Bu umumy maglumat wodorod paýlamak üçin turba ulgamlarynyň howpsuz dizaýny boýunça maslahatlar berýär.
Wodorod sızma meýilli ýokary derejede uçujy suwuklykdyr. Bu meýilleriň örän howply we ölüm howply utgaşmasydyr, gözegçilikde saklamak kyn bolan uçujy suwuklykdyr. Bular materiallary, prokladkalary we möhürleri saýlanda, şeýle hem şeýle ulgamlaryň dizaýn aýratynlyklarynda göz öňünde tutulmaly meýillerdir. Gaz görnüşli H2-niň paýlanyşy baradaky bu temalar bu ara alyp maslahatlaşmanyň esasy temasydyr, H2-niň, suwuk H2-niň ýa-da suwuk H2-niň öndürilmegi däl (sag gapdal panele serediň).
Wodorod bilen H2-howanyň garyndysyny düşünmäge kömek etjek birnäçe esasy nokat. Wodorod iki görnüşde ýanýar: deflagrasiýa we partlama.
Deflagrasiýa. Deflagrasiýa, alawlaryň garyndynyň içinden ses tizliginden pes tizlikde geçýän umumy ýanma usulydyr. Mysal üçin, bu, wodorod-howa garyndysynyň erkin buluty kiçi bir ot alyş çeşmesi tarapyndan ot alanda ýüze çykýar. Bu ýagdaýda, alaw sekuntda on-birnäçe ýüz fut tizlikde hereket eder. Gyzgyn gazyň çalt giňelmegi, güýji bulutyň ululygyna proporsional bolan basyş tolkunlaryny döredýär. Käbir ýagdaýlarda, zarba tolkunynyň güýji gurluşyk gurluşlaryna we onuň ýolundaky beýleki zatlara zyýan ýetirmek we şikes ýetirmek üçin ýeterlik bolup biler.
partlady. Ol partlanda, alow we şok tolkunlary garyndynyň içinden ses tizliginden ýokary tizlikde geçýärdi. Detonasiýa tolkunyndaky basyş gatnaşygy detonasiýadakydan has uly. Güýjüň artmagy sebäpli partlama adamlar, jaýlar we golaýdaky zatlar üçin has howplydyr. Adaty deflagrasiýa çäklendirilen giňişlikde ýananda partlama döredýär. Şeýle dar giňişlikde ýanma iň az energiýa sebäpli ýüze çykyp biler. Emma çäksiz giňişlikde wodorod-howa garyndysynyň ýanmagy üçin has güýçli ýanma çeşmesi gerek.
Wodorod-howa garyndysyndaky detonasiýa tolkunyndaky basyş gatnaşygy takmynan 20-dir. Atmosfera basyşynda 20 gatnaşygy 300 psi-e deňdir. Bu basyş tolkunynyň hereketsiz jisim bilen çaknyşmagynda basyş gatnaşygy 40-60-a çenli ýokarlanýar. Bu hereketsiz päsgelçilikden basyş tolkunynyň şöhlelenmegi bilen baglanyşyklydyr.
Syzyp çykmaga meýillilik. Pes ýapyşyklygy we pes molekulýar agramy sebäpli H2 gazy dürli materiallaryň içine syzyp çykmaga we hatda aralaşmaga meýilli.
Wodorod tebigy gazdan 8 esse, howadan 14 esse, propandan 22 esse we benzin bugundan 57 esse ýeňil. Bu, daşarda gurnalanda, H2 gazynyň çalt ýokarlanyp, dargap, deň syzmalaryň alamatlaryny azaldýandygyny aňladýar. Emma bu iki ýüzli gylyç bolup biler. Kebşirlemeden öň syzmalary anyklamak boýunça barlag geçirilmezden, H2 syzmasynyň üstünde ýa-da şemalyň aşagynda daşarky gurnamada kebşirleme geçirilse, partlama ýüze çykyp biler. Ýapyk giňişlikde H2 gazy potolokdan aşak ýokarlanyp, toplanyp biler, bu bolsa onuň ýere golaý ot alyş çeşmeleri bilen aragatnaşykda bolmagynyň ähtimallygy ýokary bolmazdan öň uly möçberde toplanmagyna mümkinçilik berýär.
Tötänleýin ýangyn. Öz-özünden ýanma, daşarky ýanma çeşmesi bolmazdan, gazlaryň ýa-da buglaryň garyndysynyň öz-özünden ýanmagy hadysasydyr. Ol şeýle hem "öz-özünden ýanma" ýa-da "öz-özünden ýanma" diýlip hem atlandyrylýar. Öz-özünden ýanma basyşa däl-de, temperatura baglydyr.
Öz-özünden ot alma temperaturasy, ýangyjyň howa ýa-da oksidleýji madda bilen gatnaşykda daşarky ot alma çeşmesi bolmadyk ýagdaýynda ot almadan öň öz-özünden ot alma temperaturasydyr. Bir poroşogyň öz-özünden ot alma temperaturasy, oksidleýji madda bolmadyk ýagdaýynda öz-özünden ot alma temperaturasydyr. Howadaky gaz halyndaky H2-niň öz-özünden ot alma temperaturasy 585°C-dir.
Ýanma energiýasy, ýanýan garyndy arkaly alawyň ýaýramagyny başlatmak üçin zerur bolan energiýadyr. Minimal ýanma energiýasy, belli bir temperaturada we basyşda belli bir ýanýan garyndyny ýandyrmak üçin zerur bolan minimal energiýadyr. 1 atmosfer howada gazly H2 üçin minimal uçgun ýanma energiýasy = 1.9 × 10–8 BTU (0.02 mJ).
Partlaýjy çäklendirmeler partlamanyň bolýan howadaky ýa-da kisloroddaky buglaryň, dumanlaryň ýa-da tozanlaryň iň ýokary we iň pes konsentrasiýalarydyr. Daşky gurşawyň ululygy we geometriýasy, şeýle hem ýangyjyň konsentrasiýasy çäklendirmeleri dolandyrýar. "Partlama çägi" käwagt "partlama çägi" üçin sinonim hökmünde ulanylýar.
Howadaky H2 garyndylarynyň partlaýjy çäkleri 18,3 göwrüm% (aşaky çäk) we 59 göwrüm% (ýokarky çäk)-dir.
Turba ulgamlaryny dizaýn edende (1-nji surat), ilkinji ädim her bir suwuklyk görnüşi üçin zerur bolan gurluşyk materiallaryny kesgitlemekdir. Her bir suwuklyk ASME B31.3 bendine laýyklykda klassifikasiýa ediler. 300(b)(1) bendinde şeýle diýilýär: "Eýesi şeýle hem D, M synplaryny, ýokary basyşly we ýokary arassa turbalary kesgitlemek we belli bir hil ulgamynyň ulanylmalydygyny ýa-da ulanylmaly däldigini kesgitlemek üçin jogapkärdir".
Suwuklygyň kategoriýalaşdyrylmagy synagyň derejesini we talap edilýän synagyň görnüşini, şeýle hem suwuklygyň kategoriýasyna esaslanýan başga-da köp talaplary kesgitleýär. Munuň üçin eýesiniň jogapkärçiligi, adatça, eýesiniň inženerçilik bölümine ýa-da daşarky inženere düşýär.
B31.3 Proses Turbalarynyň Kodeksi eýesine belli bir suwuklyk üçin haýsy materialy ulanmalydygyny aýtmasa-da, ol berklik, galyňlyk we material birikdiriş talaplary barada görkezme berýär. Kodeksiň girişinde şeýle hem aýdyň görkezilen iki beýanat bar:
Ýokardaky birinji abzasy, B31.3. 300(b)(1) bendini giňeldip, şeýle hem şeýle diýilýär: “Gurluşyk geçirijisiniň eýesi şu Kodekse laýyk gelmek we turba geçirijisiniň bir bölegi bolan ähli suwuklyk bilen işlemek ýa-da prosesleri düzgünleşdirýän dizaýn, gurluşyk, barlag, barlag we synag talaplaryny kesgitlemek üçin ýeke-täk jogapkärçilik çekýär. Gurluşyk.” Şeýlelikde, suwuklyk hyzmat kategoriýalaryny kesgitlemek üçin jogapkärçilik we talaplar üçin käbir esasy düzgünleri kesgitländen soň, wodorod gazynyň nähili orun tutýandygyny göreliň.
