Download publikationen - Dansk Gasteknisk Center

Brint som energibærer
Projektrapport
November 1999

Brint som energibærer
Paw Andersen, DGC
Celia Juhl, DONG
Lars Bo Pedersen, HNG
Asger N. Myken, DGC,
Henrik Iskov, DGC
Dansk Gasteknisk Center al s
Hørsholm 1999

Titel
Rapport
kategori
Forfatter
Dato for
udgivelse
Copyright
Sagsnummer
Sagsnavn
ISBN
Brint som energibærer
Projektrapport
Paw Andersen, DGC, Celia Jubl, DONG, Lars Bo Pedersen, HNG, Asger N. Myken, DGC,
Henrik !skov, DGC
25.11.99
Dansk Gasteknisk Center a/s
718.05; H:\7 18\05\rapport\06-brinl-kunderapport.doc
Brint som energibærer
87-7795-172-7
For ydelser af enhver arr udfØrt af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder:
• ttl DGC er ansvarlig i henhold til "Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89)", som i
øvrigt artses for vedtaget for opgaven.
• at erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. art­
svarspådragettde fejl eller forsømmelse og altid begrænses til J 00% af det vederlag, som DGC har modtaget for
den pågældende ydelse. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der m&tte
overstige DGC's hæftelse.
• cif DGC skal- uden begrænsning · om levere egne ydelser (forbindelse m.edfejl og forsømmelser i DG C's mate­
riale.
• at rekvirenten er ansvarlig for, at de iht lov gældende sikkerheds- og arbejdsmiljØregler hos rekvirenren kan
overholdes af DGC i forbindelse med opgavens udførelse. Sc1fremt DGC mil standse, afbryde og/eller udsætte en
opgave. fordi disse regler ikke kan overholdes, må rekvireflten bære DG C's evewuelle ekstraomkostninger i for­
bindelse hermed.
Juli 1999

DG C-rapport 1
Indholdsfortegnelse Side
Synopsis ......................................... ... .. ......... .................. .. ... ............. .. .. .... ............... .. ........ ...... .. .... .. 3
Abstract .............. .. ............... ........................... ............. .. .. .. ......... ........................ .. ...... ..................... 3
l Indledning ....... ....... .. ........ .. ..... ....................................................................... ............... .. .. ... ... .... . 4
1.1 Opgaveformulering ............................................. ............... ..... .......................... ... ............ ...... 4
1.2 Begrænsning af opgaven .................................... ...................... .. ... .................. ........... .... ..... .. 4
2 Resurne og konklusion ................................................................. .... .... .... ...... .............................. 5
2.1 Udenlandske erlaringer ..... ...... .. ..... .................... ..... ............................ .................................. 5
2.2 Danske forhold ... ................................................. ..................... ..................... .. ...................... 5
2.2.1 Gaskvalitet ...................................................... ............ ................................................ 5
2.2.2 Brint i det danske transrnissionsnet.. .. .. ..................................... ............. ..................... 6
2.2.3 Brint i det danske distributionsnet ....... ....................................................................... 8
3 Erfaringer fra udlandet ........................................ ......... ........ ............ ............................... ........... l O
3 .l Projekter med l OOo/o brint ........................................................................................... ......... l O
3.2 Projekter med brint i naturgasnet ............. ........................ .. ...................... .. .......... .. ............. 12
3.3 Referencer til kapitel 3 ................. ... .................................. .. .. .................... .. ....... .. ............... 13
4 Gaskvalitet ved brinttilsætning under danske forhold ................................................... ...... ...... 14
4.1 Generelt ....................................................................... ............... ................... ......... .......... ... 14
4.2 Eksplosionsgrænser .................................................................................................... .. ....... 15
4.3 Tændenergi .................................. ... ............. .. .. ........ .... .... .. .................................................. 17
4.4 Flarnrnehastighed ............................................................................................. ...... .............. 17
4.5 Dugpunkt ...... .... ................. ........... ... ....................... .. ........................................... ...... .......... 18
4.6 Metantal ....................................... ........... ..... ... ............. .................. ............... ... ............... ..... 19
4.7 Relativ densitet .................. .. ........................................ ........................................................ 19
4.8 Wobbeindeks ................................ ........ .. ............................... ...... .......................... .. .. ..... ..... 20
4.9 Odoranttilsætning ....................................................... ........... ... ......................... .... ..... ....... .. 21
4.10 Sammenfatning ........... .. .................................... ................................................... ......... 22
4.11 Referencer til kapitel4 .................................................................................................. 23
5 Brinttilsætning i det danske transmissionsnet ........................................................................... 24
5.1 Brint i det danske transmissionsnet ................. ................................................. .. ...... ........... 24
5.2 DEL 1 .......................................................... .... .... .... ... ................ .. ... .................. ...... ............. 24

DG C-rapport 2
5.2.1 Systemopbygning ..................... .. ..... ..... .......... .............. ................ ........ ................. .... 24
5 .2.2 Typer af rør ................. ......... ........... .... ............................................................ ... ....... 28
5.2.3 Svejsning af rør ................................................................ ..... .......... .. .............. .......... 30
5.3 DEL II ....... .... .. ................................ .......... ....... .. .............. ................ .. .................. ...... ..... ..... 32
5.3.1 Virkningen af brint på rørledningsstål ............................................................ .. ....... . 32
5.3.2 Revnedannelse ved tilstedeværelse af H2S ....................................................... ...... .. 34
5.3.3 Revnedannelse ved plastisk deformation, uden tilstedeværelse af H2S .. ..... ..... ....... . 34
5.3.4 Metoder til at hindre brintskader i brintholdige ledninger ........................................ 35
5.3.5 Erfaringer med, og anbefalinger vedr. konvertering af naturgasanlæg til brint.. ...... 36
5.3.6 Nyanlæg af rørledninger til ren brint ........................................................................ 38
5.3.7 Brintlagring ....... .. .......... ................... ... ........................... ........ ..... ... .... ....... ................ 40
5.3.8 Anbefalinger ..... .. .......... ........ ............ .. ....... .. ....... ... ... .. ... .... ............. ........ .................. 41
5.4 Referencer til kapitelS .. .. ......... ............ .. .. ........................ ......... ...... ............... .. ..... ... ........... 41
6 Brinttilsætning i det danske distributionsnet .. ......... .... ....... ........ ......................................... .. .... 44
6 .l Rørmaterialer ....................................................................................................................... 44
6.1.1 Diffusionstab ................................. ..... .... .... ..... .................................................... .. .... 45
6.1.2 Lækagetab ..... .................... .... ................. .............................................. ... ..... ............. 45
6.1.3 Materialepåvirkning, styrkemålinger ....................................................... ................. 46
6.1.4 Sikkerhedsaspekter ved distribution af naturgas/brint i P E-rør ................................ 46
6.1.5 Delkonklusion ................ .......... .................. ......... .. ... .. .. ... .. .. .. ..... ... ............................ 46
6.1.6 Anbefalinger af forhold som bør undersøges videre ................................................. 47
6.2 Komponenter .................................................... .... ............. .. .. .... .......... ................ ..... .. ... ...... 47
6.2.1 Forbrugsmålere ....................... .......... .. ... ... .... ...................... .. .... ..................... ... ....... . 4 7
6.2.2 Klæbe- og smøremidler. .... ....... ......... ... ..... ....... ........... ........... ... ......... .. .... ...... ... ........ 48
6.2.3 Andre komponenter .. ................... .. ...... .. .. .. .. ... .... ... .. .. .. ...... .. .. .... .. ....... ............... ....... 48
6.2.4 Delkonklusion .............................................................. ... ....... ... ... ... ............ .............. 48
6.2.5 Anbefalinger af forhold som bør undersøges videre .......................................... .... ... 49
6.3 Litteraturliste til kapitel 6 .................................................................................................... 49

DG C-rapport
Synopsis
Formålet med denne undersøgelse er at
klarlægge forhold vedrørende muligheder og
begrænsninger for brinttilsætning i henhold
til det eksisterende distributions- og transmissionsnet
Projektet er gennemført og rapporteret i et
samarbejde mellem DONG, HNG og DGC.
I rapporten behandles overordnet de forhold,
som det er nødvendigt at være opmærksom
på ved tilsætning af brint i naturgassen.
Rapporten indeholder en gennemgang af erfaringer
fra udlandet. Ligeledes gennemgås
konsekvenser for gaskvaliteten, transmissionsnettet
og distributionsnettet ved tilsætning
af brint i naturgassen.
Med udgangspunkt i dansk naturgas (gennemsnitsværdier
for 1998) og det danske
Gasreglement er der fundet en øvre grænse
for tilsætningen af brint på 17% og 25% ud
fra kravene til henholdsvis relativ densitet og
Wobbeindeks.
Gennemgangen har vist, at der p.t. kan tilsætte
1-2% brint i naturgasnettet i Danmark,
hvis der ikke skal opstå driftsproblemer eller
tab af ydelse for de mange gasmotorer, der er
opstillet på de decentrale kraftvarmeværker.
Undersøgelsen viser, at iblanding af brint, op
til ca. 10%, ikke vil give materialernæssige
problemer eller væsentlige driftsmæssige
begrænsninger i forhold til den nuværende
praksis i Danmark for transport af naturgas.
Ved større brinttilsætning påpeger rapporten
flere områder, der bør undersøges. F.eks.
forhold vedrørende smøremidler, målere,
regulatorer, odorisering, brudmekaniske
egenskaber for rør og svejsesømme m.m.
Abstract
The aim of this in vestigation is to outline the
possibilities and restrietions for adding hydrogen
to the existing natura! gas distribution
and transmission grid.
The project is carried out and reported in
collaboration between DONG, HNG and
DGC.
The report outlines areas that it is necessary
to be observant about when adding hydrogen
to natural gas.
The report is going through foreign experiences
and describes the consequences for the
gas quality, the transmission and distribution
grid when adding hydrogen to natural gas.
With basis in Danish natural gas (mean values
for 1998) and the Danish gas Regulation
it is found that the upper limit for hydrogen
addition is 17% based on the demands for the
relative density and 25% basedon the demands
for the Wobbe index.
The investigation shows that hydrogen addition
to the Danish natural gas grid above 1-
2% can cause operational problems or losses
in output for the many gas engine based
combined heat and power stations.
The study shows that admixture of 10% hydrogen
will not give materiais problems or
considerable operationallimitations in proportion
to the existing practice for transporting
natural gas in Denmark. If the admixture
is larger, the report points out several areas
that need to be looked into, such as lubricants,
meters, regulators, odorisation, mechanical
strength o f tubes and weldings etc ..
3

DGC-rapport 5
2 Resume og konklusion
2.1 Udenlandske erfaringer
Litteraturstudiet viser, at der gennemgående er opnået mange positive erfa­
ringer med l 00% brint i større rørnet
Siden midten af 1800-tallet har bygasnet verden over haft et brintindhold på
op til 70% med positive erfaringer. Derimod er der kun lokaliseret få steder,
hvor brint er tilsat et naturgasnet. Varigheden heraf har været få år, og der
har været tale om en brintandel på 5-10%. Der er ikke rapporteret om pro­
blemer i forbindelse hermed.
Et stort amerikansk forsøg i slutningen af 70' erne, hvor et til formålet op­
bygget naturgasnetværk forsøgsvis over seks måneder cirkulerede l 00%
brint, afdækkede en række materialeproblemer.
Samlet set viser de relativt få udenlandske erfaringer, at det er muligt at til­
sætte begrænsede brintandele til et naturgasnet.
2.2 Danske forhold
2.2.1 Gaskvalitet
Tilsætning af brint til naturgassen vil ændre egenskaberne for den gas, som
leveres til forbrugeren.
Gasreglementet beskriver de specifikationer, som gassen skal overholde af
hensyn til sikkerheden ved anvendelse af gassen samt for at beskytte gasfor­
syningsnettet Disse forhold er belyst for at se, om de sætter nogle begræns­
ninger for tilsætning af brint.
I forbindelse hermed er det belyst, hvilken indflydelse tilsætning af brint til
naturgas har på eksplosions grænser, dugpunkt, metantal og Wobbeindeks
for den gas, som leveres til kunderne.
Gennemgangen har vist, at der p.t. reelt ikke er mulighed for at tilsætte brint
til naturgasnettet i Danmark, idet der allerede med 1-2% brint typisk opstår
driftsproblemer eller tab af ydelse for de mange gasmotorer, der er opstillet
på de decentrale kraftvarmeværker.

DG C-rapport
Den tyske standard DVGW G260/ll, hvis principper Gasreglementet er ba­
seret på, angiver 12%-vol brint i naturgassen som det maksimalt tilladelige
indhold.
Med udgangspunkt i dansk naturgas (gennemsnitsværdier for 1998) og det
danske Gasreglement findes en øvre grænse for tilsætningen af brint på 17%
og 25% ud fra kravene til henholdsvis relativ densitet og Wobbeindeks.
2.2.2 Brint i det danske transmissionsnet
Bygas, som indeholder ca. 50% brint, er blevet transporteret i støbejernsled­
ninger i ca. 100 år og ren brint i stålledninger i de sidste 50 år. I dag anven­
des mere end 1000 km stålledning til transport af brint /1, 2, 3/, og heraf har
enkelte, mindre ledninger tidligere været anvendt til naturgas /4/. Frankrig
og England har desuden erfaring med lagring af bygas og brint i kaverner og
udtjente naturgasfelter /3, 5/. Selv om brintledninger således har været an­
vendt i mange år, eksisterer der ikke noget officielt anerkendt regelsæt, som
kan anvendes ved konstruktion og drift af rørledninger til brint eller blan­
dinger af naturgas og brint. I mangel af sådanne anvendes de eksisterende
standarder for naturgas, fx den amerikanske ANSI B 31.8 /6/ eller den cana­
diske CSA Z184 17/, suppleret med krav, der tager højde for de specielle
risici ved brint. Enkelte gasselskaber har desuden udviklet deres egne speci­
fikationer for transportledninger til brint Il, 4/.
Al1e stål er i større eller mindre grad følsomme over for brintindtrængning,
og så godt som alle mekaniske egenskaber, som måles ved laboratorietests,
udviser forringede værdier, når stålet udsættes for brint. Trækstyrken for
kulstofstål påvirkes fx kun lidt, medens sejhed og udmattelse, som har væ­
sentlig betydning for transmissionsledninger, påvirkes meget.
Allerede ved planlægningen af det danske naturgasnet blev det undersøgt,
om transmissionsnettet kunne bygges, så det senere, når naturgasressourcer­
ne var opbrugte, kunne anvendes til transport af brint. Overvejelserne vedrø­
rende valg af stål til rørledningerne er behandlet i en rapport fra Risø /8/,
men anbefalingerne blev ikke fulgt, da det ville betyde en væsentlig fordy­
relse af projektet.
6

DGC-rapport 7
Med ca. 10 års mellemrum genopstår diskussionen i faglitteraturen om risi­
ko for brintskader i stål ved en eventuel konvertering af naturgasanlæg til
anlæg med brint eller brint-metanblandinger. I den sidste bølge af diskussi­
oner har vicepræsidenten for forskning ved Worldwatch Institute, Wash­
ington, D.C. udtalt /9/ at: "According to our estimates, the world will need
to begin the transition [fra naturgas til brint] by 2010 at the latest, before the
use of natura! gas peaks, and the shift willlikely accelerate the next 2 dec­
ades", og han konkluderer: "During the transition, hydrogen can be mixed
with methane in concentrations ofup to 15% without altering today's gas
pipelines, furnaces, or burners".
I forbindelse med udarbejdelsen af dette delnotat er en del af den nyere litte­
ratur blevet gennemgået. Kun litteratur, som er nyere end ca. 1980 indgår,
selv om der eksisterer store mængder især ældre amerikansk litteratur om
emnet. Grunden til dette valg er, at hovedparten af den ældre litteratur foku­
serer på trykbeholdere, som fremstilles af stål med højere styrke eller af
højere legerede stål end gasledninger, og at disse resultater/erfaringer ikke
umiddelbart kan overføres til gasledninger.
Litteraturundersøgelsen viser, at man endnu ikke kan konkludere, om det er
muligt at konvertere til brint, da det endnu ikke er prøvet under driftsfor­
hold, der svarer til naturgas, og da der endnu er en række forhold, der ikke
er undersøgt til bunds. Efter overvejelser vedrørende det danske naturgasnet
vil det dog på nuværende tidspunkt være rimeligt at konkludere følgende:
• Iblanding af små mængder brint (op til ca. 10%) vil ikke give materia­
lernæssige problemer for stålledningerne eller væsentlige driftsmæssige
begrænsninger i forhold til den nuværende praksis i Danmark for trans­
port af naturgas.
Ved større brinttilsætninger eller ved drift med ren brint anbefales følgende:
• Rørmaterialernes og svejsesømmenes brudmekaniske egenskaber bør
bestemmes under brintpåvirkning. På basis heraf er det muligt at bereg­
ne en kritisk fejlstørrelse for en given rørstrækning, idet man tager hen­
syn til de aktuelle forhold.

DGC-rapport 8
• Størrelsen af eksisterende fejl bør måles med stor nøjagtighed ved hjælp
af intelligent pigs, og de målte fejlstørrelser sammenholdes med den be­
regnede kritiske fejlstørrelse for at se, om der er risiko for at fejlene vok­
ser. De eksisterende pigs er endnu ikke tilstrækkelig følsomme, men ud­
viklingen går hurtigt i disse år.
• Mulighederne og begrænsningerne ved inhibitortilsætning skal fastlæg­
ges, dels ved laboratorieforsøg, dels ved fuldskala forsøg. Sådanne un­
dersøgelser forventes at komme til at foregå i udlandet.
• Sikkerhedsfaktorer for drift af rørledninger med brint skal fastlægges.
Dette forventes at ske i (samarbejde med) udlandet.
• Praktiske erfaringer med konvertering til og drift af rene brint- og me­
tan-brintledninger bør indhentes på en delstrækning inden hele det dan­
ske naturgasnet involveres.
• Der må forventes at skulle tages forskellige driftsmæssige forholdsregler
som sænkning af trykket i transmissionsledningerne, begrænsninger i
trykudsving med mere, ligesom sikkerhedsprocedurer og omfang af
kontrol for utætheder og skader vil skulle fastlægges.
• Udviklingen i udlandet bør følges nøje på alle relevante områder.
Referenceliste til dette afsnit findes i Afsnit 5.4.
2.2.3 Brint i det danske distributionsnet
De danske gasselskabers distributionsnet er ud over det overordnede forde­
lingsnet af stål hovedsageligt udført af PEM-rør produceret og anlagt i peri­
oden fra 1980 og frem til nu. Herudover findes der i HNG's område en del
gamle stikledninger udført i gevindrør af stål samt distributionsledninger af
PEH og "strømpeforet" støbejern. De anvendte strømpeforinger er fremstil­
let med en tætnende PE-belægning, så ud over stål er distributionsnettet så­
ledes opbygget af PE-materialer i forskellige varianter.
På baggrund af nuværende viden skulle der ikke være store problemer eller
øget energitab forbundet med at distribuere naturgas/brint i et passende
blandingsforhold i eksisterende PE-ledningsnet. De danske PE-systemer er
anlagt og vedligeholdt efter anerkendte standarder, og tillige er der få meka­
niske samlinger, som kunne være kilder til lækager.

DG C-rapport
Ligeledes er der på baggrund af den indsamlede viden intet, der indikerer, at
der på komponentsiden skulle være væsentlige problemer med at blande
brint i naturgassen. Der skal muligvis udskiftes et antal målere på grund af
kapacitetsproblemer, og der skal muligvis findes nogle alternative smøre­
midler. Herudover kan der opstå problemer med klæbemidlet, der indgår i
"strømpe-renoverede" ledninger, men mængden af denne rørtype er for­
holdsvis ringe, så i den store sammenhæng sku ll.e et sådant problem være
overskueligt.
g

DG C-rapport 1 o
3 Erfaringer fra udlandet
Af Henrik !skov, DGC.
3.1 Projekter med 100% brint
Verden over er der opsamlet en lang række erfaringer med brint i rørsyste­
mer. De ældste anlæg er fra trediverne og fungerer stadigvæk. Udstræknin­
gen er fra få kilometer og op til omkring 300 kilometer.
Anvendelse af nettene har i de fleste tilfælde været at forsyne store proces­
industriområder med brint til procesbrug.
En oversigt er fundet i 11/, se Figur l.
Det fremgår af Figur l, at de to betydeligste brintnet er nettene ved Che­
mische Werke Hiills og Air Liquide på henholdsvis 215 og 290 kilometer.
Disse anlæg vil blive beskrevet lidt nærmere i det følgende:
Rørnettet ved Chemische Werke Hiills blev etableret i 1939 til distribution
af brint til 12 forbrugere og 2 producenter. Før hver aftager renses gassen til
den krævede renhed. Anlægget er omkring 215 kilometer langt med diame­
tre på 150-300 mm udført i sømløse stålrør. Driftstryk op til25 bar. Drift og
vedligehold af hele nettet er centraliseret og foregår kontinuerligt. Nettet er i
drift over 8500 timer om året /2/.
Rørnettet ved Air Liquide består af flere delnet på i alt 290 kilometer og
med en diameter omkring l 00 mm. Driftstrykket er 65-100 bar. I en del af
rørsystemet transporteres urenset brint og i den øvrige del brint af særlig
renhed, 99,996%-vol. /2/. Drift og vedligehold af hele rørsystemet foregår
som hos Hiills centraliseret og varetages af Air Liquide.
I forbindelse med det på Figur l nævnte ICI rørsystem i England har man
siden starten af 1970'erne haft et stort undergrundsbrintlager (kaverne af
udvasket salthorst) på ca. 2 mio. m 3 . Her lagres brint ved 50 bar. Tempera­
turniveauet skal holdes tæt på omgivelsestemperaturen for at undgå spæn­
dingsrevner i saltvæggene /2/.

DG C-rapport
Sted
Air Products,
Texas USA
Air Products,
Texas, USA
Air Products,
Houstonområdet,
USA
L' Air Liquide,
Frankrig
Chemische W erke
Huls* AG-
Mari., Tyskland
NASA-KSC,
Florida, USA
Sydafrika
Los Alamos, New
Mexico, USA
Cominco, British
Columbia, Canada
ICI Billingham,
England
Gult Petroleum
Canada, Varennes/Petromont
til
Mentreal East
Air Products,
Sarnia (fra Dow til
Amoco)
Rockwell lnt'l. S
Susana Mountain,
NW Los
Angeles, USA
AGEC, Alta.
Canada
Rørmateriale Antal driftsår Diameter [mm] Længde [km] Tryk (kPa)
- gassens renhed
Konverteret na- >10 114,3 8 5.500 - ren H2
turgasrør (stål)
Stål, Schedule 40 >8 219,0 19 1.400 - ren H2
- Siden 1969 114,3-324 100 345- 5.516 (ren
H2)
Kulstofstål, søm- Siden 1966 Forskellige stør- 290 6.484- 10.000 '
løs relser ren H2 og uforarbejdet
Sømløs, tilsva- >45 (begyndt 168,3-273 215 Op til 2.500;
rende SAE 1016 1938) rågas (årlig prostål
duktion = 300 x
10 6 m 3 )
316 SS (austeni- >16 50 1,6- 2 42.000
tisk rustfast stål)
. . . 80 -
5 Cr-Mo (ASME >8 30 6 13.790 ren H2
A357 Gr. 5)
Kulstofstål Siden 1964 5 x 8,8125 WT 6 >30.000; 62-
(ASTM 210- 100% ren H2
sømløs)
Kulstofstål . - 15 30.000; ren
Kulstofstål - . 168,3 16 93,5% H2; 7,5%
sømløs, metan
Schedule 40
. . . ca.3 -
SS- 316 >10 250 - > 1 00.000 ; ultra-
Rustfast stål ren H2
API5LX X42 Siden 1987 273 x4,8 WT 3,7 5.790 - 99,99%
ren H2
NB: Alle rørlednmger er 1 dnft, bortset fra Commco rørledmngen, som star standby, og Los Aiamos
rørledningen, der er blevet opgivet.
* Nu 2 rørledninger- l med 98-99% renhed, l med ca. 95% renhed (McCann, Pers. Comm.)
Figur l Oversigt over etablerede brintrørssystemer frem til år 1990 Il/
Erfaringer gennem over 20 år viser, at dette lager har fungeret sikkert, øko­
nomisk og miljømæssigt acceptabelt. Tallene har været inden for måleusik­
kerheden.
Der er gennemgående tale om meget positive driftserfaringer med de på
Figur l viste eksempler på etablerede net. Der er ikke rapporteret om uheld
på disse rørsystemer /3/. Det bør dog bemærkes, at der i alle tilfælde er tale
om net, der fra starten er udlagt til at anvende ren eller næsten ren H2 .
11

DG C-rapport 12
Disse erfaringer kan derfor kun delvis overføres til naturgasnettet i Dan­
mark. Der er her tale om et allerede etableret net udlagt for naturgas og med
andre tryk, temperaturer og materialevalg.
3.2 Projekter med brint i naturgasnet
Der er i litteraturen kun fundet få eksempler på brinttilsætning i eksisterende
naturgasnet - men der foreligger en del overvejelser herom.
• Hawaii's gasselskab angives at benytte en blanding af 90% metan og
lO% brint. Materialevalg for rør og armaturer er gængs standard for na­
turgasnet, og der har ikke været problemer affødt af brintanvendelsen
/3/.
• I Neustadt i Tyskland tilførtes mellem 1975 og 1986 i en del af natur­
gasnettet raffinaderigas således, at gassen indeholdt maks. 8% brint. Der
er ikke rapporteret om uheld hermed /5/.
• Tyske undersøgelser af naturgasnettet ved Hamborg indikerer /4/, at
mindst 5% brint kan tilsættes, uden at DVGW G260s (den tyske Gas­
standard) krav overskrides. Samtidig kræves indtil denne grænse heller
ingen ændringer af forbrugs apparater.
• I slutningen af ?O'erne udførte IGT i USA et større modelforsøg med
100% brintforsyning /3/ og /6/, hvor der blev bygget et lille netværk til
gasforsyning af småforbrugere og industrikunder. Nettet var alene op­
bygget af gængse komponenter til naturgasnet, herunder polyethylenrør
til småforbrugere og stålrør til industrikunder. IGT gennemførte for­
søgsdrift over 6 måneder. Der blev fundet 3-4 gange større lækrate end
ved naturgas, dog var lækraten oppe på 5-6 gange naturgas for poly­
ethylenrør grundet permeation. Disse tal er på volumenbasis. Da brint
"fylder" tre gange mere end naturgas, villækraterne på energibasis ge­
nerelt være 1-1,3 og 1,5-2 gange større for polyethylenrør. Efter seks
måneder var polyethylenrørenes materialeegenskaber betydeligt forrin­
get. Svejsesømme på stålrørene var beskadiget. Endvidere var der sket
forandringer af visse smøremidler og klæbestoffer i rørsystemet Det
konkluderes, at transport af brint under visse forudsætninger kan ske i

DG C-rapport 13
det eksisterende naturgasnet. Det forudsættes, at de forskellige isolerede
materialeproblemer skal afklares forinden, og endvidere er der behov for
en udvidet kvalitetskontrol. Endvidere kræver energitransport af brint
ved de samme effekter som på naturgas et højere driftstryk i rørene,
hvilket igen øger materialekrav samt risiko for læk og brintskørhed.
3.3 Referencer til kapitel 3
l. Mohitpour, M.; Pierce, C.L. and Graham, Peter. 1990. Design Ba­
sis Developed for H2 Pipeline. Oil & Gas Journal. May 28, 1990.
Pp. 83-94.
2. Kaske, G.; Plenard, F.J. 1985. High-purity hydrogen distribution
network for industrial use in Western Europe. Chemische Werke
Hiills, Marl, F.R.G.; L' Air Liquide, Paris, France. Int. J. Hydrogen
Energy, Vol. 10, No. 7, pp. 479-482.
3. Ko to, K. Wasserstoff statt Erdgas in der Energieversorgung, "GWF
- Gas/Erdgas" 133, 1992, Heft 7, pp. 332-335.
4. Expertise tiber die Wasserstoffzumischung zum Erdgas im Versor­
gungsgebiet der Hamburger Gaswerke GmbH, DVGW­
Forschungstelle am Engler-Bunte-Institut der Uni Karlsruhe, 1990.
5. Bunger, U; SchmalschHi.ger, T. und Zittel, W: Durchftirbarkeits
studie ftir einen raumlich begranzten H2-Einsatz im Versorgungs­
gebiet der Stadtwerke", Mtinchen, Oktober 1994. Ludwig-Bolkow­
Systemtechnik GmbH. P. 39.
6. Jasionowski, W.J.; Johnson, D.G. and Pangborn, J.B.: Suitability of
Gas Distribution Equipment in Hydrogen Service. Institute of Gas
Technology, Chicago, lllinois, 1979. Proceedings ofthe 14th
Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Boston,
Massachusetts, August 5-10, 1979, vol. l.

DG C-rapport
4 Gaskvalitet ved brinttilsætning under danske for­
hold
Af Asger N. Myken og Henrik !skov, DGC.
I dette afsnit beskrives indflydelsen på gaskvaliteten ved tilsætning af brint i
naturgassen. Der er taget udgangspunkt i den aktuelle gaskvalitet, gældende
myndighedskrav og de i dag tilladte og installerede typer af gasforbrugende
apparater. Ved vurdering af de maksimalt tilladelige mængder brint i natur­
gassen er grundlaget, at alle apparater skal kunne operere sikkert og drifts­
mæssigt forsvarligt uden omfattende indgreb/konstruktionsændringer.
Afsnittet er opdelt i en række underpunkter, hvori effekten af brinttilsætning
på en række af naturgassens parametre beskrives. For hver af disse angives
deres sikkerhedsmæssige/driftsmæssige betydning, hvilke apparatkategorier
de har relevans for, samt en vurdering af den maksimalt tilladelige brinttil­
sætning.
4.1 Generelt
I Gasreglementet, Bilag lA Il/ er der opstillet en række kvalitetskrav til
dansk naturgas, der skal medvirke til, at gasanvendelsen kan foregå stabilt
og sikkert, samt at gasforsyningsnettet beskyttes mod skadelige komponen­
ter. Overholdelse af disse krav vil begrænse mulighederne for tilsætning af
brint til naturgasnettet, idet brint i forhold til naturgas har væsentligt ander­
ledes forbrændingskarakteristika.
Gasreglementet er baseret på principperne i de tyske standarder DVGW
G260/I+II /6, 7/. DVGW G260/II beskriver retningslinier for tilsætning af
gasser til 2. gasfamilie (naturgasser), herunder tilsætning af gasser fra l.
gasfamilie (brintholdige gasser, fx bygas). Det fremgår af denne, at brit­
indholdet maksimalt må udgøre 12%-vol afblandingsgassen, samt at for
visse kommercielle og industrielle anvendelsesområder kan lavere grænser
være nødvendige. Grænsen på 12%-vol brint er fastsat på baggrund af prak­
tiske erfaringer med tilsætning af kulgas /2/.
14

DGC-rapport 19
Dugpunktet for brint er -263°C. Tilsætning af brint til naturgas vil reducere
partialtrykket for de øvrige komponenter i gasblandingen og derved sænke
dugpunktet for disse komponenter.
4.6 Metantal
Metantallet er en dimensionsløs størrelse, som er relateret til gasfyrede mo­
torer. Det beskriver brændslets bankeresistens, og faldende metantal svarer
til en stigende tendens til at skabe motorbankning. Metantallet kan sam­
menlignes med oktantallets betydning for benzin. Metantallet er ikke regule­
ret i Gasreglementet Flertallet af større motorer opstillet i Danmark er ud­
lagt til et minimum metantal på 70.
Metantallet for dansk naturgas har været faldende og varierer nu mellem 69-
74. Det påregnes, at introduktion af gas fra Syd-Arne feltet vil sænke me­
tantallets variationsområde for naturgassen til ca. 68-73, og enkelte steder
(primært Sydjylland) i korte perioder til ca. 62-63.
Dette betyder, at en stor del af de opstillede motorer fremover kører med
lavere metantal, end de er udlagt til. Dette vil i en del tilfælde betyde øget
krav til bankeovervågning og reduceret elvirkningsgrad.
Brints metantal er pr. definition O, og tilsætning af l% Hz i naturgassen vil
sænke metantallet med ca. l enhed. Tilsætning af selv beskedne mængder
på 1-2% Hz kan forventes at nødvendiggøre arnjustering af gasmotorer,
hvilket kan medføre nedsat effektivitet, hyppigere driftsstop og forringet
driftsøkonomi.
4. 7 Relativ densitet
Den relative densitet (i forhold tilluft ved normaltilstanden) af dansk natur­
gas er omkring 0,65 og for brint 0,0695. Ved brinttilsætning til naturgas vil
gasblandingens relative densitet falde lineært som funktion af brintandelen.
Definitionsområdet for den relative densitet for 2. gasfamilie (naturgasser)
er 0,55-0,7 /6/. Ved tilsætning af brint i større koncentrationer end ca. 17%­
vol i naturgassen (gennemsnit 1998), vil den relative densitet falde under
den nedre definitionsgrænse på 0,55.

DGC-rapport 20
4.8 Wobbeindeks
Wobbeindeks for en given gas siger noget om et givent gasforbrugende ap­
parats ydelse. To gasser med samme Wobbeindeks vil med fastholdt bræn­
derindstilling give samme indfyrede effekt.
W obbeindeks (øvre eller nedre) defineres som
brændværdi (øvre eller nedre)
.J relativ densitet i forhold tilluft
Uden brænderstyring vil variationer i Wobbeindeks betyde ændringer i ilt­
overskud og forbrændingskvalitet
Gasreglementet Il/ stiller krav om en minimumsværdi for Wobbeindeks,
idet flammen på fx en brænder ellers kan blive ustabil. Tilsvarende er der
krav om en maksimumværdi, idet fx en kedel ved overskridelse af denne
værdi risikerer luftmangel eller overhedning. Variationer i W obbeindeks vil
dog i vid udstrækning kunne kompenseres via en effektiv brænder/motor­
styring med iltstyring etc.
Wobbeindeks (øvre) for brint er 48,3 MJ/m 3 n· Gasreglementets Il/ anbefale­
de område for øvre Wobbeindeks for dansk naturgas er 51,9 - 54,9 MJ/m 3 n·
Tilsætning af brint vil derfor umiddelbart betyde et reduceret Wobbeindeks.
Ved mere end 75% brinttilsætning ses dog et stigende Wobbeindeks, se
Figur 6.

DG C-rapport 22
Som anført i afsnit 4.2 betyder tilsætning af brint til naturgas et forøget an­
tændelsesområde. Dette skyldes primært, at øvre eksplosionsgrænse for
brint er ca. 5 gange højere end for naturgas. Nedre eksplosionsgrænse er
omtrent ens for naturgas og brint, og det betyder, som Figur 2 viser, at nedre
eksplosionsgrænse er næsten uafhængig af brintindholdet Dermed vil brint­
tilsætning ikke kræve ændringer af odoranttilsætning på grund af ændringer
i eksplosionsgrænsen.
Da brint for samme energitransport kræver ca. tre gange større volumen, vil
der alt andet lige skulle tilsættes en øget odorantmængde.
Brinttilsætning kan dog tænkes at medføre kemiske ændringer af oderant­
stoffet og dennes lugtegenskaber. Leverandøren af den p.t. anvendte odorant
(THT), Rode & Rode, oplyser, at ifølge producenten Philips Petroleum er
THT fuldstændig inert over for brint.
Da brint brænder med en usynlig flamme, bør det overvejes at tilsætte en
illuminant. Det vil dog formentlig kun være aktuelt ved store brintandele
eller ren brintdrift
4.1 O Sammenfatning
Tabel l sammenfatter de begrænsninger for brinttilsætning, som er beskre­
vet i dette afsnit:
Tabel l. Anvendelsesmæssige begrænsninger for brinttilsætning
Øvre grænse Begrænsning
(%-vol H2 i naturgas)
Ca. 1-2% Driftsproblemer for gasmotorer.
12% Maksimalt tilladte andel i DVGW 260/11 .
Ca. 17% Naturgassens relative densitet falder uden for definiti-
ansområdet for 2. gasfamilie.
Ca. 25% Naturgassens Wobbeindeks falder uden for det i Gas-
reglementet tilladte normalområde.

