ZwickRoell檢測儀器在金屬材料的應用

 

——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對材料測試技術挑戰，以及ZwickRoell在制氫和用氫上的解決方案，另外，也對ZwickRoell在復合材料儲氫罐上的應用做了詳細介紹。今天我們將重點介紹ZwickRoell在金屬材料氫運輸管道中的應用。

 

在氫能產業鏈的儲氫和運氫中同樣也面臨著眾多的技術挑戰，氫氣通常需要在超低溫度或高壓下進行儲存和運輸，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用解決方案。

 

氫能儲存和運輸技術

 

在氫能產業鏈中，氫的儲存和運輸是連接氫能產業鏈上游氫氣制取和下游氫氣使用的關鍵一環，深刻影響著氫能發展節奏及進度。目前主要采用車載高壓氣態運輸、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，使用汽車進行運輸；液氫儲存與運輸是將氣態的氫氣轉變為液態，進而大量縮小氫氣的體積進行運輸；管道運輸主要通過建設輸送氫氣的管道，進而實現規模化運輸的一種方式。 

 

在氫氣的運輸中同樣要面臨各種各樣的挑戰，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性能下降、塑性下降、開裂或損傷的現象。在氫氣的運輸過程中，氫脆是非常危險的現象，會導致材料力學性能降低，甚至會引起不可控的斷裂問題。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行測試，以確保安全。

 

測試面臨的挑戰

 

對于氫能運輸管道材料的測試將面臨各種各樣的挑戰，包含介質、溫度、過程、壓力等。

 

介質：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.環境濕度

 

壓力：目前氫能主要以高壓氣態和液態的方式進行運輸，測試壓力通常在幾百bar，未來可能會進行更高壓力的測試

 

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測試所需的超低溫環境。

 

案例1：400bar動靜態測試系統

 

客戶： 德國某工廠

 

配置方案：ZwickRoell自主開發的氫氣測試系統，配有ZwickRoell氫氣壓力容器

 

測試金屬試樣在壓縮氫氣環境下的性能

 

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

 

氫壓力容器帶有機械壓力補償和內部負載測量，可以補償摩擦

 

案例2：1000bar動態測試系統

 

客戶： 德國某研究所

 

配置方案：動態試驗機帶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） 

 

用于儲存液態氫氣的金屬壓力容器在低溫下進行的擺錘沖擊測試

 

在最低15K低溫下進行擺錘沖擊測試：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冷卻系統進行冷卻