Influenza dell’idrogeno sui metalli: Infragilimento da idrogeno
Con il continuo progresso delle tecnologie dell'idrogeno, i test sui materiali si trovano ad affrontare nuove sfide: a fronte dell'influenza dell'idrogeno (infragilimento da idrogeno) sui materiali metallici durante il trasporto e lo stoccaggio, questi devono essere sottoposti a test completi. Le tubazioni e i serbatoi sono il principale metodo di trasporto dell'idrogeno gassoso. In questo caso, la norma ASME B31.12 svolge un ruolo centrale nelle prove sui materiali, essendo lo standard principale per le prove su tubazioni e condutture che trasportano idrogeno.
- L'idrogeno gassoso viene compresso (200-700 bar) in serbatoi o bombole di idrogeno prima del trasporto o dello stoccaggio. Per garantire la massima sicurezza a questo livello di pressione, è necessario assicurare la stabilità meccanica del materiale contro l'infragilimento da idrogeno. Per soddisfare il più possibile i requisiti di sicurezza, il materiale utilizzato deve essere caratterizzato.
- I gasdotti sono ideali per il trasporto di grandi volumi di idrogeno su lunghe distanze. I gasdotti per il gas naturale già esistenti, con i dovuti adattamenti, rappresentano una soluzione efficiente per il trasporto dell'idrogeno. In questo caso, la caratterizzazione dei materiali gioca un ruolo cruciale nel rispetto degli standard di sicurezza, al fine di utilizzare in modo ottimale l'infrastruttura esistente sia per il gas naturale che per l'idrogeno. È anche possibile miscelare l'idrogeno con il gas naturale. Nello sviluppo e nell'adattamento di nuove infrastrutture, è importante conoscere la resistenza dei componenti utilizzati in termini di proprietà di infragilimento da idrogeno.
L'infragilimento da idrogeno e il comportamento dei materiali in un ambiente di idrogeno ad alta pressione sono gli elementi fondamentali per il controllo di qualità e lo sviluppo di nuovi materiali.
Metodi standardizzati Soluzioni di prova in ambiente di idrogeno compresso Standard di sicurezza Progetti interessanti
Soluzioni di prova ZwickRoell
- Per le prove materiali, vengono utilizzate macchine per prove statiche e sistemi di prova servoidraulici fino a 100 kN per eseguire prove di trazione, prove di fatica e indagini di meccanica della frattura a pressioni fino a 1000 bar in un’atmosfera di idrogeno. (Temperatura: -85 °C fino a +150 °C).
- Inoltre, il comportamento di rottura dei materiali nell'idrogeno liquido deve essere determinato sotto carico statico, oscillante e di creep a basse temperature (circa 22 Kelvin). Qui entrano in gioco le macchine per prove statiche, le macchine per prove di fatica e le macchine per prove di creep. Scopri di più sulle prove di creep.
Soluzioni di prova ZwickRoell
Per determinare il comportamento dei metalli sotto l'influenza dell'idrogeno vengono utilizzati molti metodi di prova standardizzati. ZwickRoell offre le soluzioni giuste per questi tipi di test:
- La norma ASTM F519 descrive un metodo di prova meccanico con carico prolungato per valutare il comportamento dei materiali metallici ad alta resistenza sotto l'influenza dell'idrogeno (infragilimento da idrogeno, processo di placcatura).
- La norma ASTM F1624 descrive un metodo di prova accelerato per determinare la suscettibilità dei materiali metallici ad alta resistenza alla rottura ritardata influenzata dall'idrogeno.
- La norma ASTM E1681 definisce un metodo per determinare il fattore di intensità delle sollecitazioni di soglia per “environment-assisted cracking” dei materiali metallici. Questo metodo di prova è specificato anche dalla norma ASME B31.12 nel contesto del collaudo di tubi e condutture per il trasporto di idrogeno.
I seguenti test standard vengono eseguiti in ambiente a idrogeno:
- Prove di trazione: Prove di trazione sui metalli ASTM E8 - (così come ISO 6892-1)
- Prove di creep ASTM E139 Linee guida per la conduzione di prove di creep, creep-rupture e stress-rupture sui materiali metallici, ISO 204 Test di creep monoassiale in tensione, ASTM E1457 Metodo di prova standard per la misurazione dei tempi di crescita delle cricche da creep nei metalli
- SSRT (slow strain rate testing): ASTM G129, ASTM G142
- Creep a fatica / crescita della cricca a fatica: ASTM E2714, ASTM E2760
- Meccanica della frattura: ASTM E399 K1C fattore di intensità dello stress critico, ASTM E1820, BS8571, ASTM E647 Velocità di crescita della cricca
- Fatica a basso numero di cicli / LCF: ASTM E606
- Fatica ad alto numero di cicli / HCF: ISO 50100, ASTM E466-15, DIN 1099
- ISO 9015 - Prova di durezza su giunti saldati ad arco, ISO 22826 - Prova di durezza Vickers e Knoop su giunti stretti saldati con laser e fasci di elettroni, - Determinazione e verifica della profondità di cementazione.
Sistema di prova e opzioni per la simulazione di un ambiente a idrogeno compresso
ZwickRoell offre soluzioni per determinare con accuratezza il grado di suscettibilità di tubazioni e serbatoi alle cricche indotte dall'idrogeno. Le conclusioni e i risultati dei test e delle indagini vengono successivamente incorporati nell'approccio progettuale basato sulla meccanica della frattura per le infrastrutture di trasporto e stoccaggio dell'idrogeno, per garantire la massima sicurezza dei materiali strutturali.
Per questi test vengono utilizzate macchine per prove di creep, macchine per prove statiche e macchine per prove servoidrauliche fino a 100 kN. L'ampia gamma di test comprende prove di trazione, prove di fatica e indagini di meccanica della frattura eseguite a pressioni fino a 1.000 bar in un ambiente di idrogeno tramite autoclave a idrogeno (fino a 400 bar; versioni speciali fino a 1.000 bar) o adattatore per provini cavi (tecnologia dei provini cavi; fino a 200 bar), e a temperature che vanno da -85 °C a +150 °C.
Confronto tra la tecnologia dell'autoclave e il metodo del provino cavo
| Autoclave | Provino cavo | |
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| Vantaggi |
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| Svantaggi |
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Normative di sicurezza
- GB/T 26466: Stationary Flat Steel Ribbon Wound Vessels for Storage of High Pressure Hydrogen
- GB/T 35544: Fully Wrapped Carbon Fiber Reinforced Cylinders with an Aluminum Liner for Theon-Board Storage of Compressed Hydrogen as Fuel for Land Vehicles
- GB/T 34542: Storage and Transportation Systems for Gaseous Hydrogen - Part 1: General Requirements
- EN 17533: Gaseous Hydrogen - Cylinders and Tubes for Stationary Storage
- EN 17339: Transportable Gas Cylinders - Fully Wrapped Carbon Composite Cylinders and Tubes for Hydrogen
- ISO 19881: Gaseous Hydrogen - Land Vehicle Fuel Containers
- CGA G-5.4-2019 Standard for Hydrogen Piping Systems at User Locations
- CGA G-5.6-2005 Hydrogen Pipeline Systems
- CGA G-5.8-2007 High Pressure Hydrogen Piping Systems at Consumer Locations
- ASME B31.12- 2019 Hydrogen Piping and Pipelines
- ASME STP-PT006-2017 Design Guidelines for Hydrogen Piping and Pipelines
