Invloed van waterstof op metalen: Waterstofverbrossing
Door de continue vooruitgang van waterstoftechnologie, stellen zich nieuwe uitdagingen voor de materiaaltests: door de invloed van waterstof (waterstofverbrossing) op metalen tijdens transport en opslag, moeten ze uitvoerig getest worden. Leidingen en tanks worden het meest gebruikt voor transport van gasvormig waterstof. Hierbij speelt ASME B31.12 een centrale rol voor de materiaaltests als de belangrijkste norm voor tests op waterstofvoerende buizen en leidingen.
- Voor transport of opslag wordt gasvormig waterstof samengedrukt (200-700 bar) in waterstoftanks of waterstofcilinders. Voor een maximale veiligheid bij deze drukken moet de mechanische stabiliteit van het materiaal onder invloed van waterstofverbrossing verzekerd zijn. Om zo veel mogelijk te voldoen aan de veiligheidsvereisten, moet het materiaal gekarakteriseerd worden.
- Pïjpleidingen zijn ideaal voor transport van grote volumes waterstof over lange afstand. De bestaande pijpleidingen voor aardgas vormen - mits aanpassingen - een efficiënte oplossing voor het transport van waterstof. Hierbij speelt de materiaalkarakterisatie een cruciale rol in het voldoen aan de veiligheidsnormen, om zo de bestaande infrastructuur optimaal te gebruiken voor zowel aardgas als waterstof. Het is ook mogelijk waterstof te mengen met aardgas. Bij de ontwikkeling en aanpassing van nieuwe infrastructuur, is het belangrijk de sterkte van de gebruikte componenten te kennen, met name op vlak van waterstofverbrossing.
Waterstofverbrossing en materiaalgedrag in waterstofatmosfeer bij hoge druk zijn de kernthema’s voor kwaliteitscontrole en ontwikkeling van nieuwe materialen.
Standaard methoden Testoplossingen in waterstofatmosfeer onder druk Veiligheidsnormen Interessante projecten bij klanten
ZwickRoell testoplossingen:
- Bij materiaaltests worden statische testmachines en servohydraulische testsystemen tot 100 kN gebruikt voor trektests, vermoeiingstests en breukmechanica onder druk tot 1000 bar in waterstofatmosfeer. (Temperatuur: -85° tot +150 °C).
- Daarnaast wordt het breukgedrag van materialen in vloeibaar waterstof bepaald onder statische, oscillerende en kruipbelasting bij lage temperaturen (ongeveer 22 Kelvin). Hiervoor worden statische testmachines, vermoeiingstestmachines en kruiptesters gebruikt. Meer informatie over kruiptests.
ZwickRoell testoplossingen:
Vele genormeerde testmethoden worden gebruikt voor het bepalen van het gedrag van metalen onder cryogene invloed. ZwickRoell levert de juiste testoplossingen voor deze types tests:
- De norm ASTM F519 beschrijft een mechanische testmethode met aangehouden belasting om het gedrag van metalen met hoge sterkte te bepalen onder invloed van waterstof (waterstofverbrossing, plating proces)
- De norm ASTM F1624 beschrijft een versnelde testmethode voor het bepalen van de gevoeligheid van metalen met hoge sterkte voor vroegtijdig falen onder invloed van waterstof.
- De norm ASTM E1681 beschrijft een methode voor het bepalen van de drempelwaarde voor de spanningsintensiteitsfactor bij het scheuren van metalen onder invloed van de omgeving. Deze testmethode wordt ook beschreven in de norm ASME B31.12 voor het testen van buizen en pijpleidingen in waterstofomgeving.
In andere omstandigheden worden de volgende genormeerde tests uitgevoerd in een waterstofatmosfeer:
- Trektests: ASTM E8 trektest op metaal (ook als ISO 6892-1)
- Kruiptests: ASTM E139 Richtlijnen voor het uitvoeren van kruiptests, kruip-scheurtests en spanning-scheurtests op metalen, ISO 204 uniaxiale kruiptests in trekrichting, ASTM E1457 Standaard testmethode voor meting van kruip-scheurgroeitijden in metalen
- SSRT (slow strain rate testing): ASTM G129, ASTM G142
- Kruipvermoeiing / Kruipscheurgroei: ASTM E2714, ASTM E2760
- Breukmechanica: ASTM E399 K1C kritische spanningsintensiteitsfactor, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 Scheurgroeisnelheden
- Low cycle fatigue / LCF: ASTM E606
- High cycle fatigue / HCF: DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- Tests zoals ISO 9015 - Hardheidsmetingen op lasnaden, ISO 22826 - Hardheidsmetingen op smalle lassen door laser of elektronenstraal volgens Vickers en Knoop, ISO 2639 - Bepaling en verificatie van de diepte van gecementeerde en geharde lagen
Testsystemen en opties voor de simulatie van een waterstofatmosfeer onder druk
ZwickRoell levert oplossingen voor een nauwkeurige bepaling van de mate waarin pijpleidingen en tanks vatbaar zijn voor scheuren onder invloed van waterstof. De bevindingen uit testresultaten en onderzoeken worden vervolgens gebruikt in een aanpak van het ontwerp op basis van breukmechanica voor transport en opslaginfrastructuur van waterstof, voor een maximale veiligheid van de structurele materialen.
Kruiptestmachines, statische testmachines en servohydraulische testsystemen tot 100 kN zijn geschikt voor deze tests. Het brede gamma tests bevat onder andere trektests, vermoeiingstests, en breukmechanisch onderzoek bij drukken tot 1.000 bar in een waterstofatmosfeer in een autoclaaf (tot 400 bar; speciale versies tot 1.000 bar) of adapters voor holle samples (holle sampletechnologie; tot 200 bar), en bij temperaturen van -85 °C tot +150 °C.
Vergelijking tussen autoclaaftechnologie en de methode met holle samples
| Autoclaaf | Hol sample | |
|---|---|---|
| Voordelen |
|
|
| Nadelen |
|
|
Overzicht van de veiligheidsnormen
- GB/T 26466: Stationaire met vlakke staalkabel omwonden vaten voor opslag van waterstof onder hoge druk
- GB/T 35544: Volledig omwikkelde met koolstofvezel versterkte cilinders met aluminium liner voor Theon-Board opslag van waterstof onder druk als brandstof voor landvoertuigen
- GB/T 34542: Opslag- en transportsystemen voor gasvormig waterstof - Deel 1: Algemene vereisten
- EN 17533: Gasvormig waterstof - cilinders en buizen voor stationaire opslag
- EN 17339: Transporteerbare gascilinders - volledig met koolstofcomposiet omwikkelde cilinders en buizen voor waterstof
- ISO 19881 Gasvormig waterstof - opslagvaten voor landvoertuigen
- CGA G-5.4-2019 Norm voor leidingsystemen voor waterstof op gebruikslocaties
- CGA G-5.6-2005 Leidingsystemen voor waterstof
- CGA G-5.8-2007 Leidingsystemen onder hoge druk voor waterstof op gebruikslocaties
- ASME B31.12- 2019 Leidingen en systemen voor waterstof
- ASME STP-PT006-2017 Ontwerprichtlijnen voor leidingen en systemen voor waterstof
