Αυτή η επισκόπηση παρέχει συστάσεις για τον ασφαλή σχεδιασμό συστημάτων σωληνώσεων για τη διανομή υδρογόνου.
Το υδρογόνο είναι ένα εξαιρετικά πτητικό υγρό με υψηλή τάση διαρροής. Είναι ένας πολύ επικίνδυνος και θανατηφόρος συνδυασμός τάσεων, ένα πτητικό υγρό που είναι δύσκολο να ελεγχθεί. Αυτές είναι τάσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή υλικών, παρεμβυσμάτων και στεγανοποιήσεων, καθώς και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού τέτοιων συστημάτων. Αυτά τα θέματα σχετικά με την κατανομή του αέριου H2 είναι το επίκεντρο αυτής της συζήτησης, όχι η παραγωγή H2, υγρού H2 ή υγρού H2 (βλ. δεξιά πλαϊνή μπάρα).
Ακολουθούν μερικά βασικά σημεία που θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε το μείγμα υδρογόνου και H2-αέρα. Το υδρογόνο καίγεται με δύο τρόπους: ανάφλεξη και έκρηξη.
ανάφλεξη. Η ανάφλεξη είναι μια συνηθισμένη λειτουργία καύσης κατά την οποία οι φλόγες ταξιδεύουν μέσα στο μείγμα με υποηχητικές ταχύτητες. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, όταν ένα ελεύθερο νέφος μείγματος υδρογόνου-αέρα αναφλέγεται από μια μικρή πηγή ανάφλεξης. Σε αυτήν την περίπτωση, η φλόγα θα κινηθεί με ταχύτητα από δέκα έως αρκετές εκατοντάδες πόδια ανά δευτερόλεπτο. Η ταχεία διαστολή του θερμού αερίου δημιουργεί κύματα πίεσης των οποίων η ισχύς είναι ανάλογη με το μέγεθος του νέφους. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η δύναμη του κρουστικού κύματος μπορεί να είναι αρκετή για να προκαλέσει ζημιά σε δομές κτιρίων και άλλα αντικείμενα στην πορεία του και να προκαλέσει τραυματισμό.
εκρήγνυνται. Όταν εκρήγνυται, φλόγες και κρουστικά κύματα διαπερνούν το μείγμα με υπερηχητικές ταχύτητες. Η αναλογία πίεσης σε ένα κύμα έκρηξης είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι σε μια έκρηξη. Λόγω της αυξημένης δύναμης, η έκρηξη είναι πιο επικίνδυνη για ανθρώπους, κτίρια και κοντινά αντικείμενα. Η κανονική ανάφλεξη προκαλεί έκρηξη όταν αναφλέγεται σε περιορισμένο χώρο. Σε μια τόσο στενή περιοχή, η ανάφλεξη μπορεί να προκληθεί από τη μικρότερη ποσότητα ενέργειας. Αλλά για την έκρηξη ενός μείγματος υδρογόνου-αέρα σε έναν απεριόριστο χώρο, απαιτείται μια πιο ισχυρή πηγή ανάφλεξης.
Η αναλογία πίεσης κατά μήκος του κύματος έκρηξης σε ένα μείγμα υδρογόνου-αέρα είναι περίπου 20. Σε ατμοσφαιρική πίεση, η αναλογία 20 είναι 300 psi. Όταν αυτό το κύμα πίεσης συγκρούεται με ένα ακίνητο αντικείμενο, η αναλογία πίεσης αυξάνεται σε 40-60. Αυτό οφείλεται στην ανάκλαση ενός κύματος πίεσης από ένα ακίνητο εμπόδιο.
Τάση για διαρροή. Λόγω του χαμηλού ιξώδους και του χαμηλού μοριακού βάρους του, το αέριο H2 έχει υψηλή τάση να διαρρέει και ακόμη και να διαπερνά ή να διεισδύει σε διάφορα υλικά.
