Kỹ thuật

Thiết kế bình áp lực cho dịch vụ hydro: Thông tin chi tiết từ ASME Phần VIII Mục 3 Điều khoản KD-10

36

Thiết kế bình áp lực cho dịch vụ hydro: Thông tin chi tiết từ ASME Phần VIII Mục 3 Điều khoản KD-10

asme.org
ASME TEC TALK – Giới thiệu về Quy tắc và Tiêu chuẩn ASME cho Dịch vụ H2 và những thách thức liên quan trong ngành – ASME
OSTI
Khám phá cơ hội kéo dài tuổi thọ của bình áp suất hydro áp suất cao tại các trạm tiếp nhiên liệu
Doe
XI LANH WIRETOUGH, LLC

Thiết kế bình áp lực cho dịch vụ hydro theo ASME Mục VIII Mục 3 Điều khoản KD-10 đòi hỏi những cân nhắc đặc biệt do hiệu ứng giòn của hydro và nhu cầu áp suất cao. Bài viết này cung cấp các quy tắc dựa trên cơ học đứt gãy để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của cấu trúc trong môi trường hydro, với các ứng dụng bao gồm các trạm tiếp nhiên liệu, nhà máy điện và cơ sở hạ tầng giao thông.

Các yêu cầu chính của Điều KD-10

Phạm vi và khả năng áp dụng

  • Bắt buộc đối với các tàu liền mạch hoạt động trên 41 MPa (5.946 psi) và các tàu hàn trên 17 MPa (2.466 psi), với giới hạn áp suất trên là 100 MPa (14.504 psi)46.

  • Quản lý các tàu trong dịch vụ hydro áp suất cao cố định hoặc di động, bao gồm hệ thống vận chuyển, lưu trữ và tiếp nhiên liệu hydro6.

Kiểm tra cơ học gãy

  • Yêu cầu kiểm tra tốc độ tăng trưởng vết nứt mỏi (FCGR) đối với vật liệu ngăn chứa trong khí hydro ở áp suất ≥ áp suất thiết kế47.

  • Dữ liệu FCGR tạo cơ sở cho các dự đoán tuổi thọ, đảm bảo tàu chịu được tải trọng theo chu kỳ mà không bị hỏng hóc nghiêm trọng7.

Tính toán tuổi thọ thiết kế

  • ASME Code Case 2938 (được tích hợp vào KD-10) cung cấp các đường cong thiết kế FCGR được cập nhật cho thép, cho phép tuổi thọ thiết kế dài hơn 3 lần so với các tiêu chuẩn cũ hơn7. Ví dụ, các tàu được thiết kế với các đường cong này đạt được 101.052 chu kỳ so với 37.540 chu kỳ sử dụng dữ liệu kế thừa2.

  • Tuổi thọ thiết kế phụ thuộc vào kích thước lỗ hổng, áp suất vận hành và phạm vi hệ số cường độ ứng suất (ΔK)7.

Cân nhắc kỹ thuật

Lựa chọn vật liệu

  • Thép cacbon và hợp kim thấp là phổ biến nhưng yêu cầu đánh giá nghiêm ngặt về khả năng tương thích hydro14.

  • Ví dụ: Nguyên mẫu tàu Type-II sử dụng thép SA-372 với khả năng tự động để tạo ra ứng suất nén, đạt được áp suất hoạt động 50 MPa (7.250 psi) và 20+ năm sử dụng3.

Chế tạo và kiểm tra

  • Yêu cầu kiểm soát chặt chẽ về hàn, xử lý nhiệt và thử nghiệm không phá hủy (NDT)6.

  • Các thiết kế mô-đun được khuyến khích để có khả năng mở rộng, như đã thấy trong một bình 1.500–2.000 lít chứa 50–60 kg hydro3.

Giới hạn hoạt động

  • Chu kỳ mệt mỏi được giới hạn ở mức 1 chu kỳ / ngày để bảo quản cố định3.

  • Bình cao áp tại các trạm tiếp nhiên liệu (~ 93 MPa) thường sử dụng thiết kế bọc vòng Loại 22.

Tác động và thách thức của ngành

  • Giảm chi phí: Các đường cong thiết kế được cập nhật (ví dụ: Code Case 2938) loại bỏ nhu cầu kiểm tra vật liệu cụ thể tốn kém, tiết kiệm ~ 500.000 đô la cho mỗi thiết kế tàu7.

  • Kéo dài tuổi thọ: Đánh giá lại các tàu cũ bằng dữ liệu hiện đại có thể kéo dài tuổi thọ lên 2,7 lần, trì hoãn việc nghỉ hưu của cơ sở hạ tầng cũ kỹ2.

  • Thách thức: Độ giòn hydro, khả năng dự đoán lan truyền vết nứt và hài hòa các tiêu chuẩn giữa các lĩnh vực vẫn là những rào cản quan trọng14.

Điều khoản KD-10 kết nối an toàn và đổi mới trong cơ sở hạ tầng hydro, cân bằng khoa học vật liệu nghiêm ngặt với kỹ thuật thực tế. Sự phát triển của nó thông qua các trường hợp mã như 2938 làm nổi bật cách tiếp cận thích ứng của ASME đối với nhu cầu năng lượng mới nổi, cho phép các hệ thống hydro an toàn hơn, lâu dài hơn.

Thiết kế các bình áp lực cho Dịch vụ hydro: Những hiểu biết từ ASME Phần VIII Phân khu 3 Bài viết KD-10
Hydrogen là một người thay đổi trò chơi cho năng lượng sạch, nhưng nó cũng là một thách thức nghiêm trọng đối với thiết kế tàu áp lực.

ASME Phần VIII Phân khu 3 Bài viết KD-10 phác thảo các yêu cầu đặc biệt đối với các tàu trong dịch vụ hydro, đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc trong điều kiện mệt mỏi và gãy xương cực độ.

Điều gì làm cho hydro đòi hỏi rất nhiều?
Hydrogen có thể gây ra sự hấp dẫn và hỗ trợ lan truyền vết nứt, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp và áp suất cao. Bài viết KD-10 bắt buộc đánh giá cơ học gãy xương nghiêm ngặt và kiểm tra trình độ.

Ở đây, những điểm nổi bật trong KD-10:
1. Phạm vi & Khả năng ứng dụng

– Bắt buộc đối với các mạch dưới áp suất riêng của hydro> 6000 psi hoặc hoạt động dưới 200 ° F (95 ° C)

-Áp dụng cho thép carbon, thép không gỉ và hợp kim nhôm trên mỗi bàn KM-400-1 đến KM-400-4

2. Hạn chế vật liệu

– Thép trong dịch vụ hydro phải đáp ứng các tiêu chí độ bền kéo và độ bền.

– Tiếp xúc trực tiếp với hydro đòi hỏi độ bền gãy lớn hơn 137 ksi√in (950 MPa√mm)

3. Thiết kế dựa trên cơ học gãy xương

– Cuộc sống mệt mỏi phải được xác minh bằng cách sử dụng phương pháp cơ học gãy xương

– Cường độ ứng suất đầu crack (k_i) phải dưới ngưỡng cho vết nứt hỗ trợ hydro (K_IH)

4. Kiểm tra các loại vật liệu rộng rãi

– Ba loại của vật liệu cơ bản, kim loại hàn và haz được kiểm tra

– Các thông số gãy như K_IC, K_IH và DA/DN phải được đo trong môi trường hydro (99,9999% H₂)

5. Các bài kiểm tra tăng trưởng vết nứt mệt mỏi

– Xong theo ASTM E647 bằng phương pháp tải hoặc dịch chuyển không đổi

– Tăng trưởng vết nứt theo hydro phải được đánh giá ở áp suất thiết kế và được xác nhận theo hướng TL

6. Yêu cầu môi trường

– Giới hạn độ tinh khiết nghiêm ngặt: o₂ <1 ppm, co₂ <1 ppm, co <1 ppm, h₂o <3 ppm

– Ngay cả sự hình thành oxit cũng có thể ức chế kết quả glove box techniques và scanning

Bài viết này là một tài liệu tham khảo nền tảng cho các kỹ sư làm việc trên hệ thống lưu trữ và vận chuyển hydro. Nó không chỉ là về sự tuân thủ, nó về việc đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy lâu dài trong một trong những môi trường giòn nhất trong kỹ thuật.

Trong nền kinh tế hydro, độ bền gãy là vua.

#AnToànHydro #BìnhChấnLưu #ASME #TiêuChuẩnKỹThuật #CơHọcGãy #KiểmTrạngMỏi #GiònHydro #ChấtLượngHàn #HAZ #TăngTrưởngNứt #ChuyểnĐổiNăngLượngSạch #KỹThuậtCơKhí #ThiếtKếBình #LưuTrữHydro #ASMEVIII #KhoaHọcVậtLiệu #Hàn #Kiểm Tra #KiểmTriểnKhôngPháHủy #NDT #SẵnSàngH2 #KỹThuậtXuấtSắc #KIC #KIH #da_dN
#HydrogenSafety #PressureVessels #ASME #EngineeringStandards #FractureMechanics #FatigueTesting #HydrogenEmbrittlement #WeldQuality #HAZ #CrackGrowth #EnergyTransition #CleanEnergy #MechanicalEngineering #VesselDesign #HydrogenStorage #ASMEVIII #MaterialScience #Welding #Inspection #NonDestructiveTesting #NDT #H2Ready #EngineeringExcellence #KIC #KIH #da_dN

(St.)

0 ( 0 bình chọn )

NGUYỄN QUANG HƯNG BLOG

https://nguyenquanghung.net
Kỹ sư cơ khí, bảo dưỡng, sửa chữa, tư vấn, thiết kế, chế tạo, cung cấp, lắp đặt thiết bị, hệ thống.

Ý kiến bạn đọc (0)

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *