Бу гомуми күзәтү водород тарату өчен торба системаларын куркынычсыз проектлау буенча тәкъдимнәр бирә.
Водород - агып чыгуга бик омтылышлы, бик очучан сыеклык. Бу бик куркыныч һәм үлемечле тенденцияләр кушылмасы, контрольдә тоту авыр булган очучан сыеклык. Болар - материалларны, прокладкаларны һәм герметикларны сайлаганда, шулай ук ​​мондый системаларның дизайн үзенчәлекләрен исәпкә алырга кирәк булган тенденцияләр. Газсыман H2 таралышы турындагы бу темалар бу фикер алышуның үзәгендә, H2, сыек H2 яки сыек H2 җитештерү түгел (уң яктагы панельне карагыз).
Водород һәм H2-һава катнашмасын аңларга ярдәм итүче берничә төп фикер. Водород ике төрле яна: дефлаграция һәм шартлау.
дефлаграция. Дефлаграция - ялкын катнашма аша тавыш тизлегеннән түбән тизлектә хәрәкәт итә торган гадәти яну режимы. Бу, мәсәлән, водород-һава катнашмасының ирекле болыты кечкенә ялкын чыганагы белән кабызылганда була. Бу очракта ялкын секундына уннан берничә йөз футка кадәр тизлектә хәрәкәт итәчәк. Кайнар газның тиз киңәюе басым дулкыннарын барлыкка китерә, аларның көче болытның зурлыгына пропорциональ. Кайбер очракларда, бәрелү дулкынының көче бина конструкцияләренә һәм аның юлындагы башка әйберләргә зыян китерергә һәм җәрәхәтләргә китерергә җитәрлек булырга мөмкин.
шартла. Ул шартлаганда, ялкын һәм бәрелү дулкыннары катнашма аша тавыш тизлегеннән югарырак тизлектә үтеп кергән. Детонация дулкынындагы басым нисбәте детонациягә караганда күпкә зуррак. Көч арту сәбәпле, шартлау кешеләр, биналар һәм якындагы әйберләр өчен куркынычрак. Гадәти дефлаграция чикләнгән киңлектә кабызылганда шартлауга китерә. Мондый тар мәйданда кабызу иң аз энергия күләме аркасында килеп чыгарга мөмкин. Ләкин чиксез киңлектә водород-һава катнашмасын детонацияләү өчен көчлерәк кабызу чыганагы кирәк.
Водород-һава катнашмасындагы детонация дулкыны аша басым нисбәте якынча 20 тәшкил итә. Атмосфера басымында 20 нисбәте 300 psi тәшкил итә. Бу басым дулкыны хәрәкәтсез объект белән бәрелгәч, басым нисбәте 40-60 ка кадәр арта. Бу хәрәкәтсез киртәдән басым дулкынының чагылышы белән бәйле.
Агып чыгучанлык. Түбән ябышлыгы һәм түбән молекуляр авырлыгы аркасында, H2 газы агып чыгучанлыкка һәм хәтта төрле материалларга үтеп керүчәнлеккә яки үтеп керүчәнлеккә ия.
Водород табигый газдан 8 тапкыр, һавадан 14 тапкыр, пропаннан 22 тапкыр һәм бензин парыннан 57 тапкыр җиңелрәк. Бу ачык һавада урнаштырылганда, H2 газы тиз күтәрелә һәм тарала дигән сүз, тигез агып чыгу билгеләрен киметә. Ләкин бу ике яклы кылыч булырга мөмкин. Әгәр H2 агып чыгу урыны өстендә яки җилгә таба ачык һавада эретеп ябыштыру эшләре башкарылса, эретеп ябыштыру алдыннан агып чыгуны ачыклау тикшеренүе үткәрелмәсә, шартлау килеп чыгарга мөмкин. Ябык киңлектә H2 газы түшәмнән аска күтәрелә һәм җыела ала, бу хәл аңа зур күләмдә җыелырга мөмкинлек бирә, аннары җир янындагы ялкын чыганаклары белән бәйләнешкә керү ихтималы арта.