Το υδρογόνο είναι 8 φορές ελαφρύτερο από το φυσικό αέριο, 14 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα, 22 φορές ελαφρύτερο από το προπάνιο και 57 φορές ελαφρύτερο από τους ατμούς της βενζίνης. Αυτό σημαίνει ότι όταν εγκαθίσταται σε εξωτερικό χώρο, το αέριο H2 θα ανέβει και θα διαλυθεί γρήγορα, μειώνοντας τυχόν σημάδια ακόμη και διαρροών. Αλλά μπορεί να είναι δίκοπο μαχαίρι. Μπορεί να προκληθεί έκρηξη εάν πρόκειται να πραγματοποιηθεί συγκόλληση σε εξωτερική εγκατάσταση πάνω ή προς τα κάτω από μια διαρροή H2 χωρίς μελέτη ανίχνευσης διαρροών πριν από τη συγκόλληση. Σε κλειστό χώρο, το αέριο H2 μπορεί να ανέβει και να συσσωρευτεί από την οροφή προς τα κάτω, μια κατάσταση που του επιτρέπει να συσσωρεύεται σε μεγάλους όγκους πριν είναι πιο πιθανό να έρθει σε επαφή με πηγές ανάφλεξης κοντά στο έδαφος.
Τυχαία πυρκαγιά. Η αυτοανάφλεξη είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο ένα μείγμα αερίων ή ατμών αναφλέγεται αυθόρμητα χωρίς εξωτερική πηγή ανάφλεξης. Είναι επίσης γνωστό ως «αυτανάφλεξη» ή «αυτανάφλεξη». Η αυτοανάφλεξη εξαρτάται από τη θερμοκρασία, όχι από την πίεση.
Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης είναι η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία ένα καύσιμο θα αναφλεγεί αυτόματα πριν από την ανάφλεξη απουσία εξωτερικής πηγής ανάφλεξης κατά την επαφή με τον αέρα ή ένα οξειδωτικό μέσο. Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης μιας μεμονωμένης σκόνης είναι η θερμοκρασία στην οποία αναφλέγεται αυτόματα απουσία οξειδωτικού μέσου. Η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης του αέριου H2 στον αέρα είναι 585°C.
Η ενέργεια ανάφλεξης είναι η ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη της διάδοσης μιας φλόγας μέσω ενός εύφλεκτου μείγματος. Η ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης είναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την ανάφλεξη ενός συγκεκριμένου εύφλεκτου μείγματος σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση. Ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης με σπινθήρα για αέριο H2 σε 1 atm αέρα = 1,9 × 10–8 BTU (0,02 mJ).
Τα όρια εκρηκτικότητας είναι οι μέγιστες και ελάχιστες συγκεντρώσεις ατμών, ομίχλης ή σκόνης στον αέρα ή στο οξυγόνο στις οποίες συμβαίνει μια έκρηξη. Το μέγεθος και η γεωμετρία του περιβάλλοντος, καθώς και η συγκέντρωση του καυσίμου, ελέγχουν τα όρια. Το «όριο έκρηξης» χρησιμοποιείται μερικές φορές ως συνώνυμο του «ορίου έκρηξης».
Τα όρια εκρηκτικότητας για τα μείγματα H2 στον αέρα είναι 18,3% κατ' όγκο (κατώτερο όριο) και 59% κατ' όγκο (ανώτερο όριο).
Κατά τον σχεδιασμό συστημάτων σωληνώσεων (Σχήμα 1), το πρώτο βήμα είναι να προσδιοριστούν τα δομικά υλικά που απαιτούνται για κάθε τύπο ρευστού. Και κάθε ρευστό θα ταξινομείται σύμφωνα με την παράγραφο ASME B31.3. Το άρθρο 300(β)(1) ορίζει: «Ο ιδιοκτήτης είναι επίσης υπεύθυνος για τον προσδιορισμό των σωληνώσεων κατηγορίας D, M, υψηλής πίεσης και υψηλής καθαρότητας, καθώς και για τον προσδιορισμό του εάν πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα συγκεκριμένο σύστημα ποιότητας».
Η κατηγοριοποίηση των ρευστών καθορίζει τον βαθμό και τον τύπο των απαιτούμενων δοκιμών, καθώς και πολλές άλλες απαιτήσεις που βασίζονται στην κατηγορία του ρευστού. Η ευθύνη του ιδιοκτήτη για αυτό συνήθως εμπίπτει στο μηχανολογικό τμήμα του ιδιοκτήτη ή σε έναν εξωτερικό μηχανικό.
