Ученые Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) изучают, как водород воздействует на структуру и свойства трубных сталей. Как сообщает Минобрнауки России, результаты позволят доказать, что существующая газотранспортная система может экспортировать энергетический водород через трубопроводный транспорт, а также оценить безопасность водородной инфраструктуры.

2lj6oc7z4wtiw36lw7m7wz4z2d2gnzzb

Заменить традиционные углеводороды на водород — непростая задача. Сложности связаны с применяемыми материалами, в частности сталями, которые не рассчитаны на работу с водородом под давлением. Однако их можно использовать при наращивании объемов производства, хранения и транспортировки чистого газообразного водорода и метано-водородных смесей. Исследование петербургских ученых позволит оценить водородопроницаемость сталей и влияние водородсодержащей газовой смеси на свойства металла трубопроводов и оборудования газотранспортной системы.

Водород транспортируется разными способами (баллоны, танкеры, трубы и так далее) и в различном состоянии (газ, сжиженный, в смеси с метаном, в виде аммиака и так далее). Самый экономичный способ транспортировки больших и постоянных объемов — трубопроводный транспорт. При этом, если раньше по трубам водород транспортировали на небольшие расстояния и использовали трубы небольшого диаметра и с другим давлением, то сейчас стоит задача оценить возможность использования магистральных трубопроводов с трубами большего диаметра и рабочего давления.

«Одной из основных проблем при использовании трубопроводов для транспортировки водорода является его охрупчивающее действие на материал трубы, степень которого в настоящий момент не вполне ясна, так же, как и не регламентированы отечественные методики исследования, критерии оценки и требования к материалам, контактирующим с чистым газообразным водородом под давлением. Результатом нашей работы, в том числе, станет оценка устойчивости существующих трубных сталей к водородному охрупчиванию при определенном давлении или концентрации водорода в метано-водородной смеси. Кроме этого, развитие методического обеспечения исследований позволит сформулировать требования и критерии оценки влияния газообразного водорода на структуру и свойства трубных сталей», — говорит исполнительный директор НТК «Новые технологии и материалы» Центра НТИ СПбПУ Никита Шапошников.

Малая масса и размеры атомов водорода, а также высокая диффузионная подвижность помогают им проникать в сталь. Взаимодействие стали с водородом может понизить ее пластичность и вызвать деградацию структуры.

В НТК «Новые технологии и материалы» изготовлены электрохимическая ячейка Деванатана-Стачурски для оценки водородопроницаемости, а также стационарный автоклав для предварительного наводороживания и автоклав со встроенной системой нагружения (с использованием универсальной испытательной машины), которые воссоздают условия эксплуатации транспортировки водородсодержащей газовой смеси по трубам и позволяют выполнять испытания на стойкость материалов к водородному охрупчиванию, в том числе проводить испытания на растяжение с медленной постоянной скоростью деформации в среде водорода под давлением.

Автоклав — это сосуд высокого давления. Он необходим для создания газовой среды в определенном объеме заданного давления (например, рабочего давления транспортировки газа по трубопроводу). Это происходит посредством сдавливания газообразного водорода. Исследуемый образец помещается в объем, затем подвергается воздействию среды и давления, что имитирует воздействие транспортируемой среды под давлением на материал стенки трубы при транспортировке. Испытания на растяжение позволяют получить информацию об основных механических характеристиках и оценить степень водородного охрупчивания. При комнатной температуре испытания на охрупчивание наибольшее воздействие оказывают содержание водорода в среде и уровень давления.

На сегодняшний день подобный комплекс оборудования, где материалы можно испытывать как в нормальных условиях, так и в среде водорода под давлением, в России есть только у СПбПУ.

Исследование проводится Центром НТИ СПбПУ в рамках реализуемого Минобрнауки России национального проекта «Наука и университеты».

 

Информация предоставлена пресс-службой Минобрнауки России

Источник фото: minobrnauki.gov.ru