ภาพรวมนี้ให้คำแนะนำสำหรับการออกแบบระบบท่ออย่างปลอดภัยสำหรับการจ่ายไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนเป็นของเหลวที่ระเหยง่ายและมีแนวโน้มที่จะรั่วไหลสูงเป็นส่วนผสมของแนวโน้มที่อันตรายและอันตรายถึงชีวิต เป็นของเหลวที่ระเหยง่ายซึ่งควบคุมได้ยากสิ่งเหล่านี้เป็นแนวโน้มที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุ ปะเก็น และซีล รวมถึงลักษณะการออกแบบของระบบดังกล่าวหัวข้อเหล่านี้เกี่ยวกับการกระจายตัวของก๊าซ H2 เป็นจุดสำคัญของการสนทนานี้ ไม่ใช่การผลิต H2, H2 ของเหลว หรือ H2 ของเหลว (ดูแถบด้านข้างขวา)
ต่อไปนี้เป็นประเด็นสำคัญที่จะช่วยให้คุณเข้าใจส่วนผสมของไฮโดรเจนและอากาศ H2ไฮโดรเจนเผาไหม้ได้สองวิธี: การระเบิดและการระเบิด
การยุบตัวDeflagration เป็นโหมดการเผาไหม้ทั่วไปที่เปลวไฟเคลื่อนที่ผ่านส่วนผสมด้วยความเร็วต่ำกว่าเสียงสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อส่วนผสมของไฮโดรเจนและอากาศในเมฆอิสระถูกจุดโดยแหล่งกำเนิดประกายไฟขนาดเล็กในกรณีนี้ เปลวไฟจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสิบถึงหลายร้อยฟุตต่อวินาทีการขยายตัวอย่างรวดเร็วของก๊าซร้อนจะสร้างคลื่นความดันซึ่งความแรงจะแปรผันตามขนาดของเมฆในบางกรณี แรงของคลื่นกระแทกอาจเพียงพอที่จะสร้างความเสียหายให้กับโครงสร้างอาคารและวัตถุอื่นๆ ที่ขวางทาง และทำให้เกิดการบาดเจ็บได้
ระเบิด.เมื่อมันระเบิด เปลวไฟและคลื่นกระแทกจะเคลื่อนที่ผ่านส่วนผสมด้วยความเร็วเหนือเสียงอัตราส่วนความดันในคลื่นระเบิดมีค่ามากกว่าการระเบิดมากเนื่องจากแรงที่เพิ่มขึ้น การระเบิดจึงเป็นอันตรายต่อผู้คน อาคาร และวัตถุใกล้เคียงมากขึ้นการติดไฟตามปกติทำให้เกิดการระเบิดเมื่อติดไฟในพื้นที่จำกัดในพื้นที่แคบๆ เช่นนี้ การจุดระเบิดได้โดยใช้พลังงานน้อยที่สุดแต่สำหรับการจุดระเบิดของส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศในพื้นที่ไม่จำกัด จำเป็นต้องใช้แหล่งกำเนิดการจุดระเบิดที่ทรงพลังกว่า
อัตราส่วนความดันตลอดคลื่นการระเบิดในส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศคือประมาณ 20 ที่ความดันบรรยากาศ อัตราส่วนของ 20 คือ 300 psiเมื่อคลื่นความดันนี้ชนกับวัตถุที่อยู่นิ่ง อัตราส่วนความดันจะเพิ่มขึ้นเป็น 40-60นี่เป็นเพราะการสะท้อนของคลื่นแรงดันจากสิ่งกีดขวางที่อยู่นิ่ง
มีแนวโน้มที่จะรั่วไหลเนื่องจากความหนืดต่ำและน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ก๊าซ H2 จึงมีแนวโน้มสูงที่จะรั่วไหลและแม้แต่ซึมผ่านหรือทะลุผ่านวัสดุต่างๆ
ไฮโดรเจนเบากว่าก๊าซธรรมชาติ 8 เท่า เบากว่าอากาศ 14 เท่า เบากว่าโพรเพน 22 เท่า และเบากว่าไอน้ำมันเบนซิน 57 เท่าซึ่งหมายความว่าเมื่อติดตั้งภายนอกอาคาร ก๊าซ H2 จะเพิ่มขึ้นและกระจายไปอย่างรวดเร็ว ช่วยลดสัญญาณของการรั่วไหลแต่อาจเป็นดาบสองคมการระเบิดอาจเกิดขึ้นได้หากทำการเชื่อมในการติดตั้งภายนอกอาคารด้านบนหรือด้านล่างของการรั่วไหลของ H2 โดยไม่มีการศึกษาการตรวจจับการรั่วไหลก่อนทำการเชื่อมในพื้นที่ปิดล้อม ก๊าซ H2 สามารถลอยขึ้นและสะสมจากเพดานลงมาได้ ซึ่งเป็นสภาวะที่ทำให้สามารถสะสมได้ในปริมาณมากก่อนที่จะสัมผัสกับแหล่งกำเนิดประกายไฟใกล้พื้นดิน