Ενώ ο Κώδικας Σωληνώσεων Διεργασιών B31.3 δεν λέει στον ιδιοκτήτη ποιο υλικό να χρησιμοποιήσει για ένα συγκεκριμένο ρευστό, παρέχει καθοδήγηση σχετικά με τις απαιτήσεις αντοχής, πάχους και σύνδεσης υλικού. Υπάρχουν επίσης δύο δηλώσεις στην εισαγωγή του κώδικα που αναφέρουν σαφώς:
Και επεκτείνοντας την πρώτη παράγραφο παραπάνω, την παράγραφο B31.3. Το 300(b)(1) αναφέρει επίσης: «Ο ιδιοκτήτης μιας εγκατάστασης αγωγού είναι αποκλειστικά υπεύθυνος για τη συμμόρφωση με τον παρόντα Κώδικα και για τον καθορισμό των απαιτήσεων σχεδιασμού, κατασκευής, επιθεώρησης, επιθεώρησης και δοκιμών που διέπουν κάθε χειρισμό ή διαδικασία ρευστών στην οποία αποτελεί μέρος ο αγωγός. Εγκατάσταση». Έτσι, αφού καθορίσουμε ορισμένους βασικούς κανόνες για την ευθύνη και τις απαιτήσεις για τον ορισμό των κατηγοριών υπηρεσιών ρευστών, ας δούμε πού εντάσσεται το αέριο υδρογόνο.
Επειδή το αέριο υδρογόνο λειτουργεί ως πτητικό υγρό με διαρροές, το αέριο υδρογόνο μπορεί να θεωρηθεί κανονικό υγρό ή υγρό Κλάσης Μ στην κατηγορία B31.3 για την παροχή υγρών. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ταξινόμηση της διαχείρισης υγρών αποτελεί απαίτηση του ιδιοκτήτη, υπό την προϋπόθεση ότι πληροί τις οδηγίες για τις επιλεγμένες κατηγορίες που περιγράφονται στην παράγραφο 3 του B31.3. 300.2 Ορισμοί στην ενότητα «Υδραυλικές υπηρεσίες». Οι ακόλουθοι είναι ορισμοί για την κανονική παροχή υγρών και την παροχή υγρών Κλάσης Μ:
«Κανονική Συντήρηση Ρευστών»: Συντήρηση ρευστών που ισχύει για τις περισσότερες σωληνώσεις που υπόκεινται σε αυτόν τον κώδικα, δηλαδή δεν υπόκειται σε κανονισμούς για τις κατηγορίες D, M, υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση ή υψηλή καθαρότητα ρευστών.»
(1) Η τοξικότητα του υγρού είναι τόσο μεγάλη που μια εφάπαξ έκθεση σε πολύ μικρή ποσότητα υγρού που προκαλείται από διαρροή μπορεί να προκαλέσει σοβαρό μόνιμο τραυματισμό σε όσους το εισπνέουν ή έρχονται σε επαφή με αυτό, ακόμη και αν ληφθούν άμεσα μέτρα αποκατάστασης.
(2) Αφού λάβει υπόψη τον σχεδιασμό του αγωγού, την εμπειρία, τις συνθήκες λειτουργίας και την τοποθεσία, ο ιδιοκτήτης κρίνει ότι οι απαιτήσεις για την κανονική χρήση του ρευστού δεν επαρκούν για να παρέχουν την απαραίτητη στεγανότητα για την προστασία του προσωπικού από την έκθεση.
Στον παραπάνω ορισμό του M, το αέριο υδρογόνο δεν πληροί τα κριτήρια της παραγράφου (1) επειδή δεν θεωρείται τοξικό υγρό. Ωστόσο, εφαρμόζοντας την υποενότητα (2), ο Κώδικας επιτρέπει την ταξινόμηση των υδραυλικών συστημάτων στην κατηγορία M μετά από δέουσα εξέταση «...σχεδιασμός σωληνώσεων, εμπειρία, συνθήκες λειτουργίας και τοποθεσία...» Ο ιδιοκτήτης επιτρέπει τον προσδιορισμό της κανονικής διαχείρισης ρευστού. Οι απαιτήσεις δεν επαρκούν για να καλύψουν την ανάγκη για υψηλότερο επίπεδο ακεραιότητας στο σχεδιασμό, την κατασκευή, την επιθεώρηση, την επιθεώρηση και τις δοκιμές συστημάτων σωληνώσεων αερίου υδρογόνου.
