Hidrojenin metaller üzerindeki etkisi: Hidrojen kırılganlığı
Malzeme testi, hidrojen teknolojilerinin devam eden gelişimi ile yeni zorluklarla karşı karşıyadır: Taşıma ve depolama sırasında hidrojenin metalik malzemeler üzerindeki etkisi (hidrojen kırılganlığı) nedeniyle, kapsamlı malzeme testleri gereklidir.
Boru hatları ve tanklar öncelikle gaz halindeki hidrojeni taşımak için kullanılır. ASME B31.12, hidrojen taşıyan boruları ve boru hatlarını test etmek için önde gelen standart olarak malzeme testinde merkezi bir rol oynar.
- Gaz halindeki hidrojen, hidrojen tanklarında veya hidrojen silindirlerinde taşınmadan veya depolanmadan önce sıkıştırılır (200 - 700 bar). Optimum güvenliği sağlamak için, malzemenin hidrojen kırılganlığına karşı mekanik stabilitesi böyle bir basınçta garanti edilmelidir. Güvenlik gereksinimlerini en iyi şekilde karşılayabilmek için kullanılan malzemenin karakterize edilmesi gerekir.
- Boru hatları, büyük miktarlarda hidrojeni uzun mesafelere taşımak için uygundur. Halihazırda mevcut olan doğal gaz boru hattı, ayarlamalarla birlikte hidrojenin taşınması için verimli bir çözüm sunuyor. Burada malzeme karakterizasyonu, hem doğal gaz hem de hidrojen için mevcut altyapının en iyi şekilde kullanılmasını sağlamak için güvenlik standartlarının karşılanmasında çok önemli bir rol oynar. Hidrojenin doğal gazla karıştırılması da mümkündür. Yeni altyapıyı geliştirirken ve uyarlarken, kullanılan parça ve bileşenlerin hidrojen gevrekliği özellikleri açısından gücünü bilmek önemlidir.
Yüksek basınçlı bir hidrojen ortamında malzeme davranışı ve hidrojen kırılganlığı, kalite kontrol ve yeni malzeme geliştirme için temel unsurlardır.
standartlaştırılmış prosedürler Basınçlı hidrojen ortamında Test çözünleri Güvenlik standartları İlginç müşteri projeleri
Hidrojenin parçalanması nedir?
Hidrojen metale girdiğinde hidrojen kırılganlığı söz konusudur. Sonuç olarak, metal sünekliğini (süneklik, deforme olabilirlik) kaybeder ve zamanla kırılgan hale gelir. Bu, metalin akma mukavemetinin veya ilgili bileşenlerin tasarım gerilim sınırının altında erken arızaya neden olur. Başka bir deyişle: malzeme kadem kademe "yorulur".
Hidrojenin kaynağına bağlı olarak, iki tür hidrojen kırılganlığı (HE) vardır:
- Dahili hidrojen kırılganlığı (IHE). Hidrojen, imalat işlemi sırasında malzemeye nüfuz eder.
- Hidrojen çevresel kırılganlığı (HEE). Bu, hidrojenin çevreden emildiği ve malzeme kırılganlığını teşvik ettiği bir süreçtir.
Hidrojenin etkisi altındaki metallerin davranışını değerlendirmek için test yöntemleri (hidrojen kırılganlığı)
Metallerin hidrojen etkisi altındaki davranışını değerlendirmek için birçok standart test yöntemi kullanılır. Bunun için ZwickRoell test çözümleri mevcuttur:
- ASTM F519, yüksek mukavemetli metalik malzemelerin hidrojen etkisi altında (hidrojen kırılganlığı, kaplama işlemleri) davranışını değerlendirmek için sürekli yükleme altında mekanik bir test yöntemini açıklar.
- ASTM F1624, yüksek mukavemetli metalik malzemelerin gecikmeli hidrojen arızasına duyarlılığını değerlendirmek için hızlandırılmış bir test yöntemini açıklar.
- ASTM E1681 belirli çevre ve yükleme koşulları altında önceden çatlamış metal çatlak büyümesinin direncini belirleyen bir yöntemi açıklar. Bu test prosedürü aynı zamanda hidrojen ortamında boru testi ve boru hattı testi için ASME B31.12 standardı tarafından da belirtilmiştir.
Diğerlerinin yanı sıra aşağıdaki standart testler bir hidrojen ortamında gerçekleştirilir:
- Çekme testleri: ASTM E8 metaller üzerinde çekme testi (aynı zamanda ISO 6892-1)
- Sürünme testleri: ASTM E319 Sürünme, Sürünme ve Çekme Gerilmesi Testlerinin Yürütülmesine Yönelik Yönergeler, ISO 204 Tek Eksenli Çekme Sürünme Testi, ASTM E1457 Sürünme Çatlak Büyümesini Ölçmek için Standart Test Yöntemi
- SSRT (Slow-Strain-Rate-Testing): ASTM G129, ASTM G142
- Creep Fatigue / Creep Fatigue Crack Growth: ASTM E2714, ASTM E2760
- Kırılma mekaniği: ASTM E399 K1C Kritik Gerilme Yoğunluğu Faktörü, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 Çatlak Büyümesi
- Low Cycle Fatigue / LCF: ASTM E606
- High Cycle Fatigue / HCF (Dayanıklılık testi): DIN 50100, ASTM E466-15, ISO 1099
- Vickers ve Knoop'a göre ark kaynaklı bağlantılardaISO 9015 sertlik testi, dar, lazer ve elektron ışını kaynaklı bağlantılarda ISO 22826 sertlik testi, ISO 2639 Gaz tankı duvarının sertlik derinliğinin belirlenmesi ve doğrulanması gibi sertlik testleri
Test sistemleri ve basınçlı hidrojen ortamını simüle etme yolları
ZwickRoell, boru hatlarının ve tankların hidrojen kaynaklı çatlamaya tam olarak ne ölçüde duyarlı olduğunu belirlemek için çözümler sunar. Test ve incelemelerden elde edilen bulgular ve sonuçlar daha sonra hidrojen taşıma ve depolama altyapısı için kırılma mekaniğine dayalı tasarım yaklaşımına dahil edilir. Bu, yapısal malzemeler için en yüksek düzeyde güvenlik sağlar.
Testler için sürünme test cihazları, statik test cihazları ve 100 kN'ye kadar servo hidrolik test sistemleri kullanılmaktadır. Test aralığı, bir hidrojen ortamında 1000 bar 'a kadar basınçlarda hidrojen otoklavı (400 bar 'a kadar; 1000 bar 'a kadar özel tasarımlar) veya içi oyuklu numune adaptörleri (oyuklu numune tekniği; 200 Bar'a kadar) ve -85 ila +150 santigrat derece arasındaki sıcaklıklarda yapılan çekme testleri, yorulma testleri ve kırılma mekanik testlerini içerir.
Otoklav teknolojisi ve içi oyuklu numune yönteminin karşılaştırılması
| Otoklav | Oyuklu numune | |
|---|---|---|
| Avantaj |
|
|
| Dezavantajları |
|
|
Bir bakışta güvenlik standartları
- GB/T 26466: Yüksek basınçlı hidrojen depolama için sabit bobin sargılı yassı çelik tanklar
- GB/T 35544: Kara aracı yakıtı için sıkıştırılmış hidrojenin yerleşik olarak depolanması için alüminyum astarlı tamamen sarılmış karbon fiber takviyeli silindirler
- GB/T 34542: Gaz halindeki hidrojen için depolama ve taşıma sistemleri - Bölüm 1: Genel Gereksinimler
- EN 17533: Gaz halindeki hidrojen - sabit depolama için silindirler ve tüpler
- EN 17339: Portatif Gaz Silindirleri - Hidrojen için tamamen kaplanmış karbon kompozit silindirler ve tüpler
- ISO 19881: Gaz halindeki hidrojen - kara araçları için yakıt depoları
- Tüketici Sahalarında Hidrojen Boru Sistemleri için CGA G-5.4-2019 Standardı
- CGA G-5.6-2005 Hidrojen Boru Sistemleri
- CGA G-5.8-2007 Tüketici Sahalarında Yüksek Basınçlı Hidrojen Boru Sistemleri
- ASME B31.12- 2019 Hidrojen Boru Tesisatı ve Kanalı
- ASME STP-PT006-2017 Hidrojen Boru Tesisatı ve Kanalı için Tasarım Yönergeleri