DGC-rapport 23
4.11 Referencer til kapitel 4
1. Gasreglementet, Afsnit A, Bilag lA. Boligministeriet, juni 1991.
2. K. Hedden, W. Leuckel, F. Frimmel: Experti e on the Admixture of
Hydrogen to Natura! Gas Distributed in the Supply Sy tern of HGW;
DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-In titut der Univer itat
Karl ruhe Karlsrube, June 27, 1990
3. Naturgashandbok· Sydga AB p. 179 · 1981
4. U. Biinger T. Schmal chiager W. Zittel: Durchftihrbarkeit · tudie fi.ir
einen raumlich begrenzten H2-Ein atz i m Versargung gebiet der
Stadtwerke Mi.inchen - H2-Projekt, Ludwig-BoJkow-Sy temtechnjk
GmbH· Oktober 1994
5. DVGW: Gasodorierung. Technishe regeln, A rbeitsbladt G280. Ma,rts
1990.
6. DVGW Tecbni che Regel n. Arbeit blatt G260/I Gasbeschaffenheit.
Eschborn, April 1983.
7. DVGW Techni che Regeln. Arbeitsblatt G260/Il Ga beschaffenheit
Erganzungsregeln fiir Gase der 2. Gasfamilie. Eschborn, Marts 1990.

DGC-rapport 24
5 Brinttilsætning i det danske transmissionsnet
Af Celia Juhl, DONG.
5.1 Brint i det danske transmissionsnet
Dette rapportafsnit består af to dele, hvor beskrivelsen af det danske natur­
gassystem i Del I er en forudsætning for forståelse af analysen vedrørende
mulighederne for at transportere brint i stålledninger i Del II. Del II beskri­
ver den eksisterende viden om virkningen af metan-brintblandinger og af
ren brint på stål samt forskellige overvejelser, som er refereret i litteraturen.
5.2 DEL l
5.2.1 Systemopbygning
Kun naturgassystemet nedstrøms behandlingsanlægget i Nybro vil blive
beskrevet.
Al gas fra Nordsøen modtages påNybro gas behandlingsanlæg, og trykket
reduceres fra ca. 130 bar gauge til80 bar gauge, og om nødvendigt fjernes
vand og tungere kulbrinter. I Nybro findes udstyr til reduktion af H2S ind­
holdet, men indtil videre sker reduktionen på platform.
Det danske naturgassystem er anlagt efter 1980 og består af transmissions-,
fordelings- og distributionsnettene samt to gaslagre. Det skal bemærkes, at
der internationalt er uoverensstemmelse i terminologien vedrørende beteg­
nelserne for fordelings- og distributionsnet; således slår den amerikanske
GPTC Guide /10/ de to net sammen under betegnelsen distributionsnet. Det
danske distributionssystem er så godt som udelukkende opbygget af plast,
og vil derfor blive beskrevet i en anden rapportdeL
Som buffer mellem produktion og forbrug af naturgas anvender DONG i
dag dels to undergrundslagre, dels line pack, dvs. at trykket i ledningerne er
højt i perioder, hvor forbruget er lavt og visa versa. Det ene lager er et ka­
vernelager, som er udskyllet i en saltformation, medens det andet er et akvi­
ferlager.
Generelt ligger trykket i transmissionsnettet mellem 50 og 80 barg, i forde­
lingsnettet mellem 19 og 50 barg og i distributionsnettet mellem 0,002 og

DG C-rapport 25
4 barg. Trykreduktion mellem de forskellige net sker på måler- og regulator­
CM/R) stationer. Inden trykreduktion opvarmes naturgassen ved hjællp af
kedelanlæg for at kompensere for temperaturfaldet, der opstår på grund af
J o u le-Thomson effekten.
Naturgas består af metan og mindre mængder af højere kulbrinter. Desuden
indeholder den forskellige urenheder, hvoraf kuldioxid, svovlbrinte og andre
svovlholdige komponenter har væsentlig betydning for korrosion, hvis gas­
sen er fugtig eller våd. Kontrakterne begrænser indholdet af kuldioxid i gas,
leveret til nettet, til 4 vol %, men indholdet har endnu ikke været højere end
2,5 %. Ifølge reglerne (DVGW -Arbejdsblatt G 260 1111) må gas af salgs­
kvalitet, dvs. efter behandling, maksimalt indeholde 5 mg/m 3 H2S, medens
der ikke er krav til C0 2 indholdet. En rørledning eller beholder af stål, som
indeholder fugtig naturgas med en given sammensætning, vil have en højere
korrosionshastighed jo højere trykket er, fordi hastigheden er afhængig af
deltrykkene (partialtrykkene) for kuldioxid og svovlbrinte. For at undgå
korrosion i transmissions- og fordelingssystemet tørres gassenpåNybro
anlægget.
Naturgassystemet kan inddeles efter det miljø, som hersker indvendigt i rør
og anlæg. En del af systemet er designet til gas, der kan indeholde svovl­
brinte (H2S) og andre svovlholdige komponenter i en koncentration over en
vis grænse, såkaldt "sour" gas. Rørstål til "sour service" skal være af særlig
god kvalitet for at kunne modstå revnedannelse, som opstår, fordi H 2S
fremmer brintindtrængning i stålstrukturen. Jo højere koncentrationen sam­
tidig er af C0 2 , jo større bliver brintindtrængningen. Rørledninger opstrøms
gasbehandlingsanlægget i Nybro og procesanlægget i forbindelse med akvi­
ferlageret i Stenlille er designet for "sour service".
Resten af naturgassystemet er designet til såkaldt "sweet service", dvs. til
gas med et lavt indhold af svovlbrinte og andre svovlholdige komponenter.
"Sweet gas" kan være aggressiv, hvis den indeholder C02 og fugt/vand,
men i modsætning til H 2S-korrosion sker korrosionen som en reduktion af
godstykkelsen og ikke som revnedannelse. Procesanlægget i forbindelse
med kavernelageret i Ll. Torup er beregnet for "sweet service". Det samme
gælder hele transmissions- og fordelingsnettet nedstrøms Nybroanlægget.

DG C-rapport 26
Som nævnt tørres naturgassenpåNybro anlægget, og der er derfor ikke risi­
ko for indvendig korrosion af transmissions- eller fordelingssystemerne. På
anlæggene i forbindelse med gaslagrene må man derimod regne med perio­
devis tilstedeværelse af vand, fordi gassen fugtes under lagringen. I kaver­
nelageret drejer det sig om restvand fra udskylningen, og fugtindholdet bli­
ver derfor mindre med tiden, efterhånden som kavernen udtørres. I akvifer­
lageret vil gassen altid være i kontakt med vand, og afhængig af driftsfor­
holdene vil vand i perioder blive medproduceret Der tilsættes derfor en kor­
rosionsinhibitor, som nedsætter eller hindrer korrosion i procesanlægget
Inden gassen sendes ud i transmissionsnettet tørres den.
Godstykkelsen for transmissionsrørene er bl.a. fastlagt på basis af en klassi­
fikation af de enkelte rørledningsstrækninger ud fra bebyggelsesgraden i
overensstemmelse med GPTC Guiden. Der er fire kategorier med design­
faktorer fra 0,4 for de tættest bebyggede områder til 0,72 for de tyndest be­
byggede områder. En lav designfaktor giver større godstykkelse og dermed
øget sikkerhed mod brud i tættere bebyggede områder. Derudover ligger der
en lille ekstra sikkerhed i, at man vælger den nærmeste højere standardstør­
relse rør. Rør, der kan være udsat for korrosion, får desuden et korrosions­
tillæg, som varierer efter forholdene.
Der tages ikke højde for bebyggelsesgraden ved anlæg af fordelingsnettet
Ved beregning af godstykkelsen anvendes i stedet en lav designfaktor på 0,2,
hvorved godstykkelsen bliver relativt større end for transmissionsledninger.
Normale trykvariationer på grund af line pack har i Danmark været for­
holdsvis små(< ±10%) med en typisk frekvens på et udsving pr. døgn.
Dertil kommer lejlighedsvise store trykudsving i forbindelse med planlagte
eller ikke planlagte shutdowns. Den lavfrekvente belastning af naturgasled­
ninger i forbindelse med line pack har en størrelse, som erfaringsmæssigt
ikke giver anledning til udmattelsesbrud i naturgasledningernes levetid.
Temperaturudsvingene er forholdsvis små for nedgravede rørledninger (3-
80C). De højeste temperaturer opstår i forbindelse med gaslagring, dels i
lagrene (c a. 40°C), dels efter kompressorerne på grund af trykstigning (Joule­
Thomson effekten) (ca. 50°C).

DG C-rapport 27
Naturgas tilsættes et lugtstof (odorant) på M/R stationerne ved overgangen
mellem transmissions- og fordelingsnettet Odaranten THT (tetrahydrothiop­
hen), som hidtil er blevet anvendt, indeholder stærkt lugtende svovlforbindel­
ser. Der er for nylig gjort forsøg med at erstatte THT med et nyt stof, som
reducerer udledningen af so2 fra forbrænding af naturgas til en tredjedel.
Internationale statistikker viser, at den største risiko for en væsentlig gaslæ­
kage skyldespågravning (tredjeparts skade). Den sikreste metode til at påvise
skader, som kan udvikle sig til en lækage i en rørledning er at sende "intelli­
gent pigs" igennem ledningerne. Disse kan detektere områder på et rør, hvor
der optræder formindsket godstykkelse fx som følge af en mekanisk skade
eller korrosion, eller hvor der er revner. Der er to typer intelligent pigs på
markedet, en magnetic flux leakage pig og en ultralyd pig. De har hver deres
styrke og begrænsning, men for begge gælder, at de endnu ikke i tilstrækkelig
grad er udviklet til at påvise langsgående revner i gasrør under drift. Der
arbejdes intenst med udviklingen af sådanne pigs, da mange olie- og gassel­
skaber har problemer med langsgående revner udvendigt på rørene. En an­
vendelig pig ventes på markedet om få år.
DONG har undersøgt alle transmissionsledninger med intelligent pigs og har
dermed grundlag for at vurdere eventuelle ændringer i godstykkelsen, der
måtte opstå senere på grund af korrosion eller mekaniske skader. Alle indika­
tioner, der kunne tyde på uregelmæssigheder, har været undersøgt ved op­
gravning og er om nødvendigt repareret. Der er intet, der tyder på, at DONG
kan have problemer med udvendige, langsgående revner.
Intelligent pig undersøgelser er kun mulige for en lille del af fordelingsnettet,
fordi mange rør har for lille diameter eller for skarpe bøjninger. Kun en lille
del af fordelingsnettet er undersøgt med intelligent pigs.
Der foretages rutinemæssige patruljeringer langs naturgasledningerne til fods,
i bil og i helikopter for at afsløre ikke-anmeldte, igangværende anlægsarbej­
der og andre potentielle årsager til gasudslip og antændelse. Standardfrekven­
sen for de forskellige typer af patruljeringer er fastlagt i den amerikanske
GPTC Guide.

DGC-rapport 28
Der er gennemført en risikovurdering af hele transmissionsnettet Vurderin­
gen er baseret på statistiske data, dels for risikoen for at et ledningsbrud kan
ske, dels for konsekvenserne for de mennesker, der befinder sig i nærheden af
bruddet. Der er ikke fundet områder med uacceptabel risiko, men dog områ­
der med forhøjet risiko.
I risikoområder kan transmissionsledninger sikres mod tredjeparts skader på
forskellig måde: ved at de graves længere ned end den normalt krævede l
meter, ved at de dækkes af beton eller stålplader, ved at der vælges en større
godstykkelse end trykket kræver eller ved at trykket nedsættes.
Gasselskaberne har en mangeårig erfaring med udførelse af risikobetonede
aktiviteter med naturgas. Der findes således almindeligt anerkendte sikker­
hedsprocedurer for fx udskylning af systemer, fyldning med gas, shutdown og
hot-tapping (svejsning på gasfyldte rør).
5.2.2 Typer af rør
I transmissions- og fordelingsnettet anvendes stålrør med flydespændinger
mellem 240 MPa (API 5L grade B) og 480 MPa (API 5L grade X70). Til de
store transmissionsrør er anvendt 30" rør i X70 stål. Tendensen for trans­
missionsledninger går mod anvendelsen af stål med højere styrke, samt drift
ved højere tryk og højere udnyttelse af stålets flydespænding. Det må inden­
for en relativ kort årrække også forventes at blive tilfældet i Danmark ved
nyanlæg af store naturgasledninger.
Stålrørene i både transmissions- og fordelingsnettet er fremstillet af kulstof­
mangan stål, og de tilhører den nye generation af rør, hvor man har lagt
vægt på styrke, sejhed, svejsbarhed og kvalitet. Specielt er der sket en stor
udvikling for højstyrkestålene, men for alle europæiske rørstål gælder, at
stålet er renere og mere ensartet end tidligere. Stålene er enten normalisere­
de eller thermomekanisk valsede (thermomechanically controlled rolled,
TMCR). Ved thermomekanisk behandling opnås høj flydespænding og høj
sej hed. Rørene fremstilles af plade ved at svejse langs en frembringer ved
hjælp af pulversvejsning eller modstandssvejsning, eller svejse i spiral ved
hjælp af pulversvejsning. Desuden kan rør fremstilles sømløse. Sømløse rør
anvendes som procesrør på gas behandlingsanlæg.

DG C-rapport 29
Selv om moderne rør generelt er af god kvalitet, kan der være en vis spred­
ning mellem de forskellige typer og fra værk til værk for samme type. Kva­
liteten er mest ensartet for pulversvejste rør med langsøm. Hovedparten af
de store transmissionsrør er af denne type.
Den højeste stålstyrke, som er anvendt til "sour service" i Danmark er 445
MPa (X65), men i de seneste år er der lagt 480 MPa (X70) rørledninger i
udlandet.
Hvis en ledning til naturgas har for lav sejhed, kan en skade eller en fejl
udløse et brud, der i uheldige tilfælde lukker ledningen op over flere kilo­
meter. Det katastrofale forløb for sådanne ustabile, seje brud skyldes, at af­
lastning af naturgastrykket ved revnen sker så langsomt, at spændingen ved
revnespidsen er tilstrækkelig til at opretholde revnevækst ved høj hastighed.
Sejheden for de moderne rørstål, som er anvendt i Danmark, er tilstrækkelig
til at sikre mod sådanne lange løbende revner i naturgasledninger.
Foruden rørene indgår diverse fittings, flanger, ventiler m.m. Fittings er nor­
maltsvejstop af rør, mens flanger og ventiler er fremstillet af stålstøbegods.
Ved indkøb af sådanne komponenter specificeres om de skal bruges til
"sweet" eller "sour" service.
Indersiden af transmissionsledningerne, med undtagelse af svejsesamlingerne,
er sandblæst og behandlet med tyndt lag epoxy. Formålet med epoxylaget er
at mindske rustdannelse i anlægsperioden for dermed at opnå glattere rørover­
flade med lavere friktion under gastransporten. Laget er ikke tykt nok og ikke
tæt nok til at hindre korrosion under drift.
I anlægsperioden kan dannes rust på rørindersiden, hvor der ikke er epoxy.
Rusten kan senere omdannes til jernsulfid på grund af gassens indhold af H2S.
Rørledninger af stål, som ligger i jord eller vand er udvendigt beskyttet ved
hjælp af en coating og katodisk beskyttelse. Ved katodisk beskyttelse udvik­
les brint på ståloverfladen, og ydersiden af rørene udsættes derfor for en vis
brintbelastning; jo mere negativt potentialet er, jo mere brint udvikles. For
ikke at skade rørene holdes potentialet inden for et passende interval.

DGC-rapport 30
5.2.3 Svejsning af rør
Nedgravede ledninger er samlet ved svejsning. Flangesamlinger anvendes
kun over jord på MIR stationer og gasbehandlingsanlæg, hvor de kan efterses.
Nedgravede rørledninger er indtil for nylig samlet ved manuel elektrode­
svejsning med celluloseelektroder og kritiske svejsninger med basiske elek­
troder. Som noget nyt i Danmark er en enkelt transmissionsledning (opstrøms
Nybro gasbehandlingsanlæg) svejst med automatiseret udstyr. Fordelen er, at
når udstyret er korrekt indstillet, bliver kvaliteten ensartet og god. Det må
forventes, at større ledninger i fremtiden vil blive svejst ved anvendelse af
s vej seautomater.
Svejsning af gasrørledninger sker efter procedurer, som er afprøvede, så man
sikrer, at kravene til forskellige mekaniske egenskaber er opfyldt, og at der
ikke er tilbøjelighed til dannelse af farlige fejl under svejsningen. Der er
udarbejdet procedurer for de forskellige svejsemetoder og for forskellige
stålstyrker og rørdimensioner.
Svejseprocedurernes egnethed afprøves ved forskellige destruktive og ikke­
destruktive undersøgelser. Oprindelig blev der ikke stillet krav til sejheden for
rundsømmene, idet påvirkningen i aksial retning i en rørledning, som må
betragtes som fastspændt, når den ligger i jord, normalt er lav. Siden er svejs­
ninger reproduceret efter alle de svejseprocedurer, der er anvendt på transmis­
sionsnettet, og det er konstateret, at sejheden (målt som slagsejhed) er til­
fredsstillende.
Der stilles større krav til svejsninger i en "sour" gasledning end i en "sweet"
gasledning. Hårdheden må således lokalt i svejsesømmen ikke overstige 250
Vickers hårdheder (HV 10), mens den for "sweet" gas ledninger må være op
til350 HV10. Det skal dog nævnes, at der i de senere år har været en tendens
til at slække på kravene til hårdhed i "sour service". Den seneste udgave af
British Standard, BS 4515 /12/ tillader således hårdheder op til 300 HV10,
afhængig af godstykkelsen.
Lokalt høje hårdheder kan opstå på røret under fabrikation. Ved senere svejs­
ning af rundsømme kan de opstå som følge af strukturændringer på grund af
varmepåvirkningen under svejsningen, eller fordi svejseren tænder lysbuen på

