Comparative analysis of compressed hydrogen losses during its transportation through the pipelines from different materials

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The authors estimate possible losses of transported compressed hydrogen (P = 10 MPa) due to diffusion through the pipe wall applying Sieverts law and Arrhenius equation and using tabular data on the coefficients of permeability and solubility. The calculation was carried out for pipelines made of various metallic and non-metallic materials at room and elevated temperatures. It is shown that the volume of the diffused gas at T = 298°K (25°С) is only fractions of a percent of the pumped hydrogen volume. At the same time, the biggest loss occurs in a pipeline made of polyethylene (~0.03%), and the most insignificant one in austenitic steels (~10-6%). For carbon and low-alloy steels, the main materials of gas pipelines, these losses are at the level of 10-4–10-5 %. When the temperature rises to 683°K (410°C), the losses in steel pipelines increase to 0.25%, in polymer pipelines to 20%.

Негізгі сөздер

Авторлар туралы

V. Bolobov

St Petersburg Mining University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: zlotinvladimir@mail.ru
Dr Sc (Eng) 21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

I. Latipov

St Petersburg Mining University

Email: zlotinvladimir@mail.ru
Dr Sc (Eng) 21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

A. Sherstneva

St Petersburg Mining University

Email: zlotinvladimir@mail.ru
Cand Sc (Eng) 21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

V. Zlotin

St Petersburg Mining University

Email: zlotinvladimir@mail.ru
21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

I. Zhuykov

St Petersburg Mining University

Email: zlotinvladimir@mail.ru
21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

A. Petkova

St Petersburg Mining University

Email: zlotinvladimir@mail.ru
Dr Sc (Eng) 21st Line V.O., 2, St. Petersburg, 199106, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Fedchenko, A.A., Iseeva, L.I., Tendentsii izmeneniya dobychi i vosproizvodstva mineralnosyrievoi bazy nefti v Rossii i mire [Trends in production of oil and reproduction mineral base oil in Russia and in the world], Zapiski Gornogo Intstituta, 2013, V. 205, pp. 266-270.
  2. Ilinskii, A.A., Analiz rezultatov ekonomicheskoi otsenki resursov nefti i gaza i kolichestvennaya otsenka opredelyayushchikh ee faktorov [Analysis of the results of the economic assessment of oil and gas resources and quantification of its determining factors], Zapiski Gornogo Intstituta, 1990, V. 122, pp. 70-72.
  3. Litvinenko, V.S., Tsvetkov, P.S., Dvoynikov, M.V., Buslaev, G.V., Bariery realizatsii vodorodnykh initsiativ v kontekste ustoichivogo razvitiya globalnoi energetiki [Barriers to implementation of hydrogen initiatives in the context of global energy sustainable development], Zapiski Gornogo Intstituta, 2020, V. 244, pp. 428-438. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.4.5
  4. Kopteva, A., Kalimullin, L., Tcvetkov, P., Soares, A., Prospects and Obstacles for Green Hydrogen Production in Russia, Energies, 2021, No 14, Issue 3, p. 21. https://doi.org/10.3390/en14030718.
  5. Ivanova, I.V., Shaber, V.M., Sovremennye perspektivy polucheniya gaza [Modern method for gas production], Zapiski Gornogo Intstituta, 2016, V. 219, pp. 403-411. https://doi.org/10.18454/pmi.2016.3.403.
  6. Momotani, Y., Shibataa, A., Teradab , D., Tsuji, N., Hydrogen embrittlement behavior at different strain rates in low carbon martensitic steel, Materials Today: Proceedings, 2015, pp. 735-738. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.07.387.
  7. Nechaev, Y. S., Fizicheskie kompleksnye problemy stareniya, okhrupchivaniya i razrusheniya metallicheskikh materialov vodorodnoi energetiki i magistralnykh gazoprovodov [Metallic materials for the hydrogen energy industry and main gas pipelines: complex physical problems of aging, embrittlement and failure], Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 2008, V. 178:7, pp. 709-726. https://doi.org/10.3367/UFNr.0178.200807b.0709.
  8. Zhang, L., Li, Z., Zheng, J., Zhao, Y., Xu, P., Liu, X. et al., Influence of low temperature prestrain on hydrogen gas embrittlement of metastable austenitic stainless steels, International Journal Hydrogen Energy, 2013, No 38, pp. 11181-11187. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.011.
  9. Shefer, R.W., Characterization of leaks from compressed hydrogen dispensing systems and related components, International Journal of Hydrogen Energy, 2006, No 31, pp. 1240-1260. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.09.003.
  10. Haonan , Ch., Zhanli, M., The study on the results of hydrogen pipeline leakage accident of different factors, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017, No 64. https://doi.org/012002.10.1088/1755-1315/64/1/012002.
  11. Kerimov, V.Y., Geologiya nefti i gaza [Geology of oil and gas]: a textbook, Moscow: Akademiya, 2015.
  12. Hafsi, Z., Mishra, M., Elaoud, S., Hydrogen embrittlement of steel pipelines during transients, Procedia Structural Integrity, 2018, V. 13, pp. 210-217. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.12.035.
  13. Somerday, B.P., Austenitic Steels: 300-Series Stainless Steels; Stabilized Alloys: Types 321 & 347 (code 2104), Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials, Marchi, Ch.S., Somerday B.P. (Eds.), Sandia National Laboratories, 2008.
  14. Mejia, A.H., Brouwe r, J., Kinnon, M.M., Hydrogen leaks at the same rate as natural gas in typical low-pressure gas infrastructure, Hydrogen Energy journal, 2019, No 45 (15), p. 17.
  15. Gadgeel, V.L., Johnson, D.L., Gas-phase hydrogen permeation and diffusion in carbon steels as a function of carbon content from 500 to 900 K, Journal of Materials for Energy Systems, 1979, No 1(2), pp. 32- 40.
  16. Hoover, W.R., Iannucci, J.J., Robinson, S.L., Spingarn, J.R., Stoltz, R., Hydrogen compatibility of structural materials for energy storage and transmission: Annual report, 1980. https://doi.org/10.2172/5496938
  17. Nelson , H.G., Stein , J.E., Gas-phase hydrogen permeation through alpha iron, 4130 steel, and 304 stainless steel from less than 100°C to near 600°C, Washington, D.C., National Aeronautics and Space Administration, 1973.
  18. Perng, T.P., Altstetter, C.J., Effects of Deformation on Hydrogen Permeation in Austenitic Stainless Steels, Acta Metallurgica, 1986, No 34(9), pp. 1771-1781. https://doi.org/10.1016/0001-6160(86)90123-9.
  19. Louthan , M.R. Jr., Derrick, R.G., Hydrogen transport in austenitic stainless steel, Corrosion Science, 1975, No 15(9), pp. 565-577.
  20. Pauly, S., Permeability and Diffusion Data, Polymer Handbook, Brandup, J.I., Grulke, E.H. (Eds.), 2003, p. 2366. https://doi.org/10.1002/0471532053.bra045.
  21. Bekman, I.N., Vysshaya matematika: matematichesky apparat diffuzii [Higher Mathematics: Mathematical apparatus of diffusion]: textbook for undergraduate and graduate studies, Moscow: Yurait, 2017.
  22. Fromm, E., Gebhardt, E., Gazy i uglerod v metallakh, Moscow: Metallurgiya, 1980.
  23. Bolobov, V.I., Latipov, I.U., Popov, G.G., Buslaev, G.V., Martynenko, Y.V., Estimation of the Influence of Compressed Hydrogen on the Mechanical Properties of Pipeline Steels, Energies, 2021, V. 14, p. 27. https://doi.org/10.3390/en14196085.
  24. Kulabukhova, N.A., Issledovanie protsessov absorbtsii i diffuzii vodoroda v GTsK metallakh metodom molekulyarnoi dinamiki [Investigation of the processes of absorption and diffusion of hydrogen in HCC metals by the method of molecular dynamics]: Thesis for Cand. of Sc., Barnaul, 2014.
  25. Pisarev, A.A., Tsvetkov, I.V., Marenkov, E.D., Yarko, S.S., Pronitsaemost vodoroda cherez metally [Permeability of hydrogen through metals], Moscow: MIFI, 2008.
  26. Cherdantsev, Y.P., Chernov, I.P., Tyurin, Y.I., Metody issledovaniya sistem metal - vodorod [Methods of research of metal-hydrogen systems]: textbook, Tomsk: TPU, 2008.
  27. Smirnov, L.I., Goltsov, V.A., Diffuziya i diffuzionnye yavleniya v vodorodnoi podsisteme splavov metal-vodorod [Diffusion and diffusion phenomena in the hydrogen subsystem of metal - hydrogen alloys], Alternativnaya energetika i ekologiya, 2014, No. 1 (141), pp. 111-137.
  28. Hirth, J.P., Effects of hydrogen on the properties of iron and steel, Metall Trans A, 1980, No 11A, pp. 861-890. https://doi.org/10.1007/BF02654700.
  29. Majer, G., Eberle, U., Kimmerle, F., Stanik , E., Orimo, S., Hydrogen diffusion in metallic and nanostructured materials, Physica B: Condensed Matter, 2003, V. 328, pp. 81-89. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(02)01815-X.
  30. Alekseeva, O.K., Kozlov, S.I., Fateev, V.N., Transportirovka vodoroda [Hydrogen transportation], Transport na alternativnom toplive, 2011, No 3 (21), pp. 18-24.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».