Ushbu umumiy ko'rinish vodorod taqsimlash uchun quvur tizimlarini xavfsiz loyihalash bo'yicha tavsiyalarni beradi.
Vodorod juda uchuvchan suyuqlik bo'lib, oqish tendentsiyasi yuqori.Bu tendentsiyalarning juda xavfli va halokatli kombinatsiyasi, nazorat qilish qiyin bo'lgan uchuvchi suyuqlikdir.Bu materiallarni, qistirmalarni va muhrlarni tanlashda e'tiborga olish kerak bo'lgan tendentsiyalar, shuningdek, bunday tizimlarning dizayn xususiyatlari.Gazsimon H2 ning taqsimlanishi haqidagi ushbu mavzular H2, suyuq H2 yoki suyuqlik H2 ishlab chiqarish emas, balki ushbu munozaraning diqqat markazidir (o'ng yon panelga qarang).
Vodorod va H2-havo aralashmasini tushunishga yordam beradigan bir nechta asosiy fikrlar.Vodorod ikki yo'l bilan yonadi: deflagratsiya va portlash.
deflagratsiya.Deflagratsiya - bu umumiy yonish rejimi bo'lib, unda alangalar aralashma bo'ylab subsonik tezlikda tarqaladi.Bu, masalan, vodorod-havo aralashmasining erkin buluti kichik tutashuv manbai tomonidan yoqilganda sodir bo'ladi.Bunday holda, olov sekundiga o'ndan bir necha yuz futgacha tezlikda harakat qiladi.Issiq gazning tez kengayishi, kuchi bulut hajmiga mutanosib bo'lgan bosim to'lqinlarini hosil qiladi.Ba'zi hollarda zarba to'lqinining kuchi qurilish inshootlari va uning yo'lidagi boshqa narsalarga zarar etkazishi va shikastlanishga olib kelishi mumkin.
portlash.U portlaganda, olov va zarba to'lqinlari tovushdan yuqori tezlikda aralashma orqali o'tdi.Detonatsiya to'lqinidagi bosim nisbati detonatsiyaga qaraganda ancha katta.Kuch kuchayganligi sababli portlash odamlar, binolar va yaqin atrofdagi ob'ektlar uchun xavfliroqdir.Oddiy deflagratsiya cheklangan joyda alangalanganda portlashni keltirib chiqaradi.Bunday tor hududda olov eng kam energiya tufayli yuzaga kelishi mumkin.Ammo cheksiz kosmosda vodorod-havo aralashmasining portlashi uchun yanada kuchli olov manbai talab qilinadi.
Vodorod-havo aralashmasidagi detonatsiya to'lqini bo'ylab bosim nisbati taxminan 20. Atmosfera bosimida 20 nisbati 300 psi ni tashkil qiladi.Ushbu bosim to'lqini statsionar ob'ekt bilan to'qnashganda, bosim nisbati 40-60 gacha ko'tariladi.Bu statsionar to'siqdan bosim to'lqinining aks etishi bilan bog'liq.
Oqish tendentsiyasi.Past viskoziteli va past molekulyar og'irligi tufayli H2 gazi oqish va hatto turli materiallarga o'tish yoki kirib borish tendentsiyasiga ega.
Vodorod tabiiy gazdan 8 marta, havodan 14 marta, propandan 22 marta va benzin bug'idan 57 marta engilroq.Bu shuni anglatadiki, ochiq havoda o'rnatilganda, H2 gazi tezda ko'tariladi va tarqaladi va hatto oqish belgilarini kamaytiradi.Ammo bu ikki qirrali qilich bo'lishi mumkin.Agar payvandlashdan oldin qochqinlarni aniqlash o'rganilmasdan, H2 qochqinning ustida yoki shamol ostida tashqi o'rnatishda payvandlash amalga oshirilsa, portlash sodir bo'lishi mumkin.Yopiq makonda H2 gazi shiftdan pastga ko'tarilishi va to'planishi mumkin, bu esa yer yaqinidagi ateşleme manbalari bilan aloqa qilish ehtimoli ko'proq bo'lishidan oldin katta hajmlarni hosil qilish imkonini beradi.
