В основной статье было допущено упущение и не рассмотрен вопрос о водородном охрупчивании металлов, на что мне указали различные специалисты. Каюсь и считаю своим долгом исправить и дополнить материал отдельной небольшой дополнительной заметкой.
Итак, на необъятных просторах интернетов, был найден древний фолиант, содержащий тайные знания погибшей цивилизации о воздействии водорода на металлы.
Вот он:

Весь труд довольно объёмен и желающие могут с ним ознакомиться полностью, по ссылке выше. Я же сделаю небольшие выдержки, того что показалось интересным с небольшими комментариями.




Активизация процессов водородного охрупчивания металлов, начинается при относительно небольших температурах, всего от 200 град.С. Я конечно понимаю, что газ в МГП находится под давлением и оттого слегка разогретым, но сильно сомневаюсь, что там есть близко 200 град.С. Но не суть, давайте дальше:


Охрупчивание начинается не сразу и вдруг, а имеется некий период безопасной эксплуатации. При температурах до 200 град.С индукционный период в металлах составляет скромные 100 тысяч часов. Тестировался суперсплав сталь 20.


Имеются способы повысить стойкость металлов, в частности путём легирования. Легирование хромом наиболее эффективно и уже при 12% добавки сплав становится водородностойким. Обратите внимание на рис. 4.49 на незаштрихованную область. Даже меньшие чем 12% добавки хрома уже существенно повышают температуру процесса.
Также может применяться плакировка, вместо цельного сплава. Не рассмотрен процесс гальванопокрытия, например медью, но это 1978 год. Воды утекло с тех пор...



Процесс охрупчивания не является необратимым. При определённых условиях он может быть обращён вспять. "Повреждённая" деталь может быть восстановлена и возвращена в эксплуатацию.


Последний слайд сообщает нам, что некий алюминиевый промышленник суетиться не просто так, а возможно что-то знает про технологии древних:

Зелёным выделен тезис о водородном охрупчивании меди. О процессе я писал в прошлый раз. Там вместо углерода в реакцию вступает кислород, отсюда и такие специфические требования именно к меди. Содержание кислорода в 0,01% не является чем-то запредельным. Это ГОСТовский норматив по кислороду для сплавов М1 и чище. Те же водопроводные трубы вполне себе делаются из сплава М1ф и полагаю могут быть использованы в качестве "последней водородной мили". (Внезапно даже для меня
).
Ни сколько не сомневаясь в выводах Автора, воспользовавшись "внешним интеллектом" хочу привести следующие цитаты из статьи
Интернет-журнал <<НАУКОВЕДЕНИЕ>>
http://naukovedenie.ru
Том 9, №4 (июль-август 2017
publishing@naukovedere.ru
Интернет журнал «Науковедение» ISSN 2223
Статья опубликована
Ссылка для цитирования этой статьи:
Лахдари А.А., Селдак Айсса, Овчинников И.И., Овчинников И.Г. Моделирование водородного охрупчивания
трубопровода как тонкостенной цилиндрической оболочки из нелинейно упругого материала
(доступ свободный).
Состояние проблемы
Достаточно подробный анализ современного состояния исследований проблемы
водородного охрупчивания металлических материалов по первому направлению содержится в
статье [1], где отмечается, что Министерством энергетики США в свое время были
сформулированы и рекомендованы основные направления фундаментальных исследований
процессов переноса водорода в металле и процессов деградации механических свойств,
приводящих к разрушению металлов [2]. При этом анализ работ [37] показывает, что
механизмы водородного охрупчивания и деградации свойств изучены недостаточно, особенно
по отношению к процессам водородного охрупчивания и деградации механических свойств
сталей для магистральных газопроводов [8 10]. Причем в [10] говорится: «анализ аварийных
разрушений магистральных газопроводов показывает, что наряду с действием многих факторов
(коррозия, пульсация температуры и давления газа), одним из весомых является
наводороживание труб».
ЛИТЕРАТУРА
Нечаев Ю. С. Актуальные проблемы старения, водородного охрупчивания и
стресс - коррозионного поражения сталей и эффективные пути их решения
2007, № 11(55)6
Use <<Basis research Needs for the Hydrogen Economy», May 13
Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. М. Наука. 1985. 216 с.
Ткачев В. И., Холодный В. Н., Левина И. Н. Работоспособность сталей и сплавов
В среде водорода. Львов. НАН Украины, Физ. мех. ин т им. Г. В. Карпенко. 1
НЕ ВСЁ ТАК ОДНОЗНАЧНО ))


Комментарии
Дельное замечание. Сейчас поправлю.
Даже если понимать правильно, то как обращать процесс в трубе длиной за 1000 км и закопанной в землю?
Типичное мнение дилетанта, нашедшего в себе силы прочитать только справочник 60 летней давности. И сразу - хамские выпады портив других, таких же, пустые "понты" и конспирология.
А Вы посвежее литературу не пробовали найти? По тематике "водородная хрупоксть металлов" как известно, одних монографий около 5 тысяч опубликовано уже.
А то, что медь не считается конструкционным материалом Вас - не смущает - в Вашей идее сделать трубопроводы медными?
А Как Вы из алюминия трубопроводы для водорода или емкости для хранения будете делать, как сваривать собираетесь алюминиевые стенки многосантиметровой тольщины и сколько это будет стоить (ценник на алюминий посмотрите)? Алюминиевые вкладыши в стальные трубы приводят к электрохимичской коррозии - это сразу Вам скажу, чтбы дурных мыслей не возникало.
А чтобы Вы свой мозг немного напрягли, все-таки, приведу ссылки на относительно свежие иностранные источники, в которых на основании экспериментов установлено, что даже 1% водорода в метане в разы снижает трещинностойкость и ударную вязкость современных трубных сталей, особенно металла сварного шва. 100% водородная среда при экспериментах использована как иллюстрация "полного ужаса". Все таки, при 1% "ужас не такой сильный". Кстати, в природном газе из-за наличия примесей, которых нет в чистом метане, - водород вызывает еще ряд неприятных химических процессов, ускоряющих стресс-коррозию стенок трубопроводов.
Успехов в чтении, если с английским проблемы - гуглпереводчиком можете воспользоваться.
И на будующее, прежде чем выпендриваться - летать научитесь.
Хамите пока тут вы. Считайте это предупреждением.
Кто вам мешает привести литературу посвежее, интересно? В металлах что-то изменилось за 60 лет? В газах? Физические константы поменялись?
Было написано - последняя миля. Или для вас словосочетание "медный трубопровод" незнакомо? Поясните.
Электрохимическая коррозия она не сама по себе появляется. Нужен третий компонент для неё. Вы ведь знаете какой, правда? И про выделку алюминием стальных труб речи не шло. Моё предположение было проверить омеднённый трубопровод, например.
Алюминий полагаю тоже варить человечество не умеет. Запишем.
А, зря я про хамство предупреждал. Надо было сразу 15 суток.
Ну, медь и железо тоже не совсем рядом в электрохимическом ряду.
Я работал с водородом в лаборатории и далёк от мысли, что охрупчивание - это прям все, шоу-стопер. Люди решили этот вопрос, с водородом работать можно. Люди работают.
Но. Мне кажется, Вы СИЛЬНО недооцениваете проблемы, необходимый уровень ТБ и стоимость всех требуемых мероприятий.
И если Вы (после чтения справочника) считаете, что при комнатной температуре с охрупчиванием нет проблем, Вы ошибаетесь. Беда справочников до где-то середины 80-х - неверно указаные равновесные концентрации для низких температур и все ошибочные выводы из этого (у экспериментаторов просто не хватало времени или терпения наводородить металл полностью - процессы уж очень медленно идут; но это для лаборатории медленно, а не для жизни).
Смешной факт: вплоть до 90-х неверно принимался даже диапазон взрывоопасных концентраций: начиная с 4%, а не с 2%, как на самом деле. И причина тоже смешная: лабораторные полости были маловаты, а стенки играют огромную роль при цепных реакциях по свободнорадикальному механизму. :) Когда в 90-х это обнаружили, все атомщики встали на дыбы. Огромная индустрия с триллионными вложениями и бешенными требованиями к безопасности так вот смешно обосралась... спас перезаклад и общая консервативность отрасли. Но рекомбинаторы водорода внезапно и втихую от общественности стали очень модной темой.
Тут не научный форум, а публицистический скорее, поэтому тут бытует радикальное мнение, шо оно именно стопер. Для этого собственно и статья - надо чуть-чуть подправить шаблоны.
Вы ошибаетесь. Сейчас опять у кого-то может что-то треснуть, но я не считаю водородную тему рациональной и оптимальной с точки зрения линейной логики развития цивилизации. Вся эта тема это вопрос аварийной подготовки к грядущим переменам. Это я уже тоже несколько раз писал.
Поэтому когда очередной "учёный дед" (видно, что учёный и видно что дед, но это не про вас
) начинает кидаться и брызгать, то я его понять по человечески могу, но с учётом обстоятельств - он не прав. И с этой точки зрения можно только аплодировать выдержке того же Мишустина, который (наверное не сам конечно, а по решению Совбеза РФ) начинает шевелить учёных "трутней", чтобы они экстренно что-нибудь придумывали и это что-нибудь не отмазки что это никак невозможно, а что-то работающее, пусть и криво-косо на первых порах.
Если при этом потребуется, для обеспечения ТБ и сопутствующих мероприятий обеспечить казарменный режим и Орденские порядки на объектах "водородной" энергетики, то это будет сделано.
Ну... не знаю. Мне кажется, у масштабной водородной энергетики (передача его по трубам, использование на транспорте - вот это всё) "смерть от тысячи порезов". В том смысле, что возникает множество мелких проблем, каждая из которых решаема, но все вместе которые делают массовое применение нереальным.
Я хорошо понимаю, что проблема сезонной аккумуляции без водорода сейчас нерешаема. Так что мышки будут плакать, колоться, но кушать кактус.
Просто время на внедрение всей этой фигни вплоть до замены метана в ГТС и некотоых видах транспорта будет сильно бОльшим, чем считают энтузиасты. А в массовом транспорте и в быту я в водород вообще не верю, ибо это будет какой-то сплошной и извращённый суицид.
Водород требует высокой культуры обращения. С нынешней ситуацией, когда и метан-то жахает частенько, а тренд - на ухудшение массовлй технической культуры и рост терроризма, радикализма и идиотизма... не. Не взлетит.
Я думаю до замены не дойдет. Посмотрите внимательно на заявленные цели - начать генерацию и создать Х ГВт мощностей электролизеров, которых сейчас делает Х / 100, т.е. это означает именно создать отрасль производящую оборудование первого этапа. При этом попутно постараться порешать проблемы транспортировки и хранения. Когда дойдёт до дела, то проблемы транспортировки уже может и не быть, потому как условному городу в Минусинской впадине, или условному Гейтстауну в Вайоминге, у которых под задницей есть генерация МВт на 300 и вода не потребуется тащить куда-то далеко маневровый и отопительный газ. Будут использовать его по месту. А вот проблема добыть тот самый водород для топлива она будет и вот чтобы её решить заранее, нужные отрасли и технологии.
Только вот если не запустить спрос на электролизы сейчас, то их в этих городах не будет когда они там будут нужны. Социальная технология раскрутки масс на финансирование НТП везде одинакова уже лет 20: вертродуи, панели, электроповозки и прочее.
ПС. На данный момент везде, где используется водород, его стараются применять сразу же после получения, исключая хранение и по максимуму сокращая расстояние на которое он транспортируется от точки получения до точки применения.
ПС2. РН - это практически единственное место, где его хранят существенное время перед применением.
Да, вы правы, с водородом вполне себе работают. Я сам работал на производстве с водородом.
И так же вы правы, говоря о высокой культуре производства при работе с водородом. Но это возможно локально, на производстве. А вот как обеспечить должны уровень на десятках тысячах км трубопроводов, а уж не говоря о широком применении, это я вообще не знаю как.
Говорил, и ещё раз скажу. Водород можно получать при большом избытке энергии с последующим синтезом минимум до метана.
У алюминия со сталью нет достаточного потенциала для электрохимической коррозии. вот алюминий и медь - совсем другое дело. Поэтому если в электротехнике приходится стыковать медную проводку с алюминиевой то это делают через стальные соединители.
Есть ! И корродировать будет алюминий. При наличии электролита еще и на порядки быстрее.
Электрической коррозии нет только между полностью однородными материалами, но существенно это при потенциале >0.6В, даже есть ГОСТ на эту тему.
Те самые "технологии древних", хотя... достаточно свежая редакция - 2014 год.
