Tugann an forbhreathnú seo moltaí maidir le dearadh sábháilte córas píopaí le haghaidh dáileadh hidrigine.
Is leacht an-so-ghalaithe é hidrigin a bhfuil claonadh ard aige sceitheadh. Is meascán an-chontúirteach agus marfach de chlaontaí é, leacht so-ghalaithe atá deacair a rialú. Is treochtaí iad seo le breithniú agus ábhair, gaiscéid agus séalaí á roghnú, chomh maith le tréithe dearaidh córas den sórt sin. Is iad na topaicí seo faoi dháileadh H2 gásach fócas an phlé seo, ní táirgeadh H2, H2 leachtach, nó H2 leachtach (féach an barra taoibh ar dheis).
Seo roinnt pointí tábhachtacha chun cabhrú leat an meascán hidrigine agus H2-aeir a thuiscint. Dóitear hidrigin ar dhá bhealach: díleá agus pléascadh.
díleá. Is modh dócháin coitianta é díleá ina dtaistealaíonn lasracha tríd an meascán ag luasanna foshonacha. Tarlaíonn sé seo, mar shampla, nuair a adhaintear scamall saor de mheascán hidrigine-aeir le foinse adhainte beag. Sa chás seo, bogfaidh an lasair ag luas deich go cúpla céad troigh in aghaidh an tsoicind. Cruthaíonn leathnú tapa gáis the tonnta brú a bhfuil a neart comhréireach le méid an scamaill. I gcásanna áirithe, is féidir le fórsa na tonn turrainge a bheith leordhóthanach chun damáiste a dhéanamh do struchtúir foirgneamh agus do rudaí eile ina cosán agus díobháil a chur faoi deara.
pléascadh. Nuair a phléasc sé, thaistil lasracha agus tonnta turrainge tríd an meascán ag luasanna forfhuaimiúla. Tá an cóimheas brú i dtonn pléasctha i bhfad níos mó ná i bpléascadh. Mar gheall ar an bhfórsa méadaithe, tá an pléascadh níos contúirtí do dhaoine, d’fhoirgnimh agus do rudaí in aice láimhe. Is cúis le pléascadh gnáth nuair a adhaintear é i spás teoranta. I limistéar chomh cúng sin, is féidir adhaint a chur faoi deara leis an méid is lú fuinnimh. Ach le haghaidh pléascadh meascán hidrigine-aeir i spás gan teorainn, tá foinse adhainte níos cumhachtaí ag teastáil.
Is é thart ar 20 an cóimheas brú trasna na tonnta pléasctha i meascán hidrigine-aeir. Ag brú atmaisféarach, is ionann cóimheas de 20 agus 300 psi. Nuair a imbhuaileann an tonn bhrú seo le réad seasta, méadaíonn an cóimheas brú go 40-60. Tá sé seo mar gheall ar fhrithchaitheamh tonn bhrú ó chonstaic sheasta.
Claonadh sceite. Mar gheall ar a slaodacht íseal agus a mheáchan móilíneach íseal, bíonn claonadh ard ag gás H2 sceitheadh ​​agus fiú dul trí ábhair éagsúla.
Tá hidrigin 8 n-uaire níos éadroime ná gás nádúrtha, 14 huaire níos éadroime ná aer, 22 uair níos éadroime ná própán agus 57 uair níos éadroime ná gal gásailín. Ciallaíonn sé seo nuair a shuiteáiltear lasmuigh é, go n-ardóidh agus go scaipfidh an gás H2 go tapa, rud a laghdóidh aon chomharthaí sceitheanna fiú. Ach is féidir gur claíomh le dhá thaobh é. D’fhéadfadh pléascadh tarlú má tá táthú le déanamh ar shuiteáil lasmuigh os cionn nó síos an ghaoth de sceitheadh ​​H2 gan staidéar braite sceite a dhéanamh roimh an táthú. I spás iata, is féidir le gás H2 ardú agus carnadh ón tsíleáil anuas, riocht a ligeann dó carnadh suas go méideanna móra sula mbíonn sé níos dóchúla go dtiocfaidh sé i dteagmháil le foinsí adhainte in aice leis an talamh.