อุบัติเหตุไฟไหม้.การจุดระเบิดได้เองเป็นปรากฏการณ์ที่ส่วนผสมของก๊าซหรือไอระเหยติดไฟได้เองโดยไม่มีแหล่งกำเนิดประกายไฟจากภายนอกเป็นที่รู้จักกันว่า "การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง" หรือ "การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง"การจุดระเบิดได้เองขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ไม่ใช่แรงดัน
อุณหภูมิที่จุดติดไฟได้เองคืออุณหภูมิต่ำสุดที่เชื้อเพลิงจะจุดติดไฟได้เองก่อนการจุดระเบิด หากไม่มีแหล่งจุดระเบิดภายนอกเมื่อสัมผัสกับอากาศหรือตัวออกซิไดซ์อุณหภูมิที่จุดติดไฟได้เองของผงแป้งเดี่ยวคืออุณหภูมิที่ผงแป้งจะติดไฟได้เองโดยไม่มีตัวออกซิไดซ์อุณหภูมิที่จุดไฟได้เองของก๊าซ H2 ในอากาศคือ 585°C
พลังงานการจุดระเบิดเป็นพลังงานที่จำเป็นในการเริ่มการแพร่กระจายของเปลวไฟผ่านส่วนผสมที่ติดไฟได้พลังงานขั้นต่ำในการจุดระเบิดคือพลังงานขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการจุดส่วนผสมที่ติดไฟได้ ณ อุณหภูมิและความดันเฉพาะพลังงานขั้นต่ำในการจุดประกายไฟสำหรับแก๊ส H2 ในอากาศ 1 atm = 1.9 × 10–8 BTU (0.02 mJ)
ขีดจำกัดการระเบิดคือความเข้มข้นสูงสุดและต่ำสุดของไอระเหย หมอก หรือฝุ่นในอากาศหรือออกซิเจนที่เกิดการระเบิดขนาดและรูปทรงเรขาคณิตของสิ่งแวดล้อม ตลอดจนความเข้มข้นของเชื้อเพลิงจะควบคุมขีดจำกัด“ขีดจำกัดการระเบิด” บางครั้งใช้เป็นคำพ้องความหมายสำหรับ “ขีดจำกัดการระเบิด”
ขีดจำกัดการระเบิดของสารผสม H2 ในอากาศคือ 18.3 vol.% (ขีดจำกัดล่าง) และ 59 vol.% (ขีดจำกัดบน)
เมื่อออกแบบระบบท่อ (รูปที่ 1) ขั้นตอนแรกคือการกำหนดวัสดุก่อสร้างที่จำเป็นสำหรับของไหลแต่ละประเภทและของไหลแต่ละชนิดจะถูกจัดประเภทตามย่อหน้า ASME B31.3300(b)(1) กล่าวว่า “เจ้าของมีหน้าที่รับผิดชอบในการกำหนดคลาส D, M, ความดันสูง และท่อที่มีความบริสุทธิ์สูง และการพิจารณาว่าควรใช้ระบบคุณภาพเฉพาะหรือไม่”
การจัดหมวดหมู่ของไหลกำหนดระดับของการทดสอบและประเภทของการทดสอบที่จำเป็น รวมถึงข้อกำหนดอื่นๆ อีกมากมายตามประเภทของของไหลความรับผิดชอบของเจ้าของมักจะตกอยู่กับแผนกวิศวกรรมของเจ้าของหรือวิศวกรภายนอก
ในขณะที่รหัสท่อกระบวนการ B31.3 ไม่ได้บอกเจ้าของวัสดุที่จะใช้สำหรับของไหลเฉพาะ แต่จะให้คำแนะนำเกี่ยวกับข้อกำหนดความแข็งแรง ความหนา และการเชื่อมต่อวัสดุนอกจากนี้ยังมีสองข้อความในบทนำของรหัสที่ระบุอย่างชัดเจน:
และขยายความในวรรคแรกข้างต้น วรรค B31.3300(b)(1) ยังระบุด้วยว่า: “เจ้าของการติดตั้งไปป์ไลน์มีหน้าที่รับผิดชอบแต่เพียงผู้เดียวในการปฏิบัติตามหลักปฏิบัตินี้และกำหนดข้อกำหนดการออกแบบ การก่อสร้าง การตรวจสอบ การตรวจสอบ และการทดสอบที่ควบคุมการจัดการของไหลหรือกระบวนการทั้งหมดที่ท่อส่งเป็นส่วนหนึ่งการติดตั้ง."ดังนั้น หลังจากวางกฎพื้นฐานสำหรับความรับผิดและข้อกำหนดสำหรับการกำหนดหมวดหมู่บริการของไหลแล้ว เรามาดูกันว่าก๊าซไฮโดรเจนเหมาะกับที่ใด
เนื่องจากก๊าซไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นของเหลวระเหยง่ายที่มีการรั่วไหล จึงจัดได้ว่าก๊าซไฮโดรเจนเป็นของเหลวธรรมดาหรือของเหลวคลาส M ภายใต้หมวด B31.3 สำหรับบริการของเหลวตามที่ระบุไว้ข้างต้น การจัดประเภทของการจัดการของไหลเป็นข้อกำหนดของเจ้าของ หากเป็นไปตามแนวทางสำหรับประเภทที่เลือกซึ่งอธิบายไว้ใน B31.3 วรรค 3 300.2 คำจำกัดความในส่วน "บริการไฮดรอลิก"ต่อไปนี้เป็นคำจำกัดความสำหรับบริการของเหลวปกติและบริการของเหลวคลาส M:
“การบริการของไหลปกติ: การบริการของไหลที่ใช้กับท่อส่วนใหญ่ภายใต้หลักเกณฑ์นี้ เช่น ไม่อยู่ภายใต้ข้อบังคับสำหรับคลาส D, M, อุณหภูมิสูง, ความดันสูง หรือความสะอาดของของไหลสูง
(1) ความเป็นพิษของของเหลวนั้นรุนแรงมากจนการสัมผัสกับของเหลวปริมาณเล็กน้อยที่เกิดจากการรั่วไหลเพียงครั้งเดียวอาจทำให้ผู้ที่สูดดมหรือสัมผัสกับของเหลวนั้นได้รับบาดเจ็บถาวรอย่างถาวร แม้ว่าจะมีมาตรการฟื้นฟูอย่างทันท่วงทีก็ตามถ่าย
(2) หลังจากพิจารณาการออกแบบท่อส่ง ประสบการณ์ สภาพการใช้งาน และสถานที่ เจ้าของพิจารณาว่าข้อกำหนดสำหรับการใช้งานตามปกติของของไหลนั้นไม่เพียงพอที่จะให้ความรัดกุมที่จำเป็นในการปกป้องบุคลากรจากการสัมผัส”
ในคำจำกัดความข้างต้นของ M ก๊าซไฮโดรเจนไม่เป็นไปตามเกณฑ์ของวรรค (1) เนื่องจากไม่ถือว่าเป็นของเหลวที่เป็นพิษอย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้มาตราย่อย (2) หลักปฏิบัติอนุญาตให้จัดประเภทของระบบไฮดรอลิกในคลาส M หลังจากพิจารณา "...การออกแบบท่อ ประสบการณ์ สภาพการใช้งาน และตำแหน่งที่ตั้ง..." เจ้าของอนุญาตให้กำหนดการจัดการของไหลตามปกติข้อกำหนดไม่เพียงพอต่อความต้องการความสมบูรณ์ในระดับที่สูงขึ้นในการออกแบบ การก่อสร้าง การตรวจสอบ การตรวจสอบ และการทดสอบระบบท่อก๊าซไฮโดรเจน
โปรดดูตารางที่ 1 ก่อนที่จะกล่าวถึงการกัดกร่อนของไฮโดรเจนในอุณหภูมิสูง (HTHA)รหัส มาตรฐาน และระเบียบข้อบังคับแสดงอยู่ในตารางนี้ ซึ่งรวมถึงเอกสาร 6 ฉบับในหัวข้อการแตกตัวของไฮโดรเจน (HE) ซึ่งเป็นความผิดปกติในการกัดกร่อนทั่วไปที่มี HTHA รวมอยู่ด้วยOH สามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิต่ำและสูงถือเป็นรูปแบบหนึ่งของการกัดกร่อน มันสามารถเริ่มต้นได้หลายวิธีและยังส่งผลกระทบต่อวัสดุหลากหลายประเภทอีกด้วย