Tasodifiy yong'in.O'z-o'zidan yonish - bu gazlar yoki bug'lar aralashmasining tashqi tutashuv manbasisiz o'z-o'zidan alangalanishi hodisasi.U "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 - havo yoki oksidlovchi modda bilan aloqa qilganda tashqi tutashuv manbai bo'lmaganda, yoqilg'i yonishdan oldin o'z-o'zidan yonib ketadigan minimal harorat.Bitta kukunning o'z-o'zidan yonish harorati - bu oksidlovchi modda bo'lmaganda o'z-o'zidan alangalanish harorati.Havodagi gazsimon H2 ning o'z-o'zidan yonish harorati 585 ° S ni tashkil qiladi.
Yonuvchan energiya - bu alanganing yonuvchan aralashma orqali tarqalishini boshlash uchun zarur bo'lgan energiya.Minimal olov energiyasi - bu ma'lum bir harorat va bosimda ma'lum bir yonuvchi 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).
Portlash chegaralari - bu portlash sodir bo'ladigan havo yoki kisloroddagi bug'lar, tumanlar yoki changlarning maksimal va minimal konsentratsiyasi.Atrof-muhitning o'lchami va geometriyasi, shuningdek, yoqilg'ining kontsentratsiyasi chegaralarni nazorat qiladi."Portlash chegarasi" ba'zan "portlash chegarasi" ning sinonimi sifatida ishlatiladi.
Havodagi H2 aralashmalari uchun portlash chegaralari 18,3 vol.% (pastki chegara) va 59 vol.% (yuqori chegara).
Quvur tizimlarini loyihalashda (1-rasm) birinchi qadam suyuqlikning har bir turi uchun zarur bo'lgan qurilish materiallarini aniqlashdir.Va har bir suyuqlik ASME B31.3 bandiga muvofiq tasniflanadi.300(b)(1)da shunday deyilgan: "Egasi, shuningdek, D, M sinfini, yuqori bosimli va yuqori tozalikdagi quvurlarni aniqlash va muayyan sifat tizimidan foydalanish kerakligini aniqlash uchun javobgardir."
Suyuqlikni toifalash sinov darajasini va zarur bo'lgan sinov turini, shuningdek suyuqlik toifasiga asoslangan boshqa ko'plab talablarni belgilaydi.Buning uchun egasining javobgarligi odatda egasining muhandislik bo'limiga yoki autsorsing muhandisiga tushadi.
B31.3 Proses quvurlari kodeksi egasiga ma'lum bir suyuqlik uchun qaysi materialdan foydalanish kerakligini aytmasa-da, u kuch, qalinlik va materialni ulash talablari bo'yicha ko'rsatmalar beradi.Shuningdek, kodning kirish qismida aniq ko'rsatilgan ikkita bayonot mavjud:
Va yuqoridagi birinchi xatboshi, B31.3 bandini kengaytiring.300 (b) (1) moddasida ham shunday deyilgan: "Quvur liniyasi qurilmasining egasi ushbu Kodeksga rioya qilish va quvur liniyasi qismi bo'lgan barcha suyuqliklarni qayta ishlash yoki jarayonni tartibga soluvchi loyihalash, qurish, tekshirish, tekshirish va sinov talablarini belgilash uchun faqat javobgardir.O'rnatish."Shunday qilib, javobgarlik bo'yicha ba'zi bir asosiy qoidalar va suyuqlik xizmatlari toifalarini belgilash talablarini belgilab qo'ygandan so'ng, keling, vodorod gazining qayerga mos kelishini ko'rib chiqaylik.