Wodorod gazy sızıntılary bolan uçujy suwuklyk hökmünde hereket edýändigi sebäpli, wodorod gazy adaty suwuklyk ýa-da suwuklyk hyzmaty üçin B31.3 kategoriýasyndaky M synp suwuklygy hasaplanyp bilner. Ýokarda aýdylyşy ýaly, suwuklyk bilen işlemegiň klassifikasiýasyny bermek, eger ol B31.3-iň 3-nji bendinde beýan edilen saýlanan kategoriýalar üçin görkezmelere laýyk gelse, eýesiniň talabydyr. 300.2 “Gidrawliki hyzmatlar” bölüminde kesgitlemeler. Aşakda adaty suwuklyk hyzmaty we M synp suwuklyk hyzmaty üçin kesgitlemeler berilýär:
“Adaty Suwuklyk Hyzmaty: Bu koda laýyklykda, ýagny D, M synplary, ýokary temperatura, ýokary basyş ýa-da ýokary suwuklyk arassalygy üçin düzgünlere bagly bolmadyk, turba geçirijileriniň köpüsine degişli suwuklyk hyzmaty.”
(1) Suwuklygyň zäherliligi şeýle uly welin, syzma sebäpli suwuklygyň örän az mukdaryna bir gezek duçar bolmak, derhal dikeltmek çäreleri görülse-de, ony dem alýan ýa-da oňa degýän adamlara agyr hemişelik şikes ýetirip biler.
(2) Turba geçirijisiniň dizaýnyny, tejribesini, işleýiş şertlerini we ýerleşýän ýerini göz öňünde tutup, eýesi suwuklygyň adaty ulanylmagy üçin talaplaryň işgärleri täsirden goramak üçin zerur bolan berkligi üpjün etmek üçin ýeterlik däldigini kesgitleýär.
M-iň ýokardaky kesgitlemesinde wodorod gazy (1)-nji bendiň şertlerine laýyk gelmeýär, sebäbi ol zäherli suwuklyk hasaplanmaýar. Şeýle-de bolsa, (2)-nji kiçi bölümi ulanmak bilen, Kodeks "...turbalaryň dizaýny, tejribesi, işleýiş şertleri we ýerleşýän ýeri..." göz öňünde tutulandan soň gidrawliki ulgamlary M klassyna bölmäge rugsat berýär. Eýesi suwuklygyň kadaly işlenilişini kesgitlemäge rugsat berýär. Talaplar wodorod gaz turba ulgamlarynyň dizaýnynda, gurluşygynda, barlagynda, barlagynda we synagynda has ýokary derejeli bitewülik zerurlygyny kanagatlandyrmak üçin ýeterlik däl.
Ýokary Temperaturaly Wodorod Korroziýasyny (HTHA) ara alyp maslahatlaşmazdan öň 1-nji tablisa serediň. Kodlar, standartlar we düzgünler bu tablisada sanalyp geçilýär, ol HTHA-ny öz içine alýan umumy korroziýa anomaliýa bolan wodorodyň döwülmegi (HE) temasyna degişli alty resminamany öz içine alýar. OH pes we ýokary temperaturalarda ýüze çykyp biler. Korroziýanyň bir görnüşi hasaplanýan bu ýagdaý birnäçe usulda başlanyp biler we dürli materiallara täsir edip biler.
HE dürli görnüşlere eýedir, olar wodorod krekingine (HAC), wodorod stres krekingine (HSC), stres korroziýa krekingine (SCC), wodorod korroziýa krekingine (HACC), wodorod köpürjikliligine (HB), wodorod krekingine (HIC), stres ugurly wodorod krekingine (SOHIC), progressiw krekinge (SWC), sulfid stres krekingine (SSC), ýumşak zona krekingine (SZC) we ýokary temperaturaly wodorod korroziýasyna (HTHA) bölünip bilner.
Iň ýönekeý görnüşinde, wodorodyň döwülmegi metal dänejikleriniň serhetleriniň ýok edilmeginiň mehanizmidir, bu bolsa atom wodorodynyň aralaşmagy sebäpli egiluvchanligiň peselmegine getirýär. Munuň nähili bolup geçýändigi dürli-dürli we bölekleýin degişli atlary bilen kesgitlenýär, mysal üçin, döwülmek üçin bir wagtyň özünde ýokary temperatura we ýokary basyşly wodorod gerek bolan HTHA we atom wodorodynyň ýapyk gazlar we wodorod hökmünde öndürilýän SSC. kislota korroziýa sebäpli olar metal korpuslaryna siňýär we bu bolsa döwülmäge sebäp bolup biler. Emma umumy netije ýokarda beýan edilen wodorodyň döwülmeginiň ähli ýagdaýlary bilen birmeňzeşdir, bu ýerde metalyň berkligi rugsat berilýän stres aralygyndan aşak döwülmek bilen peselýär, bu bolsa öz gezeginde suwuklygyň üýtgewsizligi sebäpli potensial betbagtçylykly waka üçin esas döredýär.
Diwaryň galyňlygyndan we mehaniki birleşmeleriň iş görkezijilerinden başga-da, H2 gaz hyzmaty üçin materiallary saýlanyňyzda göz öňünde tutmaly iki esasy faktor bar: 1. Ýokary temperaturaly wodorodyň (HTHA) täsiri we 2. Mümkin bolan syzma barada çynlakaý alada. Iki tema hem häzirki wagtda ara alnyp maslahatlaşylýar.
Molekulýar wodoroddan tapawutlylykda, atom wodorody giňelip, wodorody ýokary temperatura we basyşlara sezewar edip, potensial HTHA üçin esas döredip biler. Bu şertlerde atom wodorody uglerod polat turba materiallaryna ýa-da enjamlara ýaýrap, metal ergininde uglerod bilen reaksiýa girip, däne serhetlerinde metan gazyny emele getirýär. Çykyp bilmeýän gaz giňelýär we turbalaryň ýa-da gaplaryň diwarlarynda ýaryklar we ýaryklar döredýär - bu HTGA. HTHA netijelerini 2-nji suratda aýdyň görüp bilersiňiz, bu ýerde 8 dýuým diwarda ýaryklar we ýaryklar görünýär. Bu şertlerde döwülýän turbanyň nominal ululykdaky bölegi (NPS).
Uglerodly polat, iş temperaturasy 500°F-den aşak saklananda, wodorod hyzmaty üçin ulanylyp bilner. Ýokarda bellenilişi ýaly, HTHA wodorod gazy ýokary parsial basyşda we ýokary temperaturada saklananda ýüze çykýar. Wodorodyň parsial basyşynyň 3000 psi töwereginde bolmagyna garaşylýan we temperatura 450°F-den ýokary bolanda (2-nji suratdaky heläkçilik ýagdaýy), uglerodly polat maslahat berilmeýär.
3-nji suratdaky üýtgedilen Nelson grafikinden görnüşi ýaly, bölekleýin API 941-den alnan, ýokary temperatura wodorodyň güýçlenmegine iň uly täsir edýär. 500°F çenli temperaturada işleýän uglerodly polatlar bilen ulanylanda, wodorod gazynyň parsial basyşy 1000 psi-den geçip biler.
3-nji surat. Bu üýtgedilen Nelson diagrammasy (API 941-den uýgunlaşdyrylan) dürli temperaturalarda wodorod hyzmaty üçin amatly materiallary saýlamak üçin ulanylyp bilner.
3-nji suratda wodorodyň iş temperaturasyna we bölekleýin basyşyna baglylykda wodorod hüjüminden gaça durjakdygy kepillendirilen polatlaryň saýlanylyşy görkezilýär. Austenitik polatlar HTHA-a duýgur däl we ähli temperaturalarda we basyşlarda kanagatlanarly materiallar bolup durýar.
Austenitik 316/316L polat wodorod ulanmak üçin iň amaly materialdyr we onuň tejribesi subut edildi. Keşlemek wagtynda galan wodorody kalsinirlemek we keşlemekden soň ýylylyk täsir edýän zonanyň (HAZ) gatylygyny azaltmak üçin uglerodly polatlar üçin keşlemekden soňky ýylylyk bilen işlemek (PWHT) maslahat berilýär, emma austenitik polatlar üçin bu zerur däl.
Termotermal täsirler austenitik polatlaryň mehaniki häsiýetlerine az täsir edýär. Şeýle-de bolsa, sowuk işleme austenitik polatlaryň berkligi we gatylygy ýaly mehaniki häsiýetlerini gowulandyryp biler. Austenitik polatdan turbalary egmek we emele getirmek bilen, olaryň mehaniki häsiýetleri üýtgeýär, şol sanda materialyň plastikliginiň peselmegi.
Eger austenitik polat sowuk formalaşdyrmany talap edýän bolsa, ergini ýumşatmak (takmynan 1045°C-a çenli gyzdyrmak we soňra söndürmek ýa-da çalt sowatmak) materialyň mehaniki häsiýetlerini asyl gymmatlyklaryna gaýtarar. Şeýle hem, sowuk işlenenden soň gazanylan ergin bölünmegini, duýgurlygy we sigma fazasyny aradan aýyrar. Ergini ýumşatmak işlerini ýerine ýetirýän wagtyňyz, dogry işlenilmedik halatynda çalt sowatmagyň materiala galan stres gaýtaryp biljekdigini ýadyňyzdan çykarmaň.
H2 hyzmaty üçin kabul ederlikli material saýlamalary üçin ASME B31-däki GR-2.1.1-1 Turba we turba gurnama materiallarynyň spesifikasiýa indeksi we GR-2.1.1-2 Turba materiallarynyň spesifikasiýa indeksi tablisalaryna serediň. turbalar başlangyç üçin gowy ýerdir.
1,008 atom massa birligi (amu) bolan standart atom agramy bilen wodorod döwürleýin tablisadaky iň ýeňil we iň kiçi elementdir we şonuň üçin syzmaga ýokary meýilli bolup, heläkçilikli netijeleri döredip biler diýip goşup bilerin. Şonuň üçin gaz geçiriji ulgamy mehaniki görnüşli birikmeleri çäklendirýän we hakykatdanam zerur bolan birikmeleri gowulandyrýan görnüşde dizaýn edilmelidir.
Potensial syzma nokatlaryny çäklendirende, enjamlardaky, turba elementlerinde we armaturalardaky flanşly birikmelerden başga, ulgam doly kebşirlenmelidir. Dişli birikmelerden mümkin boldugyça, eger doly bolmasa, gaça durmalydyr. Eger bir sebäp bilen dişli birikmelerden gaça durmak mümkin bolmasa, olary dişli germetiksiz doly birikdirip, soňra kebşirlemegi ýapmak maslahat berilýär. Uglerodly polat turba ulanylanda, turba birleşmeleri ýanbaşdan kebşirlenmeli we kebşirlemegiň yzyndan termik işlenilmelidir (PWHT). Kebşirlemegiň yzyndan, termik täsir edýän zolakdaky (HAZ) turbalar daşky gurşawyň temperaturasynda hem wodorod hüjümine sezewar bolýarlar. Wodorod hüjümi esasan ýokary temperaturada bolup geçse-de, PWHT tapgyry daşky gurşaw şertlerinde hem bu mümkinçiligi doly azaldar, ýok etmese-de.
Doly kebşirlenen ulgamyň gowşak tarapy flanes birikmesidir. Flanes birikmelerinde ýokary derejede berkligi üpjün etmek üçin Kammprofile prokladkalary (4-nji surat) ýa-da prokladkalaryň başga bir görnüşi ulanylmaly. Birnäçe öndürijiler tarapyndan diýen ýaly şol bir usulda öndürilen bu örtük örän geçirimli. Ol ýumşak, deformasiýa bolýan möhürleýji materiallaryň arasynda ýerleşdirilen dişli metal halkalardan ybarat. Dişler boltyň ýüküni has kiçi meýdanda jemleýär we az dartgynlyk bilen berk oturyşy üpjün edýär. Ol deň däl flanes ýüzleriniň, şeýle hem üýtgeýän iş şertleriniň öwezini dolup biljek görnüşde döredildi.
4-nji surat. Kammprofil prokladkalarynyň iki tarapy hem ýumşak doldurgyç bilen birikdirilen metal özeni bar.
Ulgamyň bitewüliginiň ýene bir möhüm faktory klapandyr. Ştanga möhüriniň we göwde flanesleriniň töweregindäki syzmalar hakyky meseledir. Munuň öňüni almak üçin, silfon möhürli klapany saýlamak maslahat berilýär.
Aşakdaky mysalymyzda ASTM A106 Gr B standartyna laýyklykda önümçilik çydamlylygy, korroziýa we mehaniki çydamlylygy berlen 1 dýuýmlyk School 80 uglerodly polat turbasyny ulanyň, rugsat berilýän iň ýokary iş basyşy (MAWP) 300°F çenli temperaturada iki ädimde hasaplanyp bilner (Bellik: "...300ºF çenli temperatura üçin..." sebäbi, ASTM A106 Gr B materialynyň rugsat berilýän dartgynlygy (S) temperatura 300ºF-den geçende zaýalanmaga başlaýar, şonuň üçin (1) deňleme 300ºF-den ýokary temperaturalara sazlamagy talap edýär.)
(1) formulasyna salgylanyp, ilkinji ädim turba geçirijisiniň nazaryýet taýdan partlama basyşyny hasaplamakdyr.
T = turba diwarynyň galyňlygyndan mehaniki, korroziýa we önümçilik çydamlylygy aýrylýar, dýuým bilen.
Prosesiň ikinji bölegi, (2) deňleme boýunça netije P-e howpsuzlyk faktory S f ulanmak arkaly turba geçirijisiniň rugsat berilýän iň ýokary iş basyşy Pa-ny hasaplamakdyr:
Şeýlelik bilen, 1 дюйmlik mekdep 80 materialy ulanylanda, partlama basyşy aşakdaky ýaly hasaplanýar:
Soňra ASME Basyş Gämileri Maslahatlarynyň 2019-njy ýylyň VIII-1 bölüminiň 8-nji paragrafyna laýyklykda 4 howpsuzlyk Sf ulanylýar. UG-101 aşakdaky ýaly hasaplanýar:
Netijede alnan MAWP bahasy 810 psi. dýuým bolup, ol diňe turba degişlidir. Ulgamda iň pes baha berlen flanes birikmesi ýa-da bölegi ulgamda rugsat berilýän basyşy kesgitlemekde kesgitleýji faktor bolar.
ASME B16.5 standartyna laýyklykda, 150 uglerodly polat flanes armaturalary üçin rugsat berilýän iň ýokary iş basyşy -20°F-dan 100°F-a çenli temperaturada 285 psi dýuýmdyr. 300 klasynyň rugsat berilýän iň ýokary iş basyşy 740 psi. Bu aşakdaky material spesifikasiýasynyň mysalyna laýyklykda ulgamyň basyş çäginiň faktory bolar. Şeýle hem, diňe gidrostatik synaglarda bu gymmatlyklar 1,5 esseden geçip biler.
Esasy uglerodly polat material spesifikasiýasynyň mysaly hökmünde, 740 psi. dýuým dizaýn basyşyndan aşak daşky gurşawyň temperaturasynda işleýän H2 gaz hyzmat liniýasynyň spesifikasiýasynda 2-nji tablisada görkezilen material talaplary bolup biler. Spesifikasiýada üns berilmegini talap edýän görnüşler aşakdakylardyr:
Turba geçirijisinden başga-da, turba geçiriji ulgamyny düzýän köp sanly elementler bar, mysal üçin, armaturalar, klapanlar, liniýa enjamlary we ş.m. Bu elementleriň köpüsi jikme-jik ara alyp maslahatlaşmak üçin turba geçirijisinde jemlense-de, bu üçin ýerleşdirip boljakdan has köp sahypa gerek bolar. Bu makala.