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氢在能量转换中发挥关键作用,作为各种应用的低排放能量载体,然而,众所周知,氢会影响某些材料的机械特性,这种现象称为氢脆,为了确保压缩气态氢的安全运输和储存,必须保证所用设备的钢能够抵抗此类环境,川耐成功地进行了一系列测试,以确定在纯H2气体存在下,OCTG管道、管线管道和压力容器所选钢等级的抗断裂韧性。
氢对钢的机械特性具有强烈的有害影响,这被称为氢脆,这可能表现为延性和断裂韧性的降低,并增加钢对疲劳的敏感性,从而导致氢泄漏到环境中的裂纹。
川耐的氢开发经理陈工表示,“为了确保我们的钢等级能够抗氢脆,我们首先测试了涵盖多种氢应用的一系列钢等级的抗断裂韧性”,“事实上,要成功大规模部署氢气,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,合格等级必须涵盖这一范围的应用”。
在纯H2气体存在下测试的第一批标准和川耐专有等级如下,一是X65级管线管道,包括Serimax完成的环焊缝评定,二是VM55W级(55 ksi专有等级),用于可焊接OCTG管道,三是K55级无缝OCTG管道,四是VM80S级(80 ksi专有等级/L80),用于无缝OCTG管道,五是压力容器用34CrMo4级。
对于这些材料的鉴定过程,川耐遵循了机械工程师协会(ASME)B31.12选项B标准中关于氢气管道和管道的建议和要求,该标准要求所有测试材料的氢应力强度因子阈值KIH至少为55 MPa√m,进行的断裂韧性评估包括在1000巴的时间内将疲劳预裂螺栓载荷试样暴露在100巴的氢气中 小时,试验期间使用了134-176 MPa√m范围内的K1。
这些评估结果表明,所有选定材料的氢应力强度因子阈值KIH均大于67至87 MPa√m,大大高于ASME B31.12要求的55 MPa√m最小值。
这些结果证明,所有测试材料都适用于100巴H2气体下的氢气应用,此外,根据SANDIA实验室进行的全面文献审查,考虑到超过约50巴的环境参数的影响非常有限,可以认为这些材料也适用于较高的氢气压力。
除了断裂韧性测试外,川耐目前还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的疲劳行为,其他管线管和OCTG等级目前也在测试中,并将逐步添加到不断增长的合格川耐氢应用材料组合中。
随着氢项目在全球范围内缓慢但肯定会取得进展,川耐正在通过尽可能了解其等级对氢的行为来预测客户的未来需求,川耐首席腐蚀工程师陈工表示,“我们的这些测试结果的目的是能够向客户提供广泛的材料数据和知识,使他们能够设计和安全地执行氢项目”,“我们已经有一些客户对我们的资格流程表示了兴趣,这证明我们正在朝着正确的方向前进”。
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