স্টেইনলেস স্টিলে হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট: হাইড্রোজেন অর্থনীতির জন্য উপাদান নির্বাচন

হাইড্রোজেন হল ভবিষ্যতের জ্বালানী - কিন্তু এটি ধাতব পদার্থের জন্য সবচেয়ে ক্ষমাহীন পরিবেশগুলির মধ্যে একটি। তেল, প্রাকৃতিক গ্যাস বা এমনকি কার্বন ডাই অক্সাইডের বিপরীতে, হাইড্রোজেন গ্যাস কেবলমাত্র অনুমানযোগ্য হারে ধাতব দেয়ালকে ক্ষয় করে না। এটি আরও বেশি বিপজ্জনক কিছু করে: এটি ধাতুর স্ফটিক কাঠামোকে আক্রমণ করে, পরমাণুর মধ্যে বন্ধন প্রতিস্থাপন করে, এবং নমনীয়, শক্ত স্টেইনলেস স্টিলকে একটি ভঙ্গুর পদার্থে পরিণত করে যা কোন সতর্কতা ছাড়াই কাচের মতো ভেঙে যেতে পারে -৷ এই ঘটনাটিকে হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট (HE) বলা হয় এবং এটি হাইড্রোজেন অর্থনীতিতে একক সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ উপাদান ব্যর্থতা প্রক্রিয়া।

অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টীল(304L, 316L) হল সবচেয়ে HE-প্রতিরোধী স্টেইনলেস গ্রেড, কিন্তু তারা অনাক্রম্য নয় - এগুলি ASME B31.12 প্রতি 60 ডিগ্রির উপরে কম-চাপের হাইড্রোজেন গ্যাস (1 MPa এর কম বা সমান) পর্যন্ত সীমাবদ্ধ। উচ্চ-চাপের হাইড্রোজেন স্টোরেজ এবং পরিবহনের জন্য (1 MPa-এর উপরে), নিকেল অ্যালয় (Inconel 625, Alloy 825) প্রয়োজন৷ ডুপ্লেক্স এবং ফেরিটিক স্টেইনলেস স্টিলগুলি সাধারণত চাপযুক্ত হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য অনুপযুক্ত।

হাইড্রোজেন রিফুয়েলিং স্টেশন, সবুজ হাইড্রোজেন উৎপাদন সুবিধা এবং হাইড্রোজেন পাইপলাইন তৈরির জন্য বিশ্ব যখন দৌড়াচ্ছে, প্রকৌশলী এবং সংগ্রহকারী দলগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নের মুখোমুখি: কোন স্টেইনলেস স্টিল গ্রেড তাদের নির্দিষ্ট প্রয়োগের চাপ এবং তাপমাত্রায় হাইড্রোজেনকে নিরাপদে পরিচালনা করতে পারে? উত্তরটি সহজ নয় - 304, 316, 321, 347, 430, 2205, এবং 2507 প্রতিটি হাইড্রোজেনের প্রতি খুব আলাদাভাবে প্রতিক্রিয়া জানায় এবং ভুল গ্রেড বেছে নেওয়ার অর্থ বছরের মধ্যে নয় মাসগুলিতে বিপর্যয়কর ব্যর্থতা হতে পারে৷ এই নির্দেশিকা সম্পূর্ণ, পরিমাণগত উত্তর প্রদান করে।

কীভাবে হাইড্রোজেন স্টেইনলেস স্টীলকে গ্রাস করে

হাইড্রোজেন ক্ষয় ঘটে যখন হাইড্রোজেন পরমাণু (অণু নয়) স্টেইনলেস স্টীল ভেদ করে এবং অভ্যন্তরীণ ত্রুটিগুলিতে জমা হয়, যা প্রচুর অভ্যন্তরীণ চাপ তৈরি করে যা ভঙ্গুর ফাটল শুরু করে - প্রসার্য নমনীয়তা ~60% থেকে 10%-এর নিচে হ্রাস করে এবং প্লাস্টিক বিপর্যয়ের সাথে আকস্মিকভাবে বিপর্যয় সৃষ্টি করে।

