Uticaj vodonika na metale: Krtost vodonika
Sa stalnim napretkom vodoničnih tehnologija, ispitivanje materijala se suočava sa novim izazovima: zbog uticaja vodonika (vodonične krtosti) na metalne materijale tokom transporta i skladištenja, oni moraju biti podvrgnuti sveobuhvatnom ispitivanju. Cevovodi i rezervoari su glavni način transporta gasovitog vodonika. Ovde, ASME B31.12 igra centralnu ulogu u ispitivanju materijala kao vodeći standard za ispitivanja cevi i cevovoda koji nose vodonik.
- Gasoviti vodonik se komprimuje (200-700 bara) u rezervoarima vodonika ili bocama za vodonik pre transporta ili u svrhu skladištenja. Da bi se osigurala maksimalna bezbednost na ovom nivou pritiska, mehanička stabilnost materijala mora biti osigurana protiv vodonične krtosti. Da bi se bezbednosni zahtevi ispunili u najvećoj mogućoj meri, materijal koji se koristi mora biti okarakterisan.
- Cevovodi su idealni za transport velikih količina vodonika na velike udaljenosti. Već postojeći gasovod – sa adaptacijama – predstavlja efikasno rešenje za transport vodonika. Ovde, karakterizacija materijala igra ključnu ulogu u ispunjavanju bezbednosnih standarda kako bi se optimalno koristila postojeća infrastruktura i za prirodni gas i za vodonik. Takođe je moguće mešati vodonik sa prirodnim gasom. Prilikom razvoja i adaptacije novih infrastruktura, važno je znati čvrstoću korišćenih komponenti u smislu njihovih svojstava vodonične krtosti.
Vodonična krtost i ponašanje materijala u vodoničnom okruženju pod visokim pritiskom su ključni elementi kontrole kvaliteta i razvoja novih materijala.
Standardizovane metode Rešenja za ispitivanje u okruženju komprimovanog vodonika Bezbednosni standardi Zanimljivi projekti kupaca
Šta je vodonična krtost?
Vodonična krtost nastaje kada vodonik prodre u metal, zbog čega metal gubi svoju duktilnost (istezljivost, oblikovnost) i vremenom postaje krt. To dovodi do prevremenog otkaza ispod granice popuštanja metala ili projektovanog napona odgovarajućih komponenti. Drugim rečima, materijal postepeno podleže zamoru.
U zavisnosti od izvora vodonika, razlikuju se dve vrste vodonične krtosti (VK):
- Unutrašnja vodonična krtost. Ovde vodonik prodire u materijal tokom procesa proizvodnje.
- Krtost usled vodonika (HEE). Ovo podrazumeva proces u kome se vodonik apsorbuje iz okoline i podstiče krtost materijala.
Metoda ispitivanja za određivanje ponašanja metala pod uticajem vodonika (vodonična krtost)
Mnoge standardizovane metode ispitivanja se koriste za određivanje ponašanja metala pod uticajem vodonika. ZwickRoell nudi odgovarajuća rešenja za ispitivanje za ove vrste ispitivanja:
- Standard ASTM F519 opisuje mehaničku metodu ispitivanja sa kontinuiranim opterećenjem za procenu ponašanja metalnih materijala visoke čvrstoće pod uticajem vodonika (vodonična krtost, proces prevlake)
- Standard ASTM F1624 opisuje ubrzanu metodu ispitivanja za određivanje podložnosti metalnih materijala visoke čvrstoće na vremenski odloženo lomljenje pod uticajem vodonika.
- Standard ASTM E1681 definiše metod za određivanje graničnog faktora intenziteta napona za pucanje metalnih materijala uz pomoć okoline. Ova metoda ispitivanja je takođe specificirana standardom ASME B31.12 u kontekstu ispitivanja cevi i ispitivanja cevovoda u vodoničnom okruženju.
