сгенерировать QR код
Открытый доступ
Только для подписчиков
Сравнительный анализ потерь компримированного водорода при транспортировке по трубопроводам из различных материалов
https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-113-1-124-133
Аннотация
На основе законов Сивертса и Аррениуса с использованием табличных данных по коэффициентам проницаемости и растворимости оценены возможные потери компримированного водорода (Р = 10 МПа) за счет его диффузии через стенку трубы при транспортировке по трубопроводам из различных металлических и неметаллических материалов при стандартной и повышенной температурах. Показано, что объем продиффундировавшего газа при T = 298 К (25°С) составляет доли процента от объема перекачиваемого водорода. Наибольшие потери происходят при транспортировке по трубопроводу из полиэтилена (~0,03%), наименьшие – из аустенитных сталей (~10–6 %). Для углеродистых и низколегированных сталей как основных материалов магистральных газопроводов указанные потери находятся на уровне 10–4–10–5 %. При повышении температуры до 683 К (410°С) потери водорода при транспортировке по стальным трубопроводам возрастают до 0,25%, по полимерным – до 20%.
Об авторах
В. И. Болобов
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
д-р техн. наук
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
А. П. Петкова
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
д-р техн. наук
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
Г. Г. Попов
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
канд. техн. наук
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
В. А. Злотин
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
И. У. Латипов
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
А. О. Шерстнева
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
И. В. Жуйков
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
Россия
Россия
199106, Санкт-Петербург, 21-я линия В.О.
Список литературы
1. Федченко А. А., Исеева Л. И. Тенденции изменения добычи и воспроизводства минерально-сырьевой базы нефти в России и мире // Записки Горного института. – 2013. – Т. 205. – C. 266–270.
2. Ильинский А. А. Анализ результатов экономической оценки ресурсов нефти и газа и количественная оценка определяющих ее факторов // Записки Горного института. – 1990. – Т. 122. – C. 70–72.
3. Литвиненко В. С., Цветков П. С., Двойников М. В., Буслаев Г. В. Барьеры реализации водородных инициатив в контексте устойчивого развития глобальной энергетики // Записки Горного института. – 2020. – Т. 244. – C. 428–438.
4. Kopteva A., Kalimullin L., Tcvetkov P., Soares A. Prospects and Obstacles for Green Hydrogen Production in Russia // Energies. – 2021. – N 14, Is.3. – P. 718. DOI: 10.3390/en14030718
5. Иванова И.В., Шабер В.М. Современные перспективы получения газа // Записки Горного института. – 2016. – Т. 219. – C. 403–411.
6. Momotani Y. Shibataa A., Teradab D., Tsuji N. Hydrogen embrittlement behavior at different strain rates in low carbon martensitic steel // Materials Today: Proceedings, 2, Supplement 3, 2015. – P. 735–738. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.387
7. Нечаев Ю. С. Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов // Успехи физических наук. – 2008 – Т. 178, № 7 – С. 709–726.
8. Influence of low temperature prestrain on hydrogen gas embrittlement of metastable austenitic stainless steels / Zhang L., Li Z., Zheng J., Zhao Y., Xu P., Liu X. et al. // International Journal Hydrogen Energy. – 2013. – V. 38. – P. 11181–11187. DOI:10.1016/j.ijhydene.2013.01.011
9. Shefer R. W. Characterization of leaks from compressed hydrogen dispensing systems and related components // International Journal of Hydrogen Energy. – 2006. – V. 31. – P. 1240–1260. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2005.09.003
10. Chen H., Mao Z. The study on the results of hydrogen pipeline leakage accident of different factors // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – V. 64. DOI: 012002.10.1088/1755-1315/64/1/012002
11. Керимов В. Ю. Геология нефти и газа: Учебник. – М.: Академия, 2015. – 279 с.
12. Hafsi Z., Mishra M., Elaoud S. Hydrogen embrittlement of steel pipelines during transients // Procedia Structural Integrity. – 2018. – V. 13. – P. 210–217. DOI: 10.1016/j.prostr.2018.12.035
13. Somerday B. P., San Marchi C. Austenitic Steels: 300-Series Stainless Steels; Stabilized Alloys: Types 321 & 347 (code 2104) // Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials / Eds. Marchi Ch.S., Somerday B.P. – Sandia National Laboratories, USA, 2008.
