Сравнительный анализ потерь компримированного водорода при транспортировке по трубопроводам из различных материалов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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»

Автор, ответственный за переписку.
Email: zlotinvladimir@mail.ru
д-р техн. наук 21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

И. У. Латипов

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»

Email: zlotinvladimir@mail.ru
д-р техн. наук 21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

А. О. Шерстнева

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»

Email: zlotinvladimir@mail.ru
канд. техн. наук 21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

В. А. Злотин

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»

Email: zlotinvladimir@mail.ru
21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

И. В. Жуйков

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»

Email: zlotinvladimir@mail.ru
21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

А. П. Петкова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»

Email: zlotinvladimir@mail.ru
д-р техн. наук 21-я линия В.О., д. 2, Санкт-Петербург, 199106, Россия

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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).