وقتی یک توزیعکننده گاز یا شرکت گاز صنعتی قابلیت پر کردن سیلندر هیدروژن را به یک عملیات اکسیژن و نیتروژن موجود اضافه میکند، فرض اولیه اغلب این است که پر کردن هیدروژن صرفاً گاز دیگری در همان تجهیزات است. این فرض تا حدی درست است - ما کمپرسورهای پر کردن سیلندر هیدروژن را در همان پلتفرم رفت و برگشتی بدون روغن ZW که دستگاههای اکسیژن و نیتروژن ما را ارائه میدهد، عرضه میکنیم - اما چندین تفاوت مهندسی مهم را که باید در مشخصات، انتخاب مواد و عملکرد تجهیزات مورد توجه قرار گیرند، پنهان میکند.
هیدروژن به سه دلیل به عنوان یک گاز فشردهسازی منحصر به فرد چالش برانگیز است: کوچکترین اندازه مولکولی را در بین هر عنصری دارد که آن را به شدت مستعد نشت میکند؛ در بسیاری از گریدهای فولاد در فشارهای بالا باعث تردی هیدروژنی میشود؛ و در طیف وسیعی از غلظت (4 تا 75% v/v) با هوا مخلوطی قابل اشتعال تشکیل میدهد. هیچ یک از این خواص به همان روشی که مثلاً وزن مولکولی بالا بر ظرفیت جریان تأثیر میگذارد، بر عملکرد فشردهسازی تأثیر نمیگذارد - آنها بر انتخاب مواد، طراحی آببندی، طبقهبندی مناطق خطرناک و الزامات تهویه ساختمان تأثیر میگذارند.
این مقاله، با فرض اینکه خواننده اصول کلی فشردهسازی رفت و برگشتی بدون روغن که در مقالات قبلی ما آمده است را درک میکند، تصمیمات مهندسی خاص مربوط به سرویس هیدروژن را پوشش میدهد.
تردی هیدروژنی فرآیندی است که طی آن هیدروژن اتمی به شبکه کریستالی فولاد نفوذ میکند و چقرمگی شکست، شکلپذیری و استحکام خستگی آن را کاهش میدهد. این پدیده زمانی رخ میدهد که فولاد در تماس با هیدروژن مولکولی با فشار بالا قرار گیرد، که در سطح فولاد به هیدروژن اتمی تفکیک میشود. هیدروژن اتمی به اندازه کافی کوچک است که بتواند در ریزساختار فولاد نفوذ کند.
حساسیت یک فولاد معین به تردی هیدروژنی به موارد زیر بستگی دارد:
در یک کمپرسور پر کننده سیلندر، اجزایی که بیشترین خطر را دارند عبارتند از: بدنه سیلندر مرحله آخر، میله پیستون مرحله آخر و پکینگ، مجموعه شیر تخلیه و لوله تخلیه فشار بالا. همه اینها باید با مواد سازگار با هیدروژن مشخص شوند.
| کامپوننت | خدمات اکسیژن/نیتروژن | اصلاح سرویس هیدروژن |
|---|---|---|
| بدنه سیلندر | چدن یا چدن داکتیل | آهن داکتیل یا فولاد کم کربن - بررسی چقرمگی شکست |
| میله پیستون | فولاد ضد زنگ یا فولاد کربنی سخت کروم | فولاد ضد زنگ ترجیح داده میشود - گریدهای آستنیتی مقاومت بیشتری در برابر تردی هیدروژنی نسبت به مارتنزیتی دارند |
| اجزای شیر | صفحات فولادی ضد زنگ، PEEK یا نشیمنگاههای ضد زنگ | همان - فولاد ضد زنگ برای سرویس هیدروژن قابل قبول است |
| حلقههای پیستون | آمیزه PTFE - کارکرد خشک | PTFE — همان ماده، سازگاری آن با H₂ تأیید شده است |
| مهر و موم های بسته بندی میله ای | حلقههای PTFE در غده فولاد کربنی | حلقههای PTFE - سازگاری ماده پشتیبان الاستومر با H₂ را تأیید کنید |
| لوله کشی فشار قوی (مرحله نهایی) | فولاد کربنی رده ۸۰ یا بالاتر | فولاد کربنی P265GH یا معادل آن - سازگار با هیدروژن را طبق EN 13480 Part 4 یا ASME B31.3 مشخص کنید |
در عمل، تغییرات مواد برای سرویس هیدروژن عمدتاً به مرحله نهایی و سیستم تخلیه محدود میشود، جایی که فشارها بالاترین هستند. یک تا سه مرحله اول، که در فشارهای متوسط کار میکنند، از همان موادی استفاده میکنند که در انواع اکسیژن و نیتروژن استفاده میشوند.
مولکولهای هیدروژن تقریباً ۱۴ برابر کوچکتر از مولکولهای نیتروژن هستند و ویسکوزیتهای تقریباً ۷ برابر کمتر دارند. این خواص به این معنی است که هیدروژن از طریق شکافهایی که میتوانند در برابر نیتروژن یا اکسیژن گازبندی شوند، نشت میکند. در یک کمپرسور رفت و برگشتی، مکانهای آببندی بحرانی عبارتند از:
هیدروژن در غلظتهای بین 4% و 75% v/v با هوا مخلوطی قابل اشتعال تشکیل میدهد. این محدوده وسیع اشتعالپذیری به این معنی است که حتی یک نشتی کوچک میتواند فضایی قابل اشتعال ایجاد کند. هر فضایی که حاوی تجهیزات فشردهسازی هیدروژن باشد، باید به عنوان یک منطقه خطرناک طبقهبندی شده و بر اساس آن طراحی شود.
