaktuara nga trajtimi termik dhe saldimi kanë pak efekt në vetitë mekanike të çeliqeve inox austenitikë.Megjithatë, puna në të ftohtë mund të përmirësojë vetitë mekanike të çeliqeve inox austenit, të tilla si forca dhe fortësia.Gjatë përkuljes dhe formimit të tubave nga çelik inox austenitik, vetitë e tyre mekanike ndryshojnë, duke përfshirë uljen e plasticitetit të materialit.
Nëse çeliku inox austenitik kërkon formim të ftohtë, pjekja me tretësirë ​​(ngrohja në afërsisht 1045°C e ndjekur nga shuarja ose ftohja e shpejtë) do të rivendosë vetitë mekanike të materialit në vlerat e tyre origjinale.Gjithashtu do të eliminojë ndarjen e aliazhit, sensibilizimin dhe fazën sigma të arritur pas punës së ftohtë.Kur kryeni pjekjen e solucionit, kini parasysh se ftohja e shpejtë mund të rivendosë stresin e mbetur në material nëse nuk trajtohet siç duhet.
Referojuni tabelave GR-2.1.1-1 Indeksi i specifikimit të materialit të montimit të tubacioneve dhe tubave dhe GR-2.1.1-2 Indeksi i specifikimit të materialit të tubacionit në ASME B31 për zgjedhje të pranueshme materialesh për shërbimin H2.tubacionet janë një vend i mirë për të filluar.
Me një peshë standarde atomike prej 1,008 njësi të masës atomike (amu), hidrogjeni është elementi më i lehtë dhe më i vogël në tabelën periodike, dhe për këtë arsye ka një prirje të lartë për rrjedhje, me pasoja potencialisht shkatërruese, mund të shtoj.Prandaj, sistemi i tubacioneve të gazit duhet të projektohet në mënyrë të tillë që të kufizojë lidhjet e tipit mekanik dhe të përmirësojë ato lidhje që janë vërtet të nevojshme.
Kur kufizoni pikat e mundshme të rrjedhjeve, sistemi duhet të saldohet plotësisht, me përjashtim të lidhjeve me fllanxha në pajisje, elementë tubacionesh dhe pajisje.Lidhjet me fileto duhet të shmangen sa më shumë që të jetë e mundur, nëse jo plotësisht.Nëse lidhjet me fileto nuk mund të shmangen për ndonjë arsye, rekomandohet t'i fusni plotësisht ato pa ngjitës me fileto dhe më pas të mbyllni saldimin.Kur përdorni tub çeliku të karbonit, nyjet e tubit duhet të jenë të salduara dhe të trajtohen me nxehtësi pas saldimit (PWHT).Pas saldimit, tubat në zonën e prekur nga nxehtësia (HAZ) janë të ekspozuar ndaj sulmit të hidrogjenit edhe në temperaturën e ambientit.Ndërsa sulmi me hidrogjen ndodh kryesisht në temperatura të larta, faza PWHT do të reduktojë plotësisht, nëse jo do ta eliminojë, këtë mundësi edhe në kushtet e ambientit.
Pika e dobët e sistemit me saldim të plotë është lidhja me fllanxha.Për të siguruar një shkallë të lartë ngushtësie në lidhjet me fllanxha, duhet të përdoren guarnicionet Kammprofile (fig. 4) ose një formë tjetër guarnicioni.E bërë pothuajse në të njëjtën mënyrë nga disa prodhues, kjo jastëk është shumë falëse.Ai përbëhet nga unaza tërësisht metalike të dhëmbëzuara të vendosura midis materialeve të buta dhe të deformueshme mbyllëse.Dhëmbët përqendrojnë ngarkesën e bulonës në një zonë më të vogël për të siguruar një përshtatje të ngushtë me më pak stres.Është projektuar në mënyrë të tillë që të mund të kompensojë sipërfaqet e pabarabarta të fllanxhave, si dhe kushtet e luhatshme të funksionimit.
Figura 4. Guarnicionet e profilit kamm kanë një bërthamë metalike të lidhur në të dy anët me një mbushës të butë.
Një faktor tjetër i rëndësishëm në integritetin e sistemit është valvula.Rrjedhjet rreth vulës së kërcellit dhe fllanxhave të trupit janë një problem i vërtetë.Për të parandaluar këtë, rekomandohet të zgjidhni një valvul me një vulë shakull.
Përdorni 1 inç.Tub çeliku me karbon të shkollës 80, në shembullin tonë më poshtë, duke pasur parasysh tolerancat e prodhimit, korrozioni dhe tolerancat mekanike në përputhje me ASTM A106 Gr B, presioni maksimal i lejueshëm i punës (MAWP) mund të llogaritet në dy hapa në temperatura deri në 300°F (Shënim: Arsyeja për "… Materiali B fillon të përkeqësohet kur temperatura kalon 300ºF.(S), kështu që ekuacioni (1) kërkon Rregullimin në temperatura mbi 300ºF.)
Duke iu referuar formulës (1), hapi i parë është llogaritja e presionit teorik të shpërthimit të tubacionit.
T = trashësia e murit të tubit minus tolerancat mekanike, korrozioni dhe prodhimi, në inç.
Pjesa e dytë e procesit është llogaritja e presionit maksimal të lejueshëm të punës Pa të tubacionit duke aplikuar faktorin e sigurisë S f në rezultatin P sipas ekuacionit (2):
Kështu, kur përdoret materiali shkollor 80 1″, presioni i shpërthimit llogaritet si më poshtë:
Një Sf i sigurisë prej 4 zbatohet më pas në përputhje me Rekomandimet e Enëve me Presion ASME Seksioni VIII-1 2019, Paragrafi 8. UG-101 llogaritur si më poshtë:
Vlera që rezulton MAWP është 810 psi.inç i referohet vetëm tubit.Lidhja me fllanxha ose komponenti me shkallën më të ulët në sistem do të jetë faktori përcaktues në përcaktimin e presionit të lejuar në sistem.
Sipas ASME B16.5, presioni maksimal i lejueshëm i punës për pajisje fllanxhash prej 150 çeliku të karbonit është 285 psi.inç në -20°F deri në 100°F.Klasa 300 ka një presion maksimal të lejueshëm të punës prej 740 psi.Ky do të jetë faktori kufitar i presionit të sistemit sipas shembullit të specifikimit të materialit më poshtë.Gjithashtu, vetëm në testet hidrostatike, këto vlera mund të kalojnë 1.5 herë.
Si shembull i një specifikimi bazë të materialit prej çeliku të karbonit, një specifikim i linjës së shërbimit të gazit H2 që funksionon në një temperaturë ambienti nën një presion projektimi prej 740 psi.inç, mund të përmbajë kërkesat e materialit të paraqitura në tabelën 2. Më poshtë janë llojet që mund të kërkojnë vëmendje për t'u përfshirë në specifikim:
Përveç vetë tubacioneve, ka shumë elementë që përbëjnë sistemin e tubacioneve si pajisje, valvola, pajisje të linjës, etj. Ndërsa shumë nga këta elementë do të bashkohen në një tubacion për t'i diskutuar ato në detaje, kjo do të kërkojë më shumë faqe sesa mund të akomodohen.Ky artikull.