HE มีรูปแบบต่างๆ ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นการแตกร้าวด้วยไฮโดรเจน (HAC) การแตกร้าวด้วยความเครียดด้วยไฮโดรเจน (HSC) การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด (SCC) การแตกร้าวด้วยการกัดกร่อนด้วยไฮโดรเจน (HACC) การแตกฟองด้วยไฮโดรเจน (HB) การแตกร้าวด้วยไฮโดรเจน (HIC))), การแตกร้าวด้วยไฮโดรเจนที่เน้นความเครียด (SOHIC), การแตกร้าวแบบก้าวหน้า (SWC), การแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์ (SSC), การแตกร้าวแบบโซนอ่อน (SZC) และการกัดกร่อนของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง (HTHA)
ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด การทำให้เปราะของไฮโดรเจนเป็นกลไกในการทำลายขอบเขตของเกรนโลหะ ส่งผลให้ความเหนียวลดลงเนื่องจากการแทรกซึมของอะตอมไฮโดรเจนวิธีการที่สิ่งนี้เกิดขึ้นมีหลากหลายและบางส่วนถูกกำหนดโดยชื่อที่เกี่ยวข้อง เช่น HTHA ซึ่งต้องการไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูงและความดันสูงพร้อมกันสำหรับการทำให้เปราะบาง และ SSC ซึ่งไฮโดรเจนปรมาณูถูกผลิตเป็นก๊าซปิดและไฮโดรเจนเนื่องจากการกัดกร่อนของกรด กรดจะซึมเข้าไปในกล่องโลหะ ซึ่งอาจนำไปสู่ความเปราะบางได้แต่ผลลัพธ์โดยรวมจะเหมือนกันกับกรณีการแตกตัวของไฮโดรเจนทุกกรณีตามที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยที่ความแข็งแรงของโลหะจะลดลงโดยการเปราะบางที่ต่ำกว่าช่วงความเครียดที่อนุญาต ซึ่งจะกำหนดขั้นตอนสำหรับเหตุการณ์ที่อาจก่อให้เกิดความหายนะเนื่องจากความผันผวนของของเหลว
นอกจากความหนาของผนังและประสิทธิภาพของข้อต่อเชิงกลแล้ว ยังมีปัจจัยหลักสองประการที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกวัสดุสำหรับบริการก๊าซ H2: 1. การสัมผัสกับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง (HTHA) และ 2. ความกังวลอย่างมากเกี่ยวกับการรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นทั้งสองหัวข้อกำลังอยู่ระหว่างการสนทนา
อะตอมไฮโดรเจนสามารถขยายตัวได้ ทำให้ไฮโดรเจนสัมผัสกับอุณหภูมิและความดันสูง ซึ่งแตกต่างจากไฮโดรเจนในระดับโมเลกุล ซึ่งสร้างพื้นฐานสำหรับ HTHA ที่มีศักยภาพภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ อะตอมไฮโดรเจนสามารถแพร่เข้าสู่วัสดุหรืออุปกรณ์ท่อเหล็กกล้าคาร์บอน ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนในสารละลายโลหะเพื่อสร้างก๊าซมีเทนที่ขอบเกรนไม่สามารถหลบหนีได้ ก๊าซจะขยายตัว ทำให้เกิดรอยร้าวและรอยแยกในผนังของท่อหรือภาชนะ นี่คือ HTGAคุณสามารถดูผลลัพธ์ HTHA ได้อย่างชัดเจนในรูปที่ 2 ซึ่งพบรอยร้าวและรอยร้าวในผนังขนาด 8 นิ้วส่วนของท่อขนาดระบุ (NPS) ที่ล้มเหลวภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้
เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถใช้สำหรับบริการไฮโดรเจนได้เมื่อรักษาอุณหภูมิในการทำงานให้ต่ำกว่า 500°Fตามที่กล่าวไว้ข้างต้น HTHA เกิดขึ้นเมื่อก๊าซไฮโดรเจนถูกกักเก็บไว้ที่ความดันบางส่วนสูงและอุณหภูมิสูงไม่แนะนำให้ใช้เหล็กกล้าคาร์บอนเมื่อคาดว่าความดันบางส่วนของไฮโดรเจนจะอยู่ที่ประมาณ 3,000 psi และอุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 450°F (ซึ่งเป็นสภาวะอุบัติเหตุในรูปที่ 2)
ดังที่เห็นได้จากโครงร่าง Nelson ที่ปรับปรุงแล้วในรูปที่ 3 ซึ่งบางส่วนนำมาจาก API 941 อุณหภูมิสูงมีผลมากที่สุดต่อการบังคับไฮโดรเจนความดันบางส่วนของก๊าซไฮโดรเจนสามารถเกิน 1,000 psi เมื่อใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 500°F
รูปที่ 3 แผนภูมิ Nelson ที่แก้ไขนี้ (ดัดแปลงจาก API 941) สามารถใช้เพื่อเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับบริการไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่างๆ
บนมะเดื่อรูปที่ 3 แสดงตัวเลือกของเหล็กกล้าที่รับประกันว่าจะหลีกเลี่ยงการโจมตีด้วยไฮโดรเจน โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงานและความดันบางส่วนของไฮโดรเจนเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติกไม่ไวต่อ HTHA และเป็นวัสดุที่น่าพอใจในทุกอุณหภูมิและความดัน
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก 316/316L เป็นวัสดุที่ใช้งานได้จริงมากที่สุดสำหรับการใช้งานไฮโดรเจนและมีประวัติที่พิสูจน์แล้วแม้ว่าการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) จะแนะนำสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนเพื่อเผาไฮโดรเจนที่ตกค้างระหว่างการเชื่อม และลดความแข็งของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) หลังการเชื่อม เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกไม่จำเป็น
ผลกระทบทางความร้อนที่เกิดจากการอบชุบและการเชื่อมมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกอย่างไรก็ตาม การทำงานเย็นสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก เช่น ความแข็งแรงและความแข็งเมื่อทำการดัดและขึ้นรูปท่อจากเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก คุณสมบัติทางกลของพวกมันจะเปลี่ยนไป รวมถึงการลดลงของความเป็นพลาสติกของวัสดุ
หากเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกต้องการการขึ้นรูปเย็น การหลอมด้วยสารละลาย (การให้ความร้อนประมาณ 1,045°C ตามด้วยการดับหรือการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว) จะทำให้คุณสมบัติทางกลของวัสดุกลับคืนสู่ค่าเดิมนอกจากนี้ยังจะกำจัดการแยกตัวของโลหะผสม การทำให้แพ้ และเฟสซิกมาที่เกิดขึ้นหลังจากการทำงานเย็นเมื่อทำการอบอ่อนสารละลาย โปรดทราบว่าการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วอาจทำให้ความเค้นตกค้างกลับเข้าไปในวัสดุหากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม
โปรดดูตาราง GR-2.1.1-1 ดัชนีข้อกำหนดวัสดุการประกอบท่อและท่อและ GR-2.1.1-2 ดัชนีข้อกำหนดวัสดุท่อใน ASME B31 สำหรับการเลือกวัสดุที่ยอมรับได้สำหรับบริการ H2ท่อเป็นจุดเริ่มต้นที่ดี