Ανατρέξτε στον Πίνακα 1 πριν συζητήσετε τη Διάβρωση Υδρογόνου σε Υψηλή Θερμοκρασία (HTHA). Σε αυτόν τον πίνακα παρατίθενται κώδικες, πρότυπα και κανονισμοί, ο οποίος περιλαμβάνει έξι έγγραφα σχετικά με το θέμα της ευθραυστότητας υδρογόνου (HE), μιας κοινής ανωμαλίας διάβρωσης που περιλαμβάνει την HTHA. Η ευθραυστότητα υδρογόνου μπορεί να εμφανιστεί σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες. Θεωρείται μορφή διάβρωσης και μπορεί να ξεκινήσει με διάφορους τρόπους και να επηρεάσει ένα ευρύ φάσμα υλικών.
Το HE έχει διάφορες μορφές, οι οποίες μπορούν να χωριστούν σε πυρόλυση υδρογόνου (HAC), ρωγμάτωση λόγω καταπόνησης υδρογόνου (HSC), ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης (SCC), ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης υδρογόνου (HACC), φυσαλίδες υδρογόνου (HB), ρωγμάτωση υδρογόνου (HIC). )), ρωγμάτωση υδρογόνου προσανατολισμένη σε καταπόνηση (SOHIC), προοδευτική ρωγμάτωση (SWC), ρωγμάτωση λόγω καταπόνησης από σουλφίδια (SSC), ρωγμάτωση μαλακής ζώνης (SZC) και διάβρωση υδρογόνου υψηλής θερμοκρασίας (HTHA).
Στην απλούστερη μορφή της, η ευθραυστότητα υδρογόνου είναι ένας μηχανισμός για την καταστροφή των ορίων των μεταλλικών κόκκων, με αποτέλεσμα τη μειωμένη ολκιμότητα λόγω της διείσδυσης του ατομικού υδρογόνου. Οι τρόποι με τους οποίους συμβαίνει αυτό ποικίλλουν και ορίζονται εν μέρει από τις αντίστοιχες ονομασίες τους, όπως HTHA, όπου απαιτείται ταυτόχρονα υδρογόνο υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης για την ευθραυστότητα, και SSC, όπου το ατομικό υδρογόνο παράγεται ως κλειστά αέρια και υδρογόνο, λόγω της όξινης διάβρωσης, διεισδύουν σε μεταλλικά περιβλήματα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ευθραυστότητα. Αλλά το συνολικό αποτέλεσμα είναι το ίδιο όπως και για όλες τις περιπτώσεις ευθραυστότητας υδρογόνου που περιγράφηκαν παραπάνω, όπου η αντοχή του μετάλλου μειώνεται λόγω ευθραυστότητας κάτω από το επιτρεπόμενο εύρος τάσης, γεγονός που με τη σειρά του θέτει τις βάσεις για ένα δυνητικά καταστροφικό συμβάν δεδομένης της πτητικότητας του υγρού.
Εκτός από το πάχος του τοιχώματος και την μηχανική απόδοση των αρμών, υπάρχουν δύο κύριοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή υλικών για την υπηρεσία αερίου H2: 1. Έκθεση σε υδρογόνο υψηλής θερμοκρασίας (HTHA) και 2. Σοβαρές ανησυχίες για πιθανή διαρροή. Και τα δύο θέματα βρίσκονται υπό συζήτηση.
