Ventilprüfung für Wasserstoff- und CO2-Abscheidungsanwendungen (CCUS)

Der Ausbau der ‘Neuen Energien’ oder der kohlenstoffarmen Wirtschaft erfordert eine Weiterentwicklung der dazugehörigen Infrastruktur. Dadurch wird sichergestellt, dass diese auch mit den beiden anspruchsvollsten chemischen Fluiden – Wasserstoff (H₂) und Kohlendioxid (CO₂) – umgehen kann. 

Anlagenbetreiber und Hersteller müssen daher Wasserstoffventile als primären Schutz vor Umweltrisiken und erheblichen finanziellen Verlusten betrachten. Um sicherzustellen, dass diese Komponenten den Belastungen im Hochdruckbetrieb standhalten, ist ein grundlegender Wandel bei der Materialauswahl und den herkömmlichen Ventilprüfverfahren erforderlich. 

Vorbereitung von Ventilen für Wasserstoff und CCUS

Die technischen Aspekte von Wasserstoffventile und Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) erfordern von den Beteiligten, extreme Druckschwankungen und aggressive chemische Reaktionen zu bewältigen. Das Konzept von ‘Null Leckage’Bei Anwendungen im Bereich der neuen Energien muss unbedingt darauf geachtet werden. Selbst kleinste Dichtungsfehler können zu Explosionen führen. 

Leckagen im CCUS-System können auch zu einem schnellen, lokalen Einfrieren führen. Daher muss bei der Ventilvorbereitung eine dickere Gussform und sorgfältige Verarbeitung berücksichtigt werden. Prüfung auf flüchtige Emissionen, und metallurgische Validierung. Diese Prozesse gewährleisten, dass die Ventile während ihrer gesamten Lebensdauer einen sicheren Druck aufrechterhalten. 

Die Wasserstoff-Herausforderung

Chemiker und Ingenieure betrachten Wasserstoff als den ultimativen ‘Ausbrecherkönig’ der molekularen Welt. Er ist das kleinste und leichteste Element und stellt besondere physikalische und chemische Herausforderungen dar, die herkömmliche Industriearmaturen innerhalb weniger Monate unbrauchbar machen. 

H₂-Molekülgröße und Leckagerisiken

Da Wasserstoffmoleküle sehr klein sind, können sie durch mikroskopisch kleine Poren und Kristallgitter wandern. Dies birgt ein hohes Risiko für unsichtbare Leckagen. In einem Hochdrucksystem breitet sich das Molekül durch die Gehäusedichtungen und die Ventilpackung aus. 

Dem kann man jedoch entgegenwirken: Anlagenmanager und Hersteller müssen über die folgenden Informationen verfügen: Wasserstoffventile absolvieren spezialisierte Helium-Leckprüfung. Damit wird überprüft, ob die Dichtungen dicht genug sind, um das Gas einzuschließen. 

Wasserstoffversprödung von Metallen

Wasserstoffversprödung (HE) stellt das größte Risiko dar. Sie tritt auf, wenn sich Wasserstoffmoleküle über die Oberfläche von hochfestem Stahl ausbreiten. Sie zerfallen in atomaren Wasserstoff und diffundieren zu den Korngrenzen des Metalls. Dadurch wird das Material spröde und glasartig. 

Anforderungen an CO2-Abscheidungsventile

In CCUS Es ist bekannt, dass Kohlendioxid Dichtungen und die mechanische Integrität beeinträchtigt, insbesondere während Phasenübergängen. 

Hoher Druck und schnelle Dekompression

In CCUS-Systemen wird CO₂ üblicherweise in einem hochkritischen Zustand transportiert, d. h. es verhält sich sowohl wie ein Gas als auch wie eine Flüssigkeit. Zudem muss der Betrieb in der Regel unter einem Druck von über 150 bar erfolgen. Die Gefahr besteht während der schnellen Gasdekompression (RGD). Sobald das System rasch entlastet wird, dehnt sich das absorbierte CO₂ beim Übergang in den gasförmigen Zustand dramatisch aus. 

Explosive Dekompression mit Elastomeren (RGD)

Bei hohem CO₂-Druck wirken Dichtungen und herkömmliche O-Ringe wie Schwämme. Tritt ein RGD-Ereignis (Relaxed Gas Decompression) ein, versucht das im Elastomer eingeschlossene Gas so schnell wie möglich zu entweichen. Dies führt zu einer explosionsartigen Dekompression, bei der die Dichtungen von innen nach außen platzen. Experten empfehlen daher stets die Verwendung einer speziellen Anti-RGD-Dichtung für jedes CCUS-Ventil. 

Prüfstandards für neue Energien

Es werden Batterietests durchgeführt, um zu beurteilen, ob das Ventil für den Einsatz bereit ist und diesen überstehen kann. Neue Energie Markt. Zusätzlich zum üblichen API 598 hydrostatische Prüfungen, Prüfung auf flüchtige Emissionen und es muss auch eine Hochdruckgaszyklisierung durchgeführt werden. 

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Hochdruckgasprüfung

Für Wasserstoff reicht die Prüfung mit Flüssigkeiten nicht aus. Ventilhersteller müssen Hochdruckgasprüfungen (HPGT) mit Helium oder Stickstoff durchführen. Helium ist das bevorzugte Prüfmedium, da seine Molekülgröße der von Wasserstoff ähnlicher ist. 

Ein glaubwürdiger Wasserstoffventil Der Hersteller muss folgende Anforderungen erfüllen ISO 15848-1 Normen, insbesondere die Zertifizierungen der Klassen AH oder BH. Dies bezieht sich auf das tausendfache Betätigen der Ventile bei unterschiedlichen Temperaturen, wobei mithilfe eines Massenspektrometers auf mögliche Leckagen an der Ventilspindel geprüft wird. 

Materialeignung

Der Branchenkonsens für Wasserstoffventile Im Mittelpunkt steht der Edelstahl ASTM A182 F316/316L mit einem Mindestnickelgehalt von 12%. Dies trägt zur Stabilisierung der Austenitkornstruktur bei, die widerstandsfähiger gegen die Migration von Wasserstoffatomen ist. 

Feuchtigkeit in CCUS Anwendungen können CO₂ in Kohlensäure umwandeln. Daher werden interne Verkleidungsteile in der Regel auf Inconel 625 oder Hastelloy C276 aufgerüstet. Dies verhindert Spaltkorrosion und Lochfraß. 

Schlussbetrachtung

Mit dem Übergang zu Neue Energie, Es besteht mit Sicherheit eine gestiegene Nachfrage nach Ventiltechnik. Die Komplexität der damit verbundenen Herausforderungen zu bewältigen, ist eine Herausforderung. CCUS Und Wasserstoff erfordert Experten und Hersteller, die seine molekularen Gegebenheiten verstehen. Anlagen sind erst dann für einen klimaneutralen Betrieb bereit, wenn Prüfung auf flüchtige Emissionen Bei der Auswahl von Werkstoffen, die Versprödung und RGD entgegenwirken, wird Priorität eingeräumt.