Bản thân hydro không ăn mòn kim loại nhưng lực phá hủy của nó hoạt động ở cấp độ vi mô vô hình. Khi hydro áp suất cao tiếp xúc với kim loại, các nguyên tử hydro xuyên qua mạng kim loại, làm giảm độ bền của vật liệu và gây ra hiện tượng nứt thành phần đột ngột ở ứng suất thấp hơn nhiều so với giới hạn thiết kế. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng giòn hydro. Đối với các trạm tiếp nhiên liệu hydro hoạt động ở áp suất 70 MPa (700 bar), hiện tượng giòn hydro là một rủi ro nghiêm trọng mà các kỹ sư thiết bị phải giải quyết.
Sự giòn hydro xảy ra như thế nào?
Các phân tử hydro phân ly thành các nguyên tử hydro trên bề mặt kim loại và khuếch tán vào trong qua các khoảng trống mạng tinh thể. Những nguyên tử này tích tụ ở những khuyết tật vi mô như ranh giới hạt và sự sai lệch. Khi nồng độ hydro cục bộ đạt đến ngưỡng tới hạn, độ bền đứt gãy của kim loại sẽ giảm mạnh. Các vết nứt vi mô bắt đầu và lan truyền nhanh chóng ngay cả trong phạm vi ứng suất thiết kế cho phép, dẫn đến vết nứt giòn không báo trước.
Vật liệu nào có thể chống lại hydro áp suất cao?
Khả năng chống lại sự giòn do hydro của vật liệu chủ yếu được xác định bởi cấu trúc tinh thể và độ bền cơ học của nó: Thép không gỉ Austenitic (ví dụ:. 316L): Cấu trúc tinh thể lập phương tập trung vào mặt mang lại khả năng chịu hydro tốt; được áp dụng rộng rãi cho các hệ thống hydro áp suất cao.
Hợp kim nhôm: Khả năng chống giòn hydro tuyệt vời với ưu điểm chính là mật độ thấp, lý tưởng cho các thiết kế nhẹ. Thép cường độ cao & thép không gỉ martensitic: Độ nhạy cao với hiện tượng giòn do hydro; nên tránh trong điều kiện hydro áp suất cao.
Bên cạnh việc lựa chọn vật liệu, việc giảm ứng suất dư bên trong của các bộ phận, tối ưu hóa quá trình tạo hình & bề mặt cũng như loại bỏ các góc nhọn gây ra sự tập trung ứng suất có thể giảm thiểu rủi ro giòn do hydro.
Dòng VIGOR Hydrogen: Thiết kế sản phẩm chống lại hiện tượng giòn do hydro
Tất cả các sản phẩm tập trung vào hydro của VIGOR đều được thiết kế với mục đích giảm thiểu hiện tượng giòn hydro: Bộ điều chỉnh hydro một giai đoạn VSR‑9: 316L / thân nhôm mạ điện cân bằng khả năng tương thích hydro và hiệu suất nhẹ. Đầu vào: 350/700 thanh; Đầu ra: 8‑30 bar; Giá trị CV: 0,5. Bộ điều chỉnh hydro hai giai đoạn VSR‑92: Thân bằng hợp kim nhôm để giảm trọng lượng. Đầu ra: 2‑10 bar; Giá trị Cv: 0,17. Thích hợp cho các ứng dụng nhạy cảm với trọng lượng như cung cấp hydro trên tàu và băng thử nghiệm pin nhiên liệu. Được trang bị các bộ phận bịt kín được tối ưu hóa cho hydro áp suất cao, kết hợp với Cảm biến áp suất chống cháy nổ VPT (Exd II CT6). Cung cấp khả năng bảo vệ an toàn nhiều lớp cho các trạm tiếp nhiên liệu hydro, giàn thử nghiệm pin nhiên liệu và hệ thống cung cấp khí đốt trên tàu.
Ba khuyến nghị thiết thực cho người dùng hệ thống hydro
Never substitute hydrogen‑specific regulators with general‑purpose gas regulators. Hydrogen‑rated units are purpose‑built in material selection, structural design and flow characteristics for hydrogen service.
Chú ý đến sự tập trung ứng suất và độ rung mỏi tại các mối nối. Tiến hành kiểm tra thường xuyên các van và đường ống áp suất cao.
Đối với các dự án hydro áp suất cao, hãy chọn những thương hiệu có kinh nghiệm thiết kế tương thích với hydro đã được chứng minh và các chứng chỉ liên quan.
An toàn hydro nằm ở từng chi tiết lựa chọn vật liệu. Đồng hồ đo áp suất và thân van là những phần cứng hữu hình, trong khi cuộc cạnh tranh ở quy mô vi mô giữa nguyên tử hydro và vật liệu kim loại vẫn tiếp tục diễn ra. Lựa chọn vật liệu phù hợp và thiết kế sản phẩm tạo thành biện pháp bảo vệ quan trọng nhất chống lại hiện tượng giòn do hydro.
