Degradatie van omhullingen

Beschrijving

Met de term “omhulling” verwijzen we naar de wanden van de procesapparaten en leidingen die de stoffen scheiden van de omgeving. De omhullingen hebben als taak het ingesloten houden van de stoffen en energie. Deze moeten ontworpen en onderhouden zijn om weerstand te bieden aan alle invloeden die bij normale werking op hen worden uitgeoefend. Dit kunnen interne factoren zijn zoals de minimale en maximale operationele drukken en temperaturen, of externe factoren zoals bijvoorbeeld wind- en ijsbelastingen.

De weerstand en sterkte van een omhulling worden in de eerste plaats gegarandeerd door een correct ontwerp en constructie. Echter kan met de tijd de omhulling kwetsbaar worden door allerlei degraderende fenomenen, en kan er toch een vrijzetting optreden (ook al bevindt het proces zich binnen zijn ‘normale’ omstandigheden binnen zijn operationeel venster).

Voor waterstofhoudende installatie-onderdelen worden de fenomenen van corrosie, aantasting door waterstof, en materiaalmoeheid als belangrijkste risico’s m.b.t. degradatie van omhullingen weerhouden en hieronder toegelicht.

Binnen het kader van de invloed van waterstof op diverse materialen wordt er onderscheid gemaakt tussen inwendige degradatie van kunststoffen en metalen, dit omdat beide materiaalgroepen verschillende degradatiemechanismen hebben en beide op andere manieren met waterstof reageren. Daarnaast kan uitwendige corrosie ook steeds een risico vormen.

Invloed op kunststoffen

De belangrijkste kunststoffen die toegepast worden in waterstoftankstations zijn PE (Polyethyleen), PVC (Polyvinyl Chloride, zowel hard als slagvast), rubbers NBR (Nitrile Rubber) en SBR (Styrene-Butadiene Rubber, of synthetisch rubber) en POM (Polyoxymethyleen) kunststof. Buiten leidingmateriaal, betreft het hier ook afdichtingen in verbindingen en afsluiters, en onderdelen van drukregelaars en gasmeters.

Kunststoffen kunnen chemisch reageren met waterstof, of afwijkende fysische eigenschappen krijgen door absorptie of zwelling. De gevoeligheid van het materiaal wordt beïnvloed door factoren zoals druk, temperatuur, tijdsduur, en gassamenstelling. Verschillende studies hebben levensduurvoorspellingen bepaald aan de hand van testen (Hermkens, 2018). De conclusies van deze experimenten worden hieronder kort toegelicht:

• Voor PE is er tot 10 jaar geen degradatie vastgesteld (wordt verwacht dat op lange termijn ook geen degradatie zal voorkomen)
• Voor PVC is er maar 4 jaar getest, zonder waargenomen degradatie.
• Voor NBR en SBR is er op korte termijn geen invloed van waterstof op de materiaaleigenschappen vastgesteld
• Voor kunstof POM is er gedurende het 2 jaar durende onderzoek geen degradatie vastgesteld. Verder onderzoek moet uitsluitsel brengen over het gedrag op lange termijn.

Invloed op metalen

De kwaliteit van metalen kan achteruit gaan door de interactie met waterstof. Verandering in treksterkte, metaalmoeheid, en het optreden van waterstofverbrossing zijn enkele kritische faalmechanismen.

Verschillende studies (Hermkens, 2018) hebben echter uitgewezen dat voor diverse koolstofstaalsoorten^[1] die in waterstoftankstations gebruikt worden, er geen waterstofverbrossing zal optreden indien waterstof onder normale temperatuur (< 70°C) wordt gehouden. Enkel indien er water in de leiding staat (geen standaard proces situatie), kan dit onder ongunstige omstandigheden tot waterstofverbrossing leiden. In deze situatie is de kans echter groter dat er gewone corrosie optreedt.

De trekeigenschappen van de toegepaste staalsoorten worden niet sterk beïnvloed door waterstof. Brosheid (= de eigenschap om te breken zonder veel te rekken) en flexibiliteit van de materialen zullen afnemen, maar blijven nog ruim voldoende. Bij een lage concentratie zuurstof in waterstof (grootteorde enkele honderden ppm_v) is de vermoeiing van staal gelijkaardig aan die in aardgas. De invloed van waterstof op gietijzer is gelijkaardig met die van waterstof op staal. Voor de vaak toegepaste roestvaststaalsoorten wordt gemeld dat deze onder normale procescondities tegen waterstof bestand zijn (Hermkens, 2018).

Uitwendige corrosie

Waterstof opslagtanks kunnen ook in de loop van tijd corroderen door blootstelling aan de omgeving (grond en chemicaliën, inclusief water) en galvanische corrosie.

Oorzaak

Een toestand die aanleiding geeft tot het optreden van degradatie, onder volgende vormen: afname van de wanddikte, putvorming, scheuren, blaren, vervormingen, enz.

Gevolg

Een ongewenste vrijzetting.