ঘরের তাপমাত্রায় হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂) স্থিতিশীল - H₂ অণু ধাতু ভেদ করে না। যা ভেদ করে তা হল পারমাণবিক হাইড্রোজেন (H), যা গঠন করে যখন H₂ অণুগুলি ধাতব পৃষ্ঠে বিচ্ছিন্ন হয়, একটি প্রক্রিয়া যা স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে: (1) উচ্চ তাপমাত্রায় (200 ডিগ্রির উপরে, তাপীয় বিচ্ছিন্নতা উল্লেখযোগ্য হয়ে ওঠে); (2) উচ্চ চাপের অধীনে (হাইড্রোজেন চাপ পৃষ্ঠের শোষণের হার বাড়ায়); (3) হাইড্রোজেন সালফাইডের উপস্থিতিতে (H₂S একটি অনুঘটক হিসাবে কাজ করে, নাটকীয়ভাবে ধাতব পৃষ্ঠে হাইড্রোজেন পরমাণু তৈরিকে ত্বরান্বিত করে - "হাইড্রোজেন পারমিয়েশন" নামক একটি ঘটনা যা টক গ্যাস এবং অফশোর হাইড্রোজেন প্রয়োগে গুরুত্বপূর্ণ); (4) ইলেক্ট্রোপ্লেটিং, ক্যাথোডিক সুরক্ষা বা অ্যাসিড পরিষ্কারের মতো ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়ার সময় (এই প্রক্রিয়াগুলি সরাসরি ধাতব পৃষ্ঠে পারমাণবিক H তৈরি করে)।

একবার পারমাণবিক হাইড্রোজেন স্টেইনলেস স্টিলের পৃষ্ঠে প্রবেশ করলে, এটি স্ফটিক জালির মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে। হাইড্রোজেন পরমাণুগুলি ক্ষুদ্র - তারা লোহার-নিকেল-ক্রোমিয়াম ম্যাট্রিক্সের মাধ্যমে দ্রুত স্থানান্তরিত হয়। ডিফিউশন রেট স্ফটিক গঠনের উপর অনেক বেশি নির্ভর করে: অস্টেনাইট (ফেস-কেন্দ্রিক ঘনক, এফসিসি, 304/316/321/347 এ পাওয়া যায়) এর একটি কম হাইড্রোজেন ডিফিউশন রেট (D ≈ 10⁻¹² m²/s) এবং উচ্চ হাইড্রোজেন দ্রবণ (হাইড্রোজেন ট্র্যাপস)। ফেরাইট (বডি-কেন্দ্রিক ঘনক, বিসিসি, 430 এ পাওয়া যায় এবং ডুপ্লেক্স 2205/2507 এর ফেরাইট ফেজে) একটি উচ্চ হাইড্রোজেন ডিফিউশন রেট (D ≈ 10⁻¹¹ m²/s - প্রায় 10x দ্রুত) এবং কম হাইড্রোজেন এর মাধ্যমে হাইড্রোজেন দ্রবণ কম)। এই কাঠামোগত পার্থক্য হল মৌলিক কারণ অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টীলগুলি ফেরিটিক বা ডুপ্লেক্স গ্রেডের চেয়ে HE কে ভালভাবে প্রতিরোধ করে।

স্টেইনলেস স্টিলের চারটি হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট মেকানিজম

স্টেইনলেস স্টিলে হাইড্রোজেন ক্ষয় চারটি যুগপত প্রক্রিয়া - হাইড্রোজেন-এনহ্যান্সড ডিকোহেসন (HEDE), শোষণ-প্ররোচিত স্থানচ্যুতি নির্গমন (AIDE), চাপ তত্ত্ব, এবং হাইড্রাইড গঠন - এর মাধ্যমে কাজ করে, যা সবই বিভিন্ন অবস্থান এবং শক্তি হ্রাস করে। প্রভাবশালী প্রক্রিয়া খাদ রচনা এবং পরিষেবা তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে।

[সূত্র] ASM হ্যান্ডবুক ভলিউম. 11: ব্যর্থতা বিশ্লেষণ এবং প্রতিরোধ (2002); সান মার্চি, সি. এবং সোমারডে, বিপি "উপাদানের হাইড্রোজেন সামঞ্জস্যের প্রযুক্তিগত রেফারেন্স" (SAND2008-1163, Sandia National Laboratories, 2008)।

কেন ক্রিস্টাল কাঠামো HE প্রতিরোধের চাবিকাঠি

অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টীল (FCC ক্রিস্টাল স্ট্রাকচার) হল সবচেয়ে হাইড্রোজেন-সংশ্লেষণ-প্রতিরোধী স্টেইনলেস স্টিল কারণ: (1) হাইড্রোজেন BCC লোহার তুলনায় FCC এর মাধ্যমে 10x ধীর গতিতে ছড়িয়ে পড়ে; (2) অস্টেনাইট জালি হাইড্রোজেনকে কঠিন দ্রবণে আটকে রাখে, ত্রুটির দিকে তার স্থানান্তরকে ধীর করে দেয়; (3) উচ্চ নিকেল সামগ্রী (8-10% 304/316) FCC কাঠামোকে আরও স্থিতিশীল করে। ফেরিটিক স্টেইনলেস স্টিল (BCC) এবং ডুপ্লেক্স স্টিল (যাতে ~50% ফেরাইট থাকে) স্বাভাবিকভাবেই HE-এর জন্য বেশি সংবেদনশীল কারণ BCC ফেরাইট হাইড্রোজেনের জন্য একটি দ্রুত-ডিফিউশন হাইওয়ে।

