作为低排放的能源载体,氢能在能源转型中发挥着关键作用。然而,氢会影响某些材料的机械性能,这种现象被称为氢脆。为了确保压缩气态氢的安全运输和储存,必须确认钢材经过验证,能够抵抗该环境。瓦卢瑞克成功地进行了第一系列测试,鉴定了在纯氢环境下用于OCTG1钢管、管线管和压力容器的一系列钢级的抗断裂韧性。
氢对钢的机械性能有很强的负面影响,即氢脆。表现为降低延展性和断裂韧性,并提高钢对疲劳应用的敏感性,从而导致开裂,使氢气泄漏到环境中。
“为了确保我们的钢级耐氢脆,我们首先测试了不同氢应用中一系列钢级的抗断裂韧性”,瓦卢瑞克氢能开发经理Laurent Delattre解释说。“事实上,为了成功大规模部署氢能应用,需要广泛的基础设施,从管道运输到大量地下储存或少量气瓶储存。因此,通过资质认证的钢级需要满足这一些列应用范围。”
在纯氢环境下,第一批进行测试的标准和瓦卢瑞克的专有钢级是:
对于这些材料的认证过程,瓦卢瑞克遵循了美国机械工程师学会(ASME)B31.12 B标准对氢能管道和管线的建议和要求:所有测试材料提供至少55 MPa√m的氢应力强度因子阈值KIH。进行的断裂韧性评估涉及室温环境中,在1,000小时内将疲劳预裂纹载荷试样暴露于100 bar氢气中。测试期间使用了134-176 MPa√m范围内应用的K1。
评估的结果表明,所有选定材料的氢应力强度因子阈值KIH大于67至87 MPa√m,基本上高于ASME B31.12要求的55 MPa√m最小值。
这些结果表明,所有测试材料都适用于100 bar 氢气下的氢能应用中。此外,根据SANDIA2实验室的文献综述,考虑到该环境参数超过约50 bar的影响非常有限,因此可以说这些材料也适用于更高的氢气压力。
除了断裂韧性测试外,瓦卢瑞克目前正在进行疲劳裂纹扩展速率测试,以便让客户全面了解钢对氢气的疲劳行为。其他管线管和油井管钢级也在测试中,将不断增加瓦卢瑞克氢能应用的合格产品组合。
氢能项目在世界各地缓慢且稳定的推动中,瓦卢瑞克不断发掘钢级对氢的影响,以便更好地预测客户的需求。
“这些测试结果为客户提供丰富的材料数据,能够设计并安全地执行氢能项目,”瓦卢瑞克首席腐蚀研究工程师Florian Thébault解释道,“已经有一些客户对我们的资格认证过程表示感兴趣,这说明我们前进的方向是正确的。”
这些认证结果与瓦卢瑞克参与的HystorIES项目获得的结果一致。瓦卢瑞克的L80和K55在多孔介质中更苛刻的腐蚀性环境中使用不同的方法顺利完成了测试。点击阅读HystorIES材料认证报告。这些测试也是瓦卢瑞克的承诺,DNV的H2Pipe JIP一部分,合作制定管线中氢气运输路线。
凭借石油管材、管线管和机械钢级及其VAM®特殊扣的氢认证,瓦卢瑞克已经能够为大部分氢能应用供应链提供产品及解决方案组合,包括大、中、小批量的运输和储存。
[1]石油管材
[2]San Marchi, C., and Somerday, B., 2012, Technical Reference for Hydrogen Compatibility of Materials, SAND2012-7321.