Vodorod gazi oqish bilan uchuvchi suyuqlik vazifasini o'taganligi sababli, vodorod gazi oddiy suyuqlik yoki suyuqlik xizmati uchun B31.3 toifasidagi M sinfidagi suyuqlik deb hisoblanishi mumkin.Yuqorida aytib o'tilganidek, suyuqlik bilan ishlashning tasnifi, 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 toifali suyuqlik xizmati uchun ta'riflar keltirilgan:
“Oddiy suyuqlik xizmati: Suyuqlik xizmati ushbu kod bo'yicha ko'pchilik quvurlarga tegishli, ya'ni D, M sinflari, yuqori harorat, yuqori bosim yoki yuqori suyuqlik tozaligi uchun qoidalarga bo'ysunmaydi.
(1) Suyuqlikning zaharliligi shunchalik kattaki, oqish natijasida yuzaga kelgan suyuqlikning juda oz miqdoriga bir marta ta'sir qilish, darhol tiklash choralari ko'rilsa ham, nafas olayotgan yoki u bilan aloqa qilgan kishilarga jiddiy doimiy shikastlanishga olib kelishi mumkin.olingan
(2) Quvur liniyasining dizayni, tajribasi, ish sharoitlari va joylashuvini ko'rib chiqqandan so'ng, egasi suyuqlikdan normal foydalanish uchun talablar xodimlarni ta'sir qilishdan himoya qilish uchun zarur bo'lgan mahkamlikni ta'minlash uchun etarli emasligini aniqlaydi.”
M ning yuqoridagi ta'rifida vodorod gazi (1) banddagi mezonlarga javob bermaydi, chunki u zaharli suyuqlik hisoblanmaydi.Biroq, (2) kichik bo'limni qo'llash orqali Kodeks "...quvurlar dizayni, tajribasi, foydalanish shartlari va joylashuvi ..." ni hisobga olgan holda gidravlika tizimlarini M sinfiga tasniflashga ruxsat beradi.Vodorod gaz quvurlari tizimlarini loyihalash, qurish, tekshirish, tekshirish va sinovdan o'tkazishda yuqori darajadagi yaxlitlikka bo'lgan ehtiyojni qondirish uchun talablar etarli emas.
Yuqori haroratli vodorod korroziyasini (HTHA) muhokama qilishdan oldin 1-jadvalga qarang.Kodlar, standartlar va qoidalar ushbu jadvalda keltirilgan bo'lib, ular HTHA ni o'z ichiga olgan keng tarqalgan korroziya anomaliyasi bo'lgan vodorodning mo'rtlashishi (HE) mavzusiga oid 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 mumkin va shuningdek, keng turdagi materiallarga ta'sir qiladi.
HE turli xil shakllarga ega bo'lib, ular vodorodli yorilish (HAC), vodorod kuchlanishli kreking (HSC), stressli korroziya yorilishi (SCC), vodorod korroziyasi yorilishi (HACC), vodorod pufakchasi (HB), vodorod yorilishi (HIC) ga bo'linishi mumkin.)), stressga yo'naltirilgan vodorodli kreking (SOHIC), progressiv kreking (SWC), sulfidli kuchlanish krekingi (SSC), yumshoq zonaning yorilishi (SZC) va yuqori haroratli vodorod korroziyasi (HTHA).
Eng oddiy shaklda vodorodning mo'rtlashishi metall don chegaralarini yo'q qilish mexanizmi bo'lib, atom vodorodining kirib borishi tufayli egiluvchanlikni kamaytiradi.Bu sodir bo'lish usullari har xil va qisman ularning tegishli nomlari bilan belgilanadi, masalan, mo'rtlashish uchun bir vaqtning o'zida yuqori harorat va yuqori bosimli vodorod kerak bo'lgan HTHA va atomik vodorod yopiq gazlar va vodorod shaklida ishlab chiqariladigan SSC.kislota korroziyasi tufayli ular metall korpuslarga singib ketadi, bu esa mo'rtlikka olib kelishi mumkin.Ammo umumiy natija yuqorida tavsiflangan vodorod mo'rtlashuvining barcha holatlari bilan bir xil bo'ladi, bunda metallning mustahkamligi mo'rtlashuv tufayli uning ruxsat etilgan kuchlanish oralig'idan past bo'ladi, bu esa o'z navbatida suyuqlikning uchuvchanligini hisobga olgan holda potentsial halokatli hodisa uchun zamin yaratadi.
