Ushbu umumiy ma'lumot vodorod tarqatish uchun quvur tizimlarini xavfsiz loyihalash bo'yicha tavsiyalar beradi.
Vodorod - bu oqish tendentsiyasi yuqori bo'lgan juda uchuvchan suyuqlik. Bu juda xavfli va halokatli tendentsiyalarning kombinatsiyasi, nazorat qilish qiyin bo'lgan uchuvchan suyuqlikdir. Bu materiallar, qistirmalar va muhrlarni tanlashda, shuningdek, bunday tizimlarning dizayn xususiyatlarida e'tiborga olinadigan tendentsiyalardir. Gazsimon H2 ning tarqalishi haqidagi ushbu mavzular ushbu muhokamaning markazida bo'lib, H2, suyuq H2 yoki suyuq H2 ishlab chiqarish emas (o'ng yon panelga qarang).
Vodorod va H2-havo aralashmasini tushunishingizga yordam beradigan bir nechta asosiy fikrlar. Vodorod ikki xil usulda yonadi: deflagratsiya va portlash.
Deflagratsiya. Deflagratsiya - bu alanga aralashma orqali tovushdan past tezlikda harakatlanadigan keng tarqalgan yonish rejimi. Bu, masalan, vodorod-havo aralashmasining erkin buluti kichik ateşleme manbai tomonidan yoqilganda sodir bo'ladi. Bu holda, alanga sekundiga o'ndan bir necha yuz futgacha tezlikda harakatlanadi. Issiq gazning tez kengayishi bosim to'lqinlarini hosil qiladi, ularning kuchi bulutning kattaligiga mutanosib. Ba'zi hollarda, zarba to'lqinining kuchi qurilish inshootlari va uning yo'lidagi boshqa narsalarga zarar yetkazishi va jarohatlarga olib kelishi mumkin.
portlashi. Portlashi paytida alanga va zarba to'lqinlari aralashma orqali ovozdan yuqori tezlikda tarqaldi. Detonatsiya to'lqinidagi bosim nisbati detonatsiyaga qaraganda ancha yuqori. Kuchning ortishi tufayli portlash odamlar, binolar va yaqin atrofdagi narsalar uchun xavfliroqdir. Oddiy deflagratsiya yopiq joyda yondirilganda portlashga olib keladi. Bunday tor joyda yonish eng kam energiya miqdori tufayli yuzaga kelishi mumkin. Ammo cheksiz joyda vodorod-havo aralashmasining portlashi uchun kuchliroq yonish manbai talab qilinadi.
Vodorod-havo aralashmasidagi detonatsiya to'lqini bo'ylab bosim nisbati taxminan 20 ga teng. Atmosfera bosimida 20 nisbati 300 psi ga teng. Bu bosim to'lqini harakatsiz jism bilan to'qnashganda, bosim nisbati 40-60 gacha ko'tariladi. Bu harakatsiz to'siqdan bosim to'lqinining aks etishi bilan bog'liq.
Oqish tendentsiyasi. Past yopishqoqligi va past molekulyar og'irligi tufayli H2 gazi turli materiallarga oqish va hatto singib ketish yoki kirib borish tendentsiyasiga ega.
Vodorod tabiiy gazdan 8 baravar, havodan 14 baravar, propandan 22 baravar va benzin bug'idan 57 baravar yengilroq. Bu shuni anglatadiki, ochiq havoda o'rnatilganda, H2 gazi tezda ko'tariladi va tarqaladi, bu esa bir tekis oqish belgilarini kamaytiradi. Ammo bu ikki qirrali qilich bo'lishi mumkin. Agar payvandlashdan oldin oqish aniqlanishini o'rganmasdan, H2 oqishining ustida yoki shamolga yaqin joyda ochiq havoda payvandlash amalga oshirilsa, portlash sodir bo'lishi mumkin. Yopiq joyda H2 gazi shiftdan pastga ko'tarilib, to'planishi mumkin, bu esa uning yerga yaqin ateşleme manbalari bilan aloqa qilish ehtimoli ko'proq bo'lishidan oldin katta hajmgacha to'planishiga imkon beradi.
Tasodifiy yong'in. O'z-o'zidan yonish - bu gazlar yoki bug'lar aralashmasi tashqi yonish manbai bo'lmasdan o'z-o'zidan yonib ketadigan hodisa. Bu shuningdek, "o'z-o'zidan yonish" yoki "o'z-o'zidan yonish" deb ham ataladi. O'z-o'zidan yonish bosimga emas, balki haroratga bog'liq.
O'z-o'zidan yonish harorati - bu yoqilg'i havo yoki oksidlovchi vosita bilan aloqa qilganda tashqi yonish manbai bo'lmaganda yonishdan oldin o'z-o'zidan yonadigan minimal harorat. Yagona kukunning o'z-o'zidan yonish harorati - bu oksidlovchi vosita bo'lmaganda o'z-o'zidan yonadigan harorat. Havodagi gazsimon H2 ning o'z-o'zidan yonish harorati 585°C ni tashkil qiladi.
Ateşleme energiyasi - bu yonuvchan aralashma orqali alanganing tarqalishini boshlash uchun zarur bo'lgan energiya. Minimal ateşleme energiyasi - bu ma'lum bir harorat va bosimda ma'lum bir yonuvchan aralashmani yoqish uchun zarur bo'lgan minimal energiya. 1 atm havoda gazsimon H2 uchun minimal uchqun ateşleme energiyasi = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Portlovchi chegaralar - bu portlash sodir bo'ladigan havo yoki kisloroddagi bug'lar, tumanlar yoki changlarning maksimal va minimal konsentratsiyalari. Atrof-muhitning kattaligi va geometriyasi, shuningdek, yoqilg'i konsentratsiyasi chegaralarni boshqaradi. "Portlash chegarasi" ba'zan "portlash chegarasi" ning sinonimi sifatida ishlatiladi.
Havodagi H2 aralashmalarining portlovchi chegaralari 18,3 vol.% (pastki chegara) va 59 vol.% (yuqori chegara) ni tashkil qiladi.
Quvur tizimlarini loyihalashda (1-rasm), birinchi qadam har bir suyuqlik turi uchun zarur bo'lgan qurilish materiallarini aniqlashdir. Va har bir suyuqlik ASME B31.3 bandiga muvofiq tasniflanadi. 300(b)(1)-bandda shunday deyilgan: "Egasi shuningdek, D, M sinfidagi, yuqori bosimli va yuqori tozalikdagi quvurlarni aniqlash va ma'lum bir sifat tizimidan foydalanish kerakligini aniqlash uchun javobgardir".
Suyuqlikni tasniflash sinov darajasini va talab qilinadigan sinov turini, shuningdek, suyuqlik toifasiga asoslangan boshqa ko'plab talablarni belgilaydi. Buning uchun egasining javobgarligi odatda egasining muhandislik bo'limiga yoki autsorsing muhandisiga yuklatiladi.
B31.3 Jarayon Quvurlari Kodi egasiga ma'lum bir suyuqlik uchun qaysi materialdan foydalanish kerakligini aytmasa ham, u mustahkamlik, qalinlik va materialni ulash talablari bo'yicha ko'rsatmalar beradi. Kodning kirish qismida aniq ko'rsatilgan ikkita bayonot ham mavjud:
Yuqoridagi birinchi xatboshini, B31.3. 300(b)(1)-bandni kengaytiring, shuningdek, shunday deyilgan: “Quvur liniyasi oʻrnatilishining egasi ushbu Kodeksga rioya qilish va quvur liniyasi tarkibiga kiradigan barcha suyuqlikni qayta ishlash yoki jarayonni tartibga soluvchi loyihalash, qurish, tekshirish, tekshirish va sinov talablarini belgilash uchun toʻliq javobgardir. Oʻrnatish.” Shunday qilib, suyuqlik xizmati toifalarini aniqlash uchun javobgarlik va talablar uchun baʼzi asosiy qoidalarni belgilab bergandan soʻng, keling, vodorod gazi qayerga mos kelishini koʻrib chiqaylik.
Vodorod gazi oqish bilan uchuvchan suyuqlik vazifasini bajarganligi sababli, vodorod gazi oddiy suyuqlik yoki suyuqlik xizmati uchun B31.3 toifasidagi M sinfidagi suyuqlik deb hisoblanishi mumkin. Yuqorida aytib o'tilganidek, suyuqlikni qayta ishlashni tasniflash, agar u B31.3, 3-bandda tasvirlangan tanlangan toifalar uchun ko'rsatmalarga javob bersa, egasining talabidir. 300.2 "Gidravlik xizmatlar" bo'limidagi ta'riflar. Quyida oddiy suyuqlik xizmati va M sinfidagi suyuqlik xizmati uchun ta'riflar keltirilgan:
"Oddiy suyuqlik xizmati: Ushbu kodeksga muvofiq ko'pgina quvurlarga tegishli suyuqlik xizmati, ya'ni D, M sinflari, yuqori harorat, yuqori bosim yoki yuqori suyuqlik tozaligi uchun qoidalarga bo'ysunmaydi."
(1) Suyuqlikning toksikligi shunchalik kattaki, oqish natijasida juda oz miqdordagi suyuqlikka bir marta duchor bo'lish, hatto darhol tiklanish choralari ko'rilgan taqdirda ham, uni nafas olayotgan yoki u bilan aloqada bo'lganlarga jiddiy doimiy jarohatlar keltirib chiqarishi mumkin.
(2) Quvur liniyasi dizayni, tajribasi, ish sharoitlari va joylashuvini ko'rib chiqqandan so'ng, egasi suyuqlikdan normal foydalanish talablari xodimlarni ta'sirlanishdan himoya qilish uchun zarur bo'lgan zichlikni ta'minlash uchun yetarli emasligini aniqlaydi.
Yuqoridagi M ta'rifida vodorod gazi (1)-band mezonlariga javob bermaydi, chunki u zaharli suyuqlik deb hisoblanmaydi. Biroq, (2)-kichik bandni qo'llash orqali Kodeks "...quvurlar dizayni, tajribasi, ish sharoitlari va joylashuvi..." ni hisobga olgan holda gidravlik tizimlarni M sinfiga tasniflashga ruxsat beradi. Egasi normal suyuqlik bilan ishlashni aniqlashga ruxsat beradi. Talablar vodorod gaz quvurlari tizimlarini loyihalash, qurish, tekshirish, tekshirish va sinovdan o'tkazishda yuqori darajadagi yaxlitlikka bo'lgan ehtiyojni qondirish uchun yetarli emas.
Yuqori haroratli vodorod korroziyasi (HTHA) haqida gapirishdan oldin 1-jadvalga qarang. Ushbu jadvalda kodlar, standartlar va qoidalar keltirilgan bo'lib, ular HTHA ni o'z ichiga olgan keng tarqalgan korroziya anomaliyasi bo'lgan vodorod mo'rtlashuvi (HE) mavzusidagi oltita hujjatni o'z ichiga oladi. OH past va yuqori haroratlarda paydo bo'lishi mumkin. Korroziyaning bir shakli hisoblangan holda, u bir necha usul bilan boshlanishi va turli xil materiallarga ta'sir qilishi mumkin.
HE turli shakllarga ega, ularni vodorod yorilishi (HAC), vodorod stressli yorilish (HSC), stressli korroziya yorilishi (SCC), vodorod korroziya yorilishi (HACC), vodorod pufakchasi (HB), vodorod yorilishi (HIC), stressga yo'naltirilgan vodorod yorilishi (SOHIC), progressiv yorilish (SWC), sulfid stressli yorilish (SSC), yumshoq zonali yorilish (SZC) va yuqori haroratli vodorod korroziyasi (HTHA) ga bo'lish mumkin.
