Welding of hydrogen pipelines : Unique challenges posed by hydrogen in fabrication and repair of transmission pipelines

Abstract

Hydrogen as an energy carrier and its transportation are currently major research topics in the energy sector, both globally and within Europe. Finland aims to become a forerunner in the European hydrogen economy, which necessitates a reliable and safe cross-border distribution infrastructure. However, hydrogen-induced changes in the mechanical properties of pipeline materials, particularly embrittlement, pose significant challenges in developing durable solutions. The objective of this thesis is to examine the most common material and transportation challenges associated with the transmission of pressurized hydrogen, both in converted natural gas pipelines and in potential new-build gas networks. The specific challenges posed by hydrogen regarding the service life and operational reliability of pipelines are analyzed in greater detail from the perspective of the welding operations required for assembly and repair. Furthermore, the study reviews scientific articles, international standards, and technical recommendations concerning the welding of hydrogen gas pipelines, while identifying potential safety risks. Vetykaasun kantama energia ja sen kuljetus ovat tällä hetkellä merkittäviä tutkimusaiheita energia-alalla niin globaalisti, kuin Euroopassa. Suomen tavoite on nousta Euroopan vetytalouden edelläkävijäksi, mikä vaatii luotettavaa ja turvallista rajojen yli ylettyvää jakeluinfrastruktuuria. Vedyn aiheuttamat muutokset putkistomateriaalien mekaanisissa ominaisuuksissa, varsinkin haurastuminen, aiheuttavat haasteita kestävien ratkaisujen valmistamisessa. Tämän tutkielman tavoitteena on käydä läpi yleisimpiä materiaali- ja kuljetushaasteita paineistetun vedyn siirtämisessä niin konvertoiduissa maakaasuputkissa kuin potentiaalisissa uudisrakennetuissa kaasuputkistoissa. Vedyn asettamia erikoishaasteita putkistojen käyttöiän ja toimintavarmuuden kannalta tarkastellaan tutkielmassa tarkemmin kokoonpano- ja korjaustoimien vaatimien hitsaustoimien näkökulmasta. Tekstissä käydään läpi tieteellisiä artikkeleita, kansainvälisiä standardeja ja teknisiä suosituksia vetykaasuputkien hitsaustoimissa, sekä havainnoidaan potentiaalisia vedyn tuottamia turvallisuusriskejä.

Vetykaasun kantama energia ja sen kuljetus ovat tällä hetkellä merkittäviä tutkimusaiheita energia-alalla niin globaalisti, kuin Euroopassa. Suomen tavoite on nousta Euroopan vetytalouden edelläkävijäksi, mikä vaatii luotettavaa ja turvallista rajojen yli ylettyvää jakeluinfrastruktuuria. Vedyn aiheuttamat muutokset putkistomateriaalien mekaanisissa ominaisuuksissa, varsinkin haurastuminen, aiheuttavat haasteita kestävien ratkaisujen valmistamisessa. Tämän tutkielman tavoitteena on käydä läpi yleisimpiä materiaali- ja kuljetushaasteita paineistetun vedyn siirtämisessä niin konvertoiduissa maakaasuputkissa kuin potentiaalisissa uudisrakennetuissa kaasuputkistoissa. Vedyn asettamia erikoishaasteita putkistojen käyttöiän ja toimintavarmuuden kannalta tarkastellaan tutkielmassa tarkemmin kokoonpano- ja korjaustoimien vaatimien hitsaustoimien näkökulmasta. Tekstissä käydään läpi tieteellisiä artikkeleita, kansainvälisiä standardeja ja teknisiä suosituksia vetykaasuputkien hitsaustoimissa, sekä havainnoidaan potentiaalisia vedyn tuottamia turvallisuusriskejä.