高压临氢金属材料的氢相容性测试技术

金属材料在高压氢环境下可能存在高压氢脆现象,对氢能高压储输装备的安全使用产生威胁,在高压氢环境下开展氢相容性测试是获得材料临氢力学性能、预防装备因高压氢脆引起失效的有效手段。该文总结了金属材料的氢脆理论,从测试原理、测试标准及应用场景等方面系统梳理了高压氢环境下金属材料氢相容性的测试方法,并介绍了测试装置及测试流程。最后以4130X钢为例,开展了空气和50 MPa氢气下的疲劳裂纹扩展速率测试。测试结果表明,高压氢气对4130X的疲劳裂纹扩展有明显加速作用,且加速程度随着裂纹的扩展逐渐增大并趋于稳定,最终氢环境下的疲劳裂纹扩展速率达到空气下的近20倍。

非金属管材临氢环境下相容性研究进展

非金属聚合物材料已被大规模用作中、低压燃气管道管材,其临氢环境下与氢的相容性研究对于掺氢天然气输送的发展具有重要意义。为此,综述了现有的非金属聚合物管材在氢环境中的气体渗透性能以及力学性能劣化研究,分析了温度、氢压、材料微观结构等因素对非金属管材渗透性能以及力学性能的影响,指出了目前研究存在的不足并对未来研究方向进行了展望。研究结果表明:(1)低氢压下,非金属管材的渗透性能与力学性能几乎不受氢环境影响,随温度升高,非金属管材的渗透系数增大,力学性能降低;(2)氢气分子在非金属材料中的渗透系数大于甲烷分子,各气体间的渗透系数相互独立,材料结晶度等微观结构参数能够影响材料在临氢环境下的渗透性能和力学性能;(3)气体泄漏是影响非金属管材运行安全的主要因素,其主要途径以及泄漏速率可以作为评价临氢环境下非金属管材适用性的主要指标;(4)和热塑性管材相比,弹性体密封件氢渗透性能更差,容易发生溶胀而导致其物性变化,直接影响掺氢非金属管道的安全运行。结论认为:(1)后续需开展多因素耦合条件下非金属氢管道寿命预测模型、非金属管材临氢服役性能评价准则、密封件及密封材料临氢适用性评价技术方法与评价准则等方面的研究工作;(2)建议建立掺氢环境下非金属管道建设与运行的相关规范以及安全评价方法,形成相关标准规范,以期为非金属管道掺氢输送的发展和大规模应用奠定基础。

掺氢天然气管道本体及焊缝裂纹扩展研究进展

天然气管道掺氢输送是实现大规模输氢的有效方式,然而管道钢本体及焊缝在渗氢后会因氢脆而裂纹扩展加剧。综述了不同氢分压、加载频率、残余应力等条件下,管道本体与焊缝渗氢后的裂纹扩展试验研究进展,总结了渗氢钢材的裂纹扩展机制,分析了钢材裂纹扩展的理论和唯象模型,介绍了分子动力学模拟、有限元方法等数值模拟技术在掺氢钢材裂纹扩展研究领域的应用。对照天然气管道掺氢输送后本体及焊缝的安全性管理需求,分析了试验、理论及数值模拟三方面研究在预测和防止管道裂纹扩展方面存在的不足,阐明了下一步研究的机遇与挑战,提出了试验、理论及模拟三方面的协同研究方法,为维护掺氢天然气管道运行全生命周期的安全提供了借鉴。

金属的氢脆机理及测试方法

氢脆问题普遍存在于高强度材料中,严重恶化了材料的性能,使材料内部发生不稳定的裂纹扩展,甚至发生断裂,导致灾难性破坏。本文作者基于氢脆问题的研究,分析讨论了因氢而产生的裂纹扩展及断裂机理,如氢致弱键理论、氢致局部塑性理论等;讨论了氢脆及氢脆敏感性的测试表征方法。氢能应用越来越广泛,为了避免或减少氢脆带来的问题,氢相容性材料的开发及应用在逐渐推进。

氢安全研究现状及面临的挑战

氢能具有储运便捷、来源多样、洁净环保等突出优点,许多国家把发展氢能作为重要的能源战略。氢安全是氢能大规模商业化应用的重要保障。在分析国内外氢安全领域近年来最新研究进展的基础上,依次从氢泄漏与扩散、氢燃烧与爆炸、氢与金属材料相容性及氢风险评价等方面,系统总结了国内外氢安全研究面临的挑战,并对我国氢安全的发展提出了建议。

氢安全研究现状

氢能具有来源多样、洁净环保、可储运、可再生等优点,是新能源结构中的重要组成部分。氢能的安全使用是氢能推广利用并走向商业化道路的关键,世界各国都非常重视氢安全方面的研究。主要介绍了国内外氢安全的研究现状,总结了氢泄漏与扩散、氢燃烧与爆炸、氢与金属材料相容性等方面的研究进展,并指出了现有研究的不足之处。

掺氢天然气管道典型管线钢氢脆行为

目前,在氢能储运技术中,利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济,掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而,管线钢在输氢过程中因氢与基体接触,可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生劣化,威胁管道的安全运行。以天然气管道典型用钢X52、X80钢为研究对象,通过高压气相氢环境下的原位拉伸实验和断口形貌分析研究其在实际掺氢工况下的力学性能变化规律,分析氢分压对材料屈服强度、抗拉强度、断面收缩率及氢脆指数的影响。结果表明:掺氢天然气随氢分压增大,X52、X80钢的塑性逐渐下降,氢脆程度加剧;与X80钢相比,X52钢更适用于掺氢天然气输送。研究成果可为未来掺氢天然气管道的设计选材与安全运行提供参考。

Study on Biological Properties of HA-TMP Cross-linked Products

Objective:In the medium of ethanol(non-polar),STMP and ADH as crosslinkers to HA,to prepare drug delivery microspheres by getting stable cross-linked products without a gel phase,and to study biocompatibility and biodegradability of cross-linked products.Methods:ISO10993.1-Safety Evaluation of Biomedical materials as a reference,to make hemolysis test,percutaneous stimulation test,acute toxicity test,and analyze in vitro degradation test,and degradation products.Results:HA-STMP cross-linked product had no hemolysis,no irritation,no acute systemic toxicity,but HA-ADH had a mild skin irritation and adverse acute systemic toxicity.HA-STMP cross-linked product had lower sensitivity on HAse and the curve is flatting.With the increase of degradation time HA-STMP results were changed by the structure analysis,degradation products of these cells were no toxicity.Conclusion:HA-STMP cross-linked products with better biocompatibility and better resistance to hydrolysis could delay the degradation time,which is suitable for the preparation of biodegradable drug carriers.