Eng sodda shaklda, vodorodning mo'rtlashishi metall donalari chegaralarini yo'q qilish mexanizmi bo'lib, atom vodorodining kirib borishi tufayli egiluvchanlikning pasayishiga olib keladi. Buning sodir bo'lish usullari turlicha va qisman ularning tegishli nomlari bilan belgilanadi, masalan, HTHA, bu yerda mo'rtlashish uchun bir vaqtning o'zida yuqori harorat va yuqori bosimli vodorod kerak bo'ladi va SSC, bu yerda atom vodorod yopiq gazlar va vodorod sifatida ishlab chiqariladi. kislota korroziyasi tufayli ular metall korpuslarga singib ketadi, bu esa mo'rtlikka olib kelishi mumkin. Ammo umumiy natija yuqorida tavsiflangan barcha vodorod mo'rtlashuv holatlari bilan bir xil, bu yerda metallning mustahkamligi ruxsat etilgan kuchlanish diapazonidan past mo'rtlashuv tufayli kamayadi, bu esa o'z navbatida suyuqlikning o'zgaruvchanligini hisobga olgan holda potentsial halokatli hodisa uchun zamin yaratadi.
Devor qalinligi va mexanik birikmalarning ishlashidan tashqari, H2 gaz xizmati uchun materiallarni tanlashda e'tiborga olish kerak bo'lgan ikkita asosiy omil mavjud: 1. Yuqori haroratli vodorod (HTHA) ta'siriga duchor bo'lish va 2. Potensial oqish haqida jiddiy xavotirlar. Ikkala mavzu ham hozirda muhokama qilinmoqda.
Molekulyar vodoroddan farqli o'laroq, atom vodorod kengayib, vodorodni yuqori harorat va bosim ta'siriga duchor qilishi va potentsial HTHA uchun asos yaratishi mumkin. Bunday sharoitlarda atom vodorod uglerod po'lat quvur materiallari yoki uskunalariga tarqalib, u yerda metall eritmadagi uglerod bilan reaksiyaga kirishib, dona chegaralarida metan gazini hosil qiladi. Chiqarib chiqa olmagan gaz kengayib, quvurlar yoki idishlar devorlarida yoriqlar va yoriqlar hosil qiladi - bu HTGA. HTHA natijalarini 2-rasmda aniq ko'rishingiz mumkin, bu yerda 8 dyuymli devorda yoriqlar va yoriqlar aniq ko'rinadi. Nominal o'lchamdagi (NPS) quvurning bu sharoitlarda ishdan chiqadigan qismi.
Ishlash harorati 500°F dan past bo'lganda uglerodli po'latdan vodorodga xizmat ko'rsatish uchun foydalanish mumkin. Yuqorida aytib o'tilganidek, HTHA vodorod gazi yuqori qisman bosim va yuqori haroratda ushlab turilganda yuzaga keladi. Vodorodning qisman bosimi taxminan 3000 psi bo'lishi kutilgan va harorat taxminan 450°F dan yuqori bo'lganda (bu 2-rasmdagi avariya holati) uglerodli po'latdan foydalanish tavsiya etilmaydi.
3-rasmdagi o'zgartirilgan Nelson grafikasidan ko'rinib turibdiki, qisman API 941 dan olingan, yuqori harorat vodorodning majburlanishiga eng katta ta'sir ko'rsatadi. Vodorod gazining qisman bosimi 500°F gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan uglerodli po'latlar bilan ishlatilganda 1000 psi dan oshishi mumkin.
3-rasm. Ushbu o'zgartirilgan Nelson jadvali (API 941 dan moslashtirilgan) turli haroratlarda vodorod bilan ishlash uchun mos materiallarni tanlash uchun ishlatilishi mumkin.
3-rasmda vodorod hujumidan qochish kafolatlangan po'latlar tanlovi ko'rsatilgan, bu ish harorati va vodorodning qisman bosimiga bog'liq. Ostenitik zanglamaydigan po'latlar HTHA ga sezgir emas va barcha harorat va bosimlarda qoniqarli materiallar hisoblanadi.
Austenitik 316/316L zanglamaydigan po'lat vodorod qo'llanilishi uchun eng amaliy material bo'lib, tasdiqlangan tajribaga ega. Payvandlash paytida qoldiq vodorodni kaltsiylash va payvandlashdan keyin issiqlik ta'sir zonasi (HAZ) qattiqligini kamaytirish uchun uglerodli po'latlar uchun payvandlashdan keyingi issiqlik bilan ishlov berish (PWHT) tavsiya etilsa-da, austenitik zanglamaydigan po'latlar uchun bu talab qilinmaydi.
