L’idrogeno in sé non corrode i metalli, ma la sua forza distruttiva opera a un microlivello invisibile. Quando l'idrogeno ad alta pressione entra in contatto con il metallo, gli atomi di idrogeno penetrano nel reticolo metallico, degradando la tenacità del materiale e causando improvvise rotture dei componenti a sollecitazioni molto inferiori ai limiti di progettazione. Questo fenomeno è noto come infragilimento da idrogeno. Per le stazioni di rifornimento di idrogeno che operano a 70 MPa (700 bar), l'infragilimento da idrogeno è un rischio critico che gli ingegneri delle apparecchiature devono affrontare.
Come si verifica l'infragilimento da idrogeno?
Le molecole di idrogeno si dissociano in atomi di idrogeno sulle superfici metalliche e si diffondono verso l'interno attraverso gli spazi reticolari. Questi atomi si accumulano in microdifetti come i bordi dei grani e le dislocazioni. Una volta che la concentrazione locale di idrogeno raggiunge una soglia critica, il metallo subisce un forte calo della resistenza alla frattura. Le microfessure si formano e si propagano rapidamente anche entro gli intervalli di sollecitazione di progetto consentiti, provocando fratture fragili senza preavviso.
Quali materiali possono resistere all'idrogeno ad alta pressione?
La resistenza di un materiale all'infragilimento da idrogeno è determinata principalmente dalla sua struttura cristallina e dalla sua resistenza meccanica: Acciaio inossidabile austenitico (ad es.. 316L): la struttura cristallina cubica a facce centrate offre una buona tolleranza all'idrogeno; ampiamente adottato per i sistemi a idrogeno ad alta pressione.
Leghe di alluminio: eccellente resistenza all'infragilimento da idrogeno con il vantaggio chiave della bassa densità, ideale per progetti leggeri. Acciai ad alta resistenza e acciai inossidabili martensitici: elevata suscettibilità all'infragilimento da idrogeno; dovrebbe essere evitato in condizioni di idrogeno ad alta pressione.
Besides material selection, reducing residual internal stress of components, optimising forming & surface processes and eliminating sharp corners that cause stress concentration can mitigate hydrogen embrittlement risks.
Serie VIGOR Hydrogen: progettazione di prodotti contro l'infragilimento da idrogeno
Tutti i prodotti VIGOR focalizzati sull'idrogeno sono progettati pensando alla mitigazione dell'infragilimento da idrogeno: Regolatore di idrogeno a stadio singolo VSR‑9: il corpo in alluminio galvanizzato/316L bilancia la compatibilità con l'idrogeno e le prestazioni leggere. Ingresso: 350 / 700 bar; Uscita: 8‑30 bar; Valore Cv: 0,5. Regolatore di idrogeno a due stadi VSR‑92: corpo in lega di alluminio per ridurre il peso. Uscita: 2‑10 bar; Valore Cv: 0,17. Adatto per applicazioni sensibili al peso, come la fornitura di idrogeno a bordo e banchi prova per celle a combustibile. Dotato di componenti di tenuta ottimizzati per l'idrogeno ad alta pressione, abbinato al sensore di pressione antideflagrante VPT (Exd II CT6). Fornisce protezione di sicurezza multistrato per stazioni di rifornimento di idrogeno, banchi di prova per celle a combustibile e sistemi di fornitura di gas a bordo.
Tre raccomandazioni pratiche per gli utenti degli impianti a idrogeno
Non sostituire mai i regolatori specifici per l'idrogeno con regolatori del gas per uso generico. Le unità classificate per l'idrogeno sono costruite appositamente per quanto riguarda la selezione dei materiali, la progettazione strutturale e le caratteristiche di flusso per il servizio dell'idrogeno.
Prestare attenzione alla concentrazione delle sollecitazioni e all'affaticamento delle vibrazioni nei giunti di collegamento. Condurre ispezioni regolari su valvole e tubazioni ad alta pressione.
Per i progetti relativi all'idrogeno ad alta pressione, seleziona marchi con comprovata esperienza nella progettazione di compatibilità con l'idrogeno e certificazioni pertinenti.
La sicurezza dell’idrogeno risiede in ogni dettaglio della selezione dei materiali. I manometri e i corpi delle valvole sono hardware tangibile, mentre la competizione su scala microscopica tra atomi di idrogeno e materiali metallici persiste continuamente. La scelta corretta dei materiali e la progettazione del prodotto costituiscono la difesa più vitale contro l’infragilimento da idrogeno.
