Waterstof en energietransitie

Waterstof stelt lastechnisch eisen die veel bedrijven nog niet gewend zijn. Het molecuul is klein genoeg om door een naad te lekken die voor aardgas dicht genoeg was, en het dringt het staal binnen waar het de taaiheid verlaagt. Tegelijk staat de regelgeving nog in beweging, wat betekent dat de projectspecificatie vaak zwaarder weegt dan de norm.

Materiaalkeuze en hardheidsgrenzen voor waterstofdienst
ASME B31.12 en de Europese kaders
Lekdichtheid en verhoogde NDO-omvang
Kwalificatie van procedures voor nieuwe toepassingen

Stel uw technische vraag Bel 06 29 72 37 91

DEHAAS begeleidt bedrijven die leidingwerk, opslag, elektrolysers of componenten voor waterstoftoepassingen bouwen, en beoordeelt bestaande procedures op geschiktheid voor waterstofdienst.

Waterstofverbrossing in het kort

Atomair waterstof dringt het staalrooster binnen en verzamelt zich bij spanningsconcentraties, insluitsels en harde structuren. Daar verlaagt het de taaiheid en bevordert het scheurgroei. Het effect is het sterkst bij hoge sterkte, hoge hardheid en hoge spanning, precies de combinatie die in de warmte beinvloede zone van een las kan ontstaan.

De praktische vertaling is een hardheidsgrens. Waar in gewone constructies 380 HV10 wordt aangehouden, gaat waterstofdienst richting 250 HV10 of lager, wat de voorwarmtemperatuur, de warmte-inbreng en soms een warmtebehandeling dwingt. Zie hardheidsmeting.

Materiaalkeuze

Voor gasvormige waterstof bij matige druk voldoen laaggelegeerde, laagkoolstofhoudende staalsoorten met beheerste hardheid vaak goed. Bij hoge druk en bij vloeibare waterstof wordt overgestapt op austenitisch roestvast staal, dat door zijn kubisch vlakgecentreerde rooster veel minder gevoelig is voor verbrossing.

Let op dat niet elk austenitisch type gelijk presteert: typen met een laag nikkelgehalte kunnen onder spanning vervormingsmartensiet vormen, en dat is wel gevoelig. Voor cryogene toepassingen komen daar eisen aan kerftaaiheid bij zeer lage temperatuur bij.

Normen in beweging

ASME B31.12 is momenteel de meest complete code voor waterstofleidingen en pijpleidingen, met eigen eisen aan materiaal, ontwerp en beproeving. In Europa wordt gewerkt met EN 13480 en de PED, aangevuld met projectspecifieke eisen; EN 17124 gaat over de kwaliteit van de waterstof zelf, niet over de constructie.

Omdat het normenlandschap nog niet is uitgekristalliseerd, is de projectspecificatie van de opdrachtgever of netbeheerder in de praktijk leidend. Stel die hiërarchie vast voordat u kwalificeert, want een WPQR op de verkeerde grondslag is verloren werk.

Lekdichtheid en onderzoek

Waterstof lekt door openingen die aardgas tegenhouden. Dat betekent hogere eisen aan doorlassing en aan de afwezigheid van doorlopende porositeit, en vaak een aanvullende lekbeproeving met helium in plaats van of naast de gebruikelijke drukproef.

De NDO-omvang ligt navenant hoger, met vaak 100 procent volumetrisch onderzoek op kritische naden. Gemechaniseerde UT met phased array is daarvoor aantrekkelijk, omdat het de hoogte van een eventuele fout meet en dus een breukmechanische beoordeling mogelijk maakt. Zie phased array en TOFD.

Veelgestelde vragen

Soms, na beoordeling. Bepalend zijn de staalsoort, de hardheid van de bestaande lassen, de aanwezigheid van fouten en de bedrijfsdruk. Die beoordeling is een combinatie van materiaalonderzoek, hardheidsmeting op locatie en een breukmechanische analyse. Ga er nooit vanuit dat hergebruik zonder meer kan.

Dat legt de projectspecificatie vast. In de praktijk wordt vaak 250 HV10 aangehouden, in navolging van de ervaring uit zuurgasdienst, en soms strenger. Controleer het vóór de kwalificatie, want de grens bepaalt de voorwarm- en warmte-inbrengparameters.

Vrijwel altijd ja, omdat de aanvullende eisen, zoals hardheid en kerftaaiheid, in een bestaande WPQR meestal niet zijn beproefd. Soms kan een bestaande kwalificatie worden uitgebreid met aanvullende beproeving op bewaard proefstukmateriaal, als dat er nog is.

Veel minder gevoelig, niet ongevoelig. Stabiele austenitische typen met voldoende nikkel presteren goed. Typen die onder vervorming martensiet vormen, en geharde of sterk koudvervormde delen, blijven een aandachtspunt.