Issiqlik bilan ishlov berish va payvandlash natijasida yuzaga keladigan termotermik effektlar ostenitik zanglamaydigan po'latlarning mexanik xususiyatlariga kam ta'sir qiladi. Biroq, sovuq ishlov berish ostenitik zanglamaydigan po'latlarning mustahkamlik va qattiqlik kabi mexanik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin. Ostenitik zanglamaydigan po'latdan quvurlarni egish va shakllantirishda ularning mexanik xususiyatlari o'zgaradi, jumladan, materialning plastikligi pasayadi.
Agar ostenitik zanglamaydigan po'lat sovuq shakllantirishni talab qilsa, eritmani tavlash (taxminan 1045°C gacha qizdirish, keyin esa sovutish yoki tez sovutish) materialning mexanik xususiyatlarini asl qiymatlariga qaytaradi. Bu shuningdek, sovuq ishlov berishdan keyin erishilgan qotishma ajratish, sensibilizatsiya va sigma fazasini yo'q qiladi. Eritmani tavlashda, agar to'g'ri ishlov berilmasa, tez sovutish materialga qoldiq stressni qaytarishi mumkinligini yodda tuting.
H2 xizmati uchun maqbul material tanlovlari uchun ASME B31 dagi GR-2.1.1-1 Quvurlar va quvurlarni yig'ish materiallari spetsifikatsiyasi indeksi va GR-2.1.1-2 Quvurlar materiallari spetsifikatsiyasi indeksi jadvallariga qarang. Quvurlar boshlash uchun yaxshi joy.
Standart atom og'irligi 1,008 atom massa birligi (amu) bo'lgan vodorod davriy jadvaldagi eng yengil va eng kichik element hisoblanadi va shuning uchun u oqish ehtimoli yuqori bo'lib, halokatli oqibatlarga olib kelishi mumkin, deb qo'shimcha qilishim mumkin. Shuning uchun, gaz quvuri tizimi mexanik turdagi ulanishlarni cheklaydigan va haqiqatan ham zarur bo'lgan ulanishlarni yaxshilaydigan tarzda loyihalashtirilishi kerak.
Potensial oqish nuqtalarini cheklashda, uskunalardagi, quvur elementlari va armaturalardagi flanesli ulanishlar bundan mustasno, tizim to'liq payvandlanishi kerak. Tishli ulanishlardan iloji boricha, agar to'liq bo'lmasa ham, qochish kerak. Agar biron bir sababga ko'ra tishli ulanishlardan qochishning iloji bo'lmasa, ularni tishli plomba moddasisiz to'liq ulash va keyin payvandlash joyini muhrlash tavsiya etiladi. Uglerodli po'lat quvurdan foydalanganda, quvur bo'g'inlari payvandlash orqali payvandlanishi va payvandlashdan keyingi issiqlik bilan ishlov berilishi (PWHT) kerak. Payvandlashdan so'ng, issiqlik ta'sirlangan zonadagi (HAZ) quvurlar atrof-muhit haroratida ham vodorod hujumiga duchor bo'ladi. Vodorod hujumi asosan yuqori haroratlarda sodir bo'lsa-da, PWHT bosqichi atrof-muhit sharoitida ham bu ehtimolni butunlay kamaytiradi, agar yo'q qilmasa.
To'liq payvandlangan tizimning zaif tomoni flanes ulanishidir. Flanes ulanishlarida yuqori darajadagi mahkamlikni ta'minlash uchun Kammprofile qistirmalari (4-rasm) yoki boshqa turdagi qistirmalardan foydalanish kerak. Bir nechta ishlab chiqaruvchilar tomonidan deyarli bir xil tarzda ishlab chiqarilgan bu prokladka juda bardoshli. U yumshoq, deformatsiyalanadigan muhrlash materiallari orasiga joylashtirilgan tishli to'liq metall halqalardan iborat. Tishlar kamroq kuchlanish bilan mahkam o'rnashishni ta'minlash uchun murvatning yukini kichikroq joyga jamlaydi. U notekis flanes yuzalarini, shuningdek, o'zgaruvchan ish sharoitlarini qoplay oladigan tarzda ishlab chiqilgan.
4-rasm. Kammprofil qistirmalari ikkala tomonida yumshoq plomba bilan bog'langan metall yadroga ega.
Tizimning yaxlitligidagi yana bir muhim omil - bu klapan. Poyasi muhri va korpus flanjlari atrofidagi oqishlar haqiqiy muammodir. Buning oldini olish uchun silfon muhriga ega klapanni tanlash tavsiya etiladi.
Quyidagi misolimizda ASTM A106 Gr B ga muvofiq ishlab chiqarish toleranslari, korroziya va mexanik toleranslar berilgan holda, 1 dyuymli School 80 uglerodli po'lat quvuridan foydalaning, ruxsat etilgan maksimal ish bosimi (MAWP) 300°F gacha bo'lgan haroratlarda ikki bosqichda hisoblanishi mumkin (Izoh: "...300ºF gacha bo'lgan haroratlar uchun..." ning sababi shundaki, ASTM A106 Gr B materialining ruxsat etilgan kuchlanishi (S) harorat 300ºF (S) dan oshganda yomonlasha boshlaydi, shuning uchun (1) tenglama 300ºF dan yuqori haroratlarga moslashishni talab qiladi.)
(1) formulaga murojaat qilgan holda, birinchi qadam quvur liniyasining nazariy portlash bosimini hisoblashdir.
T = quvur devorining qalinligidan mexanik, korroziya va ishlab chiqarish toleranslari minus, dyuymlarda.
Jarayonning ikkinchi qismi (2) tenglamaga muvofiq P natijasiga xavfsizlik koeffitsienti S f ni qo'llash orqali quvur liniyasining ruxsat etilgan maksimal ish bosimi Pa ni hisoblashdan iborat:
Shunday qilib, 1 dyuymli maktab 80 materialidan foydalanganda, portlash bosimi quyidagicha hisoblanadi:
Keyin ASME bosimli idishlar bo'yicha tavsiyalarining 2019 yilgi VIII-1 bo'limining 8-bandiga muvofiq 4 ga teng xavfsizlik Sf qo'llaniladi. UG-101 quyidagicha hisoblanadi:
Olingan MAWP qiymati 810 psi. dyuym bo'lib, u faqat quvurga tegishli. Tizimdagi eng past reytingga ega flanes ulanishi yoki komponenti tizimdagi ruxsat etilgan bosimni aniqlashda hal qiluvchi omil bo'ladi.
ASME B16.5 standartiga ko'ra, 150 uglerodli po'latdan yasalgan flanesli armaturalar uchun ruxsat etilgan maksimal ish bosimi -20°F dan 100°F gacha bo'lgan haroratda 285 psi dyuymni tashkil qiladi. 300-sinf uchun ruxsat etilgan maksimal ish bosimi 740 psi ni tashkil qiladi. Bu quyidagi material spetsifikatsiyasi misoliga muvofiq tizimning bosim chegarasi koeffitsienti bo'ladi. Bundan tashqari, faqat gidrostatik sinovlarda bu qiymatlar 1,5 baravardan oshishi mumkin.
Asosiy uglerodli po'lat material spetsifikatsiyasiga misol sifatida, 740 psi. dyuymli dizayn bosimidan past atrof-muhit haroratida ishlaydigan H2 gaz xizmat ko'rsatish liniyasi spetsifikatsiyasi 2-jadvalda ko'rsatilgan material talablarini o'z ichiga olishi mumkin. Quyidagilar spetsifikatsiyaga kiritilishi kerak bo'lgan turlardir:
Quvurlarning o'zidan tashqari, quvur tizimini tashkil etuvchi ko'plab elementlar mavjud, masalan, armatura, klapanlar, liniya uskunalari va boshqalar. Ushbu elementlarning aksariyati ularni batafsil muhokama qilish uchun quvur liniyasiga birlashtirilsa-da, buning uchun sig'adiganidan ko'proq sahifalar kerak bo'ladi. Ushbu maqola.