ZwickRoell检测仪器在金属材料的应用

 

——本文由ZwickRoell川沙实验室提供

 

在前两期中我们介绍了氢能行业对材料测试技术挑战，以及ZwickRoell在制氢和用氢上的解决方案，另外，也对ZwickRoell在复合材料储氢罐上的应用做了详细介绍。今天我们将重点介绍ZwickRoell在金属材料氢运输管道中的应用。

 

在氢能产业链的储氢和运氢中同样也面临着众多的技术挑战，氢气通常需要在超低温度或高压下进行储存和运输，金属氢运输管道在氢气氛围和高压下的性能测试尤为重要。今天将重点介绍ZwickRoell在金属材料氢运输管道中的应用解决方案。

 

氢能储存和运输技术

 

在氢能产业链中，氢的储存和运输是连接氢能产业链上游氢气制取和下游氢气使用的关键一环，深刻影响着氢能发展节奏及进度。目前主要采用车载高压气态运输、液氢储存与运输以及管道运输三种主要的运输方式。车载高压气态运输主要是利用氢气分子之间的间隔，将氢气压缩至高压钢瓶内，使用汽车进行运输；液氢储存与运输是将气态的氢气转变为液态，进而大量缩小氢气的体积进行运输；管道运输主要通过建设输送氢气的管道，进而实现规模化运输的一种方式。 

 

在氢气的运输中同样要面临各种各样的挑战，其中最重要的问题就是“氢脆”，“氢脆”是一种由于金属中氢引起的材料力学性能下降、塑性下降、开裂或损伤的现象。在氢气的运输过程中，氢脆是非常危险的现象，会导致材料力学性能降低，甚至会引起不可控的断裂问题。所以需要评估材料对于氢气的敏感性，对管道用金属材料进行测试，以确保安全。

 

测试面临的挑战

 

对于氢能运输管道材料的测试将面临各种各样的挑战，包含介质、温度、过程、压力等。

 

介质：主要有氢气、氦气和氮气

 

温度：对于不同的温度要求可以采用不同的解决方案，如液氢、液氮或液氦降温

 

过程：测试过程的安全性非常重要，包括整个实验舱的密封度等

 

             1.氢气高度可燃性

 

             2.实验舱的密封性

 

             3.环境湿度

 

压力：目前氢能主要以高压气态和液态的方式进行运输，测试压力通常在几百bar，未来可能会进行更高压力的测试

 

ZwickRoell案例分享

 

ZwickRoell在金属氢运输管道和压力容器的应用中有非常完善的解决方案，可以满足不同压力和不同温度环境下的测试需求，同时配备浸入式恒温器或外加低温箱实现测试所需的超低温环境。

 

案例1：400bar动静态测试系统

 

客户： 德国某工厂

 

配置方案：ZwickRoell自主开发的氢气测试系统，配有ZwickRoell氢气压力容器

 

测试金属试样在压缩氢气环境下的性能

 

温度范围：RT

 

可选： -60°/+100°C

 

最大氢气气压：400 bar

 

最大力值：100 kN

 

最小测试速度：0.01 mm/min

 

制动器行程：100mm

 

液压动力：40l/min

 

氢压力容器带有机械压力补偿和内部负载测量，可以补偿摩擦

 

案例2：1000bar动态测试系统

 

客户： 德国某研究所

 

配置方案：动态试验机带LN2（液氮）浸入式恒温器和外加低温箱

 

拉伸测试 （ 试样尺寸Ø 3- 8 mm ）

 

疲劳测试 （ 试样尺寸Ø 3- 8 mm ）

 

断裂韧性测试（ max. 25mm CT试样）

 

氢气环境可选

 

温度范围：-85 ℃至 +150 ℃

 

最大氢气气压：1000 bar

 

最大力值：100 kN

 

最大测试频率：70 Hz

 

最大振幅：1mm

 

最小测试速度： < 0.01 mm/min

 

案例3：压力容器冲击性能测试

 

客户： 德国某研究所

 

配置方案：HIT750（最大吸收能量300J） 

 

用于储存液态氢气的金属压力容器在低温下进行的摆锤冲击测试

 

在最低15K低温下进行摆锤冲击测试：DIN EN ISO 148 and ASTM E 23

 

仪器化冲击：ISO 14556

 

夏比试样尺寸：10x10x55mm

 

试样直接安装在测试位置，直接采用LHe/LN2冷却系统进行冷却