ให้ความรู้เรื่องท่อเหล็ก

ท่อขนส่งไฮโดรเจนมีราคาสูงกว่าท่อส่งก๊าซอื่นๆ เนื่องจากมาตรการที่จำเป็นในการต่อสู้กับความเสียหายที่ไฮโดรเจนทำต่อคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าเมื่อเวลาผ่านไป นักวิจัยของ NIST คำนวณว่า ท่อเหล็ก กล้าเฉพาะสำหรับไฮโดรเจนอาจมีราคาสูงกว่าท่อส่งก๊าซธรรมชาติถึง 68 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและแรงดันใช้งาน* ในทางตรงกันข้าม โมเดลต้นทุนที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย** แนะนำให้ปรับต้นทุนเพียงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ . แต่ข่าวดีจากการศึกษาใหม่ของ NIST คือต้นทุนการขนส่งไฮโดรเจนสามารถลดลงสำหรับขนาดท่อส่งและแรงดันส่วนใหญ่โดยการปรับเปลี่ยนรหัสอุตสาหกรรม*** เพื่อให้สามารถใช้เหล็กอัลลอยด์เกรดที่มีความแข็งแรงสูงขึ้นโดยไม่ต้องใช้ท่อที่หนาขึ้น ผนัง เหล็กที่แข็งแรงกว่านั้นมีราคาแพงกว่า แต่การลดความต้องการสำหรับผนังที่หนาขึ้นจะช่วยลดการใช้วัสดุและต้นทุนการเชื่อมและแรงงานที่เกี่ยวข้อง ส่งผลให้ต้นทุนสุทธิลดลง การแก้ไขรหัสซึ่ง NIST ได้เสนอต่อ American Society of Mechanical Engineers (ASME) จะไม่ลดประสิทธิภาพหรือความปลอดภัยของไปป์ไลน์ลง ผู้เขียน NIST กล่าว James Fekete นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุของ NIST ผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า "การประหยัดต้นทุนมาจากการใช้วัสดุที่มีราคาแพงกว่า เนื่องจากผนังที่บางกว่า" "รหัสปัจจุบันไม่อนุญาตให้คุณลดความหนาเมื่อใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ดังนั้นค่าใช้จ่ายจะเพิ่มขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ คุณจะได้รับส่วนลดสุทธิจากรหัสที่มีผนังท่อที่บางลง เนื่องจากการลดวัสดุสุทธิ เกินต้นทุนต่อหน่วยน้ำหนักที่สูงขึ้น" การศึกษาของ NIST เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามของรัฐบาลกลางในการลดต้นทุนโดยรวมของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ไม่เป็นพิษ และไม่ก่อให้เกิดการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตราย ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่ใช้สำหรับการกระจายสินค้า ซึ่งน่าจะประหยัดที่สุดโดยไปป์ไลน์ สหรัฐอเมริกามีท่อส่งก๊าซธรรมชาติยาวกว่า 300,000 ไมล์ แต่มีการปรับแต่งน้อยมากสำหรับไฮโดรเจน รหัสที่มีอยู่สำหรับท่อส่งไฮโดรเจนนั้นอ้างอิงจากข้อมูลที่มีอายุหลายสิบปี นักวิจัยของ NIST กำลังศึกษาผลกระทบของไฮโดรเจนต่อเหล็กกล้าเพื่อหาวิธีลดต้นทุนท่อส่งโดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยหรือประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น รหัสใหม่จะอนุญาตให้ผลิตท่อขนาด 24 นิ้วที่ทำจากเหล็ก X70 ที่มีความแข็งแรงสูงโดยมีความหนา 0.375 นิ้วสำหรับการขนส่งก๊าซไฮโดรเจนที่ 1,500 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) (ตามแนวปฏิบัติของอุตสาหกรรม มาตรฐานท่อ ASME จะแสดงเป็นหน่วยตามธรรมเนียม) จากการศึกษาของ NIST ใหม่ สิ่งนี้จะช่วยลดต้นทุนได้ 31 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับเหล็กกล้า X52 พื้นฐานที่มีความหนา 0.562 นิ้ว ตามที่กำหนดโดยรหัสปัจจุบัน . นอกจากนี้ ด้วยความแข็งแรงที่สูงขึ้น X70 จะทำให้สามารถขนส่งไฮโดรเจนผ่านท่อขนาดใหญ่ได้อย่างปลอดภัยด้วยความดันที่สูงขึ้น (ท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 36 นิ้วเพื่อขนส่งไฮโดรเจนที่ 1,500 psi) มากกว่าที่ X52 อนุญาต ทำให้ขนส่งและจัดเก็บเชื้อเพลิงได้มากขึ้น ปริมาณ การผสมเส้นผ่านศูนย์กลาง-แรงดันนี้ไม่สามารถทำได้ภายใต้รหัสปัจจุบัน การปรับเปลี่ยนรหัสที่เสนอได้รับการพัฒนาผ่านการวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติความล้าของเหล็กความแข็งแรงสูงที่ศูนย์ทดสอบวัสดุท่อส่งไฮโดรเจนของ NIST ในการใช้งานจริง ท่อจะต้องผ่านวงจรของแรงดันที่ความเค้นต่ำกว่าจุดขัดข้องมาก แต่สูงพอที่จะส่งผลให้เกิดความเสียหายจากการล้า น่าเสียดายที่การหาคุณสมบัติความล้าของเหล็กในไฮโดรเจนอัดความดันทำได้ยากและมีราคาแพง เป็นผลให้อุตสาหกรรมในอดีตใช้ข้อมูลการทดสอบแรงดึงเป็นพื้นฐานในการออกแบบท่อส่ง และเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงจะสูญเสียความเหนียวในการทดสอบดังกล่าวในไฮโดรเจนอัดความดัน แต่การทดสอบประเภทนี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความเครียดอย่างต่อเนื่องจนถึงจุดที่ล้มเหลว ไม่สามารถทำนายประสิทธิภาพความล้าในวัสดุท่อส่งไฮโดรเจนได้ Fekete กล่าว การวิจัยของ NIST แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่เป็นจริง โลหะผสมเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงกว่า (เช่น X70) ไม่มีอัตราการแตกร้าวจากการล้าที่สูงกว่าเกรดที่ต่ำกว่า (X52) ข้อมูลดังกล่าวได้ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาแบบจำลองสำหรับผลกระทบของไฮโดรเจนต่อการขยายตัวของรอยร้าวจากการล้าของท่อส่งเหล็ก ซึ่งสามารถคาดการณ์อายุการใช้งานของท่อส่งก๊าซขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน