Возможности водородной энергетики исследуют в петербургском Политехе
Ученые Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ, Политех) изучают, как водород воздействует на структуру и свойства трубных сталей. Результаты позволят доказать, что существующая газотранспортная система способна транспортировать энергетический водород через сеть трубопроводов, а также помогут оценить безопасность водородной инфраструктуры.
Заменить традиционные углеводороды на водород — непростая задача. Сложности связаны, в частности, с применяемыми материалами, в том числе 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 т.д.) и в различном состоянии (газ, сжиженный газ, в смеси с метаном, в виде аммиака и т.д.). 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. Не регламентированы и отечественные методики исследования, критерии оценки и требования к материалам, контактирующим с чистым газообразным водородом под давлением. Результатом нашей работы, в частности, 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», — рассказал 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 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.
Напомним, что 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.
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».
