Årets upplaga av Processindustridagarna genomfördes som vanligt i Stenungsbadens konferensanläggning utanför Stenungsund. Petrokemisk och kemisk industri från regionen var på plats tillsammans med mer långväga deltagare och ett stort antal utställare.

Föredragen ägnades av naturliga skäl mycket åt säkerhet och regelverk, men vi fick också till livs mycket om framtidens energisystem, framförallt de som baseras på vätgas.

– Nu ska vi träffa nya och gamla bekanta och dela erfarenheter. Även denna gång blir det en del om regelverk, bland annat på så sätt att vätgasbranschen efterlyser regelverk. Vi får också höra om inte minst AI som kan vara mycket bättre än människan på att göra inspektioner. Dessutom presenteras möjligheterna för koldioxidlagring, inledde Magnus Brattberg, som är regionchef för processäkerhet hos Kiwa.

Komplettering av europeiska standarder – att gälla även vätgas

Företag som Linde och Air Liquid har givetvis lång erfarenhet av vätgas inbegripet också design av utrustning för lagring och hantering av vätgas. Kompetens finns även inom petrokemin och läkemedelsindustrin. I den omställning som nu pågår från fossila till förnybara energikällor kommer vätgasen att få mycket större roll som energibärare än hittills. Därmed etablerar sig helt nya aktörer som måste ha vägledning.

– Mot bakgrund av detta behöver nuvarande standarder kompletteras, för att vägleda rätt vid design av tryckkärl och rörledningar, säger Tobias Bolinder från Kiwa:s bolag Technical Consulting. Jag ingår därför i en europeisk arbetsgrupp för att ta fram standarder.

De standarder som det handlar om är EN 13445 ”Tryckkärl (ej eldberörda)” och EN 13480 ”Industriella rörledningar av metalliska material”. Observera att båda gäller design, vid användning av utrustningen måste andra regelverk följas.

Vätgas har flera karaktäristiska egenskaper. Energiinnehållet är mycket högt per kilogram, men mycket lågt per kubikmeter (vid atmosfärstryck). Vätgas är lättantändlig och explosiv. En väldigt liten gnista är tillräcklig för antändning. Gasen brinner snabbare och ger högre temperatur än metan. Vätgas diffunderar in i material, även i stål och påverkar hållfasthetsegenskaperna. Detta sammantaget gör att riskerna för brott och läckage måste hållas mycket låga.

Beträffande hållfastheten är det tre mekanismer som beaktas:

• Utmattning (ej speciellt för vätgas)

• HEE Hydrogen Environmental Embrittlement (försprödning)

• HTHA High-Temperature Hydrogen Attack

I tryckkärl och rörledningar önskar vi i normala fall material som är sega, den brott-mode (typ av brott) vi normalt räknar med är plastisk kollaps. Men med vätgas måste man se det annorlunda, eftersom vätgas kan tränga in i stål och i stället orsaka försprödning, små sprickor och påföljande spröda brott (HEE).

Vid höga temperaturer kan vätgas tränga in i stål, reagera med karbider och bilda metan. Detta tränger inte ut och kan orsaka mikrosprickor som växer till makrosprickor, med brott som följd.

Sammanfattningsvis är effekterna av vätgas:

på kolstål (ferritiskt):

• Sträckgräns – ingen klar trend

• Areareduktion – stor påverkan

• Brottseghet – stor påverkan

• Utmattning – tillväxthastigheten i vätgasmiljö ökar i jämförelse med luft

på rostfritt (austenitiskt):

• Sträckgräns – ingen klar trend

• Areareduktion – beror på nickelinnehåll

• Brottseghet – beror på nickelinnehåll

• Utmattning – tillväxthastighet olika från material till material

Högre halt nickel innebär lägre påverkan av vätgas. Ett exempel på känslighet är att om halten minskas från 12,7 procent (där påverkan är försumbar) till 11,4 procent minskar utmattningshållfastheten avsevärt.

Det europeiska standardiseringsarbetet har en uppdelning i fyra arbetsgrupper, disponerade enligt driftförhållanden:

• Utmattning, avser alla förekommande temperaturer. Tryck > 1 bar.

• Lågtemperatur, -253 till -150°C. Alla tryck.

• HEE Hydrogen Environmental Embrittlement, –150 till 170°C. Tryck > 1 bar.

• HTHA High-Temperature Hydrogen Attack > 170°C. Tryck > 3,5 bar.

Observera att vid designarbete för HTHA måste hänsyn tas till HEE, eftersom det senare temperaturområdet måste passeras vid uppstart och stopp av utrustningen.

Den största utmaningen avseende de olika typerna av brott är utmattning. Utmattning beror på återkommande cykler av påverkan, och denna kan vara på grund av mekanisk last, tryckändringar, temperaturfluktuationer, termiska förlopp eller vibrationer.

En stor utmaning är också hur hållfasthetsaspekter på svetsning ska hanteras. Särskilt för rostfritt/austenitiskt är problembilden komplex. Vid svetsning bildas ferrit i svetsen och en viktig faktor är mängden av denna, då mer ferrit innebär högre risk.

Det är många faktorer som påverkar effekten av vätgas:

• Svetsmetod

• Grundmaterial

• Tillsatsmaterial

• HAZ Heat-Affected Zone och FZ Fusion Zone

– Vi inledde standardiseringsarbetet i mars 2023. Det kommer att resultera två tillägg till nuvarande standarder. Vårt arbete baseras till stor del på erfarenheter från Linde och Air Liquid som ingår i arbetsgrupperna, avslutar Tobias Bolinder.

Eftersom erfarenheter och kunskaper saknas inom vissa tillämpningar och att det dessutom finns kunskapsbrister gällande svetsning har gruppen också sökt medel från EU för att kunna starta upp forskning inom området.