Σε αντίθεση με το μοριακό υδρογόνο, το ατομικό υδρογόνο μπορεί να διασταλεί, εκθέτοντάς το σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, δημιουργώντας τη βάση για πιθανή HTHA. Υπό αυτές τις συνθήκες, το ατομικό υδρογόνο είναι ικανό να διαχέεται σε υλικά ή εξοπλισμό σωληνώσεων από ανθρακούχο χάλυβα, όπου αντιδρά με άνθρακα σε μεταλλικό διάλυμα για να σχηματίσει αέριο μεθάνιο στα όρια των κόκκων. Μη μπορώντας να διαφύγει, το αέριο διαστέλλεται, δημιουργώντας ρωγμές και σχισμές στα τοιχώματα σωλήνων ή δοχείων - αυτό είναι το HTGA. Μπορείτε να δείτε καθαρά τα αποτελέσματα HTHA στο Σχήμα 2 όπου οι ρωγμές και οι ρωγμές είναι εμφανείς στον τοίχο 8". Το τμήμα του σωλήνα ονομαστικού μεγέθους (NPS) που αστοχεί υπό αυτές τις συνθήκες.
Ο ανθρακούχος χάλυβας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή υδρογόνου όταν η θερμοκρασία λειτουργίας διατηρείται κάτω από τους 500°F. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η HTHA εμφανίζεται όταν το αέριο υδρογόνο διατηρείται σε υψηλή μερική πίεση και υψηλή θερμοκρασία. Ο ανθρακούχος χάλυβας δεν συνιστάται όταν η μερική πίεση υδρογόνου αναμένεται να είναι περίπου 3000 psi και η θερμοκρασία είναι πάνω από περίπου 450°F (η οποία είναι η κατάσταση ατυχήματος στο Σχήμα 2).
Όπως φαίνεται από το τροποποιημένο διάγραμμα Nelson στο Σχήμα 3, το οποίο προέρχεται εν μέρει από το API 941, η υψηλή θερμοκρασία έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην ώθηση υδρογόνου. Η μερική πίεση του αερίου υδρογόνου μπορεί να υπερβεί τα 1000 psi όταν χρησιμοποιείται με χάλυβες άνθρακα που λειτουργούν σε θερμοκρασίες έως και 500°F.
Σχήμα 3. Αυτό το τροποποιημένο διάγραμμα Nelson (προσαρμοσμένο από το API 941) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλογή κατάλληλων υλικών για την παροχή υδρογόνου σε διάφορες θερμοκρασίες.
Στο σχήμα 3 φαίνεται η επιλογή χαλύβων που εγγυώνται την αποφυγή προσβολής από υδρογόνο, ανάλογα με τη θερμοκρασία λειτουργίας και τη μερική πίεση του υδρογόνου. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες δεν είναι ευαίσθητοι στην HTHA και είναι ικανοποιητικά υλικά σε όλες τις θερμοκρασίες και πιέσεις.
Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας 316/316L είναι το πιο πρακτικό υλικό για εφαρμογές υδρογόνου και έχει αποδεδειγμένο ιστορικό. Ενώ η θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT) συνιστάται για τους χάλυβες άνθρακα για την πύρωση του υπολειμματικού υδρογόνου κατά τη συγκόλληση και τη μείωση της σκληρότητας της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ) μετά τη συγκόλληση, δεν απαιτείται για τους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες.
Οι θερμοθερμικές επιδράσεις που προκαλούνται από τη θερμική επεξεργασία και τη συγκόλληση έχουν μικρή επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες των ωστενιτικών ανοξείδωτων χαλύβων. Ωστόσο, η ψυχρή κατεργασία μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες των ωστενιτικών ανοξείδωτων χαλύβων, όπως η αντοχή και η σκληρότητα. Κατά την κάμψη και τη διαμόρφωση σωλήνων από ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα, οι μηχανικές τους ιδιότητες αλλάζουν, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης της πλαστικότητας του υλικού.
Εάν ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας απαιτεί ψυχρή διαμόρφωση, η ανόπτηση σε διάλυμα (θέρμανση στους περίπου 1045°C ακολουθούμενη από σβέση ή ταχεία ψύξη) θα αποκαταστήσει τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού στις αρχικές τους τιμές. Θα εξαλείψει επίσης τον διαχωρισμό του κράματος, την ευαισθητοποίηση και τη φάση σίγμα που επιτυγχάνονται μετά την ψυχρή κατεργασία. Κατά την εκτέλεση ανόπτησης σε διάλυμα, να γνωρίζετε ότι η ταχεία ψύξη μπορεί να επαναφέρει την υπολειμματική τάση στο υλικό εάν δεν γίνει σωστός χειρισμός.
Ανατρέξτε στους πίνακες GR-2.1.1-1 Δείκτης Προδιαγραφών Υλικού Σωληνώσεων και Συγκροτήματος Σωλήνων και GR-2.1.1-2 Δείκτης Προδιαγραφών Υλικού Σωληνώσεων στο ASME B31 για αποδεκτές επιλογές υλικών για την υπηρεσία H2. Οι σωλήνες είναι ένα καλό σημείο για να ξεκινήσετε.
Με τυπικό ατομικό βάρος 1,008 ατομικών μονάδων μάζας (amu), το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο και μικρότερο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα και ως εκ τούτου έχει υψηλή τάση διαρροής, με δυνητικά καταστροφικές συνέπειες, θα πρόσθετα. Επομένως, το σύστημα αγωγών φυσικού αερίου πρέπει να σχεδιάζεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να περιορίζει τις μηχανικού τύπου συνδέσεις και να βελτιώνει εκείνες τις συνδέσεις που είναι πραγματικά απαραίτητες.
Κατά τον περιορισμό πιθανών σημείων διαρροής, το σύστημα θα πρέπει να είναι πλήρως συγκολλημένο, εκτός από τις συνδέσεις με φλάντζες σε εξοπλισμό, στοιχεία σωληνώσεων και εξαρτήματα. Οι συνδέσεις με σπείρωμα θα πρέπει να αποφεύγονται όσο το δυνατόν περισσότερο, αν όχι πλήρως. Εάν οι συνδέσεις με σπείρωμα δεν μπορούν να αποφευχθούν για οποιονδήποτε λόγο, συνιστάται η πλήρης εμπλοκή τους χωρίς στεγανωτικό σπειρώματος και στη συνέχεια η σφράγιση της συγκόλλησης. Όταν χρησιμοποιείτε σωλήνα από ανθρακούχο χάλυβα, οι ενώσεις των σωλήνων πρέπει να συγκολλούνται με άκρα και να υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (PWHT). Μετά τη συγκόλληση, οι σωλήνες στη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα (HAZ) εκτίθενται σε προσβολή από υδρογόνο ακόμη και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ενώ η προσβολή από υδρογόνο συμβαίνει κυρίως σε υψηλές θερμοκρασίες, το στάδιο PWHT θα μειώσει εντελώς, αν όχι θα εξαλείψει, αυτή την πιθανότητα ακόμη και σε συνθήκες περιβάλλοντος.
Το αδύναμο σημείο του πλήρως συγκολλημένου συστήματος είναι η σύνδεση με φλάντζα. Για να εξασφαλιστεί υψηλός βαθμός στεγανότητας στις συνδέσεις με φλάντζα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται φλάντζες Kammprofile (εικ. 4) ή άλλης μορφής φλάντζες. Κατασκευασμένο σχεδόν με τον ίδιο τρόπο από διάφορους κατασκευαστές, αυτό το επίθεμα είναι πολύ ανθεκτικό. Αποτελείται από οδοντωτούς μεταλλικούς δακτυλίους που είναι τοποθετημένοι ανάμεσα σε μαλακά, παραμορφώσιμα υλικά στεγανοποίησης. Τα δόντια συγκεντρώνουν το φορτίο του μπουλονιού σε μικρότερη περιοχή για να παρέχουν σφιχτή εφαρμογή με λιγότερη τάση. Είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να αντισταθμίσει τις ανώμαλες επιφάνειες των φλαντζών καθώς και τις κυμαινόμενες συνθήκες λειτουργίας.
Σχήμα 4. Τα παρεμβύσματα Kammprofile έχουν μεταλλικό πυρήνα συνδεδεμένο και στις δύο πλευρές με μαλακό υλικό πλήρωσης.
Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την ακεραιότητα του συστήματος είναι η βαλβίδα. Οι διαρροές γύρω από τη στεγανοποίηση του στελέχους και τις φλάντζες του σώματος αποτελούν πραγματικό πρόβλημα. Για να αποφευχθεί αυτό, συνιστάται η επιλογή μιας βαλβίδας με στεγανοποίηση φυσητήρα.