Из которой мы видим, что алюминий на мягкую сталь (без легирования) - это 0.2В, вопросов нет.
Нержавеющая сталь - уже 0,55В, что гораздо хуже.
Верно.
Но ("не существенно") х (N лет эксплуатации) = тот же результат.
Вообще, это для материалов на открытом воздухе и в условиях нормальной влажности - а это достаточно агрессивная среда, если что.
В атмосфере инертного газа, электрический контакт даже золота с магнием будет жить долго бесконечное время, при условии отсутствия окислителей, типа кислород и галогены.
В теории можно посчитать сочетание достаточно инертных материалов, чтобы оно не превышало естественного износа перекачиваемым газом.
На воздухе. Но если в точке контакта присутствует сильный электролит(напр.поваренная соль), то всё выглядит по другому.
Я вообще-то про это дальше написал...
С другой стороны покажите мне электрика, который зачем-то посыпает контакты солью...
Прибрежный район или места, где зимой дороги обрабатывают реагентами, есть солёные озёра, а также бывшие и высохшие солёные озёра.
Для таких мест используется РАЭ в специальном исполнении. Герметичный корпус или несколько слоёв лака.
В кондиционировании и холодильной технике используются, в основном, медные трубы. Сейчас появились и алюминиевые. Трубы тонкостенные, а давление фреонов может быть 45-50бар.
И ещё четвёртый. Кроме кислорода -влага. Всё это будет в зазоре между внешней и внутренней трубами.
А для щелевой коррозии кислород в принципе не нужен.
На вашем месте я бы не грозил оппоненту баном (пусть он с вашей точки зрения трижды хам), а предложил свои способы борьбы с коррозией. Например, плакирование внутренней поверхности стальной трубы толстым слоем алюминия. Или разделение труб слоем пластика.
Только смутно подозреваю, что не только лишь все осилят это технически и экономически.
Пластик не годится. Любой полимер будет рассыпаться под воздействием водорода.
Выживание вопрос дорогой и не всем посильный.
PS Оппонент продолжил в личке и ему сказано, в чём он был неправ. Если осознает, то бан снимется. Это не проблема.
Не любой, тефлон не будет.
Фтороводородные пластики устойчивы?
И не только фтороводородные.
Как выше написали, даже без мифов радости мало. Ежегодная замена компрессоров и замена труб каждые десять лет поднимут стоимость эксплуатации газопровода в разы.
Никто не говорит, что будет легко.
Водородные темы (наверное даже больше чем прочие зелёные) поднимают сильную бурю эмоций у всех и на волне эмоций народ начинает циклится на чём-то одном. Впадает в крайности не замечая динамики и возможностей.
Есть такой анекдот:
Открыл Вовочка бизнес- дает кредит на три дня 100 рублей, а отдавать надо 90. Народ валом прет. Неделю назад было по пять клиентов в день, а сейчас- уже по 12.
Изя Вову спрашивает- Вова, а какие прибыли? на что Вова отвечает- при чем тут прибыли? ты посмотри, какие темпы роста оборота!
Так вот и с водородом- темпы роста- шикарные.
На охрупчивании никто особо не циклится. просто помним, что эта мелкая и незаметная ерунда выпьет всю кровь проектировщикам, конструкторам и разработчикам. Прикидываем, что под водород придется переделывать все конструкционные сплавы для ответственных узлов- лопаток, поршней и цилиндров, все подшипники и валы, которые работают в контакте с водородом- это все придется делать новое. потому что старое с новым топливом резко потеряет надежность.
У нас одно время была такая классная штука- борщевик. В нем сахара- больше, чем в сахарной свекле. Растет- динамика просто супер! Массу набирает с феноменальной скоростью. Как корм скоту планировался- суперкультура. Однако мелочь мелкая- молоко после него горчит, и никто такое пить не хочет, и проблема эта оказалась непобарываемой. А вот растет он действительно шикарно. куда только его теперь девать?
С водородом- щас еще накину. Газ должен вонять. Всегда. везде. отвратительно. Для этого в газ надо добавлять вонь. на сегодня у нас все мало-мальски приемлемые для этих нужд вони- основаны на сере. Меркаптан- CH3SH. Сера в составе меркаптана- катализатор внедрения водорода в металлы :-). другие вони воняют не так зачетно, и их добавлять в газ надо намного больше- а они дорогие.
а если пробовать синтез метана из водорода-> и дальше без проблем
И дальше - улавливание СО2 (иначе - зачем водород?)
Гораздо проще - синтез аммиака, а после магистрального трубопровода или перевозки жидкого аммиака - обратно в водород.
Спасибо за статью. Люблю АШ именно за возможность прочитать разные мнения. Ясно, что чистый водород опасен для сталей, но не настолько как уверяют некоторые товарищи. В целом истина как всегда где-то посередине. Процесс есть, но он может быть управляемым и контролируемым, что не снижает рисков или стоимости дополнительных мер по защите от этого процесса.
Трубопроводное оборудование для водорода вполне себе существует, но оно преимущественно внутрицеховое, или на крайняк - внутризаводское. В целях безопасности водород флегматизируется подогретым водяным паром, это несколько снижает вероятность аварий при эксплуатации, но не исключает их совсем.
Эта технология для магистральных трубопроводов непригодна.
Кроме того, водород является газом, с точки зрения промышленной безопасности, одним из самых опасных. У него самая маленькая энергия инициации взрыва среди других газов и веществ. У него самый широкий диапазон образования взрывоопасных смесей с воздухом (4%-76%) и кислородом (4%-90%).
Бензин, например, куда как менее опасен. Ситуации когда расплавляются контакты бензонасоса в сборке топливного насоса, в окружении плещущегося бензина - бывает редко, но для эксплуатации это не фатально. Для возгорания бензина в баке недостаточно кислорода.
Дойдут руки - может напишу статью, вся фактура есть.
Описаны случаи детонации внутризаводских водородных коммуникаций из-за того что взрыв был инициирован касанием окалины о стальную стенку трубы, которую сорвало со стенки из-за резкого перепада давления при открытии трубопровода.
Случаи подрыва внутризаводских трубопроводов из-за неисправных измерительных датчиков тоже не редкость.
Главное чтобы в прокачиваемой газовой смеси было хоть немного кислорода.
Было бы интересно
Наглядный пример, сколь живучи однажды запущенные в мир сведения, даже если их потом сочли неверными.
Диапазон взрывоопасных концентраций зависит от размера сосуда. И реально начинается для водорода с 2% в смеси с воздухом.
Я ведь правильно понимаю, что он именно хлопает/взрывается, а не горит потом?
Именно, загорание водорода, при условии сохранения стехиометрического соотношения, ВСЕГДА переходит в детонацию. Чем отличается горение от детонации, я надеюсь все помнят: скорость реакции при детонации выше чем при горении в 10-100 раз. Высвобождается очень большое количество энергии. Воздействие высокой температуры, кинетическая энергия взрыва, перепад давления, ударная волна.
Поэтому все взрывоопасные химические производства имеют легкие крыши, остекленение в одну нитку, и разрушаемые стены. При аварии на производстве энергию надо отдавать наружу, а не убивать ей персонал.
Да, это концентрации при которых он именно детонирует. Ну, реакция во фронте ударной волны при почти-адиабатическом сжатии.
Объем смеси влияет только на суммарную энергию взрыва, на саму возможность взрыва влияет концентрация водорода (или соотношение водород/кислород) в месте инициации.
Вообще 3% - это порог при котором срабатывают извещатели на производстве, о том что есть утечка. Они, как правило, устанавливаются в критических местах, и их сработка не означает наличия 2-3% водорода непосредственно на рабочем месте, это означает, что надо немедленно покинуть помещение и не дожидаться барической травмы при детонации водорода.
Объём смеси влияет на опасную концентрацию. Во-первых, есть банально такая вещь как критический радиус детонации - чтобы реакция перешла от дефлагмации к детонации, фронт повышенного давления должен разогнаться, для этого нужно определённое количество вещества (для селитры, например, оно ну очень большое). Во-вторых, горение водорода идёт по свободнорадикальному механизму, а стенки малого сосуда "убивают" радикалы, снижая скорость реакции и замедляя развитие детонации.
Вот как раз до середины 90-х это недостаточно чётко понимали те, кто составлял таблицы взрывоопасных концентраций. Хотя идея минимального объёма ВВ была банальщиной для профильных спецов годов так с 60х, а механизм горения водорода вообще чуть ли не в 20-е описан (без некоторых нюансов, но в целом - да, уж понимание механизма цепной реакции горения было 100%).
Короче, в очень больших объёмах (а машинные залы крупных электростанций и даже объём контейнмента у ВВЭР - это достаточно большие объёмы) в принципе могут взрываться и более бедные смеси, чем 4%. Но это пересмотрели относительно недавно, лет 20 назад) и ОГРОМНЫЙ объём технической литературы с неверными представлениями всё ещё в работе.
Более бедная смесь не взорвётся, но при условии, если она идеально перемешана по всему объему. Но в реальной жизни такого не бывает. Если у вас в трубопроводе началась утечка, то в районе утечки содержание водорода будет такое же как в трубопроводе, добавьте к этому кислород воздуха, и градиент концентрации всей этой смеси очень непостоянен, но только будет искра или любой другой внешний источник энергии (сухие смеси водорода с галогенами реагируют даже на солнечный свет), то весь объем в котором будет течь реакция - сдетонирует.
в лабораторных условиях, где детям демонстрируется сгорание водорода со взрывом в пробирке, там такие объемы, что пробирку даже не разорвёт.
В условиях больших объемов на производстве авария имеет риск катастрофической.
Электрогенераторы на мощных ТЭС охлаждаются часто водородом.
Водород получают электролизом.
Поэтому наработки есть хотя бы тут.
Хотя я считаю, что это тупиковый путь: уж лучше далее до метана синтезировать, или хотябы аммиака.
Короче, не взлетит.
Менять каждые 10 лет трубы будет очень дорого энергетически, молчу про цену в фиате.
Компрессоры, трубы, выработка и применение - если посчитать энергозатраты на весь цикл - выйдет, может, чуть лучше глубоко убыточных панелек.
Интересно, а как с потерями при транспортировке по трубопроводу ? Водород же, зараза такая, просачивается прямо сквозь кристаллическую решетку. Да еще под давлением...
Сколько там потерь на километр? Закачаем в России по счетчику, а до Германии не дойдет.
:) Это вообще не фактор. "Просачиваются" считанные атомы, их даже специальными приборами не уловить.
Проблема не в том, что водорода становится значимо меньше. Беда в том, что там, куда он внедряется, и считанные атомы всё портят.
Да ну, не уловить.
Гелиевые течеискатели существуют, не думаю, что водородный будет сложнее.
Поддерживаю! И это ещё про жидкий водород мы не поговорили. Очень подозреваю что концентрация энергии на вес (возможно объём) в нем запредельная! Может кто подсчитает? Ракеты точно будут летать на водороде.
П.С. Спасибо за книгу и серию статей, жду продолжения!
Ракеты на водороде это прошлый век. Буквально прошлый, двадцатый. Сейчас в моде, внезапно, метан , жидкий метан.
Вот, кстати, закавыка какая - отрасль, наиболее плотно изучавшая работу с водородом от него постепенно отошла и перспективным считает банальный метан. В общем, водород это не только хорошо, но и плохо.
Все совпадения, особенно по датам, абсолютно случайны
Массовая удельная теплота сгорания водорода в три раза выше таковой у бензина.
Плотность бензина в десять раз выше плотности жидкого водорода.
Поэтому концентрация энергии на вес у водорода в три раза выше бензина, но объем, который этот вес водорода займет, в три раза выше (10/3), чем у бензина равной концентрации энергии.
Вставлю свои пять копеек в виде комментария 4-х месячной давности: https://aftershock.news/?q=comment/10262202#comment-10262202
Скромные сто тысяч часов. Вы вообще в курсе о ресурсе трубопровода для транспортировки природного газа? Напомню, что трубопровод Уренгой-Помара-Ужгород введён в эксплуатацию в 70_з годах, и он до сих пор работоспособен. На ремонт останавливались компрессоры станции, а сам трубопровод вполне работоспособен. И это практически пол века эксплуатации. А не те 10-12, про которые вы пишете.
Так же напомню, что при компремировании температура перекачиваемой среды сильно повышается. Так что трубопровод будет локально подвергаться более высоким водородный нагрузкам.
Ни какое покрытие, ни футеровка, ни планирование не дадут ошутимого результата ввиду самого механизма процесса.
И тд и тп.
Страницы