DG C-rapport 31
rørvæggen (tændsår). Også påsvejsning af kabler til katodisk beskyttelse kan
give høje hårdheder, hvis der anvendes termitsvejsning.
Enhver svejsning indeholder fejl som slagger, hulrum, små revner, bindings­
fejl, rodfejl, mangelfuld indtrængning, kærve m.m. Ved overholdelse af rele­
vante standarders krav til mængde og udbredelse af fejl, som kan konstateres
vha. røntgen, har man erfaring for, at rørledninger er egnede til transport af
naturgas, selv om svejsesømmen indeholder fejl. Dette kaldes workmanship
kriteriet. Hele transmissions- og fordelingssystemet er anlagt efter work­
manship kriteriet.
Ved workmanship kriteriet kontrolleres svejsningerne typisk ved 100% rønt­
genkontrol plus 10% manual ultralydkontroL Ultralydundersøgelse bruges
kun som stikprøvekontrol, selv om metoden er bedre egnet end røntgenunder­
søgelse til at finde kritiske fejl som revner og revnelignende fejl. Når ultra­
lydundersøgelse ikke har været den primære metode, skyldes det, at metoden
tidligere har været for langsom, for operatørafhængig og ikke har kunnet
dokumenteres.
Det er ved anlæg af transmissionsledninger i de sidste år blevet almindeligt at
anvende et brudmekanisk kriterium (fitness-for-purpose princippet). Ved
dette fastlægges de kritiske fejlstørrelser i rørledningen på baggrund af bereg­
ninger for det aktuelle stål under hensyntagen til alle de forhold, som rørled­
ningen kommer ud for såvel under anlæg som drift. De tilladelige fejlstørrel­
ser udtrykkes som længde og højde og kan kun fastlægges nøjagtigt ved
hjællp af ultralydmålinger. DONG's nyeste rørledning (Syd Arne-Nybro
ledningen) er undersøgt ved hjælp af automatiseret ultralydudstyr under
anvendelse af brudmekaniske kriterier. Fordelen ved metoden er, at der er
væsentlig større sikkerhed for, at kritiske fejl opdages, samtidig med at man
ofte kan tillade større fejl end ved workmanship kriteriet. Derved kan man
undgå at foretage unødvendige reparationer, som i øvrigt materialernæssigt
ofte skader mere end de gavner.
Ud over svejsekontrol bliver rørledninger trykprøvet, hvor hovedformålet er
at få ledningen til at sætte sig og at fjerne restspændinger. Især for lavstyrke­
stål sker en lokal deformation, som kan være en fordel, fordi skarpe kærve
afrundes og dermed bliver mindre farlige. Efter trykprøvningen foretages en

DG C-rapport 32
tæthedsprøvning. De to test tilsammen giver en vis sikkerhed for, at der ikke
er alvorlige svejsefejl, som er overset.
5.3 DEL 11
5.3.1 Virkningen af brint på rørledningsstål
Brint på atomar form (H) kan absorberes i stål. Hvis enten brintkoncentrati­
onen i stålet eller hastigheden for brintindtrængning i stålet overskrider en
for stålet kritisk grænse, vil stålet revne. Risikoen for revnedannelse er
størst, hvis brinten dannes på ståloverfladen. Det skyldes, at brint dannes
som atomer, som kan eksistere en vis tid afhængig af forholdene. Hvis der
er H 2S til stede, bliver levetiden for atomerne længere og muligheden for
absorption dermed større.
Ren brint som luftart består næsten udelukkende af brintmolekyler (H2),
dvs. af to atomer, der er bundet sammen, og absorption sker derfor kun i
meget lille grad og uden skadelig virkning ved normale driftsforhold for
ledninger.
Brintgas kan dog skade rørledningsstål
• hvis gassen indeholder en kritisk mængde H2S
• hvis stålet deformeres plastisk
• hvis gassen er varm (fx procesgas) eller stålet er varmt (fx på grund af
svejsning)
• hvis der dannes en katalytisk virksom film på ståloverfladen /13/
• og muligvis også ved ekstremt højt brinttryk
De 2 (3) første punkter er de vigtigste.
Virkningen af brintatomer, der er trængt ind i stål, er den samme, uanset
hvad årsagen til indtrængningen er. Virkningen kan konstateres ved rutine­
måling af de mekaniske egenskaber (fx styrke, sejhed, etc.) under brintbe­
lastning, men bør undersøges ved hjælp af brudmekaniske målinger herun­
der udmattelsesmålinger.

DGC-rapport 33
Til sammenligning kan nævnes, at naturgasledninger, som ikke tilsættes
brint, kan revne på grund af dannelse og indtrængning af brint under følgen­
de forhold:
• Indvendig korrosion under dannelse af H-atomer (relativ lavt pH, fx på
grund af C02) og samtidig et vist indhold af H2S, dvs. "sour service".
Det kan, afhængigt af betingelserne, resultere i to hovedtyper af brin­
trevner: Hydrogen Induced Cracking (HIC) eller Sulfide Stress Cracking
(SSC). Disse klassiske brintskader er årsagen til, at der ved et kritisk
indhold af H 2S vælges særlig rent og resistent stål (stål til "sour" ser­
vice). En dellitteratur fremfører, at følsomheden over for SSC stiger
væsentligt med stigende styrke for stålet. Det er imidlertid en generalise­
ring, der ikke gælder for rørledningsståL /14/ angiver således, at stål
med flydespændinger op til max. 600 MPa ikke udviser speciel høj føl­
somhed. (X80- 550 MPa).
• Overdreven katodisk beskyttelse af rørets udvendige side, hvorved der
dannes H-atomer. Brinten fra katodisk beskyttelse er farlig, hvis røret
samtidig deformeres plastisk, fx ved en trykstigning 115/. Der findes ik­
ke noget stål, der er resistent over for denne ikke-klassiske type brint­
skade.
Hvis naturgassen i en rørledningen har et kritisk indhold af H2S, og der til­
sættes brint, er indvendig korrosion ikke nødvendig for, at der kan opstå
HIC eller SSC (klassiske brintskader) fra indersiden af rørledningen. Der
bør ved kritiske værdier af H2S, pH og brintpartialtryk vælges resistent stål.
Der er også risiko for ikke-klassiske brintrevner ved overdreven katodisk
beskyttelse, hvis ledningen deformeres plastisk.
Hvis rørledningen derimod er bygget til ren H-gas, er der ikke risiko for at
de to klassiske typer brintskader kan opstå, og der er dermed ingen speciel
fordel ved at anvende "sour service" stål. De ståltyper, som er anvendt til
det danske transmissionssystem er derfor i princippet egnede. Det må dog
undersøges, om det porøse lag af jernsulfid, som er dannet af rust fra an­
lægstiden (jfr. s. 8) kan virke som promotor.
Der kan i ren brint være en risiko for at den ikke-klassiske brintskadetype
kan opstå indvendigt i en rørledning ved plastisk deformation.

DGC-rapport 34
5.3.2 Revnedannelse ved tilstedeværelse af H2S
Brintatomer, som er trængt ind i stålet, kan diffundere i og igennem stål­
væggen via fejlsteder i atomgitteret Når brintindtrængningen starter, vil en
del af brintatomerne blive fanget i gitteret, idet de placerer sig ved gitterfejl
og i områder, som er under trækspænding. Desuden kan brintatomerne pla­
cere sig i hulrum omkring forskellige partikler (fx mangansulfid inclusio­
ner). Efterhånden som stålet bliver mættet, kan man måle stigende brint­
transport gennem stålet.
SSC revner kan optræde, når brintkoncentrationen i stålet og den lokale
trækspænding når op på en kritisk værdi, der er afhængig af stålets struktur.
HIC revner skyldes brintatomer, der diffunderer til hulrummene omkring
urenheder i stålet fx mangansulfidpartikler, hvor de kombinerer til brintmo­
lekyler under dannelse af høje tryk. Hvis stålet indeholder mange flade
mangansulfidpartikler, kan små revner mellem partikleme og stålet vokse
sammen og danne større revner (trinrevner).
5.3.3 Revnedannelse ved plastisk deformation, uden tilstedeværel­
se af H2S
Brintatomer kan trænge ind i en ståloverflade og give ikke-klassiske revner,
uden at der er H2S til stede, hvis stålet udsættes for en langsom plastisk de­
formation af en kritisk hastighed. Rørledninger drives ved så lavt tryk, at de
ikke deformeres, men fx ved tryksvingninger sker der en deformation i lille
skala i bunden af eksisterende kærve og ujævnheder i overfladen. Ved de­
formationen dannes ny, nøgen, aktiv ståloverflade, som kan absorbere eksi­
sterende brintatomer, ligesom brintmolekyler kan spaltes til atomer (disso­
ciere) og derefter absorberes /13, 16, 17/ og give revner. Revneme vokser
kun under trykstigning, og altså ikke når trykket falder i forbindelse med
tryksvingninger. En vis udnyttelse af linepackog shut-downs udgør ikke
nogen risiko for naturgasledninger, forudsat at ledningen ikke udsættes for
overdreven katodisk beskyttelse, men kan være katastrofal for brintlednin­
ger /18/. Risikoen er størst, hvis ståloverfladen er ren 116/. Det er derfor en
fordel med et lag glødeskal eller rust på rørets inderside.