The stacking fault energy (SFE) of the austenite phase is also critical. SFE measures the energy required to create a stacking fault (a plane where the regular crystal stacking sequence is interrupted) in the austenite lattice. High SFE austenite (>45 mJ/m²): স্থানচ্যুতি ক্রস-স্লিপ সহজ, ফাটল নমনীয় মাইক্রোভয়েড সমন্বিত - বেশি HE-প্রতিরোধী দ্বারা প্রচারিত হয়। নিম্ন SFE অস্টিনাইট (< 20 mJ/m²): planar slip predominates, localisation of strain into narrow bands, easier crack initiation - more HE-susceptible.

[উৎস] SFE মান: ASM হ্যান্ডবুক ভলিউম. 1 (সম্পত্তি এবং নির্বাচন: আয়রন, ইস্পাত এবং উচ্চ-পারফরম্যান্স অ্যালয়); এইচ ডিফিউশন তুলনা: সান মার্চি এবং সোমারডে, স্যান্ডিয়া SAND2008-1163।

স্টেইনলেস স্টীল গ্রেড দ্বারা হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট প্রতিরোধ

316L (UNS S31603) হল সর্বোত্তম অল-কম-চাপের হাইড্রোজেন গ্যাস পরিষেবার জন্য গোলাকার স্টেইনলেস স্টীল. 304L (UNS S30403) গ্রহণযোগ্য কিন্তু সমান অবস্থায় একটু বেশি HE সংবেদনশীলতা রয়েছে. 321 এবং 347 তাদের হাইড্রোজেন পরিষেবার কোনো সুবিধা{31} HE-তে কোনো সুবিধা নেই{16} নিওবিয়াম/টাইটানিয়াম কার্বাইড আসলে HE{10}}সংবেদনশীল ইন্টারফেসগুলিকে প্রবর্তন করে৷ ডুপ্লেক্স 2205/2507 এবং ফেরিটিক 430 চাপযুক্ত হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য অনুপযুক্ত।

[সূত্র] ASME B31.12-2019 টেবিল IV-1 (হাইড্রোজেন পাইপিং এবং টিউবিং উপাদান)। চাপ এবং তাপমাত্রার সীমা হল পরিষেবার শর্ত, পরম উপাদান সীমা নয় - সর্বদা প্রকল্পের স্পেসিফিকেশন দিয়ে যাচাই করুন। DBTT ডেটা: ASM হ্যান্ডবুক ভলিউম. 1.

কেন কম-কার্বন গ্রেড (304L, 316L) হাইড্রোজেনে বাধ্যতামূলক

হাইড্রোজেন পরিষেবাতে সর্বদা 304L এবং 316L - কখনই 304 বা 316 - উল্লেখ করবেন না। কার্বন পার্থক্য (0.03% সর্বোচ্চ বনাম 0.08% সর্বোচ্চ) ক্ষয় সম্পর্কে নয় (এল গ্রেডের সাধারণ কারণ), এটি হাইড্রোজেন ক্ষয় সম্পর্কে। স্ট্যান্ডার্ড 304/316-এ উচ্চতর কার্বন ঢালাই বা উচ্চ তাপমাত্রা পরিষেবার সময় শস্যের সীমানায় ক্রোমিয়াম কার্বাইডের (Cr₂₃C₆) ঘনত্ব বাড়ায়। এই কার্বাইড আশেপাশের ম্যাট্রিক্স (সংবেদনশীলতা) থেকে ক্রোমিয়ামকে হ্রাস করে, ক্রোমিয়াম{13}}ক্ষয়প্রাপ্ত অঞ্চল তৈরি করে যেগুলি হাইড্রোজেন জমা এবং শস্যের সীমানা ক্র্যাকিংয়ের জন্য পছন্দের স্থান। L-গ্রেডে 0.03% কার্বন সীমা এটিকে বাধা দেয়।