Χρησιμοποιήστε σωλήνα άνθρακα School 80 1 ίντσας, στο παράδειγμά μας παρακάτω, δεδομένων των ανοχών κατασκευής, της διάβρωσης και των μηχανικών ανοχών σύμφωνα με το ASTM A106 Gr B, η μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση λειτουργίας (MAWP) μπορεί να υπολογιστεί σε δύο βήματα σε θερμοκρασίες έως 300°F (Σημείωση: Ο λόγος για το "...για θερμοκρασίες έως 300ºF..." είναι επειδή η επιτρεπόμενη τάση (S) του υλικού ASTM A106 Gr B αρχίζει να επιδεινώνεται όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 300ºF.(S), επομένως η Εξίσωση (1) απαιτεί Προσαρμογή σε θερμοκρασίες άνω των 300ºF.)
Αναφερόμενοι στον τύπο (1), το πρώτο βήμα είναι να υπολογιστεί η θεωρητική πίεση διάρρηξης του αγωγού.
T = πάχος τοιχώματος σωλήνα μείον μηχανικές ανοχές, ανοχές διάβρωσης και κατασκευαστικές ανοχές, σε ίντσες.
Το δεύτερο μέρος της διαδικασίας είναι ο υπολογισμός της μέγιστης επιτρεπόμενης πίεσης λειτουργίας Pa του αγωγού εφαρμόζοντας τον συντελεστή ασφαλείας Sf στο αποτέλεσμα P σύμφωνα με την εξίσωση (2):
Έτσι, όταν χρησιμοποιείται υλικό 1″ school 80, η πίεση διάρρηξης υπολογίζεται ως εξής:
Στη συνέχεια, εφαρμόζεται συντελεστής ασφαλείας Sf 4 σύμφωνα με τις συστάσεις για δοχεία πίεσης ASME, Τμήμα VIII-1 2019, Παράγραφος 8. Ο συντελεστής UG-101 υπολογίζεται ως εξής:
Η προκύπτουσα τιμή MAWP είναι 810 psi. ίντσα και αναφέρεται μόνο στον σωλήνα. Η σύνδεση φλάντζας ή το εξάρτημα με τη χαμηλότερη ονομαστική τιμή στο σύστημα θα είναι ο καθοριστικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της επιτρεπόμενης πίεσης στο σύστημα.
Σύμφωνα με το πρότυπο ASME B16.5, η μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση λειτουργίας για εξαρτήματα φλάντζας από ανθρακούχο χάλυβα 150 είναι 285 psi. ίντσες στους -20°F έως 100°F. Η κατηγορία 300 έχει μέγιστη επιτρεπόμενη πίεση λειτουργίας 740 psi. Αυτός θα είναι ο συντελεστής ορίου πίεσης του συστήματος σύμφωνα με το παράδειγμα προδιαγραφής υλικού παρακάτω. Επίσης, μόνο σε υδροστατικές δοκιμές, αυτές οι τιμές μπορούν να υπερβούν το 1,5 φορές.
Ως παράδειγμα βασικής προδιαγραφής υλικού ανθρακούχου χάλυβα, μια προδιαγραφή γραμμής παροχής αερίου H2 που λειτουργεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος κάτω από πίεση σχεδιασμού 740 psi. inch, μπορεί να περιέχει τις απαιτήσεις υλικών που φαίνονται στον Πίνακα 2. Τα ακόλουθα είναι τύποι που ενδέχεται να απαιτούν προσοχή ώστε να συμπεριληφθούν στην προδιαγραφή:
Εκτός από τις ίδιες τις σωληνώσεις, υπάρχουν πολλά στοιχεία που αποτελούν το σύστημα σωληνώσεων, όπως εξαρτήματα, βαλβίδες, εξοπλισμός γραμμής κ.λπ. Ενώ πολλά από αυτά τα στοιχεία θα συγκεντρωθούν σε μια σωλήνωση για να συζητηθούν λεπτομερώς, αυτό θα απαιτήσει περισσότερες σελίδες από όσες μπορούν να χωρέσουν. Αυτό το άρθρο.