نقاط الاهتمام في اختيار صمام التحكم في الهيدروجين عالي الضغط

يتمتع الهيدروجين بخصائص متعددة مثل القدرة على الاختزال والانفجار والاشتعال، وفي درجات الحرارة العالية، يتفكك جزيء الهيدروجين إلى ذرات، ويمكنه بسهولة الدخول إلى المعادن والانتشار فيها. في هذه الظروف، يحدث انتشار الهيدروجين في الفولاذ بسرعة كبيرة، ويمكن للهيدروجين أن يتفاعل مع الكربون الموجود في الفولاذ، مما يؤدي إلى فقدان الكربون من السطح والداخل، بالإضافة إلى ظهور تشققات دقيقة. تأثير الهيدروجين على المواد المعدنية (1) تكوّن فقاعات الهيدروجين: التعريف: ينتشر ذرات الهيدروجين داخل المعدن (معظمها عبر جدران الأوعية)، وتتحد في الجانب الآخر لتشكيل جزيئات هيدروجين تخرج منه. إذا انتشر ذرات الهيدروجين داخل الفراغات الموجودة في الفولاذ وتجمعت هناك لتشكيل جزيئات هيدروجين، فإن جزيئات الهيدروجين لا تستطيع الانتشار، مما يؤدي إلى تراكم ضغط داخلي كبير. وهذا بدوره يسبب تورم سطح الفولاذ أو حتى تشققه، ويُعرف هذه الظاهرة باسم “تورم الهيدروجين”. الفولاذ ذو المتانة المنخفضة، وخاصة ذلك الذي يحتوي على كميات كبيرة من الشوائب غير المعدنية، هو الأكثر عرضة لحدوث تورمات بسبب الهيدروجين. البيئات التآكلية التي تسبب ظهور فقاعات الهيدروجين: عادةً ما يحتوي هذا الوسط على أول أكسيد الكبريت، أو مركبات الزرنيخ، أو السيانيدات، أو أيونات الفوسفور وغيرها من المواد السامة، وهذه المواد تمنع حدوث تفاعل إطلاق الهيدروجين. 　 تدابير الوقاية: القضاء على المواد السامة في ظروف التشغيل ； إذا لم يكن من الممكن إزالته، فاختر الفولاذ المهدئ ذو الثقوب القليلة ； يمكن أيضًا استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع أوستينيتي ذو معدل اختراق منخفض للهيدروجين ； أو باستخدام طلاء من النيكل، أو طبقة واقية بلاستيكية، أو طلاء من الفايبرغلاس وغيرها ； أحيانًا يتم إضافة مواد مضادة للتآكل. (2) الهشاشة الناتجة عن الهيدروجين: التعريف: الهشاشة الناتجة عن الهيدروجين هي حالة يتجمع فيها الهيدروجين الموجود في الفولاذ إلى جزيئات هيدروجين، مما يؤدي إلى تركيز الإجهادات، وبالتالي تجاوز الحد الأقصى لقوة الفولاذ. وهذا يسبب تشوهًا كبيرًا في بنية البلورات المعدنية، ويؤدي إلى ظهور شقوق صغيرة داخل الفولاذ، ويُطلق على ذلك أيضًا “النقاط البيضاء”. يمكن فقط الوقاية من هشاشة الهيدروجين، ولا يمكن علاجها. بمجرد حدوث الهشاشة الهيدروجينية، لا يمكن إزالتها. الإجراءات الوقائية والتخفيفية: 1. اختيار مواد غير حساسة للتشقق الناتج عن الهيدروجين، مثل الفولاذ المركب الذي يحتوي على النيكل والموليبدينوم. 2. تقليل كمية الهيدروجين المتسرب في المعادن. إذا تم استخدام الغسيل بالأحماض، فيجب إضافة مواد مضادة للتآكل إلى محلول الغسيل ； عند إزالة الزيوت، يتم استخدام المواد الكيميائية أو المنظفات أو المذيبات لإزالة الزيوت ； أثناء عملية الطلاء الكهربائي، يكون كمية الهيدروجين الذي يتسرب إلى المحلول القلوي أو المحلول ذو التيار العالي قليلة. ٣. استخدام طبقات تغليف ذات قدرة منخفضة على انتشار الهيدروجين وقدرة منخفضة على امتصاص الهيدروجين. يُعتقد عمومًا أنه عند معالجة الفولاذ بالطلاء الكهربائي باستخدام عناصر مثل Zn وCd وSn وPb، فإن الهيدروجين الذي يتسرب إلى الفولاذ يظل متراكمًا فيه، بينما تتمتع طبقات التغليف المصنوعة من عناصر مثل Cu وMo وAl وAg وAu وW بقدرة منخفضة على انتشار الهيدروجين وامتصاصه، وبالتالي يقل تسرب الهيدروجين إلى الفولاذ. 4. إزالة التوتر قبل الطلاء وإزالة الهيدروجين بعد الطلاء للقضاء على مخاطر الهشاشة الناتجة عن الهيدروجين، إلخ. (3) التآكل الناتج عن الهيدروجين: تعريفه: في بيئة ذات درجة حرارة وضغط عاليين، يدخل الهيدروجين إلى داخل المعدن ويتفاعل كيميائيًا مع أحد مكوناته أو عناصره مما يؤدي إلى تدمير المعدن، ويُسمى ذلك التآكل الناتج عن الهيدروجين. تدابير الوقاية: استخدام فولاذ مقاوم للهيدروجين. يمكن استخدام 16MnR (HIC)، و15CrMoR (والذي يعادل 1Cr-0.5Mo)، و14Cr1MoR (والذي يعادل 1.25Cr-0.5Mo)، بالإضافة إلى 2Cr-0.5Mo، و2.25Cr-1Mo، و2.25Cr-1Mo-0.25V، و3Cr-1Mo-0.25V وغيرها. يمكن لعنصري الكروم والموليبدينوم في الفولاذ المقاوم للهيدروجين أن يشكلا كربيدات مستقرة، مما يقلل من فرص ارتباط الهيدروجين بالكربون وبالتالي يمنع تكوّن غاز الميثان. في الواقع، يمكن تقسيم تآكل الهيدروجين من الناحية النظرية إلى الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه، بينما في الواقع يحدث هذا التآكل الثلاثي في نفس الوقت تقريبًا. لذلك، في الأجهزة التي تعمل في بيئات التآكل الناتج عن الهيدروجين (البيئات القريبة من الهيدروجين)، يتم اختيار المواد المستخدمة وفقًا لمنحنى نيلسون، مع ضرورة إيلاء اهتمام كبير لذلك. من المواد المضادة للهيدروجين الشائعة الاستخدام: الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع أوستينيتي، وسبائك الأوستينيت المعززة بالترسيب، والفولاذ ذو المحتوى المنخفض من السبائك، وسبائك الألومنيوم، وسبائك النحاس. وفقًا لمواصفات تصميم الهيدروجين GB50177-2005 بخصوص الصمامات المستخدمة في خطوط الهيدروجين، يُفضل استخدام صمامات كروية أو صمامات قطع. :الوقت: الضغط المطلوب للتصميم (بالميجا باسكال)
المواد: إذا كان الضغط أقل من 0.1، فإن جسم الصمام يُصنع من الحديد الزهر أو الفولاذ المصبوب، أما السطح المانع للتسرب فيُصنع من الفولاذ المركب أو من نفس مادة جسم الصمام.
إذا كان الضغط بين 0.1 و2.5، فإن قضيب الصمام يُصنع من الفولاذ الكربوني، وجسم الصمام يُصنع من الفولاذ المصبوب، أما السطح المانع للتسرب فيُصنع من الفولاذ المركب أو من نفس مادة جسم الصمام.
أما إذا كان الضغط أكبر من 2.5، فإن جسم الصمام وقضيب الصمام والسطح المانع للتسرب كلها تُصنع من الفولاذ المقاوم للصدأ.
في ظروف درجات الحرارة والضغوط العالية، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع أوستينيت، بالإضافة إلى أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ذات المحتوى المنخفض من الكربون، والفولاذ المركب ذو المحتوى المنخفض من العناصر المضافة (مثل فولاذ Mo وفولاذ Cr-Mo). بالإضافة إلى ذلك، ومن الناحية الاقتصادية والمتعلقة بالإجهاد، فإن سعر الفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون مرتفع جدًا، كما أنه يسبب تشققات نتيجة الإجهاد، لذلك يُفضل استخدام الفولاذ ذو المحتوى المنخفض من السبائك (مثل: مصانع التكرير، ومصانع البتروكيماويات، ومصانع إنتاج الأمونيا).

أيها القادة الكبار في مجال أجهزة الهيدروجين، يرجى تقديم آرائكم الثاقبة