Individuelles Qualifizierungskonzept für Werkstoffsysteme*
Wasserstoff stellt hohe Anforderungen an den Werkstoff Stahl. Wir helfen Ihnen Produkte und Prozesse bereit für den Wasserstoffeinsatz zu machen!
Werkstoffqualifizierung
Beratung und Durchführung von Werkstoffqualifizierung
Werkstoffprüfung
Werkstoffprüfung unter Druckwasserstoff
Individuelles Berechnungskonzept
Individuelles Berechnungskonzept für den jeweiligen Anwendungsfall
Durch die Bündelung von Expertenwissen, Anwendungsnähe und Normungserfahrung haben wir ein Qualifizierungskonzept entwickelt, das auf den obigen Säulen beruht.
Unser System orientiert sich immer an den momentan existierenden Bemessungsnormen und betrachtet auf deren Basis das gesamte Werkstoffsystem*.
*Unter Werkstoffsystem müssen immer die Grundwerkstoffe und die Schweißverbindungen sowie alle anderen, den Grundwerkstoff verändernden, Einflüsse betrachtet werden.
Herausforderungen für die Wasserstoffwirtschaft
Vermeidung von außergewöhnlichen (katastrophalen) Schadensereignissen
Bei der Bauteilauslegung muss neben den üblichen operativen Belastungen auch die Möglichkeit des Versagens bei außergewöhnlichen Belastungen einbezogen werden. Dies gilt insbesondere für die vielen Anwendungsbereiche entlang der Wertschöpfungskette in der Wasserstoffwirtschaft. Operative und außergewöhnliche Belastungen können in Verbindung mit Werkstoffdegradation durch Wasserstoff zum Versagen mit ggf. katastrophalen Folgen führen, was es zu vermeiden gilt.
Einfluss von Wasserstoff auf Stahl
Grundsätzlich ist Stahl ein geeigneter Werkstoff für die Wasserstoffwirtschaft. Bekannt ist jedoch auch, dass Wasserstoff negativen Einfluss auf Stahl durch Versprödung hat. Zähigkeit, Duktilität und die Dauerfestigkeit werden unter ungünstigen Bedingungen reduziert. Damit steigt das Risiko für plötzliches Bauteilversagen erheblich. Dieser Vorgang ist äußerlich nicht sichtbar und muss daher in Sicherheitskonzepten durch Anforderungen an den Werkstoff vorab ausgeschlossen werden.
Rechtliches Rahmenwerk/ Normen
Aufgrund des Gefährdungspotentials werden weltweit gesetzliche Regelungen entstehen. Die technische Umsetzung der Anforderungen aus den gesetzlichen Regelungen erfolgt mit Hilfe von Normen und Richtlinien. Bislang gibt es jedoch noch keine ausreichend normativen Vorgaben zum Thema Wasserstoff.
Die Wasserstoffwirtschaft läuft momentan weltweit an! Dabei wird erwartet, dass aus den momentan verwendeten 75Mt Wasserstoffequivalents bis zum Ende dieses Jahrzehnts 172Mt und bis 2050 598Mt werden.
Die größten Verbraucher von Wasserstoff werden dabei die Eisen- und Stahl-Produktion und die Energieerzeugung sein. Erwartet wird, dass der Wasserstoffverbrauch in China, Nordamerika und Europa besonders hoch sein wird, dicht gefolgt von Indien.
Um dem Bedarf an Wasserstoff in Deutschland beizukommen, wird mit etwa 30% eigener Produktion und 70% Importen gerechnet. Für die Weiterverteilung sind verschiedene Transportformen im Gespräch: Pipelines und Schiffe, aber auch LKW oder eine dezentrale Versorgung.
Egal um welche Anwendung es geht, in der Infrastruktur kommt Wasserstoff in jedem Fall mit Stahl in Kontakt. Und für diesen Kontakt müssen die Werkstoffsysteme geeignet und ausgelegt sein.
Stahlanwendungen in der Wasserstoffwirtschaft
Pipeline
Rohre
Druckbehälter
Anbauteile
Maschinen, Verdichter und Kompressoren
Transport
Unser Wasserstoffspezifisches Leistungsangebot
Qualifizierung für den Wasserstoffeinsatz
Wir unterstützen unsere Kunden, Chancen und Risiken realistisch einzuschätzen, indem wir die Risiken identifizieren und minimieren, die bei der Nutzung Ihrer Produkte oder Anlagen in Verbindung mit Wasserstoff auftreten können.
Die Qualifizierung Ihres verwendeten Werkstoffs als H2-Ready erfolgt durch einen individuell zugeschnittenen Bewertungsplan. Dabei nutzen wir modernste Versuchstechnik, um das Material unmittelbar unter Wasserstoffbedingungen zu testen.
Sicherheit beim Einsatz durch Normungsexpertise
In der aktuellen Anpassung maßgeblicher Normen auf nationaler und europäischer Ebene sind wir beteiligt, so dass auch dieser aktuelle Erkenntnisstand in unsere Projekte einfließt. Auf Basis des umfangreichen diesbezüglichen Kenntnisstandes unserer Mitarbeiter treffen wir Aussagen darüber, ob ihr Material H2-Ready ist und welche Rahmenbedingungen bei dem Einsatz gegeben sein müssen. Unsere Ergebnisse vertreten wir auch gegenüber Ihrem Zertifizierer und/oder Kunden sofern dies notwendig und/oder gewünscht ist.
