Haec conspectus commendationes praebet ad designandum tutum systematum fistularum ad distributionem hydrogenii.
Hydrogenium est liquidum valde volatile cum magna proclivitate ad effluxum. Est periculosissima et mortifera coniunctio tendentiarum, liquidum volatile difficile ad regendum. Hae sunt inclinationes considerandae cum materiae, obturamenta et obturamenta, necnon proprietates designandi talium systematum, eliguntur. Hae res de distributione H₂ gasosi sunt focus huius disputationis, non productio H₂, H₂ liquidi, aut H₂ liquidi (vide columnam dextram).
Hic sunt pauca puncta clavis ad te adiuvandum ut mixturam hydrogenii et H2-aeris intelligas. Hydrogenium duobus modis comburitur: deflagratione et explosione.
deflagratio. Deflagratio est modus combustionis communis in quo flammae per mixturam celeritate subsonica progrediuntur. Hoc fit, exempli gratia, cum nubes libera mixturae hydrogenii et aeris a parva fonte ignitionis accenditur. Hoc in casu, flamma movebitur celeritate decem ad aliquot centum pedum per secundum. Celeris expansio gasis calidi undas pressionis creat quarum vis proportionalis est magnitudini nubis. In quibusdam casibus, vis undae impulsivae sufficere potest ad structuras aedificiorum et alia obiecta in via sua laedenda et iniuriam inferendam.
Explodere coepit. Cum explosisset, flammae et undae impulsivae per mixturam celeritate supersonica peragraverunt. Ratio pressionis in unda detonationis multo maior est quam in detonatione. Propter vim auctam, explosio periculosior est hominibus, aedificiis et rebus propinquis. Deflagratio normalis explosionem efficit cum in spatio angusto accenditur. In tam angusta area, ignitio minima energiae quantitate causari potest. Sed ad detonationem mixturae hydrogenii et aeris in spatio infinito, fons ignitionis potentior requiritur.
Ratio pressionis trans undam detonationis in mixtura hydrogenii et aeris est circiter 20. Sub pressione atmosphaerica, ratio 20 est 300 psi. Cum haec unda pressionis cum obiecto immoto collidit, ratio pressionis ad 40-60 augetur. Hoc ob reflexionem undae pressionis ab obstaculo immoto fit.
Proclivitas ad effluxum. Propter viscositatem humilem et pondus moleculare humile, gas H2 magnam proclivitatem habet ad effluxum et etiam ad permeandos vel penetrandos varias materias.
Hydrogenium octies levius est quam gas naturale, quaterdecies levius quam aer, viginti duabus vicibus levius quam propanum et quinquaginta septem vicibus levius quam vapor gasolini. Hoc significat, cum foris instituitur, gas H2 celeriter ascensurum et dissipaturum, signa etiam effluxionis minuentes. Sed potest esse gladius anceps. Explosio fieri potest si soldadura peragenda est in institutione externa supra vel secundum ventum effluxionis H2 sine studio detectionis effluxionis ante soldaduram. In spatio clauso, gas H2 a lacunari deorsum ascendere et accumulari potest, condicio quae permittit ei in magna volumina accumulari antequam verisimilius sit ut cum fontibus ignitionis prope terram in contactum veniat.
Ignis fortuitus. Autoignitio est phaenomenon quo mixtura gasorum vel vaporum sponte accenditur sine fonte ignitionis externo. Etiam "combustio spontanea" vel "combustio spontanea" appellatur. Autoignitio a temperatura, non a pressione, pendet.
Temperatura autoignitionis est minima temperatura ad quam materia combustibilis sponte accenditur ante ignitionem, absente fonte ignitionis externo, post contactum cum aere vel agente oxidante. Temperatura autoignitionis pulveris singularis est temperatura ad quam sponte accenditur absente agente oxidante. Temperatura autoignitionis H2 gasosi in aere est 585°C.
Energia ignitionis est energia necessaria ad propagationem flammae per mixturam combustibilem incipiendam. Energia ignitionis minima est energia minima necessaria ad mixturam combustibilem particularem accendendam ad temperaturam et pressionem particulares. Energia scintillae ignitionis minima pro H2 gasoso in 1 atm aeris = 1.9 × 10–8 BTU (0.02 mJ).
Limites explosivi sunt maximae et minimae concentrationes vaporum, nebularum vel pulverum in aere vel oxygenio ad quas explosio fit. Magnitudo et geometria ambitus, necnon concentratio combustibilis, limites regunt. "Limes explosivi" interdum ut synonymum "limitis explosivi" adhibetur.
Limites explosivae mixturarum H2 in aere sunt 18.3 vol.% (limes inferior) et 59 vol.% (limes superior).
