Вадародная эканоміка: Адлюстроўванне марак нержавеючай сталі на розныя часткі ланцуга даданай каштоўнасці

Вадародная эканоміка: Адлюстроўванне марак нержавеючай сталі на розныя часткі ланцуга даданай каштоўнасці

Пераход на нізкауглядныя выкіды паскараецца, і водкі прадбачаецца адыграць вырашальную ролю. Аднак водкі ставіць унікальную задачу: гэта вядома цяжкі элемент для захоўвання і апрацоўкі. Яе малы малекулярны памер робіць яе схільнай да ўцечкі, а пры пэўных умовах яна можа выклікаць катастрафічнае ахіленне ў звычайных металах, што прыводзіць да выхаду з ладу кампанентаў.

Вось дзе выбар матэрыялу становіцца крытычным. Нержавеючая сталь, якая валодае выдатнай стойкасцю да карозіі і механічнымі ўласцівасцямі, з'яўляецца асноўным рухавіком эканомікі водню. Але не ўсе маркі нержавеючай сталі аднолькавыя. Выбар няправільнай маркі можа прывесці да рызыкі бяспекі, прастою ў аперацыях і дарагіх рамонтаў.

Гэтая артыкул прадстаўляе практычную карту марак нержавеючай сталі для канкрэтных частак воднёвай каштоўнаснай ланцужка, ад вытворчасці да канчатковага выкарыстання, забяспечваючы надзейнасць і бяспеку без зайвага інжынернага праектавання.

Галоўная праблема: Воднёвае ахрупліванне

Перад выбарам маркі вельмі важна разумець ворага: Воднёвае ахрупліванне (ВА) . ВА — гэта працэс, пры якім атамарны водань пранікае ў метал, памяншаючы яго пластычнасць і трываласць супраціву трэшчынам. Гэта можа выклікаць утворэнне трэшчын і выхад з ладу пад узроўнем напружанняў значна ніжэй за межу пастойнасці матэрыялу. Асноўныя чыннікі, якія ўплываюць на ВА, уключаюць:

• Ціск водню: Павелічэнне ціску павялічвае паглынанне водню.

• Температура: Рызыка найвышэй пры вакольнай тэмпературы; ён памяншаецца пры вельмі высокай ці крыягенных тэмпературах.

• Мікраскопічная структура матэрыялу: Аўстынітныя няржавеючыя сталі (напрыклад, 304, 316) звычайна значна больш стойкія да ВА, чым мартэнсітныя ці ферытныя сталі, з-за іх кубічнай гранецэнтрыраванай (FCC) структуры.

Улічваючы гэта, давайце зmapуем маркі на ланцужок каштоўнасці.

Абранне няржавеючай сталі на ўсім ланцужку каштоўнасці водню

1. Вытворчасць: Электраліз

Зялёны водань вырабляецца шляхам раскладання вады на водань і кісларод з дапамогай электралізатараў (PEM, Alkaline, SOEC).

• Асноўнае асяроддзе: Падвярганне дэманізаванай вадзе, кіслароду, водню і моцных электралітаў, як калій вадкі (KOH) пры павышанай тэмпературы.

• Асноўная праблема: Агульная карозія, ямкавая карозія і карозія пры напружанні (SCC).

• Рэкамендаваныя маркі:

  • Біполярныя пласціны: 316L часта выкарыстоўваецца як асноўная. Малібден у яе складзе забяспечвае павышеную стойкасць да ямкавай карозіі. Для больш агрэсіўных умоў або доўгавечнасці дуплексныя нержавеючыя сталі, як то 2205 (UNS S32205), адметныя высокай міцнасцю і адрознай стойкасцю да карозіі пры напружанні хларыдамі.

  • Внутраныя кампаненты і карпус:  304L або 316L як правіла, дастатковыя для канструкцыі, якая не знойдзецца ў прамым кантакце з найбольш агрэсіўным асяроддзем.

2. Ашчыненне і захоўванне

Для атрымання эфектыўнай шчыльнасці энергіі пры транспорціроўцы вадарод часта ашчыняюць да -253°C (-423°F).

• Асноўнае асяроддзе: Крыягенныя тэмпературы, высокія ціскі.

• Асноўная праблема: Захаванне высокай трываласці і пластычнасці пры экстрэмальных крыягенных тэмпературах. Асноўная праблема бяспекі — патокі праз эмбрытвліванне.

• Рэкамендаваныя маркі:

  • Крыягенныя ёмістасці і трубаправоды:  Аўстэнітныя нержавеючыя сталі з'яўляюцца безумоўным выбарам у гэтых выпадках. Іх ГЦК-структура застаецца надзвычай трывалай пры крыягенных тэмпературах.

    • 304L (UNS S30403) з'яўляецца найбольш распаўсюджаным і эканамічна эфектыўным матэрыялам для ўнутраных рэзервуараў, труб і кранаў.

    • 316L (UNS S31603) выкарыстоўваецца ў выпадках, калі патрэбна дадатковая стойкасць да карозіі, якую забяспечвае молібден.

    • Сплавы з высокім змесцівам нікелю (напрыклад, 304LN, 316LN): Катэгорыя "L" (нізкавугляродная) неабходна для прадухілення сэнсібілізацыі. Катэгорыі "N" (азот) забяспечваюць павышаную мцність для вытрымкі высокага ціску ў здатных да лёгкай эксплуатацыі ёмістасцях.

