¿Cuál es el material de acero de las tuberías de hidrógeno?

El hidrógeno puede ser hidrógeno gaseoso, hidrógeno líquido e hidrógeno sólido según el estado en que se transporte, entre los cuales el hidrógeno gaseoso a alta presión es el modo de transporte más utilizado y respetuoso con el medio ambiente en la actualidad. El transporte por tuberías es el modo más eficiente para un gran rendimiento y distancia ocasiones puede ser una tubería de larga distancia, también ser una tubería de distribución de corta distancia. La tubería de transporte de larga distancia tiene alta presión y gran diámetro, y se utiliza principalmente para transportar hidrógeno a alta presión entre la unidad de producción de hidrógeno y la estación de hidrógeno. La segunda tubería, de baja presión y pequeño diámetro, se utiliza principalmente para la distribución de hidrógeno a media y baja presión entre la estación de hidrógeno y el usuario final. El coste actual de las tuberías de hidrógeno de larga distancia es de aproximadamente $630.000 / km, en comparación con $250.000 / km para las tuberías de gas natural, 2,5 veces el coste de las tuberías de gas natural, entonces viene con la pregunta, ¿cómo elegir el material adecuado para el transporte de la tubería de hidrógeno?

En comparación con el gas natural, los materiales metálicos que trabajan en un entorno de hidrógeno durante mucho tiempo provocarán el deterioro de las propiedades mecánicas, lo que se denomina fragilización por hidrógeno ambiental. La evaluación de las propiedades de fragilización por hidrógeno a alta presión de los metales se lleva a cabo principalmente mediante ensayos de hidrógeno ambiental in situ, en los que los materiales se colocan directamente en un entorno de hidrógeno. Los tipos de ensayos incluyen principalmente el ensayo de tracción con velocidad de deformación lenta, el ensayo de tenacidad a la fractura, el ensayo de velocidad de crecimiento de grietas, el ensayo de vida a la fatiga y el ensayo de presión de disco. La fragilización por hidrógeno puede determinarse con arreglo a la norma NASA8-30744 y la resistencia de los materiales a la fragilización por hidrógeno puede evaluarse con arreglo a la norma ASTM G142-98 de comparación de los resultados de las pruebas de sensibilidad.

En comparación con las tuberías de gas natural, las tuberías de hidrógeno son diferentes en elementos de aleación, grado de acero, forma de la tubería y presión de funcionamiento debido a la limitación de la fragilización por hidrógeno en el medio ambiente. Los materiales disponibles para tuberías de gas natural especificados en ASME B31.8-2018 incluyen todas las tuberías de acero en API SPEC 5L. Sin embargo, en la ingeniería práctica, para reducir el espesor de pared de las tuberías, generalmente se prefieren tuberías de acero de alta resistencia, y los tipos de tuberías comúnmente utilizados incluyen SAWL, SAWH, HFW y SMLS. Para la tubería de gas de hidrógeno, un entorno de hidrógeno inducida por la fragilización por hidrógeno se produjo, a su vez, puede conducir a la falla de la tubería, que depende del proceso de moldeo de tubos de acero, la calidad de la soldadura, los factores de defectos tales como el tamaño, la resistencia del acero, por lo que la ASME B31.12-2014 en API SPEC 5 l limitado varios hidrógenos se puede utilizar para el tipo de acero de tuberías, lo que indica a prohibir el uso de soldadura de tubos de horno, tuberías de acero especificado en la norma se puede utilizar en la tubería de hidrógeno y la presión máxima admisible como se muestra en la siguiente tabla.

Los elementos de aleación como Mn, S, P y Cr pueden aumentar la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno de los aceros de baja aleación. Al mismo tiempo, cuanto mayores sean la presión del hidrógeno y la resistencia del material, más evidentes serán la fragilización por hidrógeno y el agrietamiento inducido por hidrógeno. Por lo tanto, en la ingeniería práctica, se prefieren los tubos de acero de baja calidad para las tuberías de hidrógeno. ASME B31.12-2014 recomienda el uso de tubos de acero X42, X52, y estipula que deben tenerse en cuenta la fragilización por hidrógeno, la transición de rendimiento a baja temperatura, la transición de rendimiento a temperatura ultrabaja y otras cuestiones.

Las organizaciones internacionales de normalización incluyen el Comité Técnico Internacional del Hidrógeno (ISO/TC197), la Asociación Europea de Gas Industrial (EIGA) y la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) y otra organización especifica las normas para la producción, almacenamiento, transporte, pruebas y uso de la energía del hidrógeno, principalmente incluye ASMEB31.12-2014 "Tuberías de Hidrógeno", CGAG-5.6-2005 "Sistemas de Tuberías de Hidrógeno", que son adecuados para el diseño de tuberías de hidrógeno largas y tuberías de suministro de hidrógeno de corta distancia. Las tuberías de hidrógeno suelen estar hechas de tubos de acero sin soldadura. La presión del hidrógeno suele ser de 2~10MPa, el diámetro de las tuberías es de 0,3~1,5m, y los materiales de las tuberías son principalmente X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 y otros aceros de baja resistencia. La vida útil prevista es de 15~30 años.