ด้วยน้ำหนักอะตอมมาตรฐานที่ 1.008 หน่วยมวลอะตอม (amu) ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและเล็กที่สุดในตารางธาตุ ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะรั่วไหลสูงและอาจส่งผลร้ายแรงตามมาดังนั้นระบบท่อส่งก๊าซจะต้องได้รับการออกแบบในลักษณะที่จำกัดการเชื่อมต่อประเภททางกลและปรับปรุงการเชื่อมต่อที่จำเป็นจริงๆ
เมื่อจำกัดจุดที่อาจเกิดการรั่วไหล ควรทำการเชื่อมระบบทั้งหมด ยกเว้นการเชื่อมต่อแบบหน้าแปลนบนอุปกรณ์ องค์ประกอบท่อ และอุปกรณ์ส่วนควบควรหลีกเลี่ยงการต่อแบบเธรดให้ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้ หากยังไม่สมบูรณ์หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการต่อเกลียวได้ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดๆ ก็ตาม ขอแนะนำให้ประกอบให้แน่นโดยไม่ต้องใช้น้ำยาซีลเกลียว แล้วจึงปิดผนึกรอยเชื่อมเมื่อใช้ท่อเหล็กคาร์บอน ข้อต่อท่อจะต้องเชื่อมแบบก้นและผ่านการอบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT)หลังจากการเชื่อม ท่อในเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) จะสัมผัสกับการโจมตีของไฮโดรเจนแม้ในอุณหภูมิแวดล้อมแม้ว่าการโจมตีด้วยไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเป็นหลัก ขั้นตอน PWHT จะลดลงอย่างสมบูรณ์ หากไม่กำจัดความเป็นไปได้นี้แม้ในสภาวะแวดล้อม
จุดอ่อนของระบบเชื่อมทั้งหมดคือการเชื่อมต่อหน้าแปลนเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อหน้าแปลนมีความหนาแน่นสูง ควรใช้ปะเก็น Kammprofile (รูปที่ 4) หรือปะเก็นรูปแบบอื่นแผ่นรองนี้ทำในลักษณะเดียวกันเกือบทั้งหมดโดยผู้ผลิตหลายรายประกอบด้วยวงแหวนโลหะทั้งหมดที่มีฟันประกบระหว่างวัสดุปิดผนึกที่อ่อนและเปลี่ยนรูปได้ฟันจะรวมภาระของโบลต์ในพื้นที่ที่เล็กกว่าเพื่อให้แน่นพอดีโดยมีความเค้นน้อยลงได้รับการออกแบบในลักษณะที่สามารถชดเชยพื้นผิวหน้าแปลนที่ไม่เรียบตลอดจนสภาวะการทำงานที่ผันผวน
รูปที่ 4 ปะเก็น Kammprofile มีแกนโลหะยึดทั้งสองด้านด้วยฟิลเลอร์แบบอ่อน
ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งในความสมบูรณ์ของระบบคือวาล์วการรั่วไหลรอบๆ ซีลก้านสูบและหน้าแปลนตัวถังเป็นปัญหาที่แท้จริงเพื่อป้องกันสิ่งนี้ ขอแนะนำให้เลือกวาล์วที่มีซีลเบลโลว์
ใช้ 1 นิ้วในตัวอย่างด้านล่าง ท่อเหล็กคาร์บอน School 80 ของเราได้รับค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิต การกัดกร่อน และค่าความคลาดเคลื่อนทางกลตามมาตรฐาน ASTM A106 Gr B ความดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAWP) สามารถคำนวณได้ในสองขั้นตอนที่อุณหภูมิสูงถึง 300°F (หมายเหตุ: เหตุผลสำหรับ “…สำหรับอุณหภูมิสูงถึง 300ºF…” เป็นเพราะค่าความเค้นที่อนุญาต (S) ของวัสดุ ASTM A106 Gr B เริ่มเสื่อมสภาพเมื่ออุณหภูมิเกิน 300ºF (S) ดังนั้น E quation (1) ต้องปรับอุณหภูมิให้สูงกว่า 300ºF.)