Mit unserem Solutions Engineering Ansatz, der neben dem Know-How interne und externe Kommunikation als wesentliches Element beinhaltet, können wir auf individuelle Anforderungen eingehen und ermitteln so die wichtigsten Kriterien Ihrer Problemstellung als Grundlage für den Lösungsweg.
Vorgehensweise
Phase 1: Analyselevel
- Erfassung der Ausgangssituation in Hinblick auf die zu qualifizierenden Werkstoffe und verbundenen Regelwerke
- Planung der Aufwände zur Erreichung des Qualifizierungsziels
Phase 2: Arbeitslevel
- Erarbeitung und Anwendung unseres Qualifizierungskonzeptes in Anlehnung an jeweils gültige Normen und Richtlinien und aktuellen Erkenntnissen.
- Ableitung und Implementation von Maßnahmen zur zukünftigen Qualifizierung
Phase 3: Zertifizierungslevel
- Erbringung des Übereinstimmungsnachweises zwischen Werkstoff, Anforderungen und Maßnahmen.
- Umsetzung im laufenden Betrieb
Werkstoffkennwerte unter Wasserstoffeinfluss
Mit Bruchmechanik zu qualifizierten Aussagen
Mit Hilfe der Bruchmechanik können die Gefahren, die von Rissen und Risswachstum ausgehen, analysiert und dabei das komplexe, auch zeitliche Zusammenwirken verschiedener Belastungsfaktoren, erfasst werden. Dadurch rückt der entscheidende Aspekt, die Vermeidung instabilen Risswachstums in den Fokus und es können kurzfristig Lösungen geliefert werden.
Bruchflächen von KI,H Proben nach 1000 Stunden Belastung unter Druckwasserstoff KI,H
Insbesondere bei der Verwendung von Werkstoffen in Wasserstoffmedien ist instabiles Risswachstum und sprödes Versagen eine reale Gefahr durch Wasserstoffversprödung. Dieses Gefahrenpotenzial kann durch Bruchmechanikversuche in Wasserstoff evaluiert und eingegrenzt werden. Auch für die Qualifizierung von Werkstoffen und Schweißverbindungen als „H2-qualified“ ist es möglich bruchmechanische Versuche nach internationalem Stand der Technik (z.B. ASME B31.12) sinnvoll einzugrenzen. Damit leistet die Bruchmechanik beim Wasserstoff, wie schon in anderen Hochsicherheitsanwendungen wie Kerntechnik oder Offshore Öl und Gas oder Druckgeräte einen wichtigen Beitrag zum sicheren Betrieb und zur Vermeidung von langen Stand- bzw. Ausfallzeiten.
Bruchmechaniktests in Wasserstoffumgebung
Für Bruchmechanikversuche in Wasserstoffumgebung gibt es zurzeit zwei genormte Versuchsarten:
- Der konventionelle Versuchsaufbau mit CT- oder SENB-Probe bei dem nach ASTM E 1820 die Bruchzähigkeit oder nach ASTEM E 648 eine Rissfortschrittskurve bestimmt wird.
- Der KI,H Versuch nach ASTM E 1681-03, bei dem eine spezielle Bruchmechanikprobe unter konstante Vorspannung gesetzt wird und anschließend in einem Autoklav über eine vordefinierte Zeit in Druckwasserstoffatmosphäre ausgelagert wird. Dieser Versuch wird derzeit auch nach ASME B31.13 Option B gefordert.
Schadensanalyse nach VDI Richtlinie 3822
Auch bei Schadensanalysen unter Wasserstoffeinfluss wird ein Vorgehen nach der VDI Richtlinie 3822 angewandt.
Dabei spielen die Schadensbeschreibung sowie die Bestandsaufnahme eine große Rolle.
Besonders wichtig bei unserem Vorgehen ist uns nicht nur die Schadensursache zu ermitteln, sondern auch Möglichkeiten zur Schadensabhilfe aufzeigen zu können.
In Kooperation mit unseren Partnerlabors stehen uns alle modernen Analysemethoden zur Verfügung.
Wasserstoff Schadensanalytik
Schäden durch Wasserstoffeinfluss
Schadenvermeidung ist oberstes Gebot. Sollte es jedoch zu einem Schadensfall gekommen sein, helfen wir als IWT-Solutions AG, die Ursache zu finden und Maßnahmen zur Abwendung nachhaltiger kostenintensiver Folgen zu treffen.
REM Aufnahmen eines interkristallinen Bruchs mit Anzeichen von Wasserstoffeinwirkung
Dies gilt auch für den Werkstoffeinsatz unter Wasserstoffumgebung, bei dem ein vollkommenes Werkstoffversagen innerhalb kürzester Zeit zu enormen Infrastrukturschäden führen kann.
Bei der Analyse orientieren wir uns an der VDI Richtlinie 3822 und deren Anpassung an Wasserstoff. In Zusammenarbeit mit unseren Partnerlabors stehen uns alle modernen Analysemethoden zur Verfügung. Analyse und Interpretation liegen dabei in der Hand unserer Spezialisten. In Streitfällen, vor Gericht oder außergerichtlich, bieten wir qualifizierte Unterstützung.