Bu syn, wodorod paýlamak üçin turba ulgamlarynyň howpsuz dizaýny üçin teklipleri berýär.
Wodorod ýokary syzmak meýli bolan ýokary üýtgäp durýan suwuklykdyr.Bu tendensiýalaryň örän howply we öldüriji utgaşmasy, gözegçilik etmek kyn bolan üýtgäp durýan suwuklyk.Bular materiallary, gazetleri we möhürleri saýlanyňyzda, şeýle ulgamlaryň dizaýn aýratynlyklaryny göz öňünde tutmaly ugurlardyr.Gazly H2-iň paýlanyşy baradaky bu mowzuklar, H2, suwuk H2 ýa-da suwuk H2 öndürmek däl-de, bu çekişmäniň esasy temasydyr (sag tarapa serediň).
Wodorod bilen H2-howanyň garyndysyna düşünmäge kömek edýän birnäçe möhüm nokat.Wodorod iki görnüşde ýanýar: deflagasiýa we partlama.
deflasiýa.Deflagrasiýa, ýangynyň subsoniki tizlikde garyndynyň üstünden geçýän umumy ýanma tertibi.Bu, meselem, wodorod-howa garyndysynyň erkin buludy kiçijik ot alma çeşmesi bilen ýakylanda ýüze çykýar.Bu ýagdaýda ýalyn sekuntda on-birnäçe ýüz fut tizlikde hereket eder.Gyzgyn gazyň çalt giňelmegi, güýji bulutyň ululygyna proporsional basyş tolkunlaryny döredýär.Käbir hadysalarda zarba tolkunynyň güýji gurluşyk gurluşlaryna we ýolundaky beýleki zatlara zeper ýetirip, şikes ýetmegine ýeterlik bolup biler.
partlady.Partlanda, alawlar we zarba tolkunlary garyndynyň üstünden ýokary tizlikde geçdiler.Partlama tolkundaky basyş gatnaşygy partlamadan has uly.Güýçüň köpelmegi sebäpli partlama adamlar, binalar we golaýdaky zatlar üçin has howpludyr.Adaty deflagasiýa, çäkli ýerde ýakylanda partlamaga sebäp bolýar.Şeýle dar ýerde, iň az mukdarda ýanmak sebäp bolup biler.Emma wodorod-howa garyndysynyň çäksiz giňişlikde partlamagy üçin has güýçli ot almagyň çeşmesi zerur.
Wodorod-howa garyndysyndaky partlama tolkunynyň üstündäki basyş gatnaşygy 20 töweregi. Atmosfera basyşynda 20 gatnaşygy 300 psi.Bu basyş tolkuny stasionar jisim bilen çaknyşanda, basyş gatnaşygy 40-60-a çenli ýokarlanýar.Bu, stasionar päsgelçilikden basyş tolkunynyň şöhlelenmegi bilen baglanyşykly.
Syzmak meýli.Az ýapyşyklylygy we pes molekulýar agramy sebäpli H2 gazy dürli materiallaryň syzmagyna, hatda aralaşmagyna ýa-da aralaşmagyna ýokary meýilli.
Wodorod tebigy gazdan 8 esse, howadan 14 esse, propandan 22 esse, benzin bugyndan 57 esse ýeňil.Diýmek, açyk howada gurlanda, H2 gazy çalt ýokarlanar we dargap, hatda syzmak alamatlaryny hem azaldar.Emma goşa gylyçly gylyç bolup biler.Kebşirleýişden ozal syzdyryş kesgitlemesi bolmazdan, H2 syzdyrylyşynyň ýokarsynda ýa-da aşaky aşagynda kebşirlemek amala aşyrylsa, partlama bolup biler.Berkidilen giňişlikde, H2 gazy potolokdan ýokaryk galyp we toplanyp bilýär, bu ýeriň ýakasyndaky ot alma çeşmeleri bilen has ýakynlaşmazdan ozal köp mukdarda gurulmagyna mümkinçilik döredýär.
Tötänleýin ýangyn.Öz-özüňi ýakmak, gazlaryň ýa-da buglaryň garyndysynyň daşarky alaw çeşmesi bolmazdan öz-özünden ýanýan hadysadyr.Şeýle hem “öz-özünden ýanmak” ýa-da “öz-özünden ýanmak” diýilýär.Öz-özüňi ýakmak basyş däl-de, temperatura baglydyr.
