بررسی تأثیر خورندگی هیدروژن بر دیافراگم سنسور فشار

هیدروژن

هیدروژن یک حامل انرژی با پتانسیل بالا است. انرژی مازاد حاصل از منابع انرژی تجدیدپذیر میتواند برای تولید هیدروژن از طریق الکترولیز و در نتیجه ذخیره انرژی استفاده شود. هیدروژن همچنین ماده اولیه فرآیندهای Power2X است. اهمیت هیدروژن نیز در سطح جهانی شناخته شده است. اما هیدروژن چالش هایی نیز به همراه دارد:

هیدروژن یک گاز قابل اشتعال و انفجاری است که بسته به نوع کاربرد، تحت فشار زیاد پردازش می شود. اقدامات برای محافظت در برابر انفجار، ایمنی عملکردی یا دستورالعمل تجهیزات فشار اغلب لازم است. خواص بی نظیر هیدروژن یک چالش خاص است.

هیدروژن برای ذخیره انرژی

ماهیت متغیرِ انرژی های تجدیدپذیر یکی از بزرگترین چالش ها در اجرای انتقال انرژی در نظر گرفته شده است:
منابع خورشیدی و باد را نمیتوان با توجه به نیازهای مصرف کنندگان الکتریسیته در هر زمان تنظیم کرد. بنابراین توسعه فناوری های ذخیره سازی انرژی کارا و اقتصادی عامل تعیین کنندهای برای موفقیت در انتقال انرژی است. هیدروژن در ذخیره انرژی مازاد نقش اساسی دارد. از انرژی مازاد حاصل از منابع انرژی تجدیدپذیر میتوان برای تولید هیدروژن از طریق الکترولیز به منظور ذخیره سازی انرژی استفاده کرد. هیدروژن همچنین ماده اولیه فرآیندهای Power2X است. با این وجود ، اداره کوچکترین مولکول موجود نیز یک چالش است:
به این دلیل که هیدروژن در فلزات زیادی حل میشود و آنقدر کوچک است که در فولادهای ضد زنگ (Stainless Steel) نفوذ میکند و باعث شکننده شدن برخی از انواع فولاد میشود. بنابر این هنگام خرید سنسور فشار خود اعم از ترانسمیتر فشار، سوییچ فشار و گیج فشار حتماً باید به متریال دیافراگم که در تماس با هیدروژن است توجه ویژه شود.

هیدروژن تردی

هنگامی که اتم های هیدروژن در تماس با فلزات قرار میگیرند، شبکه بلوری را مختل میکنند و باعث شکننده شدن متریال آلیاژهای مورد استفاده معمول میشود. بنابراین انتخاب متریال مناسب بسیار مهم است. با این حال، فولادهای ضد زنگ (Stainless Steel) مقاوم در برابر هیدروژن دقیقاً همان هایی هستند که قابلیت ارتجاع کمتری دارند و بنابراین در اپلیکیشن های اندازه گیری فشار، کاربرد محدودی دارند. یک راه حل می تواند استفاده از یک دیافراگم سیل بالادستی باشد.

نفوذ هیدروژن به فولاد ضد زنگ

مولکول هیدروژن در سطح فلزات به اتم های هیدروژن تجزیه میشود و این میتواند سبب انتشار آنان در فلزات شود:

ابتدا مولکول های هیدروژن به اتم تجزیه میشوند، سپس اتم ها از طریق شکاف های چهار و هشت وجهی شبکه فلزی عبور می کنند و به عنوان مولکول های طرف دیگر، دوباره متحد میشوند. کل این فرآیند نفوذ نامیده میشود. سرعت نفوذ به دما ، فشار و متریال بستگی دارد.

تقریباً تمام فلزات با جذب هیدروژن شکل پذیری (چکشخواری) خود را از دست میدهند. این امر به ویژه در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد قابل توجه است. مکانیسم دقیق درگیری هنوز تعیین نشده است اما با این حال، نظریه های برجسته نشان میدهد که هیدروژن باعث تغییر موضعی پیوند بین فلزات در نوک ترک تحت تنش میشود. این امر ممکن است استحکام چسبندگی پیوندها یا تنش برشی مورد نیاز برای لغزش را کاهش دهد. به شکل دیگر، فلز در حالت ترد، تحت استحکام تسلیم ماکروسکوپیک ساختار کاملاً میشکند. زمانی که متریال Tantalum در خدمت هیدروژن قرار میگیرد، شکنندگی هیدروژن یک مشکل معمول است.

بسته به شرایط فرآیند، میتوان از یک دیافراگم سیل با دیافراگم ساخته شده از فولاد ضد زنگ مقاوم در برابر هیدروژن، یا یک دیافراگم با روکش طلا استفاده کرد.