Waterstof zelf corrodeert geen metalen, maar de vernietigende kracht ervan werkt op een onzichtbaar microniveau. Wanneer waterstof onder hoge druk in contact komt met metaal, dringen waterstofatomen het metaalrooster binnen, waardoor de taaiheid van het materiaal afneemt en plotselinge scheuren van componenten worden veroorzaakt bij spanningen ver onder de ontwerplimieten. Dit fenomeen staat bekend als waterstofbrosheid. Voor waterstoftankstations die werken bij 70 MPa (700 bar) is waterstofverbrossing een cruciaal risico dat apparatuuringenieurs moeten aanpakken.
Hoe ontstaat waterstofverbrossing?
Waterstofmoleculen dissociëren in waterstofatomen op metalen oppervlakken en diffunderen naar binnen door roosterspleten. Deze atomen hopen zich op bij microdefecten zoals korrelgrenzen en dislocaties. Zodra de lokale waterstofconcentratie een kritische drempel bereikt, ondergaat het metaal een scherpe daling in breuktaaiheid. Microscheuren ontstaan en verspreiden zich snel, zelfs binnen de toelaatbare ontwerpspanningsbereiken, wat resulteert in onaangekondigde brosse breuken.
Welke materialen zijn bestand tegen waterstof onder hoge druk?
De weerstand van een materiaal tegen waterstofbrosheid wordt voornamelijk bepaald door de kristalstructuur en mechanische sterkte: Austenitisch roestvast staal (bijv.. 316L): De kubusvormige kristalstructuur met het midden in het vlak zorgt voor een goede waterstoftolerantie; algemeen toegepast voor hogedrukwaterstofsystemen.
Aluminiumlegeringen: Uitstekende weerstand tegen waterstofbrosheid met als belangrijkste voordeel een lage dichtheid, ideaal voor lichtgewicht ontwerpen. Hoogsterkte staalsoorten en martensitisch roestvast staal: Hoge gevoeligheid voor waterstofbrosheid; moet worden vermeden onder waterstofomstandigheden onder hoge druk.
Naast materiaalkeuze kan het verminderen van de resterende interne spanning van componenten, het optimaliseren van vorm- en oppervlakteprocessen en het elimineren van scherpe hoeken die spanningsconcentratie veroorzaken de risico's van waterstofverbrossing verminderen.
VIGOR Hydrogen-serie: productontwerp tegen waterstofverbrossing
Alle op waterstof gerichte producten van VIGOR zijn ontworpen met het oog op het tegengaan van waterstofverbrossing: VSR-9 eentraps waterstofregelaar: 316L / gegalvaniseerde aluminium behuizing balanceert waterstofcompatibiliteit en lichtgewichtprestaties. Inlaat: 350 / 700 bar; Uitlaat: 8‑30 bar; Cv-waarde: 0,5. VSR-92 tweetraps waterstofregelaar: behuizing van aluminiumlegering voor gewichtsvermindering. Uitlaat: 2‑10 bar; Cv-waarde: 0,17. Geschikt voor gewichtsgevoelige toepassingen zoals waterstofvoorziening aan boord en brandstofceltestbanken. Uitgerust met afdichtingscomponenten die zijn geoptimaliseerd voor waterstof onder hoge druk, gecombineerd met een VPT explosieveilige druksensor (Exd II CT6). Levert meerlaagse veiligheidsbescherming voor waterstoftankstations, brandstofceltestbanken en gastoevoersystemen aan boord.
Drie praktische aanbevelingen voor gebruikers van waterstofsystemen
Vervang waterstofspecifieke regelaars nooit door gasregelaars voor algemeen gebruik. Units met waterstofspecificatie zijn speciaal gebouwd wat betreft materiaalkeuze, structureel ontwerp en stromingseigenschappen voor waterstofservice.
Let op spanningsconcentratie en trillingsmoeheid bij verbindingsverbindingen. Voer regelmatig inspecties uit op kleppen en hogedrukleidingen.
Voor hogedruk-waterstofprojecten selecteert u merken met bewezen ontwerpervaring op het gebied van waterstofcompatibiliteit en relevante certificeringen.
De veiligheid van waterstof zit in elk detail van de materiaalkeuze. Manometers en kleplichamen zijn tastbare hardware, terwijl de strijd op microschaal tussen waterstofatomen en metalen materialen voortdurend voortduurt. Een juiste materiaalkeuze en productontwerp vormen de meest vitale verdediging tegen waterstofverbrossing.