Devor qalinligi va mexanik birikmaning ishlashiga qo'shimcha ravishda, H2 gaz xizmati uchun materiallarni tanlashda e'tiborga olish kerak bo'lgan ikkita asosiy omil mavjud: 1. Yuqori haroratli vodorod (HTHA) ta'siri va 2. Potensial oqish haqida jiddiy xavotirlar.Hozirda ikkala mavzu ham muhokama qilinmoqda.
Molekulyar vodoroddan farqli o'laroq, atomik vodorod kengayib, vodorodni yuqori harorat va bosimga ta'sir qilib, potentsial HTHA uchun asos yaratadi.Bunday sharoitda atomik vodorod uglerodli po'lat quvurlari materiallari yoki uskunalariga tarqalib ketishi mumkin, u erda u metall eritmadagi uglerod bilan reaksiyaga kirishib, don chegaralarida metan gazini hosil qiladi.Qochib qutula olmaydi, gaz kengayadi, quvurlar yoki idishlarning devorlarida yoriqlar va yoriqlar hosil qiladi - bu HTGA.HTHA natijalarini 2-rasmda aniq ko'rishingiz mumkin, bu erda 8 dyuymli devorda yoriqlar va yoriqlar aniq.Ushbu sharoitlarda ishlamay qolgan nominal o'lchamdagi (NPS) quvur qismi.
Karbonli po'latdan ish harorati 500 ° F dan past bo'lganda vodorod xizmati uchun ishlatilishi mumkin.Yuqorida aytib o'tilganidek, HTHA vodorod gazini yuqori qisman bosim va yuqori haroratda ushlab turganda paydo bo'ladi.Vodorodning qisman bosimi 3000 psi atrofida bo'lishi kutilayotganda va harorat taxminan 450 ° F dan yuqori bo'lsa (bu 2-rasmdagi avariya holati) uglerod po'latidan foydalanish tavsiya etilmaydi.
Qisman API 941 dan olingan 3-rasmdagi o'zgartirilgan Nelson sxemasidan ko'rinib turibdiki, yuqori harorat vodorodni majburlashda eng katta ta'sirga ega.Vodorod gazining qisman bosimi 500 ° F gacha bo'lgan haroratda ishlaydigan uglerodli po'latlar bilan foydalanilganda 1000 psi dan oshishi mumkin.
Shakl 3. Ushbu o'zgartirilgan Nelson jadvali (API 941 dan moslashtirilgan) turli haroratlarda vodorod xizmati uchun mos materiallarni tanlash uchun ishlatilishi mumkin.
Shaklda.3 ish harorati va vodorodning qisman bosimiga qarab, vodorod hujumidan qochish kafolatlangan po'latlarni tanlashni ko'rsatadi.Ostenitik zanglamaydigan po'latlar HTHA ga sezgir emas va barcha harorat va bosimlarda qoniqarli materiallardir.
Ostenitik 316/316L zanglamaydigan po'lat vodorodni qo'llash uchun eng amaliy materialdir va tasdiqlangan tajribaga ega.Payvandlashdan keyingi issiqlik bilan ishlov berish (PWHT) uglerodli po'latlar uchun payvandlash paytida qoldiq vodorodni kalsinatsiyalash va payvandlashdan keyin issiqlik ta'sirlangan zonaning (HAZ) qattiqligini kamaytirish uchun tavsiya etilgan bo'lsa-da, ostenitik zanglamaydigan po'latlar uchun talab qilinmaydi.
