氢气储运的不锈钢材质问题探讨
yj蓝天
yj蓝天 Lv.16
2023年12月02日 10:33:18
来自于节能技术
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氢气储运的不锈钢材质问题探讨 氢?的储运通常根据储氢状态的不同和运输量的不同而不同,主要有?氢输送、液氢输送、有机液体输送和固氢输送等四种?式。这四种方式根据介质或者压力的不同又会有各自的细分领域,今天重点讨论的是运输过程中涉及的容器或者管道不锈钢材料问题。 一、关于存储的简单科普 1、?氢输送:?态输运分为长管拖车和管道输运2种。长管拖车运输压一般为20MP、30MP、45MP,当然我国现阶段还是以20MP为主。我国长管拖车运输设备产业较为成熟,但在长距离?容量输送时,成本较高,整体落后于国际先进水平。?管道运输是实现氢气大规模、长距离输送的重要方式。

氢气储运的不锈钢材质问题探讨

氢?的储运通常根据储氢状态的不同和运输量的不同而不同,主要有?氢输送、液氢输送、有机液体输送和固氢输送等四种?式。这四种方式根据介质或者压力的不同又会有各自的细分领域,今天重点讨论的是运输过程中涉及的容器或者管道不锈钢材料问题。

一、关于存储的简单科普

1、?氢输送:?态输运分为长管拖车和管道输运2种。长管拖车运输压一般为20MP、30MP、45MP,当然我国现阶段还是以20MP为主。我国长管拖车运输设备产业较为成熟,但在长距离?容量输送时,成本较高,整体落后于国际先进水平。?管道运输是实现氢气大规模、长距离输送的重要方式。

2、液氢输送:液态输运适合远距离、?容量输送,可以采?液氢罐车或者专?液氢驳船运输。采?液氢输运可以提?加氢站单站供应能力,日本、美国已经将液氢罐车作为加氢站运氢的重要方式之?。

3、固氢输送通过金属氢化物、稀土系等固态存储的氢能可以采取更加丰富的运输?段,驳船、?型槽车等运输工具均可以?来运输固态氢

4、有机物输送把氢气溶解到有机溶剂中,在需要的时候再透过催化剂、温度、压力等促进的方式释放出来,有机溶剂储氢会让氢气像现状液态化石燃料一样便捷运输,也更好的对现状大量的基于液态化石燃料的基础设施进行有效利用,也不失是一种可选的方式。

总结:今天的内容并不讨论哪种方式更适合最终的运输和存储方式,最终储运方式当然有可能是基于性价比最终的取舍,也有可能是不同场景下不同储存运输方式的互补。但今天重点说明相关存储环节涉及到的不锈钢金属材料问题。

、关于氢能源储运设施的不锈钢材料信息。

气液氢的储运方式总体来说即容器储运和管道储运。其中,容器储运在储存结构形式上一般采用球形储罐和圆柱形储罐。

液氢储运罐:分为内外两层,内胆一般采用铝合金,不锈钢等材料。内胆支撑物由玻璃纤维带制成,内外夹层填充多层镀铝涤纶薄膜,薄膜之间通过绝热纸增加热阻,当然也有真空隔离的方式。

管道储运材质:目前,绝大多数加氢站使用的管道材质都为316L(日本标号 SUS316L,中国代号为 S31603) 由于加氢站管道输送压力较高,如果管道材质含碳量价高,在输送高压氢气的时候就易发生氢脆现象,造成管道应力集中,破损泄漏等安全事故。 

1、日铁不锈钢(NSSC)推荐使用的钢材(罐体用途)一般为SUS316L-HINI(高镍材料,一般抗低温氢脆性能在零下180℃)→已有使用实例,但在液氢的低温下还是有一些使用缺陷,如意NSSC又推出一款STH2的材料,具有低温零下250℃抗氢脆性能,和普通SUS316L-HINI相比具体特点为:

1)耐氢脆:具有良好的奥氏体稳定性,在氢气环境中,从低温低压到高温高压都具有良好的耐氢脆性能,可适用于普通316L无法适用的高压高温环境。

2)高强度:304L或316L相比,具有约1.5倍的强度(承受力),因此可实现轻量化。

3)节省资源,价格稳定:Ni,Mo的含量更少,对原料价格变动的成本影响更少。

→STH2的耐氢脆性能概念图(与普通 316L 的对比):

 

→STH2 的机械性能:

 

 →STH 316L-HINI 的强度对比:

 

→STH2 与 316L-HINI 的化学成分与其他钢材化学成分的比较:

 

→STH2 与 316L-HINI 适用的氢气环境的概念图:如图,横轴为温度,纵轴为压力,高温高压的环境比低温低压更易发生氢脆现象。304 适用于低温低压,316L 适用于高温低压环境,具有明显的局限性,而 STH2 与 316L-HINI 钢材适用于从低压低温到高压高温的所有氢气环境。

氢气环境中各种不锈钢的强度对比:

 

不同不锈钢种适用的氢气环境对比:

 

2、日本制铁(NSC)推荐使用的材料:HRX19(管道,配管用途) 特点:

1) 耐氢脆:

奥氏体不锈钢种最高水平的耐氢脆特性:镍当量≥32.09%可长时间适用于高压氢气环境中有利于机器的长寿命和安全性。

2)强度高 :

与以往的316L相比,实现了1.5倍高的强度,因此可以做到管道的薄度设计,扩大内径,并增大氢气的流量,高速填充氢气。另外还可以减少钢材的重量,降低加工成本。TS≥800MPa。

3)不易泄露 :

HRX19 是高压氢气环境中唯一可以焊接的材料,消除了接头部位的氢气泄漏的风险。 焊接接头部位具有与母材同样的强度,以及耐氢脆特性。从机械式接头转变为焊接接头,降低了成本,削减了钢材的重量 降低了施工和维护成本,保障了安全性 。

→HRX19 的化学成分:

 

→氢气环境对于 HRX19 的影响(实验结果图(氢气环境对于 HRX19 无影响,对于普通钢材有影响):

说明:氢气环境对于 HRX19 无影响,对于普通钢材有影响) 

→HRX19 316L 的内径对比 

 

机械式接头和焊接接头的效果图对比:

 

→HRX19 316L 的耐氢脆性能对比图:

 

三、日本制铁的产品在氢能业界的动态:

1、气态氢(高低压)方面 :

1)日本制铁在氢能业界的实绩停留在日本国内的气态加氢站。

为了能快速为氢能车快速充填,日本国内的加氢站多为约70MPa的高压环境。70MPa就会使用HRX19(在欧美做宣传时称为 HYDREXEL,一个加氢站只用到 0.5-1 吨的钢材用量)。

2)中国国内的加氢站多为35MPa。35MPa使用316L的钢管就足够。

→最近来自欧美的需求在增加,因为他们在研发移动式的小型加氢站 虽然已经在供样品,但是在价格问题上仍然持续谈判中。

→尽管具体方针尚未确立,但日铁营销层面主张大力宣传 HRX19,了解中国氢能市场的潜力。

2、液态氢(-253℃)方面 :1).日本制铁在液态氢使用环境上没有实绩现正在开发一款名为HYDLIQUID的新钢材(跟HRX19一样,在ASMEXM-19规格下,专为低温高压环境而特别调整)

目前预期会使用在液态氢的输送链上 。

日铁的各款氢气用钢材的性能比较

四、氢能源的国际贸易( 国际间进出口项目

 

特别说明:以上信息来自于朝阳贸易株式会社,具体可以透过以下方式联系:

 

 

 


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放水发电
2023年12月02日 18:11:50
3楼

这份资料还行,感谢分享,学习学习

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yj蓝天
2023年12月03日 08:56:26
4楼

不客气,希望资料对您有参考作用

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