Između ostalih uslova, sledeći standardni ispitivanja se sprovode u vodoničnom okruženju:
- Ispitivanja zatezanja: ASTM E8 ispitivanje zatezanja metala (kao i ISO 6892-1)
- Ispitivanje puzanja: ASTM E139 Smernice za sprovođenje ispitivanja puzanja, ispitivanja puzanja pri lomu i ispitivanja napona pri lomu metalnih materijala, ISO 204 Jednoosno ispitivanje puzanja na zatezanje, ASTM E1457 Standardna metoda ispitivanja za merenje vremena rasta prsline pri puzanju u metalima
- SSRT (ispitivanje spore brzine deformacije): ASTM G129, ASTM G142
- Zamor od puzanja / rast pukotina od zamora od puzanja: ASTM E2714, ASTM E2760
- Mehanika loma: ASTM E399 K1C kritični faktor intenziteta napona, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 brzine rasta pukotina
- Zamor niskog ciklusa / LCF: ASTM E606
- Visokociklični zamor / HCF: DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- Ispitivanja kao što su ISO 9015 – Ispitivanje tvrdoće na elektrolučno zavarenim spojevima, ISO 22826 – Ispitivanje tvrdoće uskih spojeva zavarenih laserskim i elektronskim snopom prema Vickersu i Knoopu, ISO 2639 – Određivanje i verifikacija dubine naugljeničenih i kaljenih kućišta
Sistemi za ispitivanje i opcije za simulaciju okruženja sa komprimovanim vodonikom
ZwickRoell nudi rešenja za precizno određivanje stepena u kojem su cevovodi i rezervoari podložni pukotinama izazvanim vodonikom. Rezultati ispitivanja i istraživanja se potom uključuju u pristup projektovanju infrastrukture za transport i skladištenje vodonika zasnovan na mehanici loma kako bi se osigurala maksimalna bezbednost konstrukcionih materijala.
Za ova ispitivanja koriste se mašine za ispitivanje puzanja, univerzalne mašine za statičko ispitivanje i servohidraulični sistemi za ispitivanje do 100 kN. Širok spektar ispitivanja obuhvata ispitivanja zatezanja, ispitivanja zamora i istraživanja mehanike loma koja se izvode pod pritiscima do 1.000 bara u vodoničnom okruženju pomoću vodoničnog autoklava (do 400 bara; posebne verzije do 1.000 bara) ili adaptera za šuplje uzorke (tehnologija šupljih uzoraka; do 200 bara), i na temperaturama u rasponu od -85 °C do +150 °C.
Poređenje između tehnologije autoklava i metode šupljeg uzorka
| Autoklav | Šuplji uzorak | |
|---|---|---|
| Prednosti |
|
|
| Nedostaci |
|
|
Pregled bezbednosnih standarda
- GB/T 26466: Stacionarne posude sa ravnim čeličnim trakastim namotajima za skladištenje vodonika pod visokim pritiskom
- GB/T 35544: Potpuno obloženi cilindri ojačani ugljeničnim vlaknima sa aluminijumskom oblogom za skladištenje komprimovanog vodonika kao goriva za kopnena vozila u vozilu
- GB/T 34542: Sistemi za skladištenje i transport gasovitog vodonika - Deo 1: Opšti zahtevi
- EN 17533: Gasoviti vodonik - cilindri i cevi za stacionarno skladištenje
- EN 17339: Prenosive gasne boce - potpuno obmotane boce i cevi od ugljeničnih kompozita za vodonik
- ISO 19881: Gasoviti vodonik - Kontejneri za gorivo za kopnena vozila
- CGA G-5.4-2019 Standard za sisteme vodoničnih cevi na lokacijama korisnika
- CGA G-5.6-2005 Sistemi cevovoda za vodonik
- CGA G-5.8-2007 Sistemi cevovoda za vodonik pod visokim pritiskom na lokacijama potrošača
- ASME B31.12- 2019 Vodonični cevi i cevovodi
- ASME STP-PT006-2017 Smernice za projektovanje vodoničnih cevi i cevovoda