Awtomatiki usulda temperatura, howa ýa-da oksidleýji serişde bilen kontaktda daşarky alaw çeşmesi bolmadyk ýagdaýynda ýangyjyň öz-özünden ýanýan iň pes temperaturasydyr.Bir poroşokyň awtomatiki temperaturasy, oksidleýji serişdäniň ýoklugynda öz-özünden ýanýan temperaturadyr.Howadaky gazly H2-iň öz-özüni ýakmak temperaturasy 585 ° C.
Ot alma energiýasy, ýangyjy garyndy arkaly alawyň ýaýramagy üçin zerur energiýa.Minimal ot ýakmak energiýasy, belli bir temperaturada we basyşda belli bir ýanýan garyndyny ýakmak üçin zerur bolan iň az energiýa.1 atm howada gazly H2 üçin iň az uçgun ot ýakmak energiýasy = 1,9 × 10–8 BTU (0.02 mJ).
Partlaýjy çäkler, partlama ýüze çykýan howadaky ýa-da kisloroddaky buglaryň, dumanlaryň ýa-da tozanlaryň iň ýokary we iň az konsentrasiýasydyr.Daşky gurşawyň ululygy we geometriýasy, ýangyjyň konsentrasiýasy çäkleri dolandyrýar.“Partlama çägi” käwagt “partlama çäginiň” sinonimi hökmünde ulanylýar.
Howadaky H2 garyndylary üçin partlaýjy çäkler 18,3 vol.% (Aşak çäk) we 59 vol.% (Limitokarky çäk).
Turbageçiriji ulgamlar taslanylanda (1-nji surat), ilkinji ädim suwuklygyň her görnüşi üçin zerur gurluşyk materiallaryny kesgitlemekdir.Her suwuklyk ASME B31.3 abzasyna laýyklykda toparlara bölüner.300 (b) (1): "D, M synpyny, ýokary basyşy we ýokary arassa turbalary kesgitlemek we belli bir hil ulgamynyň ulanylmalydygyny kesgitlemek üçin eýesi jogapkärdir."
Suwuklygy kategoriýalaşdyrmak synag derejesini we zerur synag görnüşini, şeýle hem suwuklyk kategoriýasyna esaslanýan beýleki talaplary kesgitleýär.Munuň üçin eýesiniň jogapkärçiligi, adatça, eýesiniň in engineeringenerçilik bölümine ýa-da daşarky inereneriň üstüne düşýär.
B31.3 Amal turbalary kody eýesine belli bir suwuklyk üçin haýsy materialy ulanmalydygyny aýtmasa-da, güýç, galyňlyk we material baglanyşyk talaplary barada görkezme berýär.Kodyň girişinde aç-açan iki jümle bar:
Aboveokardaky birinji abzasda, B31.3 paragrafy giňeldiň.300 (b) (1) şeýle hem aýdylýar: “Turbageçiriji gurnamagyň eýesi, şu Kodeksi berjaý etmek we turbageçirijiniň bir bölegi bolan ähli suwuk işlemegi ýa-da işleýşini düzgünleşdirýän dizaýn, gurluşyk, gözleg, gözleg we synag talaplaryny kesgitlemek üçin jogapkärçilik çekýär.Gurnama. ”Şeýlelik bilen, suwuklyk hyzmat kategoriýalaryny kesgitlemek üçin jogapkärçilik we talaplar üçin käbir esasy düzgünleri kesgitlänimizden soň, wodorod gazynyň nirä gabat gelýändigini göreliň.
Wodorod gazy syzmak bilen üýtgäp durýan suwuklyk hökmünde hereket edýändigi sebäpli, wodorod gazy suwuk hyzmat üçin adaty suwuklyk ýa-da B31.3 kategoriýasyndaky M derejeli suwuklyk hasaplanyp bilner.Aboveokarda aýdylyşy ýaly, suwuklygy gaýtadan işlemegiň klassifikasiýasy, B31.3, 3-nji bentde beýan edilen saýlanan kategoriýalar üçin görkezmelere laýyk gelse, eýesiniň talabydyr. 300.2 "Gidrawlik hyzmatlary" bölüminde kesgitlemeler.Adaty suwuklyk hyzmaty we M derejeli suwuklyk hyzmaty üçin kesgitlemeler:
“Adaty suwuklyk hyzmaty: Bu koda tabyn bolan turbalaryň köpüsine ulanylýan suwuklyk hyzmaty, ýagny D, M synplary, ýokary temperatura, ýokary basyş ýa-da ýokary suwuklyk arassalygy düzgünlerine tabyn bolmaz.
:alyndy
(2) Turbageçirijiniň dizaýnyny, tejribesini, iş şertlerini we ýerleşişini gözden geçirenden soň, eýesi suwuklygy kadaly ulanmak talaplarynyň işgärleri täsirinden goramak üçin zerur berkligi üpjün etmek üçin ýeterlik däldigini kesgitleýär."
