El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST ha puesto cifras firmes sobre los altos costos de instalación de tuberías para transportar combustible de hidrógeno, y también encontró una manera de reducir esos costos.
Las tuberías para transportar hidrógeno cuestan más que otras tuberías de gas debido a las medidas necesarias para combatir el daño que el hidrógeno causa a las propiedades mecánicas del acero con el tiempo. Los investigadores del NIST calcularon que las tuberías de acero específicas para hidrógeno pueden costar hasta un 68 por ciento más que el gas naturaltuberías, dependiendo del diámetro de la tubería y la presión de operación. * Por el contrario, un modelo de costo ampliamente utilizado ** sugiere una penalización de costos de solo alrededor del 10 por ciento.
Pero la buena noticia, según el nuevo estudio del NIST, es que los costos de transporte de hidrógeno podrían reducirse para la mayoría de los tamaños y presiones de tuberías modificando los códigos de la industria *** para permitir el uso de una aleación de acero de mayor resistencia sin requerirparedes de tubería más gruesas. El acero más resistente es más costoso, pero eliminar el requisito de paredes más gruesas reduciría el uso de materiales y los costos relacionados de soldadura y mano de obra, lo que resultaría en una reducción del costo neto. Las modificaciones del código, que NIST ha propuesto a la Sociedad Americana de MecánicaLos ingenieros ASME no reducirían el rendimiento o la seguridad de la tubería, dicen los autores del NIST.
"El ahorro de costos proviene de usar menos, debido a paredes más delgadas, del material más costoso", dice el científico de materiales del NIST James Fekete, coautor del estudio. "El código actual no le permite reducirgrosor cuando se usa material de mayor resistencia, por lo que los costos aumentarían. Con el código propuesto, en la mayoría de los casos, puede obtener un ahorro neto con una pared de tubería más delgada, porque la reducción neta en el material excede el mayor costo por unidad de peso ".
El estudio NIST es parte de un esfuerzo federal para reducir los costos generales del combustible de hidrógeno, que es renovable, no tóxico y no produce emisiones nocivas. Gran parte del costo es de distribución, lo que probablemente sería más económico por gasoducto. Estados Unidoscontiene más de 300,000 millas de tuberías para gas natural pero muy poco personalizadas para hidrógeno. Los códigos existentes para tuberías de hidrógeno se basan en datos de décadas. Los investigadores del NIST están estudiando los efectos del hidrógeno en el acero para encontrar formas de reducir los costos de la tubería sin comprometer la seguridad o el rendimiento.
Como ejemplo, el nuevo código permitiría fabricar una tubería de 24 pulgadas de acero X70 de alta resistencia con un espesor de 0.375 pulgadas para transportar gas hidrógeno a 1500 libras por pulgada cuadrada psi.práctica de la industria, los estándares de tubería ASME se expresan en unidades habituales. Según el nuevo estudio NIST, esto reduciría los costos en un 31 por ciento en comparación con el acero de referencia X52 con un espesor de 0.562 pulgadas, como lo requiere el código actual.Gracias a su mayor resistencia, X70 permitiría transportar de manera segura hidrógeno a través de tuberías más grandes a una presión más alta tubería de 36 pulgadas de diámetro para transportar hidrógeno a 1500 psi de lo que se permite con X52, permitiendo el transporte y almacenamiento de mayores volúmenes de combustible.La combinación de diámetro y presión no es posible con el código actual.
Las modificaciones de código propuestas se desarrollaron a través de la investigación de las propiedades de fatiga del acero de alta resistencia en la Instalación de prueba de materiales de tuberías de hidrógeno de NIST. En el uso real, las tuberías están sujetas a ciclos de presurización a tensiones muy por debajo del punto de falla, pero lo suficientemente altas como pararesulta en daños por fatiga. Desafortunadamente, es difícil y costoso determinar las propiedades de fatiga del acero en hidrógeno presurizado. Como resultado, la industria ha usado históricamente datos de pruebas de tensión como base para el diseño de la tubería, y los aceros de mayor resistencia pierden ductilidad en tales pruebas enhidrógeno presurizado. Pero este tipo de pruebas, que implica aumentar constantemente el estrés hasta el punto de falla, no predice el rendimiento de fatiga en los materiales de las tuberías de hidrógeno, dice Fekete.
La investigación del NIST ha demostrado que, en condiciones realistas, las aleaciones de acero con mayores resistencias como X70 no tienen mayores tasas de crecimiento de grietas por fatiga que los grados más bajos X52. Los datos se han utilizado para desarrollar un modelo para los efectos del hidrógeno en las tuberías.crecimiento de grietas por fatiga de acero, que puede predecir la vida útil de la tubería en función de las condiciones de operación.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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