Bratislava 17.júna 2025- Slovgas začína zverejňovať úspešné práce slovenských plynárov, ktoré zabodovali na Svetovej plynárenskej konferencií v Pekingu. Prvým je článok Rastislava Zeleňáka zo spoločnosti Eustream.
Plynárenské spoločnosti plánujú v súlade s celoeurópskou iniciatívou voľne nazývanou „Európska vodíková chrbtica“ (European Hydrogen Backbone) využiť časť existujúcej siete na prepravu zemného plynu na cezhraničnú prepravu vodíka, ako aj technologicky pripraviť prepravnú sieť na primiešavanie vodíka do zemného plynu v krátkodobom horizonte.
Základným poslaním spoločnosti EUSTREAM, ako prevádzkovateľa prepravnej siete zemného plynu v Slovenskej republike, je bezpečná, spoľahlivá a ekologická preprava pre európske trhy. EUSTREAM sa rozhodol pripraviť aj svoju prevádzkovú infraštruktúru na podporu klimatických ambícií a prípravy slovenskej plynárenskej prepravnej siete na nízkouhlíkové hospodárstvo. Na podporu tohto cieľa je nevyhnutné preskúmať a určiť vplyv vodíka na materiály používané v prepravnej sieti zemného plynu3.
- Analýzy a štúdia
Pracovný tím spoločnosti EUSTREAM v spolupráci s externou projekčnou spoločnosťou analyzoval a vypracoval, na základe dostupnej dokumentácie, Štúdiu realizovateľnosti pre potrubné systémy prepravnej siete, meracie systémy pre kvalitu prepravovaných množstiev plynu, ako aj pre zariadenia kompresorových staníc. Táto štúdia bola vypracovaná na základe normy ASME B31.12 a dokumentu Európskej asociácie priemyselných plynov o vodíkových potrubných systémoch (EIGA IGC Doc 121/14). Zároveň boli písomne oslovené spoločnosti a dodávatelia, ktorí dodávali a inštalovali plynárenské zariadenia pre našu prepravnú sieť, s cieľom potvrdiť vhodnosť ich zariadení pre percentuálny objem zmesi vodíka so zemným plynom, alebo ich vhodnosť pre prepravu čistého vodíka. Na základe výsledkov štúdie a následnej analýzy vyjadrení dodávateľov zariadení sme sa rozhodli implementovať výskumné projekty aj v rámci našej spoločnosti v spolupráci s externými výskumnými a testovacími spoločnosťami.
2. Testovanie vplyvu vodíka v tlakovej nádobe na vzorky ocele
Implementovaný výskumný projekt sa zameral na overenie vplyvu vodíka na materiálové vlastnosti ocelí a tesnení, rozoberateľných a zváraných spojov našich potrubí, čo by mohlo predstavovať vstupné podklady pre možné ďalšie riešenia na zvýšenie odolnosti a elimináciu vplyvu vodíka na predmetné materiály a komponenty.
2.1. Metodika skúšok ocele
Technický tím spoločnosti EUSTREAM skúmal vplyv vodíka na materiály a komponenty prevádzkového systému v tlakovej nádobe (obr. 1), na ktorú boli nainštalované prírubové aj zvárané spoje a vzorky ocele (obr. 2 a 3), ktoré boli voľne umiestnené vo vnútri nádoby vo vodíku pri rôznych úrovniach tlaku až do tlaku 6 MPa. Vzorky jednotlivých kusov ocele vystavené takémuto prostrediu boli po 1000 hodinách v tlakovanom vodíkovom kúpeli pri rôznych úrovniach tlaku následne podrobené laboratórnym testom.
Na vzorkách sa vykonali skúšky, pri ktorých sme určili zmeny mechanických vlastností vzoriek jednotlivých oceľových materiálov API 5L X52, X60, X70 ovplyvnených vodíkom a tých, ktoré neboli ovplyvnené vodíkovým kúpeľom. Ide o nasledujúce skúšky:
- Skúška rázom v ohybe (vrubová húževnatosť) – určili sme odolnosť skúšaných ocelí voči krehkému lomu pri dynamickom rázovom zaťažení.
- Skúška pevnosti v ťahu (statická) – určili sme plasticitu a elasticitu skúšaných ocelí až do porušenia materiálu pri zaťažení v ťahu.
- Skúška tvrdosti – skúmali sme tvrdosť skúšaných ocelí.
- Skúška lomovej húževnatosti – skúmali sme štruktúru lomu (ťažnú/krehkú), ktorá vzniká pri pretrhnutí skúšobnej vzorky skúšaných ocelí.
- Metalografické skúšky – identifikovali sme zloženie a homogenitu materiálu. Vizuálne sme identifikovali vlastnosti materiálu v makro- a mikroskopickom meradle.
