Приложение Б (справочное). Оценка диффузии водорода через стенку конструкционного элемента

Приложение Б
(справочное)

Оценка диффузии водорода через стенку конструкционного элемента

Б.1 Оценка глубины проникновения водорода

Основным условием отсутствия необходимости оценки риска возникновения водородного растрескивания на внутренней поверхности (не контактирующей с морской водой) конструкционного элемента является увеличение концентрации водорода на данной поверхности не более, чем на 1 ppmw от концентрации водорода в стали (C _b, ppmw) за все время эксплуатации. Оценка риска возникновения водородного растрескивания под напряжением для внутренней поверхности элемента может не применяться, если глубина проникновения водорода при соответствующих температуре и времени эксплуатации меньше толщины стенки элемента. Глубина проникновения водорода (выражается в мм) при его концентрации на наружной поверхности, равной С = С _b + 1, приведена в таблице Б.1. Значения в таблице 1 приведены без учета имеющихся, как правило, покрытий, изоляции и известковых отложений на наружной поверхности, препятствующих проникновению водорода в металл.

Таблица Б.1 - Глубина проникновения водорода, мм

Время, лет	Глубина проникновения водорода, мм, при температуре, С
	4	10	15	20	45	60	80	100	121	150
1	1,4	1,5	1,7	1,8	2,6	3,1	3,9	4,7	5,6	6,6
4	2,8	3,1	3,3	3,6	5,2	6,2	7,8	9,4	11,1	13,3
5	3,1	3,4	3,7	4,0	5,8	7,0	8,7	10,5	12,5	14,8
10	4,4	4,8	5,3	5,7	8,2	9,9	12,3	14,9	17,6	21,0
15	5,3	5,9	6,4	7,0	10,0	12,1	15,1	18,2	21,6	25,7
20	6,2	6,8	7,4	8,1	11,6	13,9	17,4	21,1	24,9	29,7
25	6,9	7,6	8,3	9,0	12,9	15,6	19,5	23,5	27,9	33,2
30	7,5	8,4	9,1	9,9	14,2	17,1	21,3	24,8	30,5	36,3
35	8,1	9,0	9,8	10,7	15,3	18,5	23,0	27,9	33,0	39,2
40	8,7	9,7	10,5	11,4	16,3	19,7	24,6	29,8	35,2	41,9
45	9,2	10,2	11,1	12,1	17,3	20,9	26,1	31,6	27,4	44,5
50	9,7	10,8	11,7	12,7	18,3	22,1	27,5	33,3	39,4	46,9

Б.2 Оценка диффузии водорода при помощи моделирования

Для оценки диффузии водорода может использоваться конечно-элементная модель, построенная с учетом следующих рекомендаций.

Б.2.1 Если данные по фактической температуре при эксплуатации недоступны, то допускается проведение теплового расчета для определения распределения температуры в конструкционном элементе.

Б.2.2 Для моделирования процесса диффузии может использоваться уравнение Фика. Для построения модели следует определить коэффициент диффузии и концентрацию водорода.

Коэффициент диффузии D рассчитывают по формуле

.

(Б.1)

Значения коэффициента диффузии D, мм ²/с, приведены в таблице Б.2.

Таблица Б.2 - Зависимость коэффициента диффузии от температуры

T K, °С	, мм 2/с	T K, °С	, мм 2/с
161,6	15,00	60,2	2,00
143,5	11,00	49,4	1,60
126,8	8,60	39,4	1,20
111,5	6,50	29,9	0,89
97,2	4,90	21,0	0,67
84,0	3,70	9,8	0,46
71,7	2,80	2,0	0,35

Коэффициент диффузии определяется для установившейся температуры.

В качестве граничных условий при построении диффузионной модели следует использовать концентрацию водорода на наружной поверхности и концентрацию водорода на внутренней поверхности.

Концентрацию водорода на наружной поверхности С, ppmw, рассчитывают по формуле

.

(Б.2)

Концентрация водорода на внутренней поверхности C _int, ppmw, приравнивается к концентрации водорода в объеме металла C _b, ppmw:

.

(Б.3)

Б.2.3 Критерием отсутствия риска возникновения водородного растрескивания считается значение концентрации водорода менее С _b + 1, ppmw.