Очраклы янгын. Үз-үзеннән кабыну - тышкы кабыну чыганагы булмыйча, газлар яки парлар катнашмасы үзеннән-үзе кабыну күренеше. Ул шулай ук ​​"үзеннән-үзе яну" яки "үзеннән-үзе яну" дип тә атала. Үз-үзеннән кабыну басымга түгел, ә температурага бәйле.
Үзеннән-үзе кабыну температурасы - ягулыкның һава яки оксидлаштыручы матдә белән бәйләнешкә кергәндә тышкы кабыну чыганагы булмаганда кабыну алдыннан үзеннән-үзе кабыну температурасы. Бер порошокның үзеннән-үзе кабыну температурасы - оксидлаштыручы матдә булмаганда үзеннән-үзе кабыну температурасы. Һавадагы газсыман H2 үзеннән-үзе кабыну температурасы 585°C.
Кабызу энергиясе - ялкынның янучан катнашма аша таралуын башлау өчен кирәкле энергия. Минималь кабызу энергиясе - билгеле бер температурада һәм басымда билгеле бер янучан катнашманы кабызу өчен кирәкле минималь энергия. 1 атм һавада газсыман H2 өчен минималь очкын кабызу энергиясе = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 мДж).
Шартлау чикләре - шартлау булган һавадагы яки кислородтагы парларның, томаннарның яки ​​тузаннарның максималь һәм минималь концентрацияләре. Әйләнә-тирә мохитнең зурлыгы һәм геометриясе, шулай ук ​​ягулык концентрациясе чикләрне контрольдә тота. "Шартлау чикләре" кайвакыт "шартлау чикләре"нең синонимы буларак кулланыла.
Һавадагы H2 катнашмалары өчен шартлау чикләре 18,3 күләм% (түбән чик) һәм 59 күләм% (өске чик) тәшкил итә.
Торба системаларын проектлаганда (1 нче рәсем), беренче адым - һәр сыеклык төре өчен кирәкле төзелеш материалларын билгеләү. Һәм һәр сыеклык ASME B31.3 пунктына туры китереп классификацияләнәчәк. 300(b)(1) пунктында болай диелә: "Хуҗа шулай ук ​​D, M класслы, югары басымлы һәм югары чисталыклы торбаларны билгеләү һәм билгеле бер сыйфат системасын кулланырга кирәкме-юкмы икәнен билгеләү өчен җаваплы".
Сыеклыкларны категорияләштерү сынау дәрәҗәсен һәм кирәкле сынау төрен, шулай ук ​​сыеклык категориясенә нигезләнгән башка күп таләпләрне билгели. Моның өчен хуҗаның җаваплылыгы гадәттә хуҗаның инженерлык бүлегенә яки аутсорсинг инженерына төшә.
B31.3 процесс торбалары кодексы хуҗага билгеле бер сыеклык өчен нинди материал кулланырга кирәклеген әйтмәсә дә, ул ныклык, калынлык һәм материалны тоташтыру таләпләре турында күрсәтмәләр бирә. Кодексның кереш өлешендә шулай ук ​​ачык әйтелгән ике раслама бар:
Һәм югарыдагы беренче абзацны киңәйтик, B31.3. 300(b)(1) пунктында шулай ук ​​болай диелә: "Торбаүткәргеч урнаштыру хуҗасы бу Кодексны үтәү һәм торбаүткәргечнең өлеше булган барлык сыеклык белән эш итү яки процессны көйләүче проектлау, төзү, тикшерү, тикшерү һәм сынау таләпләрен билгеләү өчен тулысынча җаваплы." Шулай итеп, сыеклык хезмәте категорияләрен билгеләү өчен җаваплылык һәм таләпләр өчен төп кагыйдәләрне билгеләгәннән соң, водород газының кайда туры килүен карыйк.