Issiqlik bilan ishlov berish va payvandlash natijasida yuzaga keladigan termotermik ta'sirlar ostenitik zanglamaydigan po'latlarning mexanik xususiyatlariga kam ta'sir qiladi.Biroq, sovuq ishlov berish kuch va qattiqlik kabi ostenitik zanglamaydigan po'latlarning mexanik xususiyatlarini yaxshilashi mumkin.Ostenitik zanglamaydigan po'latdan quvurlarni bükme va shakllantirishda ularning mexanik xususiyatlari o'zgaradi, shu jumladan materialning plastisitivligi pasayadi.
Agar ostenitik zanglamaydigan po'latdan sovuq shakllanish kerak bo'lsa, eritmaning tavlanishi (taxminan 1045 ° C ga qizdirish, so'ngra söndürme yoki tez sovutish) materialning mexanik xususiyatlarini asl qiymatlariga qaytaradi.Bundan tashqari, sovuq ishlov berishdan keyin erishilgan qotishma segregatsiyasi, sezgirlik va sigma fazasini yo'q qiladi.Eritmani yumshatishni amalga oshirayotganda, tez sovutish to'g'ri ishlatilmasa, qoldiq stressni materialga qaytarishi mumkinligini yodda tuting.
H2 xizmati uchun maqbul material tanlash uchun ASME B31da GR-2.1.1-1 Quvur va quvurlarni yig'ish materiallari spetsifikatsiyasi indeksi va GR-2.1.1-2 quvur 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 engil va eng kichik element bo'lib, shuning uchun potentsial halokatli oqibatlarga olib kelishi mumkin bo'lgan oqishga moyilligi yuqori.Shuning uchun gaz quvurlari tizimi mexanik turdagi ulanishlarni cheklash va haqiqatan ham zarur bo'lgan ulanishlarni yaxshilash uchun mo'ljallangan bo'lishi kerak.
Potensial qochqin nuqtalarini cheklashda tizim to'liq payvandlangan bo'lishi kerak, uskuna, quvur elementlari va armaturadagi gardishli ulanishlar bundan mustasno.To'liq bo'lmasa, iloji boricha tishli ulanishlardan qochish kerak.Agar biron-bir sababga ko'ra tishli ulanishlardan qochish mumkin bo'lmasa, ularni ipni yopishtiruvchi vositasiz to'liq ulash va keyin payvandni yopishtirish tavsiya etiladi.Karbonli po'lat quvurdan foydalanganda, quvurlarning bo'g'inlari payvandlangan bo'lishi va payvandlashdan keyingi issiqlik bilan ishlov berilishi kerak (PWHT).Payvandlashdan keyin issiqlik ta'sir zonasidagi (HAZ) quvurlar hatto atrof-muhit haroratida ham vodorod hujumiga duchor bo'ladi.Vodorod hujumi birinchi navbatda yuqori haroratlarda sodir bo'lsa-da, PWHT bosqichi bu imkoniyatni hatto atrof-muhit sharoitida ham butunlay kamaytiradi.
Barcha payvandlangan tizimning zaif nuqtasi gardish aloqasi.Flanjli ulanishlarda 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 pad juda kechirimli.U yumshoq, deformatsiyalanadigan muhrlash materiallari orasiga o'rnatilgan tishli butunlay metall halqalardan iborat.Tishlar kamroq stress bilan mahkam o'rnatishni ta'minlash uchun murvatning yukini kichikroq joyga jamlaydi.U gardishning notekis yuzalarini, shuningdek, o'zgaruvchan ish sharoitlarini qoplashi mumkin bo'lgan tarzda ishlab chiqilgan.
Shakl 4. Kammprofile qistirmalari har ikki tomondan yumshoq plomba bilan bog'langan metall yadroga ega.
