الهيدروجين في حد ذاته لا يؤدي إلى تآكل المعادن، إلا أن قوته التدميرية تعمل على مستوى جزئي غير مرئي. عندما يلامس الهيدروجين عالي الضغط المعدن، تخترق ذرات الهيدروجين الشبكة المعدنية، مما يؤدي إلى تدهور صلابة المادة والتسبب في تشقق المكونات المفاجئ عند ضغوط أقل بكثير من حدود التصميم. تُعرف هذه الظاهرة باسم التقصف الهيدروجيني. بالنسبة لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني التي تعمل عند 70 ميجا باسكال (700 بار)، يمثل تقصف الهيدروجين خطرًا كبيرًا يجب على مهندسي المعدات معالجته.
كيف يحدث التقصف الهيدروجيني؟
تنفصل جزيئات الهيدروجين إلى ذرات هيدروجين على الأسطح المعدنية وتنتشر إلى الداخل من خلال فجوات شبكية. تتراكم هذه الذرات عند العيوب الدقيقة مثل حدود الحبوب والخلع. بمجرد وصول تركيز الهيدروجين المحلي إلى عتبة حرجة، يعاني المعدن من انخفاض حاد في صلابة الكسر. تبدأ الشقوق الصغيرة وتنتشر بسرعة حتى ضمن نطاقات إجهاد التصميم المسموح بها، مما يؤدي إلى كسر هش غير معلن.
ما هي المواد التي يمكنها مقاومة الضغط العالي للهيدروجين؟
يتم تحديد مقاومة المادة للتقصف الهيدروجيني بشكل أساسي من خلال تركيبها البلوري وقوتها الميكانيكية: الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ (على سبيل المثال . 316L): يوفر الهيكل البلوري المكعب المتمركز حول الوجه قدرة تحمل جيدة للهيدروجين؛ تم اعتماده على نطاق واسع لأنظمة الهيدروجين عالية الضغط.
سبائك الألومنيوم: مقاومة ممتازة للتقصف الهيدروجيني مع الميزة الرئيسية المتمثلة في الكثافة المنخفضة، وهي مثالية للتصميمات خفيفة الوزن. الفولاذ عالي القوة والفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي: قابلية عالية للتقصف الهيدروجيني؛ وينبغي تجنبه في ظل ظروف الهيدروجين ذات الضغط العالي.
إلى جانب اختيار المواد، فإن تقليل الضغط الداخلي المتبقي للمكونات، وتحسين عمليات التشكيل والسطح وإزالة الزوايا الحادة التي تسبب تركيز الإجهاد يمكن أن يخفف من مخاطر تقصف الهيدروجين.
سلسلة VIGOR Hydrogen: تصميم المنتج ضد التقصف الهيدروجيني
تم تصميم جميع منتجات VIGOR التي تركز على الهيدروجين مع وضع تخفيف تقصف الهيدروجين في الاعتبار: منظم الهيدروجين أحادي المرحلة VSR-9: جسم من الألومنيوم المطلي بـ 316L يوازن التوافق مع الهيدروجين والأداء خفيف الوزن. المدخل: 350/700 بار؛ المخرج: 8-30 بار؛ قيمة السيرة الذاتية: 0.5. منظم الهيدروجين VSR-92 ذو مرحلتين: جسم من سبائك الألومنيوم لتقليل الوزن. المخرج: 2-10 بار؛ قيمة السيرة الذاتية: 0.17. مناسب للتطبيقات الحساسة للوزن مثل إمدادات الهيدروجين على متن الطائرة ومناضد اختبار خلايا الوقود. مُجهز بمكونات مانعة للتسرب محسنة للهيدروجين عالي الضغط، مقترنًا بمستشعر الضغط المقاوم للانفجار VPT (Exd II CT6). يوفر حماية سلامة متعددة الطبقات لمحطات التزود بالوقود الهيدروجيني، وأجهزة اختبار خلايا الوقود، وأنظمة إمداد الغاز الموجودة على متن الطائرة.
ثلاث توصيات عملية لمستخدمي نظام الهيدروجين
لا تستبدل أبدًا منظمات خاصة بالهيدروجين بمنظمات غاز ذات أغراض عامة. تم تصميم الوحدات المصنفة بالهيدروجين خصيصًا من حيث اختيار المواد والتصميم الهيكلي وخصائص التدفق لخدمة الهيدروجين.
انتبه إلى تركيز الضغط وتعب الاهتزاز عند وصلات التوصيل. إجراء عمليات تفتيش منتظمة على الصمامات وخطوط أنابيب الضغط العالي.
بالنسبة لمشاريع الهيدروجين عالي الضغط، حدد العلامات التجارية التي تتمتع بخبرة مثبتة في تصميم توافق الهيدروجين والشهادات ذات الصلة.
تكمن سلامة الهيدروجين في كل تفاصيل اختيار المواد. إن أجهزة قياس الضغط وأجسام الصمامات عبارة عن أجهزة ملموسة، في حين أن التنافس على النطاق الصغير بين ذرات الهيدروجين والمواد المعدنية يستمر بشكل مستمر. يشكل اختيار المواد المناسبة وتصميم المنتج الدفاع الأكثر حيوية ضد التقصف الهيدروجيني.
