Validierung des innovativen Werkstoffes A286mod für den Einsatz in zukünftig wasserstoffbefeuerten Gasturbinen, Teilvorhaben: Werkstoffcharakterisierung mittels zerstörender Prüfung, zerstörungsfreier Prüfung und Oxidationsversuchen

Description: Dieses Projekt konzentriert sich auf die Wirkung der Verbrennungsatmosphären während der Transformation des Energiemarktes bis zur vollständigen Substitution des Erdgases durch Wasserstoff. Der Übergang von Erdgas zu Wasserstoff als Treibstoff für Back-up Kraftanlagen, welche zukünftig Gasturbinen und Kombianlagen mit Gas- und Dampfturbine sein werden, verändert das Abgas der Anlage von CO2-H2O-O2-N2 zu H2O-O2-N2. Dabei ändert sich das Verhältnis (Mol(CO2)/(MolH2O)+Mol(O2)), wobei der Partialdruck des O2 in der Verbrennungsatmosphäre nahezu konstant bleibt. Das Verhältnis der Gase durchläuft während der Erhöhung des Wasserstoffanteils sowohl Bereiche in denen Fe-Basiswerkstoffe eine hohe Oxidationskinetik zeigen als auch den Bereich, der eine Aufkohlung der oberflächennahen Bereiche des Metalls ermöglicht. Der Werkstoff kann unter diesen Bedingungen entlang der Korngrenzen eines Austenits tief durch Oxidation der Korngrenzen geschädigt werden, was während der regelmäßigen Inspektionen zerstörungsfrei mit Ultraschall geprüft werden muss. Im Arbeitspaket zur zerstörungsfreien Prüfung wird das Verhalten des Werkstoffes evaluiert und die Prüftechnik entsprechend angepasst. Die Tiefe der Oxidationsschäden vergrößert die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Anrissen und wirkt damit auf die mechanische Sicherheit. In welchem Ausmaß wird durch mechanische Tests an voroxidierten Werkstoffen untersucht. Letztendlich wird das Erreichen unserer Ziele, es ermöglichen, die Oxidationstiefe zerstörungsfrei zu bestimmen und aus diesen Daten zu entscheiden, ob das Bauteil noch sicher betreiben werden kann. Den zeitlichen Fortschritt der Oxidationsschädigung wird als Grundlage aller auf die Laufzeit der Anlage ausgerichteten Berechnungen der aktuellen Schädigung genutzt. Dazu wird ein Modell erstellt, welches die oxidative Schädigung beschreibt. Dieser Beitrag ermöglicht es, Fe-Basiswerkstoffe auf ihre Einsatzfähigkeit in der Wasserstofftechnologie einzuschätzen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Treibstoff ? Erdgas ? Werkstoff ? Wasserstoff ? Dampfturbine ? Gasturbine ? Materialprüfung ? Metall ? Abgas ? Energiemarkt ? Oxidation ? Ultraschall ? Abgas ? Partialdruck ?

Region: Berlin

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (Betreiber*in)
• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science e.V. (Mitwirkende)

Time ranges: 2022-08-01 - 2025-07-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: Material characterization by means of destructive testing, non-destructive testing and oxidation tests
  Description: This project focuses on the effect of combustion atmospheres during the transformation of the energy market to the complete substitution of natural gas by hydrogen. The transition from natural gas to hydrogen as a fuel for back-up power plants, which in the future will be gas turbines and combined cycle gas turbines, changes the exhaust gas of the plant from CO2-H2O-O2-N2 to H2O-O2-N2. In this process, the ratio [mol(CO2)/(molH2O)+mol(O2)] changes, while the partial pressure of O2 in the combustion atmosphere remains almost constant. During the increase of the hydrogen content, the ratio of the gases passes through ranges in which Fe-based materials show high oxidation kinetics as well as the range that allows carburization of the near-surface regions of the metal. Under these conditions, the material can be deeply damaged along the grain boundaries of an austenite by oxidation of the grain boundaries, which must be non-destructively ultrasonically tested during regular inspections. In the non-destructive testing work package, the behavior of the material is evaluated and the testing technique is adapted accordingly. The depth of oxidation damage increases the likelihood of the formation of incipient cracks and thus affects mechanical safety. To what extent is investigated through mechanical testing of pre-oxidized materials. Ultimately, achieving our goals, will allow us to non-destructively determine the depth of oxidation and from this data decide if the component can still be safely operated. The progress of oxidation damage over time will be used as the basis for all calculations of current damage based on the lifetime of the system. For this purpose, a model describing the oxidative damage is created. This contribution enables Fe-based materials to be assessed for their suitability for use in hydrogen technology. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1121942

Status

Aktiv

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