ইঞ্জিনিয়ারিং নিয়ম 1 -হাইড্রোজেন পরিষেবায়, সর্বদা এল-গ্রেডের স্টেইনলেস স্টিল (304L, 316L) নির্দিষ্ট করুন৷ 304 এবং 304L (বা 316 এবং 316L) এর মধ্যে 0.05% কার্বন পার্থক্য নির্ধারণ করে যে ঢালাই বা পরিষেবার সময় শস্যের সীমানা ক্রোমিয়াম কার্বাইড তৈরি হয় কিনা। হাইড্রোজেনে, এই কার্বাইডগুলি{10}}সমৃদ্ধ শস্যের সীমানাগুলি ফাটল শুরু করার স্থান। এই নিয়মটি সমস্ত হাইড্রোজেন পরিষেবার ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, চাপ বা তাপমাত্রা নির্বিশেষে - হাইড্রোজেন সংস্পর্শে কোনও স্টেইনলেস স্টিলের জন্য এটি আলোচনাযোগ্য নয়৷

321 এবং 347 - টাইটানিয়াম এবং নিওবিয়াম স্ট্যাবিলাইজড গ্রেড সম্পর্কে কী?

321 (টাইটানিয়াম-স্থিতিশীল) এবং 347 (নিওবিয়াম-স্থিতিশীল) অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিলগুলি হাইড্রোজেন পরিষেবাতে 316L এর থেকে উচ্চতর নয়৷ যদিও তারা 304/316 এর চেয়ে ভাল সংবেদনশীলতা প্রতিরোধ করে, তাদের টাইটানিয়াম কার্বাইড (TiC) এবং niobium carbides (NbC) অতিরিক্ত দ্বিতীয়-ফেজ কণা/ম্যাট্রিক্স ইন্টারফেস - এবং হাইড্রোজেন পরমাণুগুলি সমস্ত সেকেন্ড{10}ফেজ ইন্টারফেসে জমা হয়। বেশি ইন্টারফেস=বেশি হাইড্রোজেন ট্র্যাপিং সাইট=HE এর ঝুঁকি বেশি। 321/347 ব্যবহার করুন শুধুমাত্র যেখানে উচ্চ-তাপমাত্রার শক্তি (425 ডিগ্রির উপরে) প্রয়োজন - সাধারণ হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য নয় যেখানে 316L হল ভাল পছন্দ৷

হাইড্রোজেনে 321-এর জন্য একটি বৈধ প্রয়োগ: উচ্চ-তাপমাত্রা বায়বীয় হাইড্রোজেন পরিষেবা 425 ডিগ্রির উপরে, যেখানে 316L এর তুলনায় টিআইসি অবক্ষেপগুলি উচ্চতর ক্রীপ শক্তি প্রদান করে। এই তাপমাত্রায়, হাইড্রোজেন ক্ষয়ও কম গুরুতর কারণ উচ্চ তাপমাত্রা জালির বাইরে হাইড্রোজেন বিচ্ছুরণকে উৎসাহিত করে (থার্মাল ডিসোর্পশন)। কিন্তু 425 ডিগ্রির নিচে পরিষেবার জন্য, 316L পছন্দ করা হয়।

হাইড্রোজেনে ডুপ্লেক্স এবং ফেরিটিক স্টেইনলেস স্টিলস

ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলগুলি (2205, 2507) উচ্চতর ক্লোরাইড স্ট্রেস জারা ক্র্যাকিং প্রতিরোধের সত্ত্বেও, অস্টেনিটিক গ্রেডের তুলনায় হাইড্রোজেন ক্ষয়-এর জন্য বেশি সংবেদনশীল। ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলের ফেরাইট ফেজ হাইড্রোজেন পরমাণুর জন্য দ্রুত-ডিফিউশন হাইওয়ে হিসাবে কাজ করে, এবং ফেরাইটে হাইড্রোজেন ঘনীভূত হলে এর নমনীয়তা নাটকীয়ভাবে কমে যায় - কিছু পরীক্ষায়, ফেরাইট-ফেজ নমনীয়তা হাইড্রোজেন পরিবেশে 60-80% কমে যায়৷ ASME B31.12 ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলগুলিকে হাইড্রোজেন পাইপিংয়ের জন্য গ্রহণযোগ্য হিসাবে তালিকাভুক্ত করে না। পরিবর্তে অস্টেনিটিক গ্রেড বা নিকেল অ্যালয় ব্যবহার করুন।

সমস্যাটি হল ডুপ্লেক্স মাইক্রোস্ট্রাকচার নিজেই: প্রায় 50% অস্টেনাইট (FCC, হাইড্রোজেন-প্রতিরোধী) এবং 50% ফেরাইট (BCC, হাইড্রোজেন-সংবেদনশীল) পাশাপাশি বিদ্যমান। হাইড্রোজেন পরমাণু ফেরাইট ফেজের মাধ্যমে বিচ্ছুরিত হয় অস্টেনাইট/ফেরাইট ফেজ সীমানায় জমা হয় কারণ অস্টেনাইটের হাইড্রোজেন দ্রবণীয়তা বেশি কিন্তু কম ডিফিউসিভিটি - এটি হাইড্রোজেন ফাঁদ হিসেবে কাজ করে। অস্টেনাইট/ফেরাইট ইন্টারফেস ঘনীভূত হাইড্রোজেনের একটি অঞ্চলে পরিণত হয়, যা ফেজের সীমানা বরাবর HEDE-টাইপ আন্তঃগ্রানুলার ক্র্যাকিংয়ের প্রচার করে। উচ্চ চাপের হাইড্রোজেন গ্যাস (69 MPa পর্যন্ত) 2205-এর উপর অধ্যয়নগুলি পরীক্ষা করা সমস্ত তাপমাত্রায় (–50 ডিগ্রি থেকে +100 ডিগ্রি) উল্লেখযোগ্য নমনীয়তা হ্রাস দেখায়।

[সূত্র] সান মার্চি, সি. এট আল। "অসটেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল টাইপ 316 এবং 316L এর হাইড্রোজেন সামঞ্জস্য," স্যান্ডিয়া ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিজ SAND2007-7994 (2008)। ডুপ্লেক্স 2205 HE ডেটা: Somerday, BP et al., ASTM STP 1517 (2011)।

হাইড্রোজেনে ফেরিটিক স্টেইনলেস স্টিল (430) - গুরুতর সীমাবদ্ধতা

ফেরিটিক স্টেইনলেস স্টীল 430 (UNS S43000) 0.01 MPa (0.1 বার) এর বেশি চাপে চাপযুক্ত হাইড্রোজেন গ্যাস পরিষেবাতে ব্যবহার করা উচিত নয়। বিসিসি স্ফটিক কাঠামোর সংমিশ্রণ (উচ্চ এইচ ডিফিউশন), খুব কম নিকেল সামগ্রী (< 0.5%), and the absence of any FCC phase means hydrogen atoms diffuse rapidly through 430 and accumulate at chromium carbide grain boundaries. Additionally, 430 has a ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) above room temperature - meaning it is already brittle at 20°C in the notch-impact test, before any hydrogen exposure. In hydrogen, its ductility drops to essentially zero.

ডিবিটিটি সমস্যাটি প্রায়ই উপেক্ষা করা হয় কিন্তু তা গুরুতর: 430-এর স্ট্যান্ডার্ড Charpy V-নচ ইমপ্যাক্ট টেস্টিং একই তাপমাত্রায় 304L/316L-এর জন্য 200-300 J-এর তুলনায় 20 ডিগ্রি (ঘরের তাপমাত্রায়) শুধুমাত্র ~50–60 J-এর প্রভাব শক্তি দেখায়। 0 ডিগ্রিতে, 430 প্রভাব শক্তি ~20–30 J - সীমারেখায় নেমে যায়। -20 ডিগ্রিতে (ঠান্ডা হাইড্রোজেন পরিষেবাতে সম্ভব), 430 ভঙ্গুর হয়ে যায়। হাইড্রোজেন এক্সপোজার DBTT-কে 30-50 ডিগ্রী - ঊর্ধ্বে স্থানান্তরিত করে যার অর্থ একটি 430 উপাদান যা 20 ডিগ্রিতে সবেমাত্র গ্রহণযোগ্য নয় হাইড্রোজেন এক্সপোজারের পরে 30 ডিগ্রিতে বিপজ্জনকভাবে ভঙ্গুর হয়ে যায়। এই কারণেই 430 হাইড্রোজেন স্টোরেজ এবং পরিবহন কোডে নিষিদ্ধ।

স্ট্যান্ডার্ড এবং কোড

ASME B31.12-2019 হল হাইড্রোজেন পাইপিং সিস্টেমের জন্য প্রাথমিক ডিজাইন কোড। এটি আস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল (304L, 316L, 321, 347) প্রায় 1 MPa (1,000 kPa, ~10 বার) এবং তাপমাত্রা 60 ডিগ্রির বেশি না হলে গ্যাসীয় হাইড্রোজেন পরিষেবাতে সীমাবদ্ধ করে। এটি হাইড্রোজেনে স্টেইনলেস স্টিলের জন্য সবচেয়ে সীমাবদ্ধ মান, এবং এটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে এবং বেশিরভাগ আন্তর্জাতিক বাজারে যেকোনো হাইড্রোজেন পাইপিং প্রকল্পের জন্য সর্বনিম্ন সম্মতির প্রয়োজনীয়তা।

[সূত্র] ASME B31.12-2019, টেবিল IV-1 (হাইড্রোজেন পাইপিং এবং টিউবিং উপকরণ)। দ্রষ্টব্য: 1 MPa ≈ 10 বার ≈ 145 psi। সর্বদা ASME B31.12-এর বর্তমান সংস্করণ প্রজেক্ট স্পেসিফিকেশনের বিপরীতে যাচাই করুন।

ISO 15156 / NACE MR0175

ISO 15156 অস্টেনিটিক বা ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলকে টক পরিষেবার জন্য যোগ্যতা দেয় না - অর্থাৎ হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) এবং হাইড্রোজেন উভয়ই ধারণকারী পরিবেশ। টক গ্যাস কূপ এবং উপকূল থেকে উৎপাদিত তরলগুলিতে, হাইড্রোজেন ক্ষয় প্রতিক্রিয়ার একটি উপজাত হিসাবে উপস্থিত থাকে (H₂S + Fe → FeS + 2H), এবং এই পারমাণবিক হাইড্রোজেনটি 10-10 ইনজিওর হাইড্রোজেনের চেয়ে বেশি হারে H₂S- অনুঘটক পথের মাধ্যমে ইস্পাতে প্রবেশ করে। টক হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য, ISO 15156 সারণি 5 এর অধীনে যোগ্য নিকেল অ্যালয় (Inconel 625, Alloy 825) প্রয়োজন - স্টেইনলেস স্টীল নয়৷

গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্য: বিশুদ্ধ হাইড্রোজেন গ্যাস পরিষেবা (হাইড্রোজেন রিফুয়েলিং স্টেশন, হাইড্রোজেন পাইপলাইন) → ASME B31.12 → সীমার মধ্যে গ্রহণযোগ্য অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল ব্যবহার করুন। টক হাইড্রোজেন / H₂S-বহনকারী হাইড্রোজেন পরিষেবা (অফশোর উত্পাদিত তরল, টক গ্যাস কূপ, H₂S সহ শোধনাগার হাইড্রোজেন স্ট্রিম) → ISO 15156 → নিকেল অ্যালয় ব্যবহার করুন, স্টেইনলেস স্টীল তালিকাভুক্ত নয়৷ এই দুটি বিভাগের মধ্যে সীমানা হল H₂S আংশিক চাপ 0.05 psia (0.0003 MPa) - এই প্রান্তিকের উপরে, H₂S হাইড্রোজেন প্রবেশকে অনুঘটক করে এবং নাটকীয়ভাবে HE কে ত্বরান্বিত করে।

API 620 / API 650 - হাইড্রোজেন স্টোরেজ ট্যাঙ্ক

API 620 Annex Q কম চাপের হাইড্রোজেন স্টোরেজ জাহাজের নকশা পরিচালনা করে। Austenitic স্টেইনলেস স্টিল (304L, 316L) তরল হাইড্রোজেন স্টোরেজ (–253 ডিগ্রী) এবং কম-চাপের বায়বীয় হাইড্রোজেন সঞ্চয়স্থান (~1.7 MPa পর্যন্ত) প্রতি API 620-এর জন্য অনুমোদিত। উচ্চ-চাপের জন্য বায়বীয় হাইড্রোজেন, MPa260 চাপের জন্য প্রয়োজন হয়। ASME VIII ডিভিশন 1 বা 2 অনুযায়ী ডিজাইন, ASME B31.12 অনুযায়ী নির্বাচিত উপকরণ সহ। API 650 বায়ুমণ্ডলীয়-চাপ সঞ্চয় ট্যাঙ্কগুলিকে কভার করে - চাপযুক্ত হাইড্রোজেনের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়৷

প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী

প্রশ্ন: 304 স্টেইনলেস স্টীল হাইড্রোজেন পরিষেবাতে ব্যবহার করা যেতে পারে?

উত্তর: চাপযুক্ত হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য স্ট্যান্ডার্ড 304 স্টেইনলেস স্টিল (UNS S30400) সুপারিশ করা হয় না। এর কার্বন সামগ্রী (0.08% পর্যন্ত) এটিকে ঢালাই বা উচ্চ-তাপমাত্রা পরিষেবার সময় সংবেদনশীলতা (শস্য সীমানা ক্রোমিয়াম কার্বাইড বৃষ্টিপাত) এর জন্য সংবেদনশীল করে তোলে, যা ক্রোমিয়াম-ক্ষয়প্রাপ্ত অঞ্চল তৈরি করে যা হাইড্রোজেন এক্সপোজার অধীনে অগ্রাধিকারমূলক ক্র্যাক ইনিশিয়েশন সাইট। পরিবর্তে 304L (UNS S30403, কার্বন কম বা 0.03% এর সমান) ব্যবহার করুন। এমনকি 304L আনুমানিক 1 MPa এর মধ্যে সীমাবদ্ধ এবং ASME B31.12 প্রতি 60 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রা। উচ্চ চাপের জন্য, 316L (একই সীমা) বা Inconel 625 (অনিয়ন্ত্রিত চাপ) এ আপগ্রেড করুন।

প্রশ্ন: 316L স্টেইনলেস স্টিলের জন্য হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্ট থ্রেশহোল্ড কী?