Водород газы агып торган очучан сыеклык буларак эш иткәнлектән, водород газын гадәти сыеклык яки сыеклык белән хезмәт күрсәтү өчен B31.3 категориясе буенча M класслы сыеклык дип санарга мөмкин. Югарыда әйтелгәнчә, сыеклык белән эш итү классификациясе, әгәр ул B31.3, 3 нче абзацта тасвирланган сайланган категорияләр өчен күрсәтмәләргә туры килсә, хуҗа таләбе булып тора. 300.2 "Гидравлик хезмәтләр" бүлегендәге билгеләмәләр. Түбәндә гадәти сыеклык белән хезмәт күрсәтү һәм M класслы сыеклык белән хезмәт күрсәтү өчен билгеләмәләр китерелгән:
"Гадәти сыеклык хезмәте: Күпчелек торбаларга кулланыла торган сыеклык хезмәте, бу кодка буйсына, ягъни D, M класслары, югары температура, югары басым яки югары сыеклык чисталыгы өчен кагыйдәләргә буйсынмый."
(1) Сыеклыкның токсиклыгы шулкадәр зур ки, агып чыгу нәтиҗәсендә бик аз күләмдә сыеклык белән бер тапкыр гына очрашу, аны сулаучы яки аның белән контактка керүче кешеләр өчен җитди даими җәрәхәтләр китерергә мөмкин, хәтта кичекмәстән торгызу чаралары күрелсә дә.
(2) Торбаүткәргеч конструкциясен, тәҗрибәсен, эксплуатация шартларын һәм урнашуын исәпкә алганнан соң, хуҗа сыеклыкны нормаль куллану таләпләре персоналны тәэсирдән саклау өчен кирәкле герметиклыкны тәэмин итү өчен җитәрлек түгел дип таба.
Югарыдагы M билгеләмәсендә водород газы (1) пункт критерийларына туры килми, чөнки ул агулы сыеклык дип саналмый. Ләкин, (2) пунктны кулланып, Кодекс "...торбалар конструкциясе, тәҗрибәсе, эксплуатация шартлары һәм урнашуы..." исәпкә алынганнан соң гидравлик системаларны M классына классификацияләргә рөхсәт итә. Хуҗа сыеклык белән гадәти эш итүне билгеләргә рөхсәт итә. Таләпләр водород газы торба системаларын проектлауда, төзүдә, тикшерүдә, тикшерүдә һәм сынауда югарырак дәрәҗәдәге бөтенлек ихтыяҗын канәгатьләндерү өчен җитәрлек түгел.
Югары температуралы водород коррозиясе (HTHA) турында сөйләшер алдыннан, зинһар, 1 нче таблицага мөрәҗәгать итегез. Бу таблицада кодлар, стандартлар һәм кагыйдәләр күрсәтелгән, аларда водородның сынучанлыгы (HE) темасына багышланган алты документ бар, бу HTHAны үз эченә алган киң таралган коррозия аномалиясе. OH түбән һәм югары температураларда барлыкка килергә мөмкин. Коррозиянең бер төре дип саналганлыктан, ул берничә ысул белән башланырга һәм төрле материалларга тәэсир итәргә мөмкин.
HE төрле формаларда була, аларны водород крекингына (HAC), водород стресс крекингына (HSC), стресс коррозиясе крекингына (SCC), водород коррозиясе крекингына (HACC), водород күбекләнүенә (HB), водород крекингына (HIC), стресска юнәлтелгән водород крекингына (SOHIC), прогрессив крекингка (SWC), сульфид стресс крекингына (SSC), йомшак зона крекингына (SZC) һәм югары температуралы водород коррозиясенә (HTHA) бүлергә мөмкин.