ตามสูตร (1) ขั้นตอนแรกคือการคำนวณแรงดันระเบิดตามทฤษฎีของท่อส่ง
T = ความหนาของผนังท่อลบด้วยค่าความคลาดเคลื่อนเชิงกล การกัดกร่อน และการผลิต หน่วยเป็นนิ้ว
ส่วนที่สองของกระบวนการคือการคำนวณแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต Pa ของท่อโดยใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัย S f กับผลลัพธ์ P ตามสมการ (2):
ดังนั้น เมื่อใช้วัสดุ 1″ school 80 ความดันระเบิดจะถูกคำนวณดังนี้:
จากนั้นจึงใช้ Sf ความปลอดภัยของ 4 ตามข้อแนะนำ ASME Pressure Vessel มาตรา VIII-1 2019 วรรค 8 UG-101 คำนวณดังนี้:
ค่า MAWP ที่ได้คือ 810 psiนิ้วหมายถึงท่อเท่านั้นการเชื่อมต่อหน้าแปลนหรือส่วนประกอบที่มีพิกัดต่ำสุดในระบบจะเป็นปัจจัยกำหนดในการกำหนดความดันที่อนุญาตในระบบ
ตาม ASME B16.5 แรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาตสำหรับอุปกรณ์หน้าแปลนเหล็กกล้าคาร์บอน 150 ชิ้นคือ 285 psiนิ้วที่ -20°F ถึง 100°FClass 300 มีแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต 740 psiนี่จะเป็นปัจจัยจำกัดแรงดันของระบบตามตัวอย่างข้อมูลจำเพาะของวัสดุด้านล่างนอกจากนี้ เฉพาะในการทดสอบอุทกสถิตเท่านั้น ค่าเหล่านี้สามารถเกิน 1.5 เท่าได้
ตามตัวอย่างข้อกำหนดวัสดุเหล็กกล้าคาร์บอนพื้นฐาน ข้อกำหนดสายบริการก๊าซ H2 ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่าความดันออกแบบ 740 psiนิ้ว อาจมีข้อกำหนดด้านวัสดุที่แสดงในตารางที่ 2 ต่อไปนี้เป็นประเภทที่อาจต้องให้ความสนใจในการรวมไว้ในข้อมูลจำเพาะ:
นอกจากตัวท่อเองแล้ว ยังมีองค์ประกอบหลายอย่างที่ประกอบกันเป็นระบบท่อ เช่น ฟิตติ้ง วาล์ว อุปกรณ์ท่อ ฯลฯ แม้ว่าองค์ประกอบเหล่านี้จำนวนมากจะถูกนำมารวมกันในท่อส่งเพื่อหารือในรายละเอียด แต่สิ่งนี้จะต้องมีจำนวนหน้ามากกว่าที่สามารถรองรับได้บทความนี้.