수소 파이프라인의 강재는 무엇인가요?

수소는 운송 시 상태에 따라 기체 수소, 액체 수소, 고체 수소로 나눌 수 있으며, 그 중 고압 기체 수소가 현재 가장 일반적으로 사용되고 있으며 친환경적인 운송 수단입니다. 파이프라인 운송은 처리량이 많고 거리가 먼 경우 장거리 파이프라인이 될 수도 있고 단거리 분배 파이프라인이 될 수도 있는 가장 효율적인 방법입니다. 장거리 전송 파이프 라인은 고압 및 대구경을 가지며 주로 수소 생산 장치와 수소 스테이션간에 고압 수소를 운반하는 데 사용됩니다. 후자의 파이프라인은 압력이 낮고 직경이 작아 주로 수소 스테이션과 최종 사용자 사이의 중저압 수소 유통에 사용됩니다. 현재 장거리 수소 파이프 라인의 비용은 천연 가스 파이프 라인의 $630,000 / km에 비해 약 $250,000 / km로 천연 가스 파이프 라인 비용의 2.5 배이며, 수소 파이프 라인 운송에 적합한 재료를 선택하는 방법에 대한 질문이 따릅니다.

천연가스와 비교하여 금속 재료는 수소 환경에서 장시간 작동하면 기계적 특성이 저하되는데, 이를 환경 수소 취성이라고 합니다. 금속의 고압 수소 취성 특성 평가는 주로 재료를 수소 환경에 직접 배치하는 현장 수소 환경 시험을 통해 수행됩니다. 시험 유형에는 주로 저변형률 인장 시험, 파괴 인성 시험, 균열 성장률 시험, 피로 수명 시험 및 디스크 압력 시험이 포함됩니다. 수소 취성은 NASA8-30744 표준에 따라 측정할 수 있으며, 수소 취성에 대한 재료의 저항성은 ASTM G142-98 민감도 시험 결과 비교에 따라 평가할 수 있습니다.

천연가스 파이프라인과 비교하여 수소 파이프라인은 환경에서의 수소 취성의 한계로 인해 합금 원소, 강종, 파이프 모양 및 작동 압력에서 차이가 있습니다. ASME B31.8-2018에 명시된 천연가스 파이프라인에 사용 가능한 재료에는 API SPEC 5L의 모든 강관이 포함됩니다. 그러나 실제 엔지니어링에서는 파이프라인의 벽 두께를 줄이기 위해 일반적으로 고강도 강관이 선호되며 일반적으로 사용되는 파이프 유형에는 SAWL, SAWH, HFW 및 SMLS가 포함됩니다. 수소 가스 배관의 경우 수소 취성에 의해 유발된 수소 환경은 강관 성형 공정, 용접 품질, 크기, 강도와 같은 결함 요인에 따라 배관 고장으로 이어질 수 있으므로 API SPEC 5 l의 ASME B31.12-2014에서는 배관 강종에 사용할 수있는 몇 가지 수소를 제한하여 노 튜브 용접 사용을 금지하고 표준에 지정된 배관 강을 수소 파이프에 사용할 수 있으며 아래 표와 같이 최대 허용 압력을 나타냅니다.

Mn, S, P 및 Cr과 같은 합금 원소는 저합금강의 수소 취성 민감도를 향상시킬 수 있습니다. 동시에 수소 압력이 높고 재료의 강도가 높을수록 수소 취성 및 수소 유발 균열이 더 분명해집니다. 따라서 실제 엔지니어링에서는 수소 파이프 라인에 저강도 강관이 선호됩니다. ASME B31.12-2014는 X42, X52 강관의 사용을 권장하며 수소 취성, 저온 성능 전이, 초저온 성능 전이 및 기타 문제를 고려해야 한다고 규정하고 있습니다.

국제 표준화 조직에는 국제 수소 기술위원회(ISO/TC197), 유럽 산업용 가스 협회(EIGA), 미국 기계학회(ASME) 등이 있으며, 다른 조직에서는 수소 에너지의 생산, 저장, 운송, 테스트 및 사용에 대한 표준을 지정하며, 주로 장거리 수소 파이프라인 및 단거리 수소 공급 파이프라인 설계에 적합한 ASMEB31.12-2014 "수소 파이프라인", CGAG-5.6-2005 "수소 파이프라인 시스템"을 포함합니다. 수소 파이프 라인은 대부분 이음매없는 강관으로 만들어집니다. 수소 압력은 일반적으로 2~10MPa, 파이프 직경은 0.3~1.5m이며 파이프 라인 재료는 주로 X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 및 기타 저강도 파이프 라인 강재입니다. 예상 서비스 수명은 15~30년입니다.