Иң гади формасында, водородның сынучанлыгы металл бөртекләренең чикләрен җимерү механизмы булып тора, бу атом водородының үтеп керүе аркасында сыгылучанлыкның кимүенә китерә. Моның булу ысуллары төрле һәм өлешчә аларның исемнәре белән билгеләнә, мәсәлән, HTHA, анда сыну өчен бер үк вакытта югары температура һәм югары басымлы водород кирәк, һәм SSC, анда атом водород ябык газлар һәм водород рәвешендә җитештерелә. кислота коррозиясе аркасында алар металл корпусларына үтеп керә, бу сынучанлыкка китерергә мөмкин. Ләкин гомуми нәтиҗә югарыда тасвирланган водородның сынучанлыгының барлык очраклары белән бер үк, анда металлның ныклыгы рөхсәт ителгән көчәнеш диапазоныннан түбән сыну аркасында кими, бу үз чиратында сыеклыкның тотрыксызлыгын исәпкә алып, потенциаль катастрофик вакыйга өчен нигез сала.
Стена калынлыгы һәм механик тоташу эшчәнлегеннән тыш, H2 газы белән хезмәт күрсәтү өчен материалларны сайлаганда ике төп факторны исәпкә алырга кирәк: 1. Югары температуралы водородка (HTHA) дучар булу һәм 2. Агып чыгу мөмкинлеге турында җитди борчылулар. Ике тема да хәзерге вакытта тикшерелә.
Молекуляр водородтан аермалы буларак, атом водороды киңәя ала, водородны югары температура һәм басымга дучар итә, бу потенциаль HTHA өчен нигез булдыра. Бу шартларда атом водороды углерод корыч торба материалларына яки җиһазларына тарала ала, анда ул металл эремәсендәге углерод белән реакциягә кереп, бөртек чикләрендә метан газы барлыкка китерә. Чыгып китә алмаганлыктан, газ киңәя, торбалар яки савытлар стеналарында ярыклар һәм ярыклар барлыкка китерә - бу HTGA. HTHA нәтиҗәләрен 2 нче рәсемдә ачык күрергә мөмкин, анда 8 дюймлы стенада ярыклар һәм ярыклар күренә. Бу шартларда ватылган номиналь зурлыктагы торба өлеше (NPS).
Эш температурасы 500°F тан түбән булганда, углеродлы корыч водород белән эшләү өчен кулланылырга мөмкин. Югарыда әйтелгәнчә, HTHA водород газы югары парциаль басымда һәм югары температурада тотылганда барлыкка килә. Водородның парциаль басымы якынча 3000 psi һәм температура якынча 450°F тан югары булганда (бу 2 нче рәсемдәге авария шарты), углеродлы корыч куллану тәкъдим ителми.
3 нче рәсемдәге үзгәртелгән Нельсон графикыннан күренгәнчә, өлешчә API 941 стандартыннан алынган, югары температура водородны мәҗбүр итүгә иң зур йогынты ясый. 500°F кадәр температурада эшли торган углеродлы корычлар белән кулланылганда, водород газының парциаль басымы 1000 psi дан артып китәргә мөмкин.
3 нче рәсем. Бу үзгәртелгән Нельсон диаграммасы (API 941 стандартыннан адаптацияләнгән) төрле температураларда водород белән эшләү өчен яраклы материалларны сайлау өчен кулланылырга мөмкин.
3 нче рәсемдә эш температурасына һәм водородның парциаль басымына карап, водород һөҗүменнән саклану гарантияләнгән корычлар сайлау күрсәтелгән. Аустенитлы дат басмас корычлар HTHAга сизгер түгел һәм барлык температураларда һәм басымнарда да канәгатьләнерлек материаллар булып тора.
Аустенитлы 316/316L дат басмас корыч водород куллану өчен иң гамәли материал булып тора һәм аның расланган тәҗрибәсе бар. Эретеп ябыштыру вакытында калдык водородны кальцинацияләү һәм эретеп ябыштырудан соң җылылык тәэсире зонасының (HAZ) катылыгын киметү өчен углеродлы корычлар өчен эретеп ябыштырудан соңгы җылылык эшкәртү (PWHT) тәкъдим ителсә дә, аустенитлы дат басмас корычлар өчен ул кирәк түгел.