- Skúška zvariteľnosti potrubného materiálu po vystavení vodíkovému prostrediu – touto skúškou sme určili zvariteľnosť ocelí po vystavení vodíku.
2.2. Závery zo skúšok ocelí
Výsledky jednotlivých skúšok ukazujú, že materiál API 5L X52 nevykazuje žiadne zmeny. Avšak materiály API 5L X60 a X70 vykazujú drobné zmeny v pevnostných charakteristikách, ako sú medza klzu a medza pevnosti, ale stále spĺňajú požiadavky podľa normy ISO 3183 aj v tlakovanom vodíkovom kúpeli pri 6 MPa. Zároveň fraktografia všetkých vzoriek (základný stav a testovacia fáza) vykazovala jamkovú morfológiu po celom povrchu, čo zodpovedá ťažnému lomu vzoriek (obr. 4, 5 a 6, 7). Testy zároveň potvrdili tesnosť demontovateľných spojov, ktoré boli nepretržite monitorované zariadením Testo 316-4 aj pri tlaku 6 MPa.
Výsledky tohto výskumného projektu priniesli cenné informácie, ktoré prispejú k transformácii prevádzkovej infraštruktúry spoločnosti EUSTREAM na ceste k pripravenosti na prepravu vodíka, najmä v súvislosti s možným dodatočným riešením pre zvýšenie odolnosti a elimináciu vplyvu vodíka na materiály a komponenty4.
Cieľom týchto testov a experimentov bolo tiež využiť získané poznatky a výsledky pre schvaľovacie orgány, ako základ pre schválenie prepravných plynárenských sietí pre prepravu zmesi vodíka so zemným plynom alebo čistého vodíka. Zároveň budú výsledky týchto experimentov a testov použité pri aplikovaní zmeny účelu používania potrubného prepravného systému z prepravy zemného plynu na prepravu 100% vodíka v súlade s normou ASME B31.12.
3. Testovanie vplyvu vodíka na konštrukciu tesniacich častí a materiálov na zvaroch MON, TOR, Pig-sig a systému TDW STOPPLE zvarených zvarom MON
Technický tím spoločnosti EUSTREAM ďalej skúmal vplyv vodíka na zvar typu Metering Extraction (MON) (obr. 8 a, b, c), kde sú tesniaca drážka a tesnenie konštrukčne podobné zvaru typu Thread – O – Ring (TOR) a zvar pre zariadenie Pig-sig. S cieľom zabezpečiť prepravu vodíka sme ďalej merali tvrdosť kútových zvarov na vybraných dostupných zariadeniach s MON zvarom a zvaroch pre zariadenia Pig-sig na našom prevádzkovanom zariadení a potrubných systémoch.
Zároveň sme v inom experimente vykonali skúšky tesnosti na experimentálnej tlakovej nádobe, kde boli nainštalované zariadenia TDW STOPPLE DN700 a MON (obr. 9).
3.1. Metodika testovania MON
V rámci skúšania sme sa zamerali na overenie vhodnosti metódy tesnenia O-krúžkom v kontakte s vodíkom. Skúška tesnosti bola vykonaná s vodíkom až do tlaku 8 MPa vo vodnom kúpeli po dobu 1000 hodín. Použité tesnenie v spomínanom experimente bolo vyrobené z Vitonu (FPM a EPDMI – polymér pre vysoké teploty) v kombinácii s dvomi rôznymi mazivami. V týchto testoch sme použili mazivo vhodné pre O2 a následne aj plastické mazivo s prídavkom grafitu, ktoré sa štandardne používa pri údržbe plynárenských zariadení tohto typu.
3.2. Závery z testov MON
Testy ukazujú, že všetky testované zariadenia vybavené O-krúžkami mazanými plastickým mazivom s prídavkom grafitu a uvedenými tesneniami sú vhodné na inštaláciu v potrubnom systéme pre prepravu 100-% vodíka, ako aj pre prepravu zmesi zemného plynu s vodíkom. Počas testovacieho obdobia 1000 hodín neboli zistené žiadne negatívne vplyvy vodíka na použité mazivá.
Vzhľadom na to, že TOR a Pig-sig sú svojou konštrukciou a metódou tesnenia podobné testovanému MON zvaru, po výmene pôvodných tesniacich krúžkov z materiálu NBR (Nitril-butadiénový kaučuk) za testované Vitonové krúžky (FPM a EPDMI) môžeme konštatovať, že budú taktiež vhodné aj z hľadiska tesnosti pri preprave čistého vodíka alebo zmesi zemného plynu s vodíkom.
Na základe výsledkov merania tvrdosti kútových zvarov na vybraných dostupných zariadeniach MON, prírubách a čistiacich zariadeniach Pig-sig môžeme dospieť k záveru, že externé kútové zvary vykazujú štandardnú kvalitu a tiež vhodnú tvrdosť pre 100% vodík, ako aj pre zmes so zemným plynom (podľa EIGA IGC Doc 121/14 max. 248 Vickers).
