Screening for brintskørhed i metalliske materialer minimerer risiko for skader og kollaps

Højstyrkestål er et materiale, der ofte anvendes til kritiske konstruktioner som fx broer, Power-to-X-anlæg, offshorekonstruktioner som vindmøllefundamenter og spunsvægge i havne. Mange projektejere foretrækker højstyrkestål pga. dets hårdhed og muligheden for at spare både materiale og penge.

Dog kan hårdheden af højstyrkestål også være en ulempe, da det kan blive mere brintfølsomt, og brintskader kan få hurtige og katastrofale følger.

Indfør screening og minimer risikoen for brintskørhed allerede i designfasen

Vi oplever et stigende antal skader som følge af brintskørhed. Det er typisk hurtige og voldsomme skader uden forvarsel. Brint ses ofte i højstyrkestål og dermed i bolte, der ofte er helt afgørende for kvaliteten og sikkerheden i konstruktioner.

Selvom fx en bolt overholder hårdhedskravene til den påtænkte anvendelse, kan den godt knække alligevel. Og hvis først én bolt er revnet, hvad så med de andre? Havarerer de så også snart?

Eftersom mange komponenter som fx bolte og andre befæstelseselementer går i stykker pga. brintskørhed anbefaler vi, at I indfører test af disse kritiske elementer, allerede når I designer den kritiske konstruktion.

Det giver projektejeren en ekstra sikkerhed for, at konstruktionen kan holde til det, den skal, i den tiltænkte levetid.

Desuden minimerer I risikoen betydeligt for skader med dyre reparationer og i værste fald fatale konsekvenser til følge.

Hvordan kan brintskørhed opstå?

Der er flere problemstillinger, I skal være opmærksomme på i forbindelse med risikoen for brintskørhed. Brintskørhed kan opstå, hvis metalemnet bliver udsat for brint, og det kan fx ske i forbindelse med:

• Svejsning - fokus på hårdhed i den varmepåvirkede zone
  Fugt og utilstrækkeligt rengjorte metalliske materialer er den bedst kendte kilde til brint i forbindelse med svejsning. Brint vil ofte samle sig i den varmepåvirkede zone, og det kan medføre, at de såkaldte hydrogenrevner udvikler sig i op til 48 timer efter svejsearbejdet. Desuden er det vigtigt at sørge for ikke at øge hårdheden væsentligt i svejsninger, da dette fører til øget brintfølsomhed.
  
  
• Korrosionsprocesser ved eksponering i havvand
  Befinder konstruktionen sig i havvand, kan der opstå korrosion, som udvikler brint. Brinten kan nu diffundere ind i stålmaterialet, og der vil være risiko for initiering og vækst af brintinduceret revnedannelse, der kan resultere i et brud.
  
  
• Fremstillingsprocessen eller overfladebehandling
  Brint kan også introduceres i et stålmateriale under selve fremstillingsprocessen - enten fra fremstillingen af råmaterialet eller fra overfladebehandlingen, fx varmgalvanisering, af en færdig komponent.Desuden udvikler afrensning i fx saltsyre brint, som vil diffundere ind i stålmaterialet og ophobes.
  
  
• Anvendelse direkte i brint fx i Power-to-X anlæg
  Hvis det metalliske materiale bliver direkte udsat for brint, fx i gasledninger eller i Power-to-X-anlæg, er det vigtigt, at det er designet med materialer, der er udvalgt til at kunne holde til det.

Risiko for brintskørhed øges ved belastning af emnet

Det er først, når emnet bliver belastet, at problemerne med akkumuleret brint opstår. Så kan fx trækspænding, højt tryk eller høj temperatur forårsage et brud. Et brud af typen 'delayed fracture' kan opstå inden for 72 timer efter, at bolten er påført trækspændinger.

