Forschungsbericht G 202109 06/2023 -PDF-Datei-

Das Projekt KuFeH2, Forschungsbericht G 202109, hatte als grundlegendes Ziel, das Langzeitverhalten von Oberflächenbeschichtungen auf Absperrarmaturen und Federpaketen hinsichtlich einer Verwendung unter 100 Vol.-% Wasserstoff zu eruieren. Dazu erfolgte die Simulation einer Belastungszeit von ca. 50 Jahren, um in Folge Aussagen treffen zu können, inwieweit eine 100 Vol.-% Wasserstoffatmosphäre

1.Einfluss auf die Stabilität unterschiedlicher Arten von Oberflächenbeschichtungen von Absperrarmaturen oder

2.Einfluss auf die Eigenschaften zyklisch belasteter Druckfedern ausübt.

Zunächst war es für das Projekt essenziell, vorzugsweise die Oberflächenbeschichtungen von Bestandsarmaturen zu bewerten. Aufgrund des Einsatzes sind Bestandsarmaturen vorgeschädigt und es musste geklärt werden, inwiefern ein weiterer Verschleiß unter Wasserstoff-atmosphäre eintritt oder ob dies ausgeschlossen werden kann. Um eine generelle Übertrag-barkeit auf andere Armaturen zu gewährleisten, wurden überdies einzelnen Neuarmaturen in die Untersuchungen aufgenommen. Dazu erfolgten Druckwechsel unter 100 Vol.-% Wasser-stoff und die Charakterisierung des Schichtaufbau mittels licht- und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen, sowie die Bestimmung der Härte jeweils vor und nach erfolgter Druckwechselbelastung. Generell waren der Einfluss der Wasserstoffbeaufschlagung anhand der Beschichtungen und des Grundwerkstoffes marginal, so dass von einer Eignung für den Einsatz unter 100 Vol.-% Wasserstoff ausgegangen werden kann. Lediglich ein Kugelsegment aus einer Bestandsarmatur, welche bereits unter Wasserstoff eingesetzt wurde, zeigte eine Rissaufweitung in der Oberflächenbeschichtung, welche allerdings keinen Einfluss auf die Haftfestigkeit ausübte. Im Allgemeinen war der Einfluss der Wasserstoffbeaufschlagung auf die Härte ebenfalls gering, da aufgrund der hohen Streuung der Härtewerte die bestimmten Differenzen zwischen Ausgangs- und Druck-beaufschlagten Zustand innerhalb der Standardabweichungen lagen.

Im zweiten Teil des Projektes wurden Spiralfedern hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften untersucht. Dazu erfolgten zyklische Lastwechsel unter 100 Vol.-% Wasserstoff, welche nach der heutigen Einschätzung in der Realität einen Extremfall darstellen. Aus der Be-stimmung der Federkräfte konnte unabhängig vom Material kein Einfluss der Lastwechsel unter Wasserstoffatmosphäre identifiziert werden, da die bestimmten Differenzen alle innerhalb der ermittelten Standardabweichungen lagen. Vereinzelt konnte beobachtet werden, dass Federn während der Lastwechsel versagten. Der Anteil ist allerdings als gering zu bewerten und ist vermutlich eher auf Fehlbelastungen aufgrund des Einbaus oder auf das Erreichen der Belastungsgrenze zurückzuführen, so dass von einer generellen Eignung der untersuchten Federpakete ausgegangen wird.

Die Ergebnisse aus beiden Untersuchungsbereichen lieferten grundlegende Kenntnisse über die Eignung von Armaturen und Federpaketen für den Einsatz unter 100 Vol.-% Wasserstoff. Auf Grundlage des Projektes können die erhaltenen Resultate in die Überarbeitung der technischen Regelwerke einfließen und so die Implementierung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft in die Regelwerke voranbringen.