3.3. Metodika testovania TDW STOPPLE DN700 a MON
Ďalší test, ktorý sme vykonali na armatúre TDW STOPPLE DN700 so zvarom MON, bol vykonaný za účelom testovania tesnosti počas tlakovania vodíkom. Tlakovanie armatúry TDW STOPPLE DN700 vodíkom sme vykonali až do tlaku 7 MPa a denne sme kontinuálne kontrolovali tesnosť demontovateľného spoja zariadením Testo 316-4 na zaslepovacej prírube tejto armatúry, ako aj zvaru MON.
Zároveň sme vykonali vizuálnu boroskopickú inšpekciu vnútorných kútových zvarov, ako aj meranie tvrdosti externých kútových zvarov na armatúre TDW STOPPLE DN700.
3.4. Závery z testov TDW STOPPLE DN700 a MON
Týmto môžeme potvrdiť, že testy vykonané na experimentálnej tlakovej nádobe, kde boli nainštalované zariadenia TDW STOPPLE DN 700 a zvar MON s tlakovou úrovňou do 7 MPa, nepreukázali žiadne úniky vodíka.
Výsledky vizuálnej kontroly ukazujú, že na vnútorných kútových zvaroch nebolo zistené žiadne poškodenie. Externé kútové zvary vykazujú štandardnú kvalitu a vhodnú tvrdosť pre 100% vodík, ako aj pre zmes vodíka so zemným plynom (podľa EIGA IGC Doc 121/14 max. 248 Vickers).
- Záver
Výskum spoločnosti EUSTREAM zdôrazňuje schodnosť riešenia zmeny účelu existujúcich plynárenských prepravných systémov na prepravu vodíka. Úspešné laboratórne testy preukazujú, že oceľové materiály a zvárané spoje odolávajú vystaveniu vodíku pri vysokých tlakoch bez výraznej degradácie, čo spĺňa aj požiadavky medzinárodných noriem. To poskytuje silný základ pre regulačné schválenie prepravy vodíka, či už zmiešaného so zemným plynom, alebo v jeho čistej forme.
Záväzok spoločnosti EUSTREAM k rozvoju vodíkovej infraštruktúry a tým k prispievaniu k dekarbonizácii priemyslu v rámci Slovenskej republiky je ďalej zdôraznený jej účasťou v schéme Dôležitých projektov spoločného európskeho záujmu (IPCEI).
Pracovný tím spoločnosti EUSTREAM vypracoval technický návrh projektu súvisiaceho s prechodom z prepravy zemného plynu na prepravu vodíka a zúčastnil sa výzvy IPCEI. Projekt s názvom „Vodíková infraštruktúra – Prebudovanie prepravných sietí (H2I – TR) (H2 Infrastructure – Repurposing of Transmission) bol zaradený do tretieho zoznamu Dôležitých projektov spoločného európskeho záujmu v oblasti vodíkových technológií, ktorý bol schválený Európskou komisiou 15. februára 2024. Rozsah projektu H2I – TR realizovaného spoločnosťou EUSTREAM zahŕňa zmenu účelu 500 km dlhého plynovodu pre cezhraničnú prepravu čistého vodíka, výstavbu dvoch kompresorových staníc a jednej meracej stanice. Budúci vodíkový plynovod bude siahať k ukrajinským hraniciam na východnej strane a k hraniciam s Českou republikou a Rakúskom na západnej strane Slovenska. Plynovod EUSTREAM tak otvorí cestu nielen pre dovoz vodíka z obnoviteľných a nízkouhlíkových zdrojov z Ukrajiny, Rakúska alebo Českej republiky, ale povedie aj k obojsmernému prepojeniu medzi EÚ a Ukrajinou. Modifikovaný plynovod bude mať odhadovanú kapacitu až 9,1 GWh/h / 2,02 t ročne na ukrajinsko-slovenskej hranici a 6 GWh/h / 1,33 Mt ročne na česko-slovenskej, ako aj na rakúsko-slovenskej hranici. Očakáva sa, že projekt H2I – TR bude prepojený aj s miestnou distribučnou sieťou, ako aj s najväčšími odberateľmi vodíka na Slovensku.
Týmto projektom poskytneme významnú podporu dekarbonizačným ambíciám a príprave slovenskej plynárenskej prepravnej siete na nízkouhlíkové hospodárstvo.
Zdroje:
3 Zeleňák (2024) Eustream sa pripravuje, aby časť jeho infraštruktúry prepravovala aj čistý vodík – SLOVGAS
4 Zeleňák (2022) Cieľom vodíkových projektov spoločnosti Eustream je pripraviť jej infraštruktúru na prepravu vodíka – SLOVGAS
5 Webové sídlo spoločnosti Eustream (2024). Energy Transformation Projects | Eustream