Cum systemata fistularum designantur (Figura 1), primum gradum est determinare materias aedificatorias necessarias pro unoquoque genere fluidi. Et unumquodque fluidum classificabitur secundum ASME B31.3 paragraphum. 300(b)(1) statuit, "Dominus etiam responsabilis est pro determinando classibus D, M, altae pressionis, et altae puritatis fistularum, et determinando utrum systema qualitatis particulare adhibendum sit."
Categoria fluidorum gradum probationis et genus probationis requisitum definit, necnon multa alia requisita secundum categoriam fluidorum. Responsabilitas domini huius plerumque ad officium machinationis domini vel ad machinatorem externum conductum pertinet.
Quamquam Codex Tuborum Processualium B31.3 domino non dicit quam materiam pro quodam fluido adhibere, tamen praecepta de firmitate, crassitudine, et requisitis nexus materiae praebet. Duae quoque affirmationes in introductione codicis clare declarant:
Et primum paragraphum supra explicando, paragraphus B31.3. 300(b)(1) etiam dicit: "Dominus installationis fistulae solus responsabilis est pro obsequio huic Codici et pro statuendis requisitis designandi, construendi, inspectionis, et probandi quae omnem tractationem fluidorum vel processum cuius pars fistula est gubernant. Installatio." Itaque, postquam aliquas regulas fundamentales de responsabilitate et requisita ad definiendas categorias servitii fluidorum statuimus, videamus ubi gas hydrogenii locum tenet.
Quia hydrogenium gaseosum ut liquidum volatile cum fistulis agit, hydrogenium gaseosum pro liquidum normale vel liquidum Classis M sub categoria B31.3 pro servitio liquidorum considerari potest. Ut supra dictum est, classificatio tractationis fluidorum est requisitum domini, dummodo normas pro categoriis selectis in B31.3, paragrapho 3 descriptis, impleat. 300.2 Definitiones in sectione "Servitia Hydraulica". Sequentes sunt definitiones pro servitio fluidorum normali et servitio fluidorum Classis M:
"Servitus Fluidorum Normalis: Servitium fluidorum applicabile plerisque fistulis huic codici subiectis, id est non subiectum regulis classium D, M, altae temperaturae, altae pressionis, aut altae munditiae fluidorum."
(1) Tanta est toxicitas fluidi ut una expositio minimae quantitatis fluidi, ex effusione orta, gravem iniuriam permanentem iis qui eum inhalant vel in contactum veniunt inferre possit, etiam si statim remedia ad salutem adhibeantur.
(2) Post considerationem designationis fistulae, experientiae, condicionum operationis, et loci, dominus decernit requisita usus normalis fluidi non sufficere ad firmitatem necessariam ad personas ab expositione protegendas.
In definitione supradicta M, gas hydrogenii non satisfacit criteriis paragraphi (1) quia non habetur liquor toxicus. Attamen, applicando subsectionem (2), Codex permittit classificationem systematum hydraulicorum in classe M post debitam considerationem "...designationis tuborum, experientiae, condicionum operationis et loci...". Dominus permittit determinationem tractationis fluidi normalis. Requisita non sufficiunt ad implendam necessitatem altioris gradus integritatis in designatione, constructione, inspectione, et probatione systematum tuborum gas hydrogenii.
Antequam de Corrosione Hydrogenii Altae Temperaturae (HTHA) disseras, Tabulam 1 consule. Codices, normae, et regulae in hac tabula recensentur, quae sex documenta de argumento fragilitatis hydrogenii (HE) continet, anomaliae corrosionis communis quae HTHA includit. OH temperaturis humilibus et altis occurrere potest. Forma corrosionis habita, multis modis initiari potest et etiam amplam materiarum varietatem afficere.
HE varias formas habet, quae in fissuram hydrogenii (HAC), fissuram hydrogenii sub tensione (HSC), fissuram corrosionis sub tensione (SCC), fissuram corrosionis hydrogenii (HACC), fissuram hydrogenii ebullitionem (HB), fissuram hydrogenii (HIC), fissuram hydrogenii sub tensione orientatam (SOHIC), fissuram progressivam (SWC), fissuram sulfidi sub tensione (SSC), fissuram zonae mollis (SZC), et corrosionem hydrogenii altae temperaturae (HTHA) dividi possunt.
