Quel est le matériau de l'acier utilisé pour les canalisations d'hydrogène ?

L'hydrogène peut être gazeux, liquide ou solide selon l'état dans lequel il est transporté. L'hydrogène gazeux à haute pression est le mode de transport le plus couramment utilisé et le plus respectueux de l'environnement à l'heure actuelle. Le transport par gazoduc est le moyen le plus efficace pour un débit et une distance importants. Il peut s'agir d'un gazoduc à longue distance ou d'un gazoduc de distribution à courte distance. Le pipeline de transport à longue distance a une pression élevée et un grand diamètre. Il est principalement utilisé pour transporter l'hydrogène à haute pression entre l'unité de production d'hydrogène et la station de production d'hydrogène. Le dernier gazoduc est à basse pression et de petit diamètre et est principalement utilisé pour la distribution d'hydrogène à moyenne et basse pression entre la station d'hydrogène et l'utilisateur final. Le coût actuel des pipelines d'hydrogène à longue distance est d'environ 1T4T630 000 / km, contre 1T4T250 000 / km pour les pipelines de gaz naturel, soit 2,5 fois le coût des pipelines de gaz naturel, d'où la question suivante : comment choisir le bon matériau pour le transport des pipelines d'hydrogène ?

Par rapport au gaz naturel, les matériaux métalliques travaillant dans un environnement d'hydrogène pendant une longue période entraîneront une détérioration des propriétés mécaniques, appelée fragilisation par l'hydrogène dans l'environnement. L'évaluation des propriétés de fragilisation des métaux par l'hydrogène à haute pression est principalement réalisée au moyen d'essais in situ dans l'environnement hydrogène, au cours desquels les matériaux sont directement placés dans un environnement hydrogène. Les types d'essais comprennent principalement l'essai de traction à vitesse de déformation lente, l'essai de résistance à la rupture, l'essai de vitesse de croissance des fissures, l'essai de durée de vie en fatigue et l'essai de pression sur disque. La fragilisation par l'hydrogène peut être déterminée conformément à la norme NASA8-30744 et la résistance des matériaux à la fragilisation par l'hydrogène peut être évaluée conformément à la norme ASTM G142-98 relative à la comparaison des résultats des tests de sensibilité.

Par rapport aux gazoducs de gaz naturel, les gazoducs d'hydrogène sont différents en termes d'éléments d'alliage, de qualité d'acier, de forme de tuyau et de pression de fonctionnement en raison de la limitation de la fragilisation de l'hydrogène dans l'environnement. Les matériaux disponibles pour les gazoducs spécifiés dans la norme ASME B31.8-2018 comprennent tous les tuyaux en acier de la norme API SPEC 5L. Toutefois, dans la pratique, pour réduire l'épaisseur de la paroi des pipelines, on préfère généralement les tuyaux en acier à haute résistance, et les types de tuyaux couramment utilisés sont SAWL, SAWH, HFW et SMLS. Pour les pipelines d'hydrogène gazeux, un environnement hydrogène induit par la fragilisation de l'hydrogène se produit, à son tour, peut conduire à la défaillance du pipeline, qui dépend du processus de moulage du tuyau en acier, de la qualité de la soudure, des facteurs de défaut tels que la taille, la résistance de l'acier, de sorte que l'ASME B31.12-2014 dans API SPEC 5L a limité plusieurs hydrogènes peuvent être utilisés pour le type d'acier de pipeline, indiquant d'interdire l'utilisation de la soudure de tube de four, l'acier de pipeline spécifié dans la norme peut être utilisé dans le tuyau d'hydrogène et la pression maximale admissible, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

Les éléments d'alliage tels que Mn, S, P et Cr peuvent accroître la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène des aciers faiblement alliés. Parallèlement, plus la pression d'hydrogène et la résistance du matériau sont élevées, plus la fragilisation par l'hydrogène et la fissuration induite par l'hydrogène sont évidentes. Par conséquent, dans la pratique, les tubes en acier à faible teneur en acier sont préférés pour les conduites d'hydrogène. La norme ASME B31.12-2014 recommande l'utilisation de tubes en acier X42, X52 et stipule que la fragilisation par l'hydrogène, la transition de performance à basse température, la transition de performance à ultra-basse température et d'autres questions doivent être prises en compte.

Les organisations internationales de normalisation comprennent le Comité technique international de l'hydrogène (ISO/TC197), l'Association européenne des gaz industriels (EIGA) et l'American Society of Mechanical Engineers (ASME). D'autres organisations spécifient des normes pour la production, le stockage, le transport, les essais et l'utilisation de l'énergie hydrogène, notamment ASMEB31.12-2014 "Hydrogen Pipelines", CGAG-5.6-2005 "Hydrogen Pipeline Systems", qui conviennent à la conception de longs pipelines d'hydrogène et de pipelines de livraison d'hydrogène sur de courtes distances. Les pipelines d'hydrogène sont généralement constitués de tubes d'acier sans soudure. La pression de l'hydrogène est généralement de 2~10MPa, le diamètre des tuyaux est de 0,3~1,5m, et les matériaux des pipelines sont principalement X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 et d'autres aciers à faible résistance pour pipelines. La durée de vie prévue est de 15 à 30 ans.