14. Mejia A. H. Brouwer J. Kinnon M . M. Hydrogen leaks at the same rate as natural gas in typical low-pressure gas infrastructure // Hydrogen Energy Journal. – 2019. – V. 45 (15). – P. 17.
15. Gadgeel V. L., Johnson D. L. Gas-phase hydrogen permeation and diffusion in carbon steels as a function of carbon content from 500 to 900 K // Journal of Materials for Energy Systems. – 1979. – V. 1(2). – P. 32–40.
16. Hoover W. R., Iannucci J. J. Robinson S. L., Jay R. S., Stoltz R. Hydrogen compatibility of structural materials for energy storage and transmission // Annual report (October 1, 1978 – September 30, 1979), 1980. DOI: 10.2172/5496938
17. Nelson H. G., Stein J. E. Gas-phase hydrogen permeation through alpha iron, 4130 steel, and 304 stainless steel from less than 100°C to near 600°C. – Washington, D.C.: National Aeronautics and Space Administration, 1973. – P. 18.
18. Perng T. P., Altstetter C. J. Effects of Deformation on Hydrogen Permeation in Austenitic Stainless Steels // Acta Metallurgica. – 1986. – V. 34(9). – P. 1771–1781. DOI:10.1016/0001-6160(86)90123-9
19. Louthan M . R. Jr., Derrick R. G. Hydrogen transport in austenitic stainless steel // Corrosion Science. – 1975. – V. 15(9). – P. 565–577.
20. Pauly S. Permeability and Diffusion Data / J. I. Brandup, E. H. Grulke (Eds.) // Polymer Handbook, 2003. – P. 2366. DOI: 10.1002/0471532053.bra045
21. Бекман И. Н. Высшая математика: математический аппарат диффузии: Учебник. Изд. 2-е. – М.: Юрайт, 2017. – 459 с.
22. Газы и углерод в металлах / Под ред. Е. Фромм, Е. Гебхардт / Пер. с нем. В. Т. Бурцева. – М.: Металлургия, 1980. – 711 с.
23. Bolobov V. I., Latipov I. U., Popov G. G., Buslaev G. V., Martynenko Y. V. Estimation of the Influence of Compressed Hydrogen on the Mechanical Properties of Pipeline Steels // Energies. – 2021. – V. 14. – P. 27. DOI: 10.3390/en14196085
24. Кулабухова Н. А. Исследование процессов абсорбции и диффузии водорода в ГЦК металлах методом молекулярной динамики // Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук, Барнаул, 2014. – 23 с.
25. Писарев А. А., Цветков И. В., Маренков Е. Д., Ярко С. С. Проницаемость водорода через металлы. – М.: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, 2008. – 144 с.
26. Черданцев Ю. П., Чернов И. П., Тюрин Ю. И. Методы исследования систем металл – водород: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 286 с.
27. Смирнов Л. И., Гольцов В. А. Диффузия и диффузионные явления в водородной подсистеме сплавов металл – водород // Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 01 (141). – С. 111–137.
28. Hirth J. P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Trans. – 1980. – V. 11A. – P. 861–890.
29. Majer G., Eberle U., Kimmerle F., Stanik E., Shin -Ichi Orimo. Hydrogen diffusion in metallic and nanostructured materials // Physica B: Condensed Matter. – 2003. – N 328. – Р. 81–89. DOI: 10.1016/S0921-4526(02)01815-X
30. Алексеева О. К., Козлов С. И., Фатеев В. Н. Транспортировка водорода // Транспорт на альтернативном топливе. – 2011. – № 3 (21). – C. 18–24.
Рецензия
Для цитирования:
Болобов В.И., Петкова А.П., Попов Г.Г., Злотин В.А., Латипов И.У., Шерстнева А.О., Жуйков И.В. Сравнительный анализ потерь компримированного водорода при транспортировке по трубопроводам из различных материалов. Вопросы материаловедения. 2023;(1(113)):124-133. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-113-1-124-133
For citation:
Bolobov V.I., Petkova A.P., Popov G.G., Zlotin V.A., Latipov I.U., Sherstneva A.O., Zhuikov I.V. Comparative analysis of compressed hydrogen losses during its transportation through the pipelines from different materials. Voprosy Materialovedeniya. 2023;(1(113)):124-133. (In Russ.) https://doi.org/10.22349/1994-6716-2023-113-1-124-133
Просмотров:
396
Послать статью по эл. почте 