Qual è il materiale d'acciaio per l'idrogenodotto?

L'idrogeno può essere gassoso, liquido e solido, a seconda dello stato in cui viene trasportato; tra questi, l'idrogeno gassoso ad alta pressione è attualmente la modalità di trasporto più utilizzata ed ecologica. Il trasporto tramite conduttura è il modo più efficiente per un'ampia portata e per le occasioni di distanza, può essere una conduttura a lunga distanza, ma anche una conduttura di distribuzione a breve distanza. Il gasdotto di trasmissione a lunga distanza ha un'alta pressione e un grande diametro, ed è utilizzato principalmente per il trasporto di idrogeno ad alta pressione tra l'unità di produzione di idrogeno e la stazione di idrogeno. La seconda condotta, a bassa pressione e di piccolo diametro, è utilizzata principalmente per la distribuzione di idrogeno a media e bassa pressione tra la stazione di idrogeno e l'utente finale. Il costo attuale dei gasdotti per l'idrogeno a lunga distanza è di circa $630.000 / km, rispetto a $250.000 / km dei gasdotti per il gas naturale, 2,5 volte il costo dei gasdotti per il gas naturale.

Rispetto al gas naturale, i materiali metallici che lavorano in un ambiente a idrogeno per lungo tempo causano il deterioramento delle proprietà meccaniche, chiamato infragilimento ambientale da idrogeno. La valutazione delle proprietà di infragilimento da idrogeno ad alta pressione dei metalli è condotta principalmente attraverso prove in situ in ambiente di idrogeno, in cui i materiali sono posti direttamente in un ambiente di idrogeno. I tipi di prove comprendono principalmente la prova di trazione a bassa velocità di deformazione, la prova di tenacità alla frattura, la prova del tasso di crescita delle cricche, la prova di durata a fatica e la prova di pressione del disco. L'infragilimento da idrogeno può essere determinato in base alla norma NASA8-30744 e la resistenza dei materiali all'infragilimento da idrogeno può essere valutata in base alla norma ASTM G142-98 che confronta i risultati dei test di sensibilità.

Rispetto ai gasdotti per il gas naturale, i gasdotti per l'idrogeno si differenziano per elementi di lega, grado di acciaio, forma del tubo e pressione di esercizio, a causa della limitazione dell'infragilimento da idrogeno nell'ambiente. I materiali disponibili per i gasdotti di gas naturale specificati nella norma ASME B31.8-2018 comprendono tutti i tubi in acciaio della norma API SPEC 5L. Tuttavia, nell'ingegneria pratica, per ridurre lo spessore delle pareti delle condutture, si preferiscono generalmente i tubi in acciaio ad alta resistenza e i tipi di tubo comunemente utilizzati includono SAWL, SAWH, HFW e SMLS. Per i gasdotti a idrogeno, un ambiente di idrogeno indotto da infragilimento di idrogeno si è verificato, a sua volta, può portare a guasti della conduttura, che dipende dal processo di stampaggio del tubo di acciaio, la qualità della saldatura, i fattori di difetto come le dimensioni, la resistenza dell'acciaio, in modo che l'ASME B31.12-2014 in API SPEC 5 l limitato diversi idrogeni possono essere utilizzati per il tipo di acciaio della conduttura, indicando di vietare l'uso di saldatura del tubo del forno, l'acciaio della conduttura specificato nella norma può essere utilizzato nel tubo di idrogeno e la pressione massima consentita, come mostrato nella tabella seguente.

Elementi di lega come Mn, S, P e Cr possono aumentare la sensibilità all'infragilimento da idrogeno degli acciai basso legati. Allo stesso tempo, più alta è la pressione dell'idrogeno e più alta è la resistenza del materiale, più evidenti saranno l'infragilimento da idrogeno e le cricche indotte dall'idrogeno. Pertanto, nell'ingegneria pratica, i tubi in acciaio a bassa lega sono da preferire per le condutture di idrogeno. La norma ASME B31.12-2014 raccomanda l'uso di tubi in acciaio X42 e X52 e stabilisce che devono essere considerati l'infragilimento da idrogeno, la transizione delle prestazioni a bassa temperatura, la transizione delle prestazioni a bassissima temperatura e altri aspetti.

Le organizzazioni internazionali di standardizzazione includono il Comitato Tecnico Internazionale Idrogeno (ISO/TC197), l'Associazione Europea dei Gas Industriali (EIGA) e la Società Americana degli Ingegneri Meccanici (ASME) e un'altra organizzazione specifica gli standard per la produzione, lo stoccaggio, il trasporto, il collaudo e l'utilizzo dell'energia dell'idrogeno, tra cui principalmente ASMEB31.12-2014 "Condutture per l'idrogeno", CGAG-5.6-2005 "Sistemi di condutture per l'idrogeno", che sono adatti per la progettazione di lunghe condutture per l'idrogeno e di condutture per la consegna di idrogeno a breve distanza. I gasdotti per l'idrogeno sono per lo più costituiti da tubi in acciaio senza saldatura. La pressione dell'idrogeno è generalmente di 2~10MPa, il diametro dei tubi è di 0,3~1,5m e i materiali delle condutture sono principalmente X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 e altri acciai per condutture a bassa resistenza. La vita utile prevista è di 15-30 anni.