Dóiteán de thaisme. Is feiniméan é féinadhaint ina n-adhnaíonn meascán gás nó gaile go spontáineach gan foinse adhainte seachtrach. Tugtar “dó spontáineach” nó “dó spontáineach” air freisin. Braitheann féinadhaint ar theocht, ní ar bhrú.
Is í an teocht féinadhainte an teocht íosta ag a n-adhnóidh breosla go spontáineach roimh adhaint in éagmais foinse adhainte seachtrach ar theagmháil le haer nó le gníomhaire ocsaídiúcháin. Is í an teocht féinadhainte púdair aonair an teocht ag a adhnaíonn sé go spontáineach in éagmais gníomhaire ocsaídiúcháin. Is é 585°C teocht féinadhainte H2 gásach san aer.
Is é an fuinneamh adhainte an fuinneamh a theastaíonn chun lasair a scaipeadh trí mheascán inadhainte. Is é an fuinneamh adhainte íosta an fuinneamh íosta a theastaíonn chun meascán inadhainte ar leith a adhaint ag teocht agus brú ar leith. Is é an fuinneamh adhainte spréach íosta le haghaidh H2 gásach in 1 atm d'aer = 1.9 × 10–8 BTU (0.02 mJ).
Is iad na teorainneacha pléascacha na tiúchain uasta agus íosta de ghal, ceo nó deannach san aer nó san ocsaigin ag a dtarlaíonn pléascadh. Rialaíonn méid agus geoiméadracht an chomhshaoil, chomh maith le tiúchan an bhreosla, na teorainneacha. Úsáidtear "teorainn phléasctha" uaireanta mar chomhchiallaigh le "teorainn phléasctha".
Is iad na teorainneacha pléascacha do mheascáin H2 san aer ná 18.3% toirte (an teorainn íochtarach) agus 59% toirte (an teorainn uachtarach).
Agus córais phíobáin á ndearadh (Fíor 1), is é an chéad chéim ná na hábhair thógála atá riachtanach do gach cineál sreabháin a chinneadh. Agus déanfar gach sreabhán a aicmiú de réir mhír ASME B31.3. Deir 300(b)(1), “Tá an t-úinéir freagrach freisin as píobáin aicme D, M, ardbhrú, agus ardíonachta a chinneadh, agus a chinneadh an gceart córas cáilíochta ar leith a úsáid.”
Sainmhíníonn catagóiriú sreabhán an méid tástála agus an cineál tástála atá riachtanach, chomh maith le go leor ceanglas eile bunaithe ar an gcatagóir sreabhán. De ghnáth, is ar roinn innealtóireachta an úinéara nó ar innealtóir foinsithe allamuigh atá an fhreagracht as seo.
Cé nach n-insíonn Cód Píopaí Próisis B31.3 don úinéir cén t-ábhar atá le húsáid le haghaidh sreabhán ar leith, soláthraíonn sé treoir maidir le neart, tiús, agus riachtanais nasctha ábhair. Tá dhá ráiteas sa réamhrá leis an gcód a deir go soiléir freisin:
Agus leathnaigh ar an gcéad mhír thuas, deir mír B31.3. 300(b)(1) freisin: “Is é úinéir suiteála píblíne atá freagrach go hiomlán as an gCód seo a chomhlíonadh agus as na ceanglais deartha, tógála, cigireachta, iniúchta agus tástála a bhunú lena rialaítear gach láimhseáil nó próiseas sreabhán ar cuid de an phíblíne. Suiteáil.” Mar sin, tar éis roinnt rialacha bunúsacha a leagan síos maidir le dliteanas agus ceanglais chun catagóirí seirbhíse sreabhán a shainiú, féachfaimid cá n-oireann gás hidrigine isteach.
Ós rud é go bhfeidhmíonn gás hidrigine mar leacht so-ghalaithe le sceitheanna, is féidir gás hidrigine a mheas mar leacht gnáth nó mar leacht Aicme M faoi chatagóir B31.3 le haghaidh seirbhís leachtach. Mar a luadh thuas, is ceanglas úinéara é aicmiú láimhseála sreabhán, ar choinníoll go gcomhlíonann sé na treoirlínte do na catagóirí roghnaithe a thuairiscítear i mír 3 de B31.3. 300.2 Sainmhínithe sa chuid “Seirbhísí hiodrálacha”. Seo a leanas sainmhínithe do sheirbhís sreabhán gnáth agus seirbhís sreabhán Aicme M:
"Seirbhís Sreabhán Gnáth: Seirbhís sreabhán is infheidhme maidir leis an gcuid is mó de na píopaí atá faoi réir an chóid seo, i.e. nach bhfuil faoi réir rialacháin do ranganna D, M, teocht ard, brú ard, nó glaineacht sreabhán ard."
(1) Tá tocsaineacht an tsreabháin chomh mór sin gur féidir le nochtadh amháin do mhéid an-bheag den sreabhán de bharr sceite díobháil thromchúiseach bhuan a dhéanamh dóibh siúd a ionanálann é nó a thagann i dteagmháil leis, fiú má dhéantar bearta téarnaimh láithreacha.
(2) Tar éis dearadh na píblíne, an taithí, na coinníollacha oibriúcháin agus an suíomh a bhreithniú, cinneann an t-úinéir nach leor na ceanglais maidir le gnáthúsáid an tsreabháin chun an daingean is gá a sholáthar chun pearsanra a chosaint ar nochtadh.
Sa sainmhíniú thuas ar M, ní chomhlíonann gás hidrigine critéir mhír (1) toisc nach meastar gur leacht tocsaineach é. Mar sin féin, trí fho-alt (2) a chur i bhfeidhm, ceadaíonn an Cód aicmiú córas hiodrálacha i rang M tar éis breithniú cuí a dhéanamh ar “…dearadh píopaí, taithí, coinníollacha oibriúcháin agus suíomh…” Ceadaíonn an t-úinéir cinneadh a dhéanamh ar ghnáthláimhseáil sreabhán. Ní leor na ceanglais chun freastal ar an ngá atá le leibhéal níos airde sláine i ndearadh, tógáil, cigireacht, agus tástáil córas píopaí gáis hidrigine.
Féach ar Thábla 1 sula ndéantar plé ar Chreimeadh Hidrigine ag Teocht Ard (HTHA). Tá cóid, caighdeáin agus rialacháin liostaithe sa tábla seo, lena n-áirítear sé dhoiciméad ar an ábhar maidir le brioscadh hidrigine (HE), neamhghnáchaíocht choitianta creimeadh lena n-áirítear HTHA. Is féidir le OH tarlú ag teochtaí ísle agus arda. Meastar gur cineál creimeadh é, agus is féidir é a thionscnamh ar roinnt bealaí agus tionchar a imirt ar raon leathan ábhar freisin.
Tá foirmeacha éagsúla ag HE, ar féidir iad a roinnt ina scoilteadh hidrigine (HAC), scoilteadh struis hidrigine (HSC), scoilteadh creimeadh struis (SCC), scoilteadh creimeadh hidrigine (HACC), boilgeoga hidrigine (HB), scoilteadh hidrigine (HIC). )), scoilteadh hidrigine dírithe ar strus (SOHIC), scoilteadh forásach (SWC), scoilteadh struis sulfíde (SSC), scoilteadh crios bog (SZC), agus creimeadh hidrigine ardteochta (HTHA).
Ina fhoirm is simplí, is meicníocht í brioscadh hidrigine chun teorainneacha gráin miotail a scriosadh, rud a fhágann go laghdaítear insínteacht mar gheall ar threá hidrigine adamhach. Tá na bealaí ina dtarlaíonn sé seo éagsúil agus sainmhínítear go páirteach iad lena n-ainmneacha faoi seach, amhail HTHA, áit a bhfuil gá le hidrigin ardteochta agus ardbhrú comhuaineach le haghaidh brioscadh, agus SSC, áit a dtáirgtear hidrigin adamhach mar gháis dhúnta agus hidrigin. Mar gheall ar chreimeadh aigéadach, téann siad isteach i gcásanna miotail, rud a d'fhéadfadh a bheith ina chúis le brioscadh. Ach is ionann an toradh foriomlán agus atá i ngach cás de bhríoscadh hidrigine a thuairiscítear thuas, áit a laghdaítear neart an mhiotail trí bhríoscadh faoi bhun a raoin struis incheadaithe, rud a leagann an chéim d'imeacht a d'fhéadfadh a bheith tubaisteach i bhfianaise luaineacht an leachta.
Chomh maith le tiús bhalla agus feidhmíocht mheicniúil an chomhpháirte, tá dhá phríomhfhachtóir le breithniú agus ábhair á roghnú le haghaidh seirbhís gáis H2: 1. Nochtadh do hidrigin ardteochta (HTHA) agus 2. Imní thromchúiseacha faoi sceitheadh ​​​​féideartha. Tá an dá ábhar faoi chaibidil faoi láthair.
Murab ionann agus hidrigin mhóilíneach, is féidir le hidrigin adamhach leathnú, rud a nochtann an hidrigin do theocht agus brú ard, rud a chruthaíonn an bunús do HTHA féideartha. Faoi na coinníollacha seo, is féidir le hidrigin adamhach scaipeadh isteach in ábhair nó trealamh píopaí cruach carbóin, áit a n-imoibríonn sé le carbón i dtuaslagán miotalach chun gás meatáin a fhoirmiú ag teorainneacha gráin. Gan a bheith in ann éalú, leathnaíonn an gás, rud a chruthaíonn scoilteanna agus scoilteanna i mballaí píopaí nó soithí - is é seo HTGA. Is féidir leat torthaí HTHA a fheiceáil go soiléir i bhFíor 2 áit a bhfuil scoilteanna agus scoilteanna le feiceáil sa bhalla 8″. An chuid den phíopa méid ainmniúil (NPS) a theipeann faoi na coinníollacha seo.
Is féidir cruach charbóin a úsáid le haghaidh seirbhíse hidrigine nuair a choimeádtar an teocht oibriúcháin faoi bhun 500°F. Mar a luadh thuas, tarlaíonn HTHA nuair a choimeádtar gás hidrigine ag brú páirteach ard agus teocht ard. Ní mholtar cruach charbóin nuair a mheastar go mbeidh an brú páirteach hidrigine thart ar 3000 psi agus go bhfuil an teocht os cionn thart ar 450°F (arb é an coinníoll timpiste i bhFíor 2 é).
Mar is léir ón bplota modhnaithe Nelson i bhFíor 3, atá tógtha go páirteach ó API 941, is é an teocht ard a mbíonn an tionchar is mó aici ar fhorsú hidrigine. Is féidir le brú páirteach gáis hidrigine dul thar 1000 psi nuair a úsáidtear é le cruach carbóin a oibríonn ag teochtaí suas le 500°F.
Fíor 3. Is féidir an chairt Nelson modhnaithe seo (oiriúnaithe ó API 941) a úsáid chun ábhair oiriúnacha a roghnú le haghaidh seirbhíse hidrigine ag teochtaí éagsúla.
Ar fhigiúr 3, taispeántar an rogha cruach a bhfuil ráthaíocht ann go seachnóidh siad ionsaí hidrigine, ag brath ar theocht oibriúcháin agus brú páirteach hidrigine. Tá cruach dhosmálta austeníteach neamhíogair do HTHA agus is ábhair shásúla iad ag gach teocht agus brú.
Is é cruach dhosmálta austeníteach 316/316L an t-ábhar is praiticiúla le haghaidh feidhmeanna hidrigine agus tá taifead cruthaithe aige. Cé go moltar cóireáil teasa iar-tháthaithe (PWHT) do chruach charbóin chun hidrigin iarmharach a chalcinéadú le linn táthú agus cruas an chrios teasa-thionchair (HAZ) a laghdú tar éis táthú, níl sé riachtanach do chruach dhosmálta austeníteach.
Is beag éifeacht a bhíonn ag éifeachtaí teirmiteirmeacha de bharr cóireála teasa agus táthú ar airíonna meicniúla cruach dhosmálta austeníteach. Mar sin féin, is féidir le hobair fhuar airíonna meicniúla cruach dhosmálta austeníteach a fheabhsú, amhail neart agus cruas. Agus píopaí á lúbadh agus á bhfoirmiú as cruach dhosmálta austeníteach, athraíonn a n-airíonna meicniúla, lena n-áirítear laghdú ar phlaisteacht an ábhair.
Más gá cruach dhosmálta austeníteach a fhoirmiú go fuar, cuirfidh annéalú tuaslagáin (téamh go dtí thart ar 1045°C agus ansin múchadh nó fuarú tapa) airíonna meicniúla an ábhair ar ais chuig a luachanna bunaidh. Cuirfidh sé deireadh freisin leis an deighilt chóimhiotail, leis an íogrú agus leis an gcéim sigma a bhaintear amach tar éis obair fhuar. Agus annéalú tuaslagáin á dhéanamh agat, bíodh a fhios agat gur féidir le fuarú tapa strus iarmharach a chur ar ais san ábhar mura ndéantar é a láimhseáil i gceart.
Féach ar tháblaí GR-2.1.1-1 Innéacs Sonraíochta Ábhar Tionóil Píopaí agus Feadánra agus GR-2.1.1-2 Innéacs Sonraíochta Ábhar Píopaí in ASME B31 le haghaidh roghanna ábhar inghlactha le haghaidh seirbhís H2. Is áit mhaith le tosú iad píopaí.
Le meáchan adamhach caighdeánach de 1.008 aonad maise adamhach (amu), is é hidrigin an dúil is éadroime agus is lú ar an tábla peiriadach, agus dá bhrí sin tá claonadh ard ann sceitheadh, le hiarmhairtí tubaisteacha a d'fhéadfadh a bheith ann, déarfainn. Dá bhrí sin, ní mór an córas píblíne gáis a dhearadh ar bhealach a chuirfidh teorainn le naisc mheicniúla agus a fheabhsóidh na naisc sin atá riachtanach i ndáiríre.
Agus pointí sceite féideartha á dteorannú, ba cheart an córas a bheith táthaithe go hiomlán, seachas naisc fhlangeáilte ar threalamh, eilimintí píopaí agus feistis. Ba cheart naisc snáithithe a sheachaint a oiread agus is féidir, mura ndéantar iad a sheachaint go hiomlán. Mura féidir naisc snáithithe a sheachaint ar chúis ar bith, moltar iad a cheangal go hiomlán gan shéalaithe snáithe agus ansin an táthú a shéalú. Agus píopa cruach carbóin á úsáid, ní mór na hailt píopaí a bheith táthaithe go cnaipí agus cóireáil teasa iar-tháthaithe (PWHT) a dhéanamh orthu. Tar éis an táthú, bíonn píopaí sa chrios teasa-thionchair (HAZ) nochta d'ionsaí hidrigine fiú ag teocht chomhthimpeallach. Cé go dtarlaíonn ionsaí hidrigine den chuid is mó ag teochtaí arda, laghdóidh an chéim PWHT an fhéidearthacht seo go hiomlán, mura gcuirfidh sé deireadh leis, fiú faoi dhálaí comhthimpeallacha.
Is é an pointe laige den chóras uile-tháthaithe ná an nasc flanse. Chun leibhéal ard daingean a chinntiú i naisc flanse, ba cheart gaiscéid Kammprofile (fig. 4) nó cineál eile gaiscéid a úsáid. Déanta ar an mbealach céanna beagnach ag roinnt monaróirí, tá an ceap seo an-mhaithiúnach. Tá fáinní uile-mhiotail fiaclacha ann atá ceaptha idir ábhair shéalaithe boga, in-dhífhoirmithe. Díríonn na fiacla ualach an bolta i limistéar níos lú chun feistiú daingean a sholáthar le níos lú struis. Tá sé deartha sa chaoi is gur féidir leis cúiteamh a dhéanamh as dromchlaí flanse míchothroma chomh maith le coinníollacha oibriúcháin luaineacha.
Fíor 4. Tá croí miotail ag gaiscéid Kammprofile atá nasctha ar an dá thaobh le líontóir bog.
Fachtóir tábhachtach eile i sláine an chórais is ea an chomhla. Is fadhb mhór iad sceitheanna timpeall shéala an ghais agus na bhflangaí coirp. Chun seo a chosc, moltar comhla le séala builg a roghnú.
Úsáid 1 orlach. Píopa cruach carbóin School 80, inár sampla thíos, i bhfianaise lamháltais déantúsaíochta, creimeadh agus lamháltais mheicniúla de réir ASTM A106 Gr B, is féidir an brú oibre uasta incheadaithe (MAWP) a ríomh i ndá chéim ag teochtaí suas le 300°F (Nóta: Is é an chúis atá le “…le haghaidh teochtaí suas le 300ºF…” ná go dtosaíonn an strus incheadaithe (S) d’ábhar ASTM A106 Gr B ag dul in olcas nuair a sháraíonn an teocht 300ºF.(S), mar sin éilíonn Cothromóid (1) Coigeartú do theochtaí os cionn 300ºF.)
Ag tagairt do fhoirmle (1), is é an chéad chéim brú pléasctha teoiriciúil an phíblíne a ríomh.
T = tiús bhalla na píopa lúide lamháltais mheicniúla, creimeadh agus déantúsaíochta, in orlaigh.
Is é an dara cuid den phróiseas ná an brú oibre uasta incheadaithe Pa den phíblíne a ríomh tríd an bhfachtóir sábháilteachta S f a chur i bhfeidhm ar an toradh P de réir chothromóid (2):
Dá bhrí sin, agus ábhar scoil 80 1″ á úsáid, ríomhtar an brú pléasctha mar seo a leanas:
Cuirtear Sf sábháilteachta de 4 i bhfeidhm ansin de réir Mholtaí Árthaí Brú ASME Alt VIII-1 2019, Mír 8. Ríomhtar UG-101 mar seo a leanas:
Is é 810 psi an luach MAWP a eascraíonn as sin. Tagraíonn orlach don phíopa amháin. Is é an nasc flanse nó an chomhpháirt leis an rátáil is ísle sa chóras an fachtóir cinntitheach agus an brú incheadaithe sa chóras á chinneadh.
De réir ASME B16.5, is é 285 psi. orlach an brú oibre uasta incheadaithe le haghaidh feistis flanse cruach carbóin 150 ag -20°F go 100°F. Tá brú oibre uasta incheadaithe de 740 psi ag Aicme 300. Is é seo fachtóir teorann brú an chórais de réir an tsampla sonraíochta ábhair thíos. Chomh maith leis sin, i dtástálacha hidrostatacha amháin, is féidir leis na luachanna seo dul thar 1.5 oiread.
Mar shampla de shonraíocht bhunúsach ábhair cruach carbóin, féadfaidh na ceanglais ábhair a thaispeántar i dTábla 2 a bheith i sonraíocht líne seirbhíse gáis H2 atá ag feidhmiú ag teocht chomhthimpeallach faoi bhun brú dearaidh 740 psi. orlach. Seo a leanas na cineálacha a bhféadfadh aird a bheith ag teastáil orthu a áireamh sa tsonraíocht:
Seachas an phíobáil féin, tá go leor eilimintí ann a chuimsíonn an córas píobála amhail feistis, comhlaí, trealamh líne, srl. Cé go gcuirfear go leor de na heilimintí seo le chéile i bpíblíne chun iad a phlé go mion, beidh níos mó leathanach ag teastáil chuige seo ná mar is féidir a chur san áireamh. An t-alt seo.