掺氢天然气环境CH4对管线钢氢脆的抑制行为

摘要：

H2在管线钢表面吸附并解离是H原子在钢基体中渗透扩散的前提条件,掺氢天然气管道内H2的存在增加了管道氢脆风险.基于分子动力学模拟与第一性原理计算方法,开展了管线钢表面H2吸附行为研究,得到不同掺氢比例下CH4与H2混合气的竞争吸附规律,明确了管线钢近壁面CH4的存在对H2解离行为的影响机制.研究发现:对于纯气体组分,CH4与H2均具有近壁吸附特性;对于CH4/H2混合组分,CH4具有优先吸附性,显著降低了管线钢表面H2的吸附浓度;通过第一性原理计算方法,发现CH4与H2在管线钢表面的吸附类型不同,CH4的存在不能阻止H2在管线钢表面的化学分解吸附行为,但可以有效降低H2分子出现在管线钢近壁面的概率.研究结果表明:掺氢天然气管道内氢分压无法准确定量反映管线钢表面H2浓度分布,开展相关研究时需考虑气体组分之间的竞争吸附行为.同时,CH4的存在将降低H2出现在管线钢近壁面的概率,在一定程度上可减小氢脆出现的可能.研究成果有助于深入理解掺氢天然气管道的氢脆发生机制.

关键词：掺氢天然气管道、氢脆、竞争吸附、浓度分布、吸附能

所属期刊栏目：42

分类号：TE88(石油、天然气储存与运输)

在线出版日期：2023-03-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：16-23