M-iň ýokardaky kesgitlemesinde wodorod gazy zäherli suwuklyk hasaplanmandygy sebäpli (1) paragrafyň talaplaryna laýyk gelmeýär.Şeýle-de bolsa, (2) kiçi bölümi ulanmak bilen, “… turbalaryň dizaýny, tejribesi, iş şertleri we ýerleşişi…” göz öňünde tutulandan soň, M synpynda gidrawliki ulgamlaryň klassifikasiýasyna rugsat berilýär, eýesi adaty suwuklyk işleýşini kesgitlemäge rugsat berýär.Wodorod gaz geçiriji ulgamlarynyň dizaýnynda, gurluşygynda, gözleginde, barlagynda we synagynda has ýokary bütewiligiň zerurlygyny kanagatlandyrmak üçin talaplar ýeterlik däl.
Temokary temperaturaly wodorod poslamasyny (HTHA) ara alyp maslahatlaşmazdan ozal 1-nji tablisa serediň.Kodlar, ülňüler we düzgünler bu tablisada, wodorodyň emele gelmegi (HE), HTHA-ny öz içine alýan umumy poslama anomaliýa atly alty resminamany öz içine alýar.OH pes we ýokary temperaturalarda bolup biler.Poslamanyň bir görnüşi hasaplanylsa, ony birnäçe usul bilen başlap bolar we köp sanly materiallara täsir edip biler.
HE dürli görnüşleri bar, olary wodorod döwmek (HAC), wodorod stres döwmek (HSC), stres poslama döwmek (SCC), wodorod poslama döwmek (HACC), wodorod köpürgi (HB), wodorod döwmek (HIC) diýip bölmek mümkin.)), streslere gönükdirilen wodorod döwülmegi (SOHIC), progressiw döwülme (SWC), sulfid stres döwülişi (SSC), ýumşak zonanyň döwülmegi (SZC) we ýokary temperaturaly wodorod poslama (HTHA).
Iň ýönekeý görnüşinde wodorodyň emele gelmegi, metal dänesiniň araçäklerini ýok etmegiň mehanizmi bolup, atom wodorodynyň girmegi sebäpli süýümliligiň peselmegine sebäp bolýar.Munuň ýüze çykmagyň usullary dürli-dürli we bölekleýin kesgitlenýär we HTHA ýaly atlary bilen kesgitlenýär, bu ýerde bir wagtyň özünde ýokary temperatura we ýokary basyşly wodorod gerek, we atom wodorody ýapyk gazlar we wodorod hökmünde öndürilýän SSC.kislotanyň poslamagy sebäpli, çişirilişe sebäp bolup bilýän metal gaplara girýärler.Theöne umumy netije, ýokarda beýan edilen wodorodyň emele gelmeginiň ähli ýagdaýlary bilen deňdir, bu ýerde metalyň güýji, rugsat berilýän stres çäginden pes bolup, suwuklygyň üýtgemegini göz öňünde tutup, katastrofiki hadysa üçin esas döredýär.
Diwaryň galyňlygy we mehaniki bilelikdäki öndürijiliginden başga-da, H2 gaz hyzmaty üçin material saýlanylanda göz öňünde tutulmaly iki esasy faktor bar: 1. temperatureokary temperaturaly wodorodyň (HTHA) täsiri we 2. Potensial syzmak barada çynlakaý aladalar.Häzirki wagtda iki tema ara alnyp maslahatlaşylýar.
Molekulýar wodoroddan tapawutlylykda, atom wodorody giňeldilip, wodorody ýokary temperatura we basyşlara sezewar edip, potensial HTHA üçin esas döredip biler.Bu şertlerde atom wodorody uglerod polat turba geçiriji materiallara ýa-da enjamlara ýaýramaga ukyply, bu ýerde däne araçäklerinde metan gazyny emele getirmek üçin metal erginde uglerod bilen reaksiýa berýär.Gaçyp bilmän, gaz giňelýär, turbalaryň ýa-da gämileriň diwarlarynda çatryklar we çatryklar döredýär - bu HTGA.HTHA netijelerini 2 ″ suratda görüp bilersiňiz, bu ýerde 8 ″ diwarda çatryklar we çatryklar görünýär.Nominal ululykdaky (NPS) turbanyň bu şertlerde şowsuz bölegi.
Uglerod polat, iş temperaturasy 500 ° F-dan pes bolanda wodorod hyzmaty üçin ulanylyp bilner.Aboveokarda belläp geçişimiz ýaly, wodorod gazy ýokary bölekleýin basyşda we ýokary temperaturada saklananda ýüze çykýar.Wodorod bölekleýin basyşynyň 3000 psi töweregi bolmagyna we temperaturanyň takmynan 450 ° F-dan ýokary bolmagyna garaşylanda uglerod polat maslahat berilmeýär (bu 2-nji suratdaky heläkçilik ýagdaýy).
API 941-den bölekleýin alnan 3-nji suratda üýtgedilen Nelson sýu plotetinden görnüşi ýaly, ýokary temperatura wodorodyň zorlanmagyna iň uly täsir edýär.Wodorod gazynyň bölekleýin basyşy 500 ° F çenli temperaturada işleýän uglerod çelikleri bilen ulanylanda 1000 psi-den ýokary bolup biler.
Surat 3. Bu üýtgedilen Nelson diagrammasy (API 941-den uýgunlaşdyryldy) dürli temperaturalarda wodorod hyzmaty üçin amatly materiallary saýlamak üçin ulanylyp bilner.
Injirde.3 wodorodyň işleýiş temperaturasyna we wodorodyň bölekleýin basyşyna baglylykda wodorod hüjüminden gaça durmagy kepillendirilen polatlary saýlaýar.Austenit poslamaýan polatlar HTHA duýgur däl we ähli temperaturada we basyşlarda kanagatlanarly materialdyr.
Austenit 316 / 316L poslamaýan polat wodorod amaly üçin iň amaly materialdyr we subut edilen ýazgydyr.Kebşirleýişden soňky ýylylygy bejermek (PWHT), kebşirleýiş döwründe galyndy wodorody kalsinirlemek we kebşirleýişden soň ýylylyga täsir edýän zonanyň (HAZ) gatylygyny azaltmak maslahat berilýär, austenitik poslamaýan polatlar üçin zerur däl.
Heatylylygy bejermek we kebşirlemek netijesinde dörän termiki täsirler, austenit poslamaýan polatlaryň mehaniki aýratynlyklaryna az täsir edýär.Şeýle-de bolsa, sowuk işlemek, güýç we gatylyk ýaly austenit poslamaýan polatlaryň mehaniki aýratynlyklaryny gowulaşdyryp biler.Austenit poslamaýan polatdan turbalar egilende we emele gelende, materialyň plastisitiniň peselmegini goşmak bilen, mehaniki aýratynlyklary üýtgeýär.
Austenit poslamaýan polat sowuk emele gelmegi talap edýän bolsa, ergin bilen örtmek (takmynan 1045 ° C çenli gyzdyrmak, soň bolsa söndürmek ýa-da çalt sowatmak) materialyň mehaniki aýratynlyklaryny asyl gymmatlyklaryna getirer.Şeýle hem sowukdan soň gazanylan garyndy bölünişigini, duýgurlygy we sigma fazasyny ýok eder.Eritme garyndysyny ýerine ýetireniňizde, çalt sowadylmagy dogry işlenmese galyndy stresiň materialy yzyna goýup biljekdigine göz ýetiriň.
H2 hyzmaty üçin kabul ederlikli material saýlamalary üçin ASME B31-de turbalar we turbalar gurnama materiallarynyň spesifikasiýa indeksine we GR-2.1.1-2 Tablisa materiallarynyň spesifikasiýa indeksine serediň.turbalar başlamak üçin gowy ýerdir.
Adaty atom agramy 1,008 atom massasy birligi (amu) bilen, wodorod döwürleýin tablisadaky iň ýeňil we iň kiçi elementdir, şonuň üçin syzmak ähtimallygy ýokary bolup biler, weýrançylykly netijeler bolup biler.Şonuň üçin gaz geçiriji ulgamy mehaniki görnüşli baglanyşyklary çäklendirmek we hakykatdanam zerur bolan baglanyşyklary gowulandyrmak üçin dizaýn edilmelidir.
Potensial syzmak nokatlary çäklendirilende, enjamlar, turbalar elementleri we armaturlardaky flanes birikmelerinden başga ulgam doly kebşirlenmeli.Içerki baglanyşyklar, doly bolmasa, mümkin boldugyça gaça durmalydyr.Haýsydyr bir sebäbe görä ýüplükli baglanyşyklardan gaça durup bolmaýan bolsa, olary sapak möhürlemezden doly çekmek, soňra bolsa kebşi möhürlemek maslahat berilýär.Uglerod polat turbasy ulanylanda, turba bogunlary kebşirlenmeli we kebşirlenen ýylylyk bilen işlenmeli (PWHT).Kebşirleýişden soň, ýylylyga täsir edýän zonadaky turbalar daşky gurşaw temperaturasynda-da wodorod hüjümine sezewar bolýarlar.Wodorod hüjümi esasan ýokary temperaturada ýüze çyksa-da, PWHT tapgyry daşky gurşaw şertlerinde-de bu mümkinçiligi doly azaldar.
Kebşirlenen ulgamyň gowşak tarapy flanes baglanyşygydyr.Flanes birikmelerinde ýokary derejede berkligi üpjün etmek üçin Kammprofile gazetleri (4-nji surat) ýa-da başga bir görnüşli gazet ulanylmaly.Birnäçe öndüriji tarapyndan edil şonuň ýaly ýasalan bu pad gaty bagyşlaýjydyr.Softumşak, deformasiýa möhürleýji materiallaryň arasynda sandwiçlenen dişli metaldan ýasalan halkalardan ybarat.Dişler, az stres bilen berk üpjün etmek üçin boltyň ýüküni has kiçi bir ýere jemleýär.Düz däl flanes ýüzleriniň, üýtgäp durýan iş şertleriniň öwezini dolup bilýän görnüşde döredildi.
Surat 4. Kammprofile gazetlerinde iki tarapynda ýumşak doldurgyç bilen birleşdirilen demir ýadro bar.
Ulgamyň bitewiliginiň ýene bir möhüm faktory klapandyr.Baldak möhüriniň we beden flanesleriniň töweregindäki syzmalar hakyky mesele.Munuň öňüni almak üçin, gabykly möhür bilen klapan saýlamak maslahat berilýär.
1 dýuým ulanyň.Mekdep 80 uglerod polat turbasy, aşakdaky mysalymyzda, ASTM A106 Gr B laýyklykda önümçilik çydamlylygy, poslama we mehaniki çydamlylygy göz öňünde tutup, iň ýokary rugsat berilýän iş basyşyny (MAWP) 300 ° F çenli temperaturada iki ädimde hasaplap bolýar (Bellik: “… 300ºF çenli gyzgynlyk üçin” (ASTM A106 Gr B materialynyň rugsat berilýän stres (S)). 300ºF-den ýokary temperaturany sazlamagy talap edýär.)
Formula (1) salgylanyp, ilkinji ädim turbanyň teoretiki partlama basyşyny hasaplamakdyr.
T = turba diwaryň galyňlygy minus mehaniki, poslama we önümçilik çydamlylygy, dýuýmda.
Amalyň ikinji bölümi, (2) deňleme laýyklykda P netijesine howpsuzlyk faktoryny S netijesini ulanyp, turbageçirijiniň iň ýokary rugsat berilýän iş basyşyny hasaplamakdyr:
Şeýlelik bilen, 1 ″ mekdep 80 materialy ulanylanda, partlama basyşy aşakdaky ýaly hasaplanýar:
Howpsuzlyk Sf 4, soňra ASME basyş gämisiniň teklipleri bölüminiň VIII-1 2019, 8-nji paragrafyna laýyklykda ulanylýar. UG-101 aşakdaky ýaly hasaplanýar:
Netijede MAWP bahasy 810 psi.dýuým diňe turba degişlidir.Ulgamdaky iň pes reýtingli flanes baglanyşygy ýa-da komponent ulgamdaky rugsat edilýän basyşy kesgitlemekde kesgitleýji faktor bolar.
ASME B16.5 üçin, 150 uglerod polat flanes armaturlary üçin iň ýokary rugsat berilýän iş basyşy 285 psi.dýuým -20 ° F-dan 100 ° F-a çenli.300-nji synpda iň ýokary rugsat berilýän iş basyşy 740 psi.Aşakdaky material spesifikasiýa mysalyna görä ulgamyň basyş çäklendiriji faktory bolar.Şeýle hem, diňe gidrostatik synaglarda bu bahalar 1,5 esse ýokary bolup biler.
Esasy uglerod polat material spesifikasiýasynyň mysaly hökmünde, 740 psi dizaýn basyşyndan pes gurşawda işleýän H2 gaz hyzmat liniýasynyň spesifikasiýasy.dýuým, 2-nji tablisada görkezilen material talaplaryny öz içine alyp biler, aşakdakylar spesifikasiýa girizilmegini talap edip biljek görnüşler:
Turbageçirijiniň özünden başga-da, armatura, klapan, liniýa enjamlary we ş.m. ýaly turba ulgamyny emele getirýän köp element bar, bu elementleriň köpüsi jikme-jik ara alyp maslahatlaşmak üçin turbageçirijide birleşdirilse-de, ýerleşdirileninden has köp sahypa gerek bolar.Bu makala.