Simplicissima forma, fragilitas hydrogenii est mechanismus destruendi limites granorum metallicorum, quod efficit ut ductilitas imminuta sit propter penetrationem hydrogenii atomici. Modi quibus hoc fit varii sunt et partim nominibus suis definiuntur, ut HTHA, ubi simul hydrogenium altae temperaturae et altae pressionis requiritur ad fragilitatem, et SSC, ubi hydrogenium atomicum producitur ut gases clausi et hydrogenium. Ob corrosionem acidam, in involucra metalli penetrant, quod ad fragilitatem ducere potest. Sed eventus generalis idem est ac in omnibus casibus fragilitatis hydrogenii supra descriptis, ubi robur metalli reducitur per fragilitatem infra limitem tensionis permissum, quod vicissim scaenam parat eventui potentialiter catastrophico data volatilitate liquidi.
Praeter crassitudinem parietis et facultatem iuncturae mechanicae, duo factores praecipui considerandi sunt cum materiae ad usum gasii H2 eliguntur: 1. Expositio ad hydrogenium altae temperaturae (HTHA) et 2. Graves sollicitudines de potentiali effusione. Utraque res nunc disputatur.
Dissimile hydrogenio moleculari, hydrogenium atomicum expandere potest, hydrogenium temperaturis et pressionibus altis exponens, fundamentum potentialis HTHA creans. Sub his condicionibus, hydrogenium atomicum in materias tuborum vel apparatum chalybis carbonis diffundere potest, ubi cum carbone in solutione metallica reagit ad gas methanum ad limites granorum formandum. Effugere non potest, gas expandit, rimas et fissuras in parietibus tuborum vel vasorum creans – hoc est HTGA. Resultatus HTHA clare videre potes in Figura 2 ubi rimae et fissurae manifestae sunt in pariete 8″. Pars tubi magnitudinis nominalis (NPS) quae sub his condicionibus deficit.
Chalybs carbonicus ad usum hydrogenii adhiberi potest cum temperatura operandi infra 500°F servetur. Ut supra dictum est, HTHA (Hidrogenatio Thermoactiva) oritur cum hydrogenium gasicum sub alta pressione partiali et alta temperatura tenetur. Chalybs carbonicus non commendatur cum pressio partialis hydrogenii circa 3000 psi esse expectatur et temperatura supra circiter 450°F est (quae est condicio accidentis in Figura 2).
Ut ex Nelson-diagramma modificato in Figura 3, partim ex API 941 sumpto, videri potest, temperatura alta maximum effectum in hydrogenii coctionem habet. Pressio partialis hydrogenii gasis 1000 psi excedere potest cum cum chalybibus carbonis operantibus ad temperaturas usque ad 500°F adhibetur.
Figura 3. Haec tabula Nelson modificata (ex API 941 adaptata) adhiberi potest ad materias idoneas pro usu hydrogenii variis temperaturis eligendas.
In figura 3 ostenditur electio chalybum quae impetum hydrogenii vitare promittunt, pro temperatura operationis et pressione partiali hydrogenii. Chalybes austenitici inoxidabiles insensibiles sunt ad HTHA et sunt materiae satisfactoriae omnibus temperaturis et pressionibus.
Chalybs inoxidabilis austeniticus 316/316L est materia utilissima ad applicationes hydrogenii et comprobatam experientiam habet. Quamquam curatio caloris post-soldaturam (PWHT) commendatur pro chalybibus carbonicis ad calcinandum hydrogenium residuum durante soldatura et ad reducendam duritiem zonae caloris affectae (HAZ) post soldaturam, non requiritur pro chalybibus inoxidabilibus austeniticis.
Effectus thermothermici a curatione caloris et soldadura effecti parum afficiunt proprietates mechanicas chalybis austenitici inoxidabilis. Attamen, operatio frigida proprietates mechanicas chalybis austenitici inoxidabilis, ut firmitatem et duritiem, emendare potest. Cum tubi ex chalybe austenitico inoxidabili flectuntur et formantur, proprietates mechanicae eorum mutantur, inter quas plasticitas materiae imminuitur.
Si chalybs austeniticus inoxidabilis formationem frigidam requirit, recoctio in solutione (calefactio ad circiter 1045°C deinde refrigeratio vel tinguentia rapida) proprietates mechanicas materiae ad valores pristinos restituet. Etiam segregationem mixturae, sensibilizationem et phasim sigma post operationem frigidam consecutam eliminabit. Cum recoctionem in solutione perficis, sciendum est refrigerationem rapidam tensionem residuam in materiam reducere posse nisi recte tractatur.
Vide tabulas GR-2.1.1-1 "Piping and Tubing Assembly Material Specification Index" et GR-2.1.1-2 "Piping Material Specification Index" in ASME B31 pro selectionibus materiarum acceptabilibus ad usum H2. Tubi sunt bonum initium.