For at forhindre skader kan I fx teste bolte før installation iflg. standarden ISO 15330; Forspændingsprøvning til bestemmelse af brintskørhed. Efterfølgende brudmekaniske beregninger kan også kvalificere, at konstruktionen kan holde til brintpåvirkning under det specifikke tryk, idet risikoen for brintskørhed stiger ved højere koncentrationer af brint samt ved at øge trykket i de trykbærende udstyr.

I forbindelse med transport og opbevaring af brint i rørledninger og trykbeholdere, stilles der yderligere krav til materialer og deres egenskaber i brint. Afhængigt af hvilke standarder og beregningsmetoder, der benyttes, skal man både undersøge materialernes egenskaber og dokumetnere anvendelsen af dem med brudmekaniske analyser.

Samtidig vil de brudmekaniske test kvalificere materialet og de brudmekaniske analyser kan bruges til at bestemme inspektionsintervaller i rørledningens levetid, som mindsker risikoen for uønskede havarier.

Brudmekaniske beregninger kan give store besparelser

Med testresultaterne i hånden kan vi foretage brudmekaniske beregninger af kritiske fejlstørrelser, ECA (Engineering Critical Assessment) som kan kvalificere, at du designer dit anlæg eller din pipeline med en mindre godstykkelse. 

En mindre godstykkelse betyder både reducerede materialeudgifter men også sparede mandetimer, når fx tyndere rørledninger skal svejses sammen. 

Dermed kan du spare penge på konstruktionen allerede i designfasen, mens du har dokumentation for, at den kan holde til brintpåvirkningen ved et specifikt tryk.

Beregningerne kan anvendes både ved nybyggeri af rørledninger og eksisterende rørledninger, som nu skal bruges til et andet medie, fx brint i stedet for naturgas. I eksisterende rørledninger dokumenterer vi restlevetiden af rørledningen ved det nye medie og grænseværdien for spændingskorrosion. 

Få foretaget en step-loading test i brint af dine komponenter i vores testfaciliteter

Brintskørhed opstår ved en kritisk kombination af:

• spændinger
• miljø
• materialefølsomhed. 

Vi kan teste jeres emner i vores HPHT-testfaciliteter ved at øge den mekaniske belastning i trin (step-loading), mens emnet påvirkes i et miljø med brint, indtil det revner.

Vores test setup er baseret på grundideen for ASTM F1624; Standard Test Method for Measurement of Hydrogen Embrittlement Threshold in Steel by the Incremental Step Loading Technique.

Med en trinvis belastning i en velreguleret brintfyldt atmosfære får I en klar indikation af, om materialekvaliteten falder inden for grænserne for, hvad der er acceptabelt for brintskørhed i henhold til krav og standarder og med tanke på det måske aggressive og barske omgivende miljø, som komponenten skal befinde sig i.

Vi tester 6-9 Charpy-emner ad gangen, og det tager ca. en måneds tid.

Med korrekt testudstyr kan levetid og inspektionsintervaller beregnes

FORCE Technology har udstyr til at teste materialers risiko for brintskørhed ved forskellige koncentrationer af brint, ved tryk op til 200 bar og temperaturer der varierer fra -20 til 200°C. 

Test udføres i henhold til ASTM E1681 som følger anbefalinger i ASME B31.12 og ASME VIII div. 3 KD 10, til bestemmelse af en materialeparameter, kritisk spændingsintensitetsfaktor, for hvornår brintskørhed opstår i en skarp fejl i et materiale. 

Den opnåede materialeparameter kan benyttes til at bestemme kritiske fejlstørrelser i trykbærende komponenter, samt beregne revnevækst, levetider og inspektionsintervaller.

Vil du vide mere?

Kontakt os, hvis du vil høre mere om, hvordan du kan få testet emner og dermed sikre dig, at dine metalliske komponenter ikke brister pga. brintskørhed. 

Er skaden eller havariet allerede sket, kan vi også være med til at opklare, hvorfor det gik galt, så du kan undgå, at det sker igen.