Herausforderungen beim Schweißen im Betrieb an Wasserstoff-Ferngasleitungen

  • Als Energieträger der Zukunft kommt grünem Wasserstoff große Bedeutung bei der Energiewende und der zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgung zu Teil. Zum effizienten und sicheren Transport des Wasserstoffs ist die Bereitstellung einer Pipeline-Infrastruktur geplant. Die meisten Länder verfolgen hierbei die Strategie der Umwidmung bestehender Erdgastransportleitungen, ergänzt durch Errichtung neuer Pipelines. Die bestehenden Erdgasnetze sind dabei aus unterschiedlichsten Rohrgeometrien und Materialien zusammengesetzt. Bei der Umwidmung von Erdgaspipelines zum Transport von Wasserstoff müssen daher Fragen der Materialverträglichkeit hinsichtlich des als Wasserstoffversprödung bekannten Phänomens der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Wasserstoff betrachtet werden. Bisherige Forschungsergebnisse und Feldversuche deuten darauf hin, dass die niedriglegierten, ferritischen Stähle, aus denen die Ferngasleitungen des Erdgasnetzes überwiegendAls Energieträger der Zukunft kommt grünem Wasserstoff große Bedeutung bei der Energiewende und der zukünftigen, nachhaltigen Energieversorgung zu Teil. Zum effizienten und sicheren Transport des Wasserstoffs ist die Bereitstellung einer Pipeline-Infrastruktur geplant. Die meisten Länder verfolgen hierbei die Strategie der Umwidmung bestehender Erdgastransportleitungen, ergänzt durch Errichtung neuer Pipelines. Die bestehenden Erdgasnetze sind dabei aus unterschiedlichsten Rohrgeometrien und Materialien zusammengesetzt. Bei der Umwidmung von Erdgaspipelines zum Transport von Wasserstoff müssen daher Fragen der Materialverträglichkeit hinsichtlich des als Wasserstoffversprödung bekannten Phänomens der Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Wasserstoff betrachtet werden. Bisherige Forschungsergebnisse und Feldversuche deuten darauf hin, dass die niedriglegierten, ferritischen Stähle, aus denen die Ferngasleitungen des Erdgasnetzes überwiegend bestehen, für den Transport von Wasserstoff unter normalen Betriebsbedingungen geeignet sind. Eine Frage, die bislang weniger Aufmerksamkeit erhielt, ist die, wie sich das Schweißen im Betrieb an Wasserstoffpipelines auf die Materialkompatibilität auswirkt. Im Erdgasnetz sind etablierte Verfahren wie beispielsweise das „Hot-Tapping“ unumgänglich für die Instandhaltung und Erweiterung des Netzes. Hierbei werden an eine im Betrieb befindliche Pipeline geteilte T-Stücke aufgeschweißt, über die die Pipeline dann mit geeigneten Bohrvorrichtungen während eines ununterbrochenen Betriebs angebohrt werden kann. Um zu beurteilen, ob diese Verfahren gefahrlos auf Wasserstoffpipelines übertragen werden können, müssen Problemstellungen betrachtet werden, die sich durch den Wärmeeintrag ins Material beim Schweißen ergeben. Wasserstofflöslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeit sind temperaturabhängig. Erhöhte Temperaturen könnten eine Wasserstoffaufnahme ins Material bewirken, die zu einer kritischen Degradation der mechanischen Eigenschaften des Materials führen könnte. Die Temperaturen, die beim Schweißen erreicht werden, führen lokal zur Überschreitung der Austenitisierungstemperatur. Austenit weist eine deutlich höhere Löslichkeit von Wasserstoff auf, während die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs in dieser Phase deutlich herabgesetzt ist. Es wird vermutet, dass dies zu einer lokal erhöhten Wasserstoffkonzentration führt. Damit geht ein erhöhtes Risiko einer kritischen Materialdegradation einher. Durch die lange Zeitdauer beim Schweißen von mehrlagigen Rundkehlnähten an großen Pipelines, einschließlich einer möglichen Vorwärmprozedur, ist weiterhin zu klären, ob der aus Anwendungsfällen in der Petrochemie bekannte Hochtemperaturwasserstoffangriff auftritt. Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über das Schweißen im Betrieb an Gaspipelines, hierbei auftretenden Herausforderungen bei der möglichen Anwendung auf Wasserstoffleitungen. Dabei werden auch aktuelle Forschungsprojekte zum Thema Schweißen an Wasserstoffpipelines im Betrieb eingehend diskutiert. In diesem Zusammenhang werden erste Ergebnisse des gemeinschaftlichen Forschungsprojektes „H2-SuD: Einfluss des Schweißens auf die Wasserstoffaufnahme und Degradation im Betrieb befindlicher H2-Ferngasleitungen“ des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und deutscher Gasnetzbetreiber (Open Grid Europe, ONTRAS Gastransport, u.v.m.) präsentiert.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Sebastian KaiserORCiD, Kjell ErxlebenORCiD, Michael RhodeORCiD, Thomas KannengießerORCiD
Dokumenttyp:Beitrag zu einem Tagungsband
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Deutsch
Titel des übergeordneten Werkes (Deutsch):DVS-Berichte Band 397: Schweißen im Anlagen- und Behälterbau
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.4 Integrität von Schweißverbindungen
Verlag:DVS Media GmbH
Verlagsort:Düsseldorf
Jahrgang/Band:2025
Erste Seite:106
Letzte Seite:115
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Materialdegradation; Pipeline; Schweißen; Wasserstoff
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Wasserstoff
Material
Material / Degradationsmechanismen
Veranstaltung:53. Sondertagung - Schweißen im Anlagen-und Behälterbau 2025
Veranstaltungsort:Munich, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:18.03.2025
Enddatum der Veranstaltung:21.03.2025
ISBN:978-3-96144-290-4 (Print)
ISBN:978-3-96144-291-1 (E-Book)
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:10.04.2025
Referierte Publikation:Nein
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