3. Транспартоўка і размеркаванне

Гэта ўключае транспартоўку вадкага вадароду (LH2) праз крыягенныя цысцерны ці стиснутага газападобнага вадароду (CGH2) праз цыліндрычныя цягнікі і трубаправоды.

• Асноўнае асяроддзе: Цыклічнае нагрузкаванне ціску, магчымасць знешняй карозіі (напрыклад, соль для распалажэння дарог), крыягенныя тэмпературы для LH2.

• Асноўная праблема: Стойкасць да стомленасці, механічная мцність для высокатыскавых ёмістасцей (CGH2) і стойкасць да карозіі.

• Рэкамендаваныя маркі:

  • Цыліндры цягнікоў (для CGH2 пры 250-500+ бар): Высокатыскавыя ёмістасці часта вырабляюць з храм-малібдэнавай сталі (напрыклад, 4130X) з кампазітным аплютваннем. Аднак унутраныя ўкладышы ці кампаненты, якія стыкаюцца з вадародам, могуць выкарыстоўваць 316L для яго стойкасці да ВЭ (водароднае ахвяраванне).

  • Клапаны, арматура і трубаправоды:  316L з'яўляецца стандартным варыянтам з-за сваёй універсальнай эфектыўнасці. Для больш цяжкіх умоў эксплуатацыі дуплекс 2205 мае падвоеную межу цягнучасці, што дазваляе выкарыстоўваць больш тонкія і лёгкія кампаненты — гэта крытычны фактар для мабільнага транспорту.

  • Вадкавыя трубаправоды: Для новых трубаправодаў, прызначаных для водню, аўстынітныя нержавеючыя сталі, як 316L з'яўляюцца першакаранёвым кандыдатам. Існуючая сетка газаправодаў (якая звычайна выраблена з вуглаводароднай сталі) па асноўным ліку непрыдатная для транспартоўкі водню без істотнай мадыфікацыі з-за рызыкі ВВВ.

4. Станцыі запраўкі і канчатковы выкарыстанне

Гэта ўключае станцыі запраўкі водневым палівам (HRS) для рухавікоў на паліўных элементах і самыя паліўныя элементы.

• Асноўнае асяроддзе: Водарод пад высокім ціскам (700 бар для транспартных сродкаў), цыклічнае нагружванне (частыя цыклы запраўкі), навакольная тэмпература.

• Асноўная праблема: Высокая стойкасць да зносоў і максімальная стойкасць да водароднага ахрупчання пры цыклавым высокім ціску.

• Рэкамендаваныя маркі:

  • Каністры (на станцыі): Падобна транспарціроўцы, гэта ёсць высокі ціск апраў і часта выкарыстоўваюць матэрыялы на аснове магутнасці, як Cr-Mo сталь з кампазітамі. Патрэбныя матэрыялы, стойкія да HE для унутраных паверхняў.

  • Клапаны, кампрэсары і трубаправоды пад высокім ціскам: Гэта самая важная вобласць для выбару матэрыялаў у станцыі.

    • 316L ёсць мінімальны стандарт і шырока выкарыстоўваецца.

    • **Клас прадуктоў: Для найлепшай надзейнасці і запасу бяспекі выкарыстоўваюць высокамцэнныя аўстытныя сплавы, напрыклад Nitroronic 50 (XM-19, UNS S20910) або Nitroronic 60 (UNS S21800) часта вызначаюць. Гэтыя азотам умацаваныя аўстынітныя сталі прапануюць значна большую межу цягнучасці, чым 316L, захоўваючы пры гэтым вышэйшую стойкасць да воднёвага ахрупання і прыгарання — ключавое ўласцівасць для седзяў і стаўбікоў клапанаў.

  • Пакеты паліўных элементаў: У паліўным элементы 316L часта выкарыстоўваецца для біполярных пласцін, хоць існуе моцная тэндэнцыя пераходу на пакрытыя металы і кампазіты, каб змяншыць вагу і кошт.

Зводная табліца: Кароткі даведнік

Вывад: матэрыялагічны фундамент

Вадародная эканоміка будуецца на аснове матэрыялагічнай навукі. Нержавеючая сталь — гэта не адзінае рашэнне, а сям'я ўмоцаваных матэрыялаў. Правільны выбар — гэта абавязковы элемент праектавання бяспечных, эфектыўных і эканамічных вадародных сістэм.

Заданне адпаведнасці маркі канкрэтнай акалічнасцям — ці то агрэсіўны электраліт у электралізёры, ці крыягенная вадкасць у баку захоўвання, ці газ пад надзвычай высокім ціскам на запраўцы — з'яўляецца ключом да поспеху. Хаця 304L і 316L будуць з'яўляцца асноўнымі матэрыяламі, інжынеры павінны ведаць, калі трэба выбіраць перадавыя маркі, такія як дуплексныя ці азотна-памцілыя аўстэніты, каб знізіць рызык і забяспечыць доўгатэрміновую надзейнасць. Рабячы станоўлівыя выбары матэрыялаў сёння, мы будуем больш надзейнае і маштабаванае вадароднае майстэрства заўтра.