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陈学东院士:氢脆问题可能被高估了

来源:氢能网整理 发布时间:2025-02-17 17:15:43

安全问题一直是氢能产业发展的关键问题。虽然氢能已被写入《能源法》,但国家并没有否认氢气的危化品属性,也没有把氢从危化品目录中去除。

2月13日晚,中国工程院院士陈学东在JME学院网络公开课作《我国氢能储运装备技术进展》报告时,再次谈到了业内关心的氢脆问题。

陈学东院士明确谈到,氢脆问题可能被高估,大可不必“谈氢色变”。他强调,在规范设计条件下,氢能储运装备的安全问题总体可控,氢能产业当前主要问题是通过技术迭代降低成本。

图片受高温高压临氢设备研究结论和使用经验影响,人们一直担心金属在常温高压下的氢脆问题。陈学东院士指出,“大量研究和实践表明,200℃以下、35MPa以下氢环境不易导致金属氢脆,室温基本无影响。”

为了佐证这一观点,陈学东院士还引用了合肥通用机械研究院石化装置的一组实验数据。合肥通用院针对Q345R、30CrMo、X80等压力容器与管道常用钢开展系列试验,包括常温高压充氢、慢应变速率拉伸、WOL试样氢致开裂应力强度因子门槛值等。相关实验数据如下:

比如常温高压、超高压充氢实验情况如下:

常温35MPa氢环境:氢几乎无法渗透进入Q345R、30CrMo、X80钢

常温70MPa氢环境:氢仍然难以渗透进入Q345R、30CrMo、X80钢,最大氢浓度增加0.16ppm30CrMo.

常温110MPa氢环境:氢少量进入30CrMo钢(增加0.40ppm),但仍难进入Q345R、X80钢(增加0.04~0.11ppm)

其他两种实验均无大的影响。因此,以上三种实验结论是:

常温、35MPa氢环境:对金属材料服役性能无明显影响

常温、70MPa氢环境:对金属材料服役性能影响不大

常温、110MPa氢环境:对金属材料服役性能影响可以接受

陈学东院士认为,针对氢脆问题,需进一步发展金属氢脆微观表征与模拟计算方法,探寻金属常温高压氢脆的压力“拐点”。至于常温超高压或常温高压高流速储氢条件下,氢脆临界压力也有待进一步研究。

碳索氢能网注意到,这并非陈学东院士首次在公开场合就氢脆问题发声。在此前的《财经》年会演讲和《前瞻科技》杂志发表的文章中,他都曾就这一问题进行过深入阐述。相关信息如下:

《财经》年会:常温下氢脆问题不是很明显

2023年11月22日,陈学东院士在“《财经》年会2024:预测与战略”进行演讲,其中关于氢脆方面内容如下:

金属材料在氢的环境下有可能引起材料脆化,导致韧性降低发生破坏。在常温中低压下氢气分子很难变成氢原子,只有原子氢才能进入金属内部,但是分子氢转化为原子氢是需要一定条件的。常温下氢脆问题不是很明显,但是交变载荷下疲劳问题是存在的。

中石化从内蒙古到北京的燕山拟建设一条400公里的纯氢输送管道,压力不超过10 MPa,温度是常温,不构成氢脆的问题。掺氢的管道,往天然气加15%~30%的氢气,相当于碳减排,在终端如把氢分离出来用于燃料电池,还是要耗能的。

《前瞻科技》:氢脆影响被过度扩大化

2024年,《前瞻科技》杂志发表了陈学东院士一篇题为《氢能储运技术发展挑战及对策》文章。该文同样指出,金属常温高压氢脆问题可能被高估,导致压力容器与管道选材及建造要求被盲目提升、经济性差,从业者与公众往往谈氢色变。

国内外石油化工领域研究和工程实践表明,常温中高压氢环境不易导致压力容器与管道用碳钢、低合金钢等金属材料氢脆。部分学者研究常温高压氢脆的试验环境与实际偏差过大,使得金属常温氢脆影响被过度扩大化,不利于氢能储运压力容器与管道等技术装备发展。

图片图:陈学东院士在前瞻科技杂志发表文章

陈学东院士

陈学东,中国工程院院士。中国机械工业集团有限公司党委常委,副总经理,总工程师。主要研究方向为压力容器与管道安全工程技术。

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责任编辑:张欣雨

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