DGC-rapport 35
5.3.4 Metoder til at hindre brintskader i brintholdige ledninger
Ovenfor er kun nævnt H2S som promotor, men også andre komponenter i
gassen har tilsvarende virkning, om end i mindre grad. 114, 16, 19/ angiver
således, at C02 virker fremmende på brintindtrængning og revnevækst i stål
og 118/ antager, at odorant, som indeholder svovlforbindelser kan have til­
svarende virkning. En nedsættelse af C02-indholdet og en ændring af ode­
ranttypen kan dermed mindske risikoen for skader.
Hvis et anlæg er designet til "sour service", vil det have forbedret resistens
over for de klassiske brintskader.
Laboratorieundersøgelser har vist, at brintindtrængning i stål kan inhiberes
ved tilsætning af små mængder ilt og i mindre grad ved tilsætning af CO og
S02 /13, 14, 16, 18, 19, 20, 21, 22/. Virkningen af inhibitorerne skulle ifølge
115, 18/ kunne forklares ved, at de adsorberer til ståloverfladen og derved
blokerer for adsorption af brintatomer. ilt er den inhibitor, der synes mest
realistisk til praktisk brug. ilt i våd/fugtig naturgas giver korrosion, men
ikke når gassen er tør, som den er i transmissions- og fordelingsledningerne.
Der vil dog kunne ske en vis korrosion, når iltholdig naturgas pumpes ned i
Stenlille lageret, fordi gassen her kommer i kontakt med vand.
/21/ angiver, at iblanding af 10- 3 -10- 2 vol % ilt i ren brint virker inhiberen­
de, medens /14/ angiver, at et iltindhold på 0,1 vol% i ren brint giver en
90% inhibering over for brintindtrængning. Da et indhold af C02 i naturgas
også virker fremmende på brintindtrængning, skal der sandsynligvis tilsæt­
tes mere ilt til en naturgas-brintblanding end svarende til partialtrykket af
brint. Andre forsøg /20/ har vist, at tilsætning af l vol % atmosfærisk luft
virker inhiberende på en naturgas-brintblanding med l O v ol % brint ved
70 bar. I ren brint ved 70 bar var en tilsætning på l vol % luft derimod ikke
tilstrækkelig.
Man forventer, at inhibering også vil kunne hindre revnevækst på grund af
line pack /18/, men referencen anbefaler alligevel, at der medjævne mel­
lemrum foretages undersøgelse for revner.
Epoxylaget på indersiden af transmissionsrørene har ingen beskyttende
virkning over for brintskader, da det ligesom alle plast og andre organiske

DGC-rapport 36
malingstyper er permeahelt for gasarter, og derfor ikke har nogen barriere­
virkning.
5.3.5 Erfaringer med, og anbefalinger vedr. konvertering af natur­
gasanlæg til brint
Indtil nu er kun korte naturgasledninger med lille diameter og til relativt lavt
tryk blevet konverteret til brint. Erfaringerne med konvertering er defor små,
men til gengæld er der mange overvejelser om mulighederne for konverte­
ring /22, 23/. Følgende kan uddrages af litteraturen:
• Et korttidsforsøg på 6 måneder har vist, at stålrør ved tryk mindre end 4
bar ikke blev skadet ved drift med ren brint /24/. Da brintens partialtryk
er afgørende for, om revner dannes, vil man sandsynligvis kunne kon­
kludere, at den del af nettet (fordelingsnettet), som har et tryk på max.
40 b arg, vil kunne tåle en tilsætning på l 0% brint til naturgassen, hvis
indholdet af H2S er lavt.
• Reference /22/ anbefaler, at det maksimalt tilladelige tryk i ledningen
reduceres til 70% eller mindre af naturgastrykket ved overgang til brint,
fordi de mekaniske egenskaber er dårligere ved brintpåvirkning. Samti­
dig erkendes, at tallet er noget arbitrært.
• Da brint har en lav molekylvægt og en evne til hurtigt at blande sig med
luft, skal en tændkilde være placeret meget tæt på et brintudslip, for at
der sker antændelse. Da antændelsesområdet for brint imidlertid er me­
get stort (4-75 val% i luft), og antændelsesenergien er meget lav (0,02
mJ ved 25°C), vil en gnist kunne give antændelse, hvis den opstår i nær­
heden. Dette har betydning for de aktiviteter, som af sikkerhedsmæssige
årsager kan tillades i nærheden af ledningen. Ved iblanding af brint i
naturgas skal patruljeringsfrekvensen mindst opfylde kravene i GPTC
Guiden og sandsynligvis skærpes /22/, ligesom ekstra sikring mod tred­
jeparts skader må overvejes for de tætbebyggede områder, som DONG
ved risikovurdering har identificeret som havende forhøjet risiko. Det
kunne fx være et alarmsystem svarende til det, der er anvendt på visse
strækninger af en brintledning i Houstan området. Her har man lagt en
alarmtråd ca. en halv meter over ledningen. Hvis alarmtråden rives over
lyder en alarm i kontrolcenteret

DGC-rapport 37
• Som nævnt tidligere (s. 28), kan der for naturgasledninger være risiko
for lange løbende seje brud, hvis stålets sejhed er relativ lav. Det er der
derimod ikke risiko for i brint, hvis blot stålet har en sejhed, som kan
hindre sprøde brud. Det skyldes, at aflastningen af brinttrykket ved rev­
nespidsen sker med væsentlig større hastighed end ved naturgas.
• Revner, revnelignende fejl og korrosionsangreb vil kunne nedsætte le­
vetiden væsentligt for rørledninger, der indeholder brint, hvis de er udsat
for langsom svingende belastning på grund af line pack. Især langsgåen­
de revner kan være farlige, men disse er stadig vanskelige at påvise ved
hjælp af intelligent pigs. Mulighederne forbedres dog år for år. For at
begrænse risikoen for skader anbefaler /22, 23/, at trykudsvingene hol­
des så lave som muligt, og at antallet af cykler/år reduceres mest muligt.
• Flere amerikanske referencer angiver, at hard spots og tændsår (ydersi­
den af røret) på samme måde kan udgøre en risiko ved tryksvingninger.
Risikoen er imidlertid ikke større end for naturgasledninger, fordi brin­
ten i begge tilfælde stammer fra den katodiske beskyttelse.
• Hverken fabrikssvejsninger til fremstilling af rør eller feltsvejsninger til
samling af rør har været genstand for systematiske undersøgelser under
brintpåvirkning, og man kan derfor ikke være sikker på, at workmanship
kriteriet for fejl i svejsninger i rørledninger til naturgas er tilstrækkeligt
for ledninger til brint. Man bør derfor vurdere de enkelte strækninger /5,
22/. Der bør anvendes brudmekaniske undersøgelser og de kritiske
fejlstørrelser bør fastlægges.
• Set i lyset af at det en gang kan blive nødvendigt at transportere brint i
naturgasledningeme, kan det være uheldigt, at tendensen går mod be­
dømmelse af svejsekvaliteten udfra et brudmekanisk kriterium, hvis man
undlader at reparere relativt store fejl, fordi man ved en fitness-for­
purpose vurdering kan vise, at de ikke vokser, når ledningen anvendes til
naturgas.
• Det vil være nødvendigt at udarbejde specielle sikkerhedsprocedurer for
udførelse af risikobetonet arbejde (udskylning og fyldning af rør, shut-

DG C-rapport 38
down) for at sikre såvel personale som offentlighed og materiel. Svejs­
ning direkte på rør med brint eller brintholdig naturgas (hot-tapping) kan
sandsynligvis ikke accepteres.
5.3.6 Nyanlæg af rørledninger til ren brint
Følgende erfaringer med materialevalg og konstruktion af rørledninger til
ren brint findes i litteraturen:
• Eksisterende ledninger til ren brint er konstrueret af lavstyrkestål (flyde­
spænding 240 MPa). Der er anvendt høje sikkerhedskoefficienter, typisk
højere end 4 /21/. Til sammenligning kan nævnes, at transmissionsled­
ninger til naturgas i Danmark er konstrueret af højstyrkestål ( flydespæn­
ding 480 MPa) og dimensioneret med sikkerhedsfaktorer på l ,4-2,5 af­
hængigt af bebyggelsesgraden(- designfaktorer på hhv. 0,72 Og 0,40,
jfr. s. 5).
• Beregninger fra et tysk diplomarbejde, som er refereret i /211, viser, at
ved en større udbredelse af brint som fremtidig energikilde vil det af
økonomiske grunde være nødvendigt, at transmissionsledningerne har
diametre> l m og tryk> 100 barg.
• Det kan give et problem ved valg af stål. Thermomekanisk behandlede
stål har høj styrke, sejhed og svejsbarhed, som umiddelbart gør dem an­
vendelige til formålet, men hvis der skal anvendes tilsvarende høje sik­
kerhedskoefficienter som ved de eksisterende brintledninger, vil rørenes
godstykkelser blive så store, at thermomekanisk behandling sandsynlig­
vis ikke er mulig. Man må da enten eftervise, at en lavere sikkerhedsko­
efficient garanterer sikkerheden, eller tilsætte inhibitorer, ændre praksis
ved drift af ledningerne eller andet.
• Det canadiske gasselskab NOVA anlagde en lille brintledning (D =
254 mm) i midten af firserne. Det er så vidt vides den sidste brintled­
ning, der er anlagt i