Трубопроводы, чтобы нести водород стоят больше, чем другие газопроводы из-за мер, требуемых сражаться с водородом повреждения, делают к механическим свойствам стали со временем. Исследователи NIST вычислили, что определенные для водорода стальные трубопроводы могут стоить целых на 68 процентов больше, чем трубопроводы природного газа, в зависимости от диаметра трубы и рабочего давления.* В отличие от этого, широко используемая модель стоимости ** предлагает штраф стоимости только приблизительно 10 процентов.Но хорошие новости, согласно новому исследованию NIST, то, что водородные транспортные расходы могли быть уменьшены для большинства размеров трубопровода, и давления, изменяя промышленность кодирует ***, чтобы позволить использование сорта более высокой силы стального сплава, не требуя более массивных стен трубы. Более прочная сталь более дорогая, но понижение требования для более массивных стен уменьшило бы использование материалов и связанную сварку и затраты на оплату труда, приводящие к чистому снижению затрат.
Кодовые модификации, которые NIST предложила Американскому обществу инженеров-механиков (ASME), не понизили бы работу трубопровода или безопасность, говорят авторы NIST.«Снижение расходов прибывает из использования менее – из-за более тонких стен – более дорогого материала», говорит материаловед NIST Джеймс Фекет, соавтор исследования. «Текущий кодекс не позволяет Вам уменьшать толщину, используя материал более высокой силы, таким образом, затраты увеличились бы.
С предложенным кодексом, в большинстве случаев, Вы можете получить чистые сбережения с более тонкой стеной трубы, потому что чистое сокращение материала превышает более высокую стоимость за вес единицы».Исследование NIST – часть федерального усилия уменьшить общую стоимость водородного топлива, которое возобновляемо, нетоксично и не производит вредных выбросов. Большая часть стоимости для распределения, которое, вероятно, было бы самым экономичным трубопроводом.
США содержат больше чем 300 000 миль трубопроводов для природного газа, но очень мало настроенный для водорода. Существующие кодексы для водородных трубопроводов основаны на старых десятилетиями данных. Исследователи NIST изучают эффекты водорода на сталь, чтобы найти способы уменьшить затраты трубопровода, не ставя под угрозу безопасность или работу.Как пример, новый кодекс позволил бы 24-дюймовой трубе, сделанной из высокой прочности сталь X70 быть произведенной с толщиной 0,375 дюймов для транспортировки водородного газа на уровне 1 500 фунтов за квадратный дюйм (psi). (В соответствии с промышленной практикой, стандарты трубопровода ASME выражены в обычных единицах.) Согласно новому исследованию NIST, это уменьшило бы затраты на 31 процент по сравнению с основанием сталь X52 с толщиной 0,562 дюймов, как требуется текущим кодексом.
Кроме того, благодаря его более высокой силе, X70 позволил бы безопасно транспортировать водород через более крупные трубопроводы при более высоком давлении (труба 36 дюймов диаметром, чтобы транспортировать водород на уровне 1 500 фунтов на квадратный дюйм), чем позволено с X52, позволив транспорт и хранение больших объемов топлива. Эта комбинация давления диаметра не возможна в соответствии с текущим кодексом.Предложенные кодовые модификации были развиты посредством исследования свойств усталости стали высокой прочности в Водородном Материале Трубопровода NIST Тестирование Средства. В фактическом использовании трубопроводы подвергнуты циклам герметизации в усилиях далеко ниже места ошибки, но достаточно высоко привести к повреждению усталости.
К сожалению, это трудно и дорого определить стальные свойства усталости в герметичном водороде. В результате промышленность исторически использовала данные о тестировании напряженности в качестве основания для дизайна трубопровода, и стали более высокой силы теряют податливость в таких тестах в герметичном водороде. Но этот тип тестирования, которое включает постоянно увеличивающееся напряжение к месту ошибки, не предсказывает работу усталости в водородных материалах трубопровода, говорит Фекет.Исследование NIST показало, что при реалистических условиях, у стальных сплавов с более высокими преимуществами (такими как X70) нет более высоких темпов роста усталостной трещины, чем более низкие уровни (X52).
Данные использовались, чтобы разработать модель для водородных эффектов на рост усталостной трещины стали трубопровода, который может предсказать целую жизнь трубопровода на основе условий работы.