Welches Stahlmaterial wird für Wasserstoffpipelines verwendet?

Wasserstoff kann als gasförmiger, flüssiger oder fester Wasserstoff transportiert werden, wobei gasförmiger Wasserstoff unter hohem Druck derzeit die am häufigsten verwendete und umweltfreundlichste Transportart ist. Pipeline-Transport ist der effizienteste Weg für einen großen Durchsatz und Entfernung Gelegenheiten können eine Langstrecken-Pipeline, auch eine kurze Strecke Verteilung Pipeline sein. Die Fernleitung hat einen hohen Druck und einen großen Durchmesser und wird hauptsächlich für den Transport von Hochdruckwasserstoff zwischen der Wasserstoffproduktionsanlage und der Wasserstoffstation verwendet. Die letztere Pipeline hat einen niedrigen Druck und einen kleinen Durchmesser und wird hauptsächlich für die Verteilung von Mittel- und Niederdruck-Wasserstoff zwischen der Wasserstoffstation und dem Endverbraucher verwendet. Die derzeitigen Kosten für Wasserstoffpipelines über große Entfernungen liegen bei etwa $630.000 / km, verglichen mit $250.000 / km für Erdgaspipelines, also dem 2,5-fachen der Kosten für Erdgaspipelines, und es stellt sich die Frage, wie man das richtige Material für den Transport von Wasserstoffpipelines wählt.

Im Vergleich zu Erdgas führen metallische Werkstoffe, die lange Zeit in einer Wasserstoffumgebung arbeiten, zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, was als umweltbedingte Wasserstoffversprödung bezeichnet wird. Die Bewertung der Hochdruck-Wasserstoffversprödungseigenschaften von Metallen wird hauptsächlich durch In-situ-Wasserstoffumgebungsprüfungen durchgeführt, bei denen die Materialien direkt in eine Wasserstoffumgebung gebracht werden. Zu den Testarten gehören vor allem der Zugversuch mit langsamer Dehnungsgeschwindigkeit, der Bruchzähigkeitstest, der Test der Risswachstumsrate, der Ermüdungstest und der Scheibendrucktest. Die Wasserstoffversprödung kann gemäß der Norm NASA8-30744 bestimmt werden, und die Widerstandsfähigkeit von Werkstoffen gegen Wasserstoffversprödung kann gemäß ASTM G142-98 (Vergleich der Ergebnisse von Empfindlichkeitstests) bewertet werden.

Im Vergleich zu Erdgaspipelines unterscheiden sich Wasserstoffpipelines in Bezug auf Legierungselemente, Stahlsorte, Rohrform und Betriebsdruck aufgrund der Beschränkung der Wasserstoffversprödung in der Umgebung. Die in ASME B31.8-2018 spezifizierten Materialien für Erdgasleitungen umfassen alle Stahlrohre der API SPEC 5L. In der Praxis werden jedoch zur Verringerung der Wanddicke von Pipelines im Allgemeinen hochfeste Stahlrohre bevorzugt, und zu den häufig verwendeten Rohrtypen gehören SAWL, SAWH, HFW und SMLS. Für Wasserstoff-Gas-Pipeline, ein Wasserstoff-Umgebung durch Wasserstoffversprödung aufgetreten, die wiederum kann dazu führen, dass Pipeline-Ausfall, das hängt von der Stahlrohr Gießen, Schweißnaht Qualität, Defekt Faktoren wie Größe, Stahl Stärke, so dass die ASME B31.12-2014 in API SPEC 5 l begrenzt mehrere Wasserstoff kann für Pipeline-Stahl-Typ verwendet werden, was darauf hindeutet, die Verwendung von Ofenrohr Schweißen, Pipeline-Stahl in der Norm angegeben verbieten kann in der Wasserstoff-Rohr und der maximal zulässigen Druck wie in der Tabelle unten gezeigt.

Legierungselemente wie Mn, S, P und Cr können die Wasserstoffversprödungsempfindlichkeit von niedrig legierten Stählen erhöhen. Gleichzeitig sind Wasserstoffversprödung und wasserstoffinduzierte Rissbildung umso offensichtlicher, je höher der Wasserstoffdruck und je höher die Festigkeit des Werkstoffs sind. In der Praxis werden daher Rohre aus niedrig legierten Stählen für Wasserstoffleitungen bevorzugt. Die ASME B31.12-2014 empfiehlt die Verwendung von X42- und X52-Stahlrohren und schreibt vor, dass die Wasserstoffversprödung, der Leistungsübergang bei niedrigen Temperaturen, der Leistungsübergang bei ultratiefen Temperaturen und andere Aspekte berücksichtigt werden müssen.

Zu den internationalen Normungsorganisationen gehören das International Hydrogen Technical Committee (ISO/TC197), die European Industrial Gas Association (EIGA) und die American Society of Mechanical Engineers (ASME) sowie eine weitere Organisation, die Normen für die Produktion, die Speicherung, den Transport, die Prüfung und die Nutzung von Wasserstoffenergie festlegt. Dazu gehören vor allem die Normen ASMEB31.12-2014 "Hydrogen Pipelines" und CGAG-5.6-2005 "Hydrogen Pipeline Systems", die sich für die Konstruktion von langen Wasserstoffleitungen und Kurzstrecken-Wasserstoffpipelines eignen. Wasserstoffpipelines werden meist aus nahtlosen Stahlrohren hergestellt. Der Wasserstoffdruck beträgt in der Regel 2~10MPa, der Durchmesser der Rohre 0,3~1,5m, und die Rohrleitungsmaterialien sind hauptsächlich X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 und andere niedrigfeste Stähle. Die erwartete Nutzungsdauer beträgt 15-30 Jahre.