Tizimning yaxlitligidagi yana bir muhim omil - bu valf.Poyaning muhri va korpus gardishlari atrofida oqish haqiqiy muammodir.Bunga yo'l qo'ymaslik uchun krujkali muhr bilan valfni tanlash tavsiya etiladi.
1 dyuymdan foydalaning.80-maktab uglerodli po'lat quvur, quyida keltirilgan misolimizda, ASTM A106 Gr B ga muvofiq ishlab chiqarish tolerantliklari, korroziya va mexanik bardoshliklarni hisobga olgan holda, ruxsat etilgan maksimal ish bosimi (MAWP) 300 ° F gacha bo'lgan haroratda ikki bosqichda hisoblanishi mumkin (Eslatma: "... 300 ° F gacha bo'lgan haroratlar uchun" sababi ASTM A106 Gr B gacha bo'lgan haroratda (300 ° F gacha bo'lgan stress uchun) ASTM 6 ºF gacha bo'lgan stressdir. harorat 300ºF.(S) dan oshganda yomonlasha boshlaydi, shuning uchun (1) tenglama 300ºF dan yuqori haroratlarga sozlashni talab qiladi.)
Formula (1) ga murojaat qilgan holda, birinchi qadam quvur liniyasining nazariy portlash bosimini hisoblashdir.
T = quvur devorining qalinligi minus mexanik, korroziya va ishlab chiqarish toleranslari, dyuymlarda.
Jarayonning ikkinchi qismi - tenglama (2) bo'yicha P natijaga xavfsizlik koeffitsienti S f qo'llash orqali quvur liniyasining maksimal ruxsat etilgan ish bosimi Pa ni hisoblash:
Shunday qilib, 1 ″ maktab 80 materialidan foydalanganda portlash bosimi quyidagicha hisoblanadi:
2019-yil VIII-1-bo‘limi, 8-bandiga muvofiq ASME bosimli idishlar bo‘yicha tavsiyalarga muvofiq xavfsizlik Sf 4 qo‘llaniladi. UG-101 quyidagicha hisoblanadi:
Olingan MAWP qiymati 810 psi ni tashkil qiladi.dyuym faqat quvurga tegishli.Tizimdagi eng past ko'rsatkichga ega bo'lgan gardish aloqasi yoki komponent tizimdagi ruxsat etilgan bosimni aniqlashda hal qiluvchi omil bo'ladi.
ASME B16.5 ga ko'ra, 150 ta karbonli po'latdan yasalgan gardish armatura uchun ruxsat etilgan maksimal ish bosimi 285 psi.dyuym -20 ° F dan 100 ° F gacha.300-sinf 740 psi maksimal ruxsat etilgan ish bosimiga ega.Bu quyida keltirilgan material spetsifikatsiyasiga muvofiq tizimning bosim chegarasi omili bo'ladi.Bundan tashqari, faqat gidrostatik sinovlarda bu qiymatlar 1,5 baravardan oshishi mumkin.
Asosiy uglerodli po'lat material spetsifikatsiyasiga misol sifatida, 740 psi dizayn bosimidan past muhit haroratida ishlaydigan H2 gaz xizmat ko'rsatish liniyasi spetsifikatsiyasi.dyuym, 2-jadvalda ko'rsatilgan materiallar talablarini o'z ichiga olishi mumkin. Quyidagilar spetsifikatsiyaga e'tibor berishni talab qilishi mumkin:
Quvurlarning o'zidan tashqari, quvurlar tizimini tashkil etuvchi ko'plab elementlar mavjud, masalan, armatura, klapanlar, liniya uskunalari va boshqalar. Bu elementlarning ko'pchiligi ularni batafsil muhokama qilish uchun quvur liniyasida birlashtirilsa ham, bu joylashtirish mumkin bo'lganidan ko'proq sahifalarni talab qiladi.Ushbu maqola.