Cum pondere atomico normali 1.008 unitatum massae atomicae (amu), hydrogenium est levissimum et minimum elementum in tabula periodica, et ideo magnam propensionem habet ad effluxum, cum consequentiis potentialiter vastantibus, addere possum. Ergo, systema gasoductuum ita designandum est ut conexiones generis mechanici limitentur et eas conexiones quae vere necessariae sunt meliores reddantur.
Cum puncta effusionis potentialis circumscribuntur, systema plene conglutinandum est, exceptis conexionibus flangatis in apparatibus, elementis tuborum et aptationibus. Nexus filetati, quantum fieri potest, si non omnino, vitandi sunt. Si nexus filetati ob quamlibet causam evitari non possunt, commendatur ut eos plene sine obturatore filetato iungantur et deinde conglutinatio sigilli. Cum tubuli chalybis carbonis adhibentur, commissurae tuborum funda conglutinandae sunt et post conglutinationem calore tractandae (PWHT). Post conglutinationem, tubi in zona calore affecta (HAZ) impetui hydrogenii etiam temperatura ambiente exponuntur. Dum impetus hydrogenii praesertim ad altas temperaturas fit, stadium PWHT hanc possibilitatem etiam sub condicionibus ambientibus omnino minuet, si non eliminabit.
Punctum debile systematis omnino sudati est nexus flangarum. Ad magnum gradum firmitatis in nexibus flangarum confirmandum, obturamenta Kammprofile (fig. 4) vel alia forma obturamentorum adhibenda sunt. A pluribus fabricatoribus fere eodem modo fabricata, haec obturamenta valde ignoscens sunt. Ex anulis dentatis omnino metallicis constat, inter materias obturantes molles et deformabiles inclusis. Dentes onus clavorum in area minore concentrant, ut aptationem firmam cum minore tensione praebeant. Ita designata est ut superficies flangarum inaequales necnon condiciones operationis fluctuantes compensare possit.
Figura 4. Obturamenta Kammprofile nucleum metallicum habent, utrinque materia molli implente coniunctum.
Aliud momentum magni momenti in integritate systematis est valvula ipsa. Effusiones circa obturamentum caulis et flanges corporis problema grave sunt. Ad hoc vitandum, commendatur ut valvula cum obturamento folliculari eligatur.
Utere tubo chalybis carbonis Scholae 80 unius unciae crassitudinis; in exemplo nostro infra, datis tolerantiis fabricationis, corrosionis et mechanicae secundum ASTM A106 Gr B, pressio operandi maxima permissa (MAWP) duobus gradibus computari potest ad temperaturas usque ad 300°F (Nota: Ratio "...pro temperaturis usque ad 300ºF..." est quia tensio permissa (S) materiae ASTM A106 Gr B deteriorari incipit cum temperatura 300ºF (S) excedit, ergo aequatio (1) requirit adaptationem ad temperaturas supra 300ºF.)
Secundum formulam (1), primus gradus est pressionem rupturae theoreticam fistulae calculare.
T = crassitudo parietis tubi minus tolerantiis mechanicis, corrosionis et fabricationis, in unciis.
Pars altera processus est maximam pressionem operandi permissibilem Pa fistulae calculare, factorem securitatis S f ad resultatum P secundum aequationem (2) applicando:
Ergo, cum materia unius pollicis crassitudinis scholae 80 adhibetur, pressio rupturae hoc modo computatur:
Factor securitatis Sf 4 deinde applicatur secundum ASME Pressure Vessel Recommendations Sectionis VIII-1 2019, Paragraphi 8. UG-101 sic calculatur:
Valor MAWP resultans est 810 psi. "Uncia" ad tubum solum refertur. Nexus flangis vel pars cum infima aestimatione in systemate erit factor determinans in determinanda pressione permissa in systemate.
Secundum ASME B16.5, maxima pressio operandi permissa pro iuncturis flangis chalybis carbonis 150 est 285 psi. pollices inter -20°F et 100°F. Classis 300 pressionem operandi maximam permissam 740 psi habet. Hic erit factor limitis pressionis systematis secundum exemplum specificationis materialis infra. Praeterea, solum in probationibus hydrostaticis, hi valores 1.5 vicibus excedere possunt.
Exempli gratia specificationis fundamentalis materiae chalybis carbonis, specificatio lineae servitii gasis H2 operantis ad temperaturam ambientem infra pressionem designatam 740 psi. unciae, requisita materiae in Tabula 2 demonstrata continere potest. Sequentia sunt genera quae attentionem requirere possunt ut in specificatione includantur:
Praeter ipsas fistulas, multa elementa systema fistularum constituunt, ut iuncturae, valvulae, apparatus lineae, et cetera. Quamquam multa ex his elementis in fistula coniungentur ut ea accurate tractemus, hoc plures paginas requiret quam sumi potest. Hic articulus.