یکی از الزامات مهم در ذخیره‌سازی و حمل گازهای صنعتی، طبی و خاص، سازگاری مواد سیلندرها و شیر با محتوای گاز داخلی است. این سازگاری تحت تأثیر واکنش‌های شیمیایی و اثرات فیزیکی قرار دارد که یکی از مهم‌ترین این اثرات، تردی هیدروژنی (Hydrogen Embrittlement – HE) است.

پدیده تردی هیدروژنی چیست ؟

تردی ناشی از هیدروژن در دمای محیط و در حضور گاز های مشخص و تحت شرایط استفاده ای که مواد سیلندر یا شیر تحت تنش قرار دارند اتفاق می افتد . این نوع پدیده ترک خوردگی تنشی میتواند تحت شرایط معین ، منجر به شکست سیلندر های گاز و یا قطعات شیر حاوی هیدروژن ، مخلوط هیدروژن و سایر گاز ها شود .

گازهای مستعد ایجاد ریسک تردی هیدروژنی کدامند ؟

مطابق استاندارد ISO 11114-1 (استاندارد ملی 14655-1) برخی از این گازها عبارتند از:

هیدروژن (H₂)
کلر (Cl₂)
دی‌بران (B₂H₆)
فلوئور (F₂)
دی‌سیلان (Si₂H₆)
دی‌کلروسیلان (SiH₂Cl₂)
فسفین(PH₃)
سولفید هیدروژن (H₂S )

حال ریسک تردی هیدروژنی در مخلوط گازهای ترد کننده چه زمانی رخ می دهد ؟

مخلوط های گازی ترد کننده، باید تحت شرایط خاصی ذخیره شوند. و ریسک تردی هیدروژنی زمانی رخ می‌دهد که فشار جزئی گاز بیشتر از 50 بار و سطح تنش مواد به اندازه کافی بالا باشد.

چه نوع سیلندر هایی مناسب ذخیره کردن هیدروژن هستند ؟

سیلندرهای H-type مخصوص ذخیره‌سازی گاز هیدروژن طراحی شده‌اند. به دلیل ویژگی‌های خاص این گاز، این سیلندرها از مواد مقاوم‌تری نسبت به سیلندرهای معمولی ساخته می‌شوند. معمولاً از فولاد آلیاژی با استحکام بالا یا کامپوزیت‌های پیشرفته مانند فیبر کربن ساخته می‌شوند تا قادر به تحمل فشارهای بالا (تا 700 بار) باشند. برای جلوگیری از واکنش‌های شیمیایی میان هیدروژن و فلزات، در داخل این سیلندرها از پوشش‌های ضد خوردگی استفاده می‌شود. سیلندرهای H-type تحت آزمون‌های فشاری و تست‌های ترک‌خوردگی هیدروژنی قرار می‌گیرند تا ایمنی در شرایط ذخیره‌سازی و حمل گاز هیدروژن تضمین شود. و همچنین طبق استانداردISO-9809 ( استاندارد ملی INSO 7909)، برای سیلندرهای فولادی بدون درز، میزان استحکام کششی نباید بیشتر از 950 مگاپاسکال باشد تا از ایجاد خطرات احتمالی ناشی از تردی هیدروژنی جلوگیری شود.

حتما بخوانید مخازن کرایوژنیک

بطور کلی ساده ترین راه برای جلوگیری از وقوع این پدیده این است که از جذب هیدروژن به اتصالات و قطعات پیش از به کار گیری و ورود آن ها به سیکل عملیات کاری، ممانعت شود. توصیه می شود که برای پوشش دهی اتصالات از حمام های شستشو و پوشش دهی با هیدروژن کم استفاده شود.

این در حالی است که برای فولادهای با استحکام بالا که سختی بیشتر از 40 HRC دارند، پیش از فرایند پوشش دهی باید عملیات تنش زدایی در دمای 150 تا 230 درجه سانتی گراد انجام شود. بلافاصله بعد از پوشش دهی نیز باید قطعات به مدت 4 ساعت در کوره ای با حداقل دمای 190 تا 210 درجه سانتی گراد (بسته به استحکام کششی قطعات) گرم شوند.

در این مرحله قطعات تا دمای 200 درجه سانتی گراد گرم می شوند تا هیدروژن جذب شده از فلزات خارج شود. حرکت هیدروژنی اتمی از درون یک فلز، نوعی فرایند دیفوز یونی است که به دما و زمان وابسته است. هرچه استحکام فلز بیشتر باشد، برای نفوذ به دما و زمان بیشتری نیز نیاز دارد.

توجه داشته باشید که این کار باید پیش از ایجاد هرگونه ترک ناشی از وجود تنش های باقی مانده و حداکثر یک ساعت بعد از پوشش دهی قطعات انجام شود تا هیدروژن زدایی به خوبی انجام شده و از خطر تردی هیدروژنی کاسته شود.

البته در مقایسه با سایر پدیده‌های مشابه، تردی هیدروژنی هیچ گونه علائم ظاهری و ماکروسکوپیک قابل مشاهده ندارد. همچنین، با روش‌های متداولی چون متالوگرافی، سختی‌سنجی و… قابل شناسایی نیست. این امر باعث می‌شود که تشخیص این پدیده در مراحل اولیه دشوار باشد و در نهایت، شکست قطعه به صورت ناگهانی و بدون هشدار قبلی رخ دهد.

حتما بخوانید گاز کربن دی اکسید در لیزر