A: 316L স্টেইনলেস স্টিল (UNS S31603) প্রায় 1 MPa (10 বার) পর্যন্ত গ্যাসীয় হাইড্রোজেন পরিষেবা এবং 60 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রার জন্য গ্রহণযোগ্য, যেমনটি ASME B31.12-2019 সারণি IV-১ এ তালিকাভুক্ত। 1 MPa এর উপরে বা 60 ডিগ্রির নিচে, 316L পরিমাপযোগ্য নমনীয়তা হ্রাস দেখায় - প্রসারণ উচ্চ-চাপ হাইড্রোজেনে মান ~60% থেকে 30-40% পর্যন্ত নেমে যেতে পারে। 316L-এ মলিবডেনাম (2-3%) হাইড্রোজেন পরিষেবায় 304L-এর তুলনায় সামান্য সুবিধা প্রদান করে, প্রাথমিকভাবে হাইড্রোজেন-সহায়ক পৃষ্ঠ ক্র্যাকিংয়ের উন্নত প্রতিরোধের মাধ্যমে। 1 MPa-এর উপরে হাইড্রোজেন চাপের জন্য, Inconel 625 (UNS N06625) হল স্ট্যান্ডার্ড আপগ্রেড, ISO 15156 অনুযায়ী হাইড্রোজেন পরিষেবাতে সীমাহীন চাপ এবং তাপমাত্রার জন্য যোগ্য৷

প্রশ্ন: হাইড্রোজেনের জন্য ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিল (2205, 2507) কেন সুপারিশ করা হয় না?

উত্তর: ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টীল 2205 (UNS S31803) এবং 2507 (UNS S32750) উচ্চতর ক্লোরাইড স্ট্রেস জারা ক্র্যাকিং রোধ হওয়া সত্ত্বেও, অস্টেনিটিক গ্রেড 304L বা 316L এর চেয়ে হাইড্রোজেন ভ্রান্তির জন্য বেশি সংবেদনশীল। ফেরাইট ফেজ (দেহ-কেন্দ্রিক ঘন স্ফটিক কাঠামো, মাইক্রোস্ট্রাকচারের ~50%) হাইড্রোজেন বিচ্ছুরণের হার প্রায় 10x বেশি অস্টেনাইট - হাইড্রোজেন পরমাণু ফেরাইটের মধ্য দিয়ে ছুটে যায় এবং অস্টেনাইট/ফেরাইট ফেজ বোতে জমা হয়। এই ফেজ সীমানা হাইড্রোজেন এক্সপোজার অধীনে ফাটল সূচনা সাইট হয়ে ওঠে. সমীক্ষাগুলি দেখায় যে 2205 নমনীয়তা 60-80% উচ্চ{16}}চাপ হাইড্রোজেনে (69 MPa), একই অবস্থার অধীনে 316L এর জন্য 5-25% এর তুলনায়। ASME B31.12 হাইড্রোজেন পাইপিংয়ের জন্য গ্রহণযোগ্য হিসাবে ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টীলগুলিকে তালিকাভুক্ত করে না - অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টীল বা নিকেল অ্যালয় ব্যবহার করতে হবে৷

প্রশ্ন: কোন স্টেইনলেস স্টীল তরল হাইড্রোজেন স্টোরেজের জন্য সবচেয়ে ভালো -253 ডিগ্রি?

