Wat is het staalmateriaal voor waterstofpijpleidingen?

Waterstof kan gasvormig waterstof, vloeibaar waterstof en vast waterstof zijn, afhankelijk van de staat waarin het zich bevindt, waaronder gasvormig waterstof onder hoge druk momenteel de meest gebruikte en milieuvriendelijke transportmethode is. Vervoer via pijpleidingen is de meest efficiënte manier voor een grote doorvoer en afstand gelegenheden kan een lange afstand pijpleiding, ook een korte afstand distributiepijpleiding. De langeafstandstransportleiding heeft een hoge druk en een grote diameter, die voornamelijk wordt gebruikt voor het transport van waterstof onder hoge druk tussen de waterstofproductie-eenheid en het waterstofstation. De laatste pijpleiding heeft een lage druk en een kleine diameter en wordt voornamelijk gebruikt voor de distributie van waterstof met een gemiddelde en lage druk tussen het waterstofstation en de eindgebruiker. De huidige kosten van waterstofpijpleidingen over lange afstand zijn ongeveer $630.000 / km, vergeleken met $250.000 / km voor aardgaspijpleidingen, 2,5 keer de kosten van aardgaspijpleidingen, dan komt de vraag, hoe het juiste materiaal te kiezen voor het transport van waterstofpijpleiding?

Vergeleken met aardgas zullen metalen die lange tijd in een waterstofomgeving werken de mechanische eigenschappen verslechteren, wat waterstofbrosheid in de omgeving wordt genoemd. De evaluatie van hogedruk waterstofbrosheidseigenschappen van metalen wordt voornamelijk uitgevoerd door in-situ waterstofomgevingstesten, waarbij materialen direct in een waterstofomgeving worden geplaatst. De soorten tests omvatten voornamelijk trektests met langzame reksnelheid, breuktaaiheidstests, scheurgroeisnelheidstests, vermoeiingslevensduurtests en schijfdruktests. De waterstofbrosheid kan worden bepaald volgens de norm NASA8-30744 en de weerstand van materialen tegen waterstofbrosheid kan worden geëvalueerd volgens ASTM G142-98 vergelijking van de resultaten van gevoeligheidstesten.

Vergeleken met aardgaspijpleidingen verschillen waterstofpijpleidingen in legeringselementen, staalsoort, pijpvorm en werkdruk vanwege de beperking van waterstofbrosheid in de omgeving. De beschikbare materialen voor aardgaspijpleidingen zoals gespecificeerd in ASME B31.8-2018 omvatten alle stalen buizen in API SPEC 5L. Om de wanddikte van pijpleidingen te verminderen, wordt in de praktijk echter over het algemeen de voorkeur gegeven aan stalen buizen met een hoge sterkte en veelgebruikte pijptypes zijn SAWL, SAWH, HFW en SMLS. Voor waterstofgas pijpleiding, een waterstofomgeving veroorzaakt door waterstofbrosheid opgetreden, op zijn beurt kan leiden tot pijpleiding mislukking, die afhankelijk is van de stalen pijp vormproces, las kwaliteit, defect factoren zoals grootte, staalsterkte, zodat de ASME B31.12-2014 in API SPEC 5 l beperkt verschillende hydrogenen kunnen worden gebruikt voor pijpleiding staal type, met vermelding van het gebruik van oven buislassen te verbieden, pijpleiding staal gespecificeerd in de norm kan worden gebruikt in de waterstof pijp en de maximaal toelaatbare druk zoals weergegeven in de onderstaande tabel.

Legeringselementen zoals Mn, S, P en Cr kunnen de waterstofbrosheidgevoeligheid van laaggelegeerd staal vergroten. Tegelijkertijd geldt dat hoe hoger de waterstofdruk en hoe hoger de sterkte van het materiaal, hoe duidelijker waterstofbrosheid en waterstofgeïnduceerd scheuren zullen zijn. Daarom wordt in de praktijk de voorkeur gegeven aan stalen buizen met een lage staalkwaliteit voor waterstofpijpleidingen. ASME B31.12-2014 beveelt het gebruik van stalen buizen X42, X52 aan en bepaalt dat rekening moet worden gehouden met waterstofbrosheid, prestatieovergang bij lage temperatuur, prestatieovergang bij ultralage temperatuur en andere kwesties.

Internationale normalisatieorganisaties zijn onder andere het International Hydrogen Technical Committee (ISO/TC197), de European Industrial Gas Association (EIGA) en de American Society of Mechanical Engineers (ASME) en een andere organisatie specificeren normen voor de productie, de opslag, het transport, het testen en het gebruik van waterstofenergie, met name ASMEB31.12-2014 "Waterstofpijpleidingen", CGAG-5.6-2005 "Waterstofpijpleidingsystemen", die geschikt zijn voor het ontwerp van lange waterstofpijpleidingen en pijpleidingen voor de levering van waterstof over korte afstanden. Waterstofpijpleidingen worden meestal gemaakt van naadloze stalen buizen. De waterstofdruk is over het algemeen 2~10MPa, de diameter van de pijpen is 0,3~1,5m en de pijpleidingmaterialen zijn voornamelijk X42, X52, X56, X60, X65, X70, X80 en andere pijpleidingstalen met lage sterkte. De verwachte levensduur is 15~30 jaar.