طبقه بندی معمول برای اتاق کمپرسور پر کردن سیلندر هیدروژن:
تمام تجهیزات الکتریکی نصب شده در اتاق کمپرسور باید برای طبقهبندی منطقهای انتخاب شوند. موتورهای کمپرسور و پنلهای کنترل ما برای سرویس هیدروژن، بسته به شرایط، به عنوان ATEX Zone 1 یا Zone 2 مشخص میشوند و دارای محفظههای Ex d (ضد شعله) یا Ex e (ایمنی بیشتر) میباشند.
تهویه اجباری است. اتاق کمپرسور باید به صورت مکانیکی تهویه شود، به طوری که ورودی هوا در سطح پایین و خروجی هوا در سطح بالا باشد (هیدروژن از هوا سبکتر است و در سطح سقف تجمع مییابد). یک آشکارساز گاز هیدروژن با هشدار صوتی و تصویری و فعالسازی خودکار فن باید در سطح سقف نصب شود. برخی از مقررات ملی نیز خاموش شدن خودکار کمپرسور در صورت وجود هشدار غلظت بالای هیدروژن را الزامی میدانند.
برای اکسیژن، فشردهسازی بدون روغن مورد نیاز است زیرا آلودگی روغن در حضور اکسیژن با فشار بالا خطر آتشسوزی و انفجار ایجاد میکند. برای هیدروژن، استدلال متفاوت است اما نتیجه یکسان است.
الزامات خلوص هیدروژن برای سختترین کاربردهای پاییندستی - تأمین پیل سوختی، راکتورهای هیدروژناسیون، تولید نیمهرساناها، گاز کالیبراسیون - میزان کل روغن کمتر از 0.01 میلیگرم بر متر مکعب (ISO 8573-1 کلاس 0) را مشخص میکند. آلودگی روغن در هیدروژن همچنین به موارد زیر آسیب میرساند:
کمپرسورهای پرکن هیدروژن سری ZW ما در تمام مراحل از رینگهای پیستونی PTFE با عملکرد خشک استفاده میکنند و طراحی جداسازی قطعات از نظر فاصله با انواع اکسیژن یکسان است. هیدروژن خروجی بدون فیلتراسیون پاییندستی، مطابق با استاندارد ISO 8573-1 Class 0 است.
| پارامتر | پر کردن با اکسیژن | پر کردن با نیتروژن | پر کردن با هیدروژن |
|---|---|---|---|
| فشار پر کردن | ۱۵۰ یا ۱۶۵ بار | ۱۵۰ یا ۱۶۵ بار | ۱۵۰ بار (استاندارد) |
| بدون روغن لازمه؟ | بله - ایمنی | توصیه شده - خلوص | بله - پاکی |
| انتخاب ویژه مواد؟ | تمیز کردن با اکسیژن بسیار مهم است | استاندارد | خطر تردی هیدروژنی |
| طبقه بندی مناطق خطرناک | اتمسفر غنیشده با اکسیژن | صنعتی استاندارد | منطقه ۱/۲ - قابل اشتعال |
| نیاز به تهویه؟ | نظارت بر غنیسازی اکسیژن | استاندارد | تهویه اجباری + آشکارساز H₂ |
| استاندارد آب بندی؟ | بدون روغن، بدون باقی مانده هیدروکربن | استاندارد | آببندهای هیدروژنی، اتصالات جوشی ترجیح داده میشوند |
| پلتفرم مشترک امکانپذیر است؟ | بله (با O₂/N₂) | بله (با O₂/H₂) | دستگاه جداگانه توصیه میشود |
از نظر فنی، میتوان یک دستگاه فیزیکی را برای هر دو گاز در کارخانه پیکربندی کرد - اما ما استفاده از یک کمپرسور واحد را برای پر کردن هر دو سیلندر اکسیژن و هیدروژن توصیه نمیکنیم. دلایل عملی این امر عبارتند از:
ما کمپرسورهای اختصاصی برای هر گاز ارائه میدهیم که از پلتفرم ZW و بسیاری از اجزای مشترک استفاده میکنند، اما بهطور خاص برای سرویس گاز مورد نظر پیکربندی و تمیز شدهاند.
برای بحث در مورد مشخصات کمپرسور پر کردن سیلندر هیدروژن، به وبسایت ما مراجعه کنید. صفحه کمپرسور پر کردن سیلندر نیتروژن و هیدروژن یا با تیم مهندسی ما تماس بگیرید با دادههای فرآیند شما.
Why Vague Enquiries Produce Useless Quotations We receive several types of compressor enquiries. The ones…
The Maintenance Advantage of Oil-Free Reciprocating Design One of the most frequently cited advantages of…
The Dissolved Oxygen Problem in High-Density Fish Production High-density recirculating aquaculture systems (RAS) represent the…
Why Glass Manufacturers Are Switching to Oxy-Fuel Combustion The glass manufacturing industry has been transitioning…
Why Oxygen Assist Gas Matters in Fibre Laser Cutting In fibre laser cutting of carbon…
Two Technologies, One Integrated System A PSA oxygen generator and an oxygen booster compressor are…