Җылылык эшкәртү һәм эретеп ябыштыру нәтиҗәсендә барлыкка килгән термотермик эффектлар аустенитлы дат басмас корычларның механик үзлекләренә аз йогынты ясый. Ләкин салкын эшкәртү аустенитлы дат басмас корычларның ныклыгы һәм катылыгы кебек механик үзлекләрен яхшырта ала. Аустенитлы дат басмас корычтан торбаларны бөкләгәндә һәм формалаштырганда, аларның механик үзлекләре үзгәрә, шул исәптән материалның пластиклыгы кими.
Әгәр аустенитлы дат басмас корыч салкын формалаштыруны таләп итсә, эремәне җылыту (якынча 1045°C кадәр җылыту, аннары сүндерү яки тиз суыту) материалның механик үзлекләрен башлангыч кыйммәтләренә кайтарачак. Бу шулай ук ​​салкын эшкәртүдән соң ирешелгән эретмәнең аерылуын, сенсибилизациясен һәм сигма фазасын бетерәчәк. Эремәне җылыту вакытында, дөрес эшләнмәгән очракта, тиз суыту материалга калдык көчәнешне кире кайтарырга мөмкин икәнен истә тотыгыз.
H2 хезмәте өчен кабул ителә торган материал сайлау өчен ASME B31 программасындагы GR-2.1.1-1 Торбалар һәм торбалар җыю материалы спецификациясе индексы һәм GR-2.1.1-2 Торбалар материалы спецификациясе индексы таблицаларын карагыз. Торбалар - башлау өчен яхшы урын.
1,008 атом масса берәмлеге (amu) стандарт атом авырлыгы белән водород периодик таблицадагы иң җиңел һәм иң кечкенә элемент, шуңа күрә аның агып чыгуга омтылышы югары, бу исә куркыныч нәтиҗәләргә китерергә мөмкин, дип өстәргә мөмкин. Шуңа күрә газүткәргеч системасы механик типтагы тоташуларны чикли һәм чыннан да кирәкле тоташуларны яхшырта торган итеп проектланырга тиеш.
Агып чыгу нокталарын чикләгәндә, система тулысынча эретеп ябыштырылырга тиеш, җиһазлардагы, торба элементларындагы һәм фитинглардагы фланецлы тоташулардан кала. Җепле тоташулардан мөмкин кадәр, хәтта тулысынча да баш тартырга кирәк. Әгәр ниндидер сәбәп аркасында җепле тоташулардан баш тартып булмаса, аларны җепле герметиксыз тулысынча тоташтыру һәм аннары эретеп ябыштыруны герметизацияләү тәкъдим ителә. Углеродлы корыч торба кулланганда, торба тоташулары төп белән эретеп ябыштырылырга һәм эретеп ябыштырудан соң җылылык белән эшкәртелергә (PWHT) тиеш. Эретеп ябыштырганнан соң, җылылык тәэсир иткән зонадагы (HAZ) торбалар әйләнә-тирә мохит температурасында да водород һөҗүменә дучар булалар. Водород һөҗүме, нигездә, югары температурада булса да, PWHT этабы әйләнә-тирә мохит шартларында да бу мөмкинлекне тулысынча киметәчәк, әгәр бетермәсә.
Тулысынча эретеп ябыштырыла торган системаның зәгыйфь ягы - фланец тоташуы. Фланец тоташтыргычларында югары дәрәҗәдәге тыгызлыкны тәэмин итү өчен, Kammprofile прокладкалары (4 нче рәсем) яки башка төр прокладкалар кулланылырга тиеш. Берничә җитештерүче тарафыннан диярлек шул ук ысул белән ясалган бу подставка бик җиңел. Ул йомшак, деформацияләнә торган герметик материаллар арасына урнаштырылган тешле металл боҗралардан тора. Тешләр болтның йөкләнешен кечерәк мәйданда туплый, шуңа күрә азрак көчәнеш белән тыгыз урнашу тәэмин ителә. Ул тигез булмаган фланец өслекләрен, шулай ук ​​үзгәрүчән эш шартларын компенсацияли алырлык итеп эшләнгән.
