氫能系列專題
ZwickRoell檢測儀器在金屬材料的應(yīng)用
——本文由ZwickRoell川沙實驗室提供
在前兩期中我們介紹了氫能行業(yè)對材料測試技術(shù)挑戰(zhàn)，以及ZwickRoell在制氫和用氫上的解決方案，另外，也對ZwickRoell在復(fù)合材料儲氫罐上的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。今天我們將重點介紹ZwickRoell在金屬材料氫運輸管道中的應(yīng)用。
在氫能產(chǎn)業(yè)鏈的儲氫和運氫中同樣也面臨著眾多的技術(shù)挑戰(zhàn)，氫氣通常需要在超低溫度或高壓下進(jìn)行儲存和運輸，金屬氫運輸管道在氫氣氛圍和高壓下的性能測試尤為重要。今天將重點介紹ZwickRoell在金屬材料氫運輸管道中的應(yīng)用解決方案。
氫能儲存和運輸技術(shù)
在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，氫的儲存和運輸是連接氫能產(chǎn)業(yè)鏈上游氫氣制取和下游氫氣使用的關(guān)鍵一環(huán)，深刻影響著氫能發(fā)展節(jié)奏及進(jìn)度。目前主要采用車載高壓氣態(tài)運輸、液氫儲存與運輸以及管道運輸三種主要的運輸方式。車載高壓氣態(tài)運輸主要是利用氫氣分子之間的間隔，將氫氣壓縮至高壓鋼瓶內(nèi)，使用汽車進(jìn)行運輸；液氫儲存與運輸是將氣態(tài)的氫氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，進(jìn)而大量縮小氫氣的體積進(jìn)行運輸；管道運輸主要通過建設(shè)輸送氫氣的管道，進(jìn)而實現(xiàn)規(guī)�；\輸?shù)囊环N方式。
在氫氣的運輸中同樣要面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，其中最重要的問題就是“氫脆”，“氫脆”是一種由于金屬中氫引起的材料力學(xué)性能下降、塑性下降、開裂或損傷的現(xiàn)象。在氫氣的運輸過程中，氫脆是非常危險的現(xiàn)象，會導(dǎo)致材料力學(xué)性能降低，甚至?xí)鸩豢煽氐臄嗔褑栴}。所以需要評估材料對于氫氣的敏感性，對管道用金屬材料進(jìn)行測試，以確保安全。
測試面臨的挑戰(zhàn)
對于氫能運輸管道材料的測試將面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，包含介質(zhì)、溫度、過程、壓力等。
介質(zhì)：主要有氫氣、氦氣和氮氣
溫度：對于不同的溫度要求可以采用不同的解決方案，如液氫、液氮或液氦降溫
過程：測試過程的安全性非常重要，包括整個實驗艙的密封度等
1.氫氣高度可燃性
2.實驗艙的密封性
3.環(huán)境濕度
壓力：目前氫能主要以高壓氣態(tài)和液態(tài)的方式進(jìn)行運輸，測試壓力通常在幾百bar，未來可能會進(jìn)行更高壓力的測試
ZwickRoell案例分享
ZwickRoell在金屬氫運輸管道和壓力容器的應(yīng)用中有非常完善的解決方案，可以滿足不同壓力和不同溫度環(huán)境下的測試需求，同時配備浸入式恒溫器或外加低溫箱實現(xiàn)測試所需的超低溫環(huán)境。
案例1：400bar動靜態(tài)測試系統(tǒng)
客戶： 德國某工廠
配置方案：ZwickRoell自主開發(fā)的氫氣測試系統(tǒng)，配有ZwickRoell氫氣壓力容器
測試金屬試樣在壓縮氫氣環(huán)境下的性能
溫度范圍：RT
可選： -60°/+100°C
最大氫氣氣壓：400 bar
最大力值：100 kN
最小測試速度：0.01 mm/min
制動器行程：100mm
液壓動力：40l/min
氫壓力容器帶有機(jī)械壓力補償和內(nèi)部負(fù)載測量，可以補償摩擦
案例2：1000bar動態(tài)測試系統(tǒng)
客戶： 德國某研究所
配置方案：動態(tài)試驗機(jī)帶LN2（液氮）浸入式恒溫器和外加低溫箱
拉伸測試 （ 試樣尺寸Ø 3- 8 mm ）
疲勞測試 （ 試樣尺寸Ø 3- 8 mm ）
斷裂韌性測試（ max. 25mm CT試樣）
氫氣環(huán)境可選
溫度范圍：-85 ℃至 +150 ℃
最大氫氣氣壓：1000 bar
最大力值：100 kN
最大測試頻率：70 Hz
最大振幅：1mm
最小測試速度： < 0.01 mm/min
案例3：壓力容器沖擊性能測試
客戶： 德國某研究所
配置方案：HIT750（最大吸收能量300J）
用于儲存液態(tài)氫氣的金屬壓力容器在低溫下進(jìn)行的擺錘沖擊測試
在最低15K低溫下進(jìn)行擺錘沖擊測試：DIN EN ISO 148 and ASTM E 23
儀器化沖擊：ISO 14556
夏比試樣尺寸：10x10x55mm
試樣直接安裝在測試位置，直接采用LHe/LN2冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻
