Vpliv vodika na kovine: Vodikova krhkost
Z nenehnim napredkom vodikovih tehnologij se preskušanje materialov sooča z novimi izzivi: zaradi vpliva vodika (vodikova krhkost) na kovinske materiale med transportom in skladiščenjem jih je treba celovito preskusiti. Cevovodi in rezervoarji so glavni način transporta plinastega vodika. Tukaj ima ASME B31.12 osrednjo vlogo pri preskušanju materialov kot vodilni standard za preskuse cevi in cevovodov za prenos vodika.
- Plinasti vodik se stisne (200–700 barov) v rezervoarjih za vodik ali vodikovih jeklenkah pred prevozom ali za namene skladiščenja. Za zagotovitev največje varnosti pri tej ravni tlaka je treba zagotoviti mehansko stabilnost materiala pred vodikovo krhkostjo. Da bi v največji možni meri izpolnili varnostne zahteve, je treba uporabljeni material karakterizirati.
- Cevovodi so idealni za transport velikih količin vodika na velike razdalje. Že obstoječi plinovod s prilagoditvami je učinkovita rešitev za transport vodika. Pri tem igra karakterizacija materiala ključno vlogo pri izpolnjevanju varnostnih standardov, da bi optimalno uporabili obstoječo infrastrukturo tako za zemeljski plin kot za vodik. Možno je tudi mešanje vodika z zemeljskim plinom. Pri razvoju in prilagajanju novih infrastruktur je pomembno poznati trdnost uporabljenih komponent glede na njihove lastnosti vodikove krhkosti.
Vodikova krhkost in obnašanje materiala v vodikovem okolju pri visokem tlaku sta ključna elementa v zvezi z nadzorom kakovosti in razvojem novih materialov
Standardizirane metode Preskušanje raztopin v okolju stisnjenega vodika Varnostni standardi Zanimivi projekti strank
ZwickRoell preskusne rešitve
- Za preskušanje materialov se uporabljajo stroji za statično preskušanje in servohidravlični sistemi za preskušanje do 100 kN za izvajanje nateznih preskusov, preskusov utrujanja in preiskav mehanike loma pri tlakih do 1000 barov v vodikovem okolju. (Temperatura: -85° do +150 °C).
- Poleg tega je treba določiti odpovedno obnašanje materialov v tekočem vodiku pri statični, nihajoči in obremenitvi lezenja pri nizkih temperaturah (približno 22 Kelvinov). Tu pridejo v uporabo stroji za statično preskušanje, stroji za preskušanje utrujanja in stroji za preskušanje lezenja. Več informacij o preskušanju z lezenjem.
ZwickRoell preskusne rešitve
Za določanje obnašanja kovin pod vplivom vodika se uporabljajo številne standardizirane preskusne metode. ZwickRoell ponuja prave preskusne rešitve za te vrste preskusov:
- Standard ASTM F519 opisuje mehansko preskusno metodo z dolgotrajno obremenitvijo za oceno obnašanja kovinskih materialov visoke trdnosti pod vplivom vodika (vodikova krhkost, postopek galvanizacije)
- Standard ASTM F1624 opisuje pospešeno preskusno metodo za določanje dovzetnosti kovinskih materialov visoke trdnosti za časovno zakasnjeno odpoved pod vplivom vodika.
- Standard ASTM E1681 definira metodo za določanje mejnega faktorja intenzivnosti napetosti za razpokanje kovinskih materialov s pomočjo okolja. To preskusno metodo določa tudi standard ASME B31.12 v kontekstu preskušanja cevi in cevovodov v vodikovem okolju.
Med drugimi pogoji se v vodikovem okolju izvajajo naslednji standardni preskusi:
- Natezno preskušanje: ASTM E8 natezni preskusi na kovinah (kot tudi ISO 6892-1)
- Preskušanje z lezenjem: ASTM E139 Smernice za izvajanje preskusov lezenja, pretrganja pri lezenju in pretrganja ob napetosti kovinskih materialov, ISO 204 Enoosno preskušanje lezenja v napetosti, ASTM E1457 Standardna preskusna metoda za merjenje časov rasti razpok pri lezenju pri kovinah
- SSRT (preskušanje počasne stopnje deformacije): ASTM G129, ASTM G142
- Utrujanje zaradi lezenja / rast razpok zaradi utrujanja zaradi lezenja: ASTM E2714, ASTM E2760
- Mehanika loma: ASTM E399 K1C faktor intenzivnosti kritične napetosti, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 Stopnje rasti razpok
- Nizko ciklično utrujanje / LCF: ASTM E606
- Visoko ciklično utrujanje / HCF: DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- Preskusi, kot so ISO 9015 – Merjenje trdote na obločno varjenih spojih, ISO 22826 – Merjenje trdote ozkih spojev, varjenih z laserjem in elektronskim žarkom po Vickersu in Knoopu, ISO 2639 – Določanje in preverjanje globine naogljičenih in utrjenih ohišij
Preskusni sistemi in možnosti za simulacijo okolja stisnjenega vodika
ZwickRoell ponuja rešitve za natančno določanje, v kolikšni meri so cevovodi in rezervoarji dovzetni za razpoke, ki jih povzroči vodik. Ugotovitve in rezultati preskusov in raziskav so nato vključeni v načrtovalski pristop, ki temelji na mehaniki loma, za infrastrukturo za transport in shranjevanje vodika, da se zagotovi največja varnost strukturnih materialov.
Stroji za preskušanje z lezenjem, stroji za statično preskušanje in servohidravlični sistemi za preskušanje do 100 kN se uporabljajo za te preskuse. Širok izbor preskusov vključuje natezne preskuse, preskuse utrujanja in preiskave mehanike loma, ki se izvajajo pri tlakih do 1000 barov v vodikovem okolju prek vodikovega avtoklava (do 400 barov; posebne izvedbe do 1000 barov) ali adapterjih za votle vzorce (tehnologija votlih vzorcev; do 200 barov) in pri temperaturah od -85 °C do +150 °C.
Primerjava med tehnologijo avtoklava in metodo votlih vzorcev
| Avtoklav | Votel vzorec | |
|---|---|---|
| Prednosti |
|
|
| Slabosti |
|
|
Pregled varnostnih standardov
- GB/T 26466: Stacionarne posode z ravnim jeklenim trakom za shranjevanje visokotlačnega vodika
- GB/T 35544: Popolnoma oviti valji, ojačani z ogljikovimi vlakni, z aluminijasto oblogo za shranjevanje stisnjenega vodika kot goriva za kopenska vozila na plošči Theon
- GB/T 34542: Sistemi za shranjevanje in transport plinastega vodika – 1. del: Splošne zahteve
- EN 17533: Plinasti vodik - jeklenke in cevi za stacionarno shranjevanje
- EN 17339: Prenosne plinske jeklenke – popolnoma ovite ogljikove kompozitne jeklenke in cevi za vodik
- ISO 19881: Plinasti vodik - posode za gorivo za kopenska vozila
- CGA G-5.4-2019 Standard za cevne sisteme za vodik na uporabniških lokacijah
- CGA G-5.6-2005 Vodikovi cevovodni sistemi
- CGA G-5.8-2007 Visokotlačni cevni sistemi za vodik na lokacijah potrošnikov
- ASME B31.12- 2019 Vodikove cevi in cevovodi
- ASME STP-PT006-2017 Smernice za načrtovanje vodikovih cevi in cevovodov