4 нче рәсем. Каммпрофиль прокладкаларының ике ягында да йомшак тутыргыч белән тоташтырылган металл үзәге бар.
Системаның бөтенлеге өчен тагын бер мөһим фактор - клапан. Штанга герметикасы һәм корпус фланецлары тирәсендә агып чыгулар чын проблема булып тора. Моның алдын алу өчен, сильфон герметикасы булган клапан сайлау киңәш ителә.
Түбәндәге мисалда 1 дюймлы School 80 углеродлы корыч торбасын кулланыгыз, ASTM A106 Gr B стандарты буенча җитештерү чыдыйлыклары, коррозия һәм механик чыдыйлыклар бирелгәнлектән, рөхсәт ителгән максималь эш басымын (MAWP) 300°F кадәр температурада ике адымда исәпләп була (Искәрмә: "...300ºF кадәр температура өчен..." дип әйтүнең сәбәбе шунда ки, ASTM A106 Gr B материалының рөхсәт ителгән көчәнеше (S) температура 300ºF (S) артып киткәндә начарлана башлый, шуңа күрә (1) тигезләмә 300ºF тан югарырак температураларга көйләүне таләп итә.)
(1) формуласына мөрәҗәгать итеп, беренче адым - торбаүткәргечнең теоретик шартлау басымын исәпләү.
T = торба стенасы калынлыгы, механик, коррозия һәм җитештерү чыдыйлылыкларын алып ташлап, дюймда.
Процессның икенче өлеше - (2) тигезләмә буенча P нәтиҗәсенә куркынычсызлык коэффициенты S f кулланып, торбаүткәргечнең максималь рөхсәт ителгән эш басымы Pa исәпләү:
Шулай итеп, 1 дюймлы мәктәп 80 материалын кулланганда, шартлау басымы түбәндәгечә исәпләнә:
Аннары ASME басымлы савытлар өчен тәкъдимнәренең VIII-1 бүлегенең 2019 елның 8 нче параграфына туры китереп, 4 куркынычсызлык Sf кулланыла. UG-101 түбәндәгечә исәпләнә:
Нәтиҗәдә килеп чыккан MAWP кыйммәте 810 psi. дюйм тәшкил итә, бу исә торбага гына кагыла. Системада рөхсәт ителгән басымны билгеләүдә системадагы иң түбән рейтинглы фланец тоташуы яки компоненты хәлиткеч фактор булачак.
ASME B16.5 стандарты буенча, 150 углеродлы корыч фланец фитинглары өчен -20°F тан 100°F ка кадәр температурада рөхсәт ителгән максималь эш басымы 285 psi дюйм тәшкил итә. 300 класслы модель өчен рөхсәт ителгән максималь эш басымы 740 psi тәшкил итә. Бу, түбәндәге материал спецификациясе үрнәгенә туры китереп, системаның басым чик коэффициенты булачак. Шулай ук, бары тик гидростатик сынауларда гына бу кыйммәтләр 1,5 тапкырдан артып китә ала.
Карбон корыч материалының төп спецификациясенә мисал буларак, 740 psi. дюймлы проект басымыннан түбәнрәк тирә-юнь температурасында эшләүче H2 газ хезмәте линиясе спецификациясендә 2 нче таблицада күрсәтелгән материал таләпләре булырга мөмкин. Түбәндәгеләр спецификациягә кертелергә мөмкин булган төрләр:
Торбаларның үзеннән тыш, торба системасын тәшкил итүче күп элементлар бар, мәсәлән, фитинглар, клапаннар, линия җиһазлары һ.б. Бу элементларның күбесе аларны җентекләп тикшерү өчен торбага җыелачак, ләкин моның өчен мөмкин булганнан да күбрәк бит кирәк булачак. Бу мәкалә.