উত্তর: 304L এবং 316L অস্টেনিটিক স্টেইনলেস স্টিল হল তরল হাইড্রোজেন স্টোরেজ (–253 ডিগ্রী, প্রায় 1 atm) এর জন্য আদর্শ উপকরণ। ক্রায়োজেনিক তাপমাত্রায়, তরল হাইড্রোজেন মূলত বিশুদ্ধ আণবিক H₂ - কোনো পারমাণবিক হাইড্রোজেন বিচ্ছিন্নতা ঘটে না, প্রাথমিক ক্ষত প্রক্রিয়াকে দূর করে। 304L এবং 316L উভয়েরই -253 ডিগ্রীতে চমৎকার Charpy V-খাঁজের প্রভাব শক্ততা রয়েছে (সাধারণত 150–250 J, PSL-2 পরিষেবার জন্য ন্যূনতম 41 J থেকে অনেক বেশি), এবং এগুলি ASME VIII ডিভিশনে তরল হাইড্রোজেন স্টোরেজের জন্য অনুমোদিত। 430 অবশ্যই ক্রায়োজেনিক হাইড্রোজেন পরিষেবায় ব্যবহার করা উচিত নয় - এর নমনীয়-টু-ভঙ্গুর স্থানান্তর তাপমাত্রা (DBTT) ঘরের তাপমাত্রার উপরে, যে কোনও হাইড্রোজেন এক্সপোজারের আগে এটিকে ভঙ্গুর করে তোলে।

প্রশ্ন: হাইড্রোজেন পরিষেবায় স্টেইনলেস স্টিলকে কোন মানগুলি নিয়ন্ত্রণ করে?

A: হাইড্রোজেন পরিষেবায় স্টেইনলেস স্টিলের জন্য তিনটি মান বাধ্যতামূলক: (1) ASME B31.12-2019 - হাইড্রোজেন পাইপিং এবং টিউবিং কোড: চাপ এবং তাপমাত্রার সীমা সহ গ্রহণযোগ্য উপকরণ (304L, 316L, 321, 347 austenitic SS) তালিকাভুক্ত করে; (2) ISO 15156 / NACE MR0175 - H₂S- বহনকারী পরিষেবার জন্য উপকরণ: অস্টেনিটিক বা ডুপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলের তালিকা করে না; নিকেল অ্যালয় (Inconel 625, Alloy 825) হল টক হাইড্রোজেন পরিষেবার জন্য উপযুক্ত উপকরণ; (3) API 620 Annex Q / ASME VIII বিভাগ 1 - স্টোরেজ ট্যাঙ্ক এবং চাপ জাহাজ: হাইড্রোজেন স্টোরেজ ট্যাঙ্কের জন্য উপাদান প্রয়োজনীয়তা নিয়ন্ত্রণ করে। আপনার নির্দিষ্ট প্রকল্পের এখতিয়ার এবং আবেদনের জন্য সর্বদা প্রযোজ্য মান যাচাই করুন।

প্রশ্ন: হাইড্রোজেন কেন স্টেইনলেস স্টীলকে ভঙ্গুর করে তোলে?

A: হাইড্রোজেন ক্ষয় তিনটি পর্যায়ে ঘটে: (1) হাইড্রোজেন গ্যাস (H₂ অণু) স্টেইনলেস স্টিলের পৃষ্ঠে পারমাণবিক হাইড্রোজেনে (H) বিচ্ছিন্ন হয়ে যায় - এটি উচ্চ চাপ, উচ্চ তাপমাত্রায় বা H₂S এর উপস্থিতিতে ঘটে; (2) পারমাণবিক হাইড্রোজেন পরমাণু স্টেইনলেস স্টিলের স্ফটিক জালিতে ছড়িয়ে পড়ে - তারা লোহার-নিকেল-ক্রোমিয়াম ম্যাট্রিক্সের মাধ্যমে স্থানান্তরিত হয় এবং ত্রুটিযুক্ত স্থানে জমা হয়: শস্যের সীমানা, MnS অন্তর্ভুক্তি, এবং দ্বিতীয়-আন্তঃফেজ অংশ; (3) এই ফাঁদের জায়গায়, দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু পুনরায় একত্রিত হয়ে একটি H₂ অণু তৈরি করে। H₂ অণুগুলি মাইক্রোস্কোপিক শূন্যতা থেকে পালাতে পারে না, 10,000 বায়ুমণ্ডলের সমতুল্য 1,000 MPa - পর্যন্ত অভ্যন্তরীণ গ্যাসের চাপ তৈরি করে। এই চাপ ধাতুকে শস্যের সীমানা বরাবর ক্র্যাক করতে বাধ্য করে (HEDE মেকানিজম)। ফলাফল: নমনীয়তা ~60% প্রসারণ থেকে 10% এর নিচে নেমে আসে; চূড়ান্ত প্রসার্য শক্তি ড্রপ; এবং আসন্ন ব্যর্থতা সম্পর্কে সতর্ক করার জন্য কোনো প্লাস্টিকের বিকৃতি ছাড়াই ফ্র্যাকচার ভঙ্গুর হয়ে যায় -৷ এই কারণেই হাইড্রোজেন ক্ষত বিশেষভাবে বিপজ্জনক: এটি বিপর্যয়কর ফ্র্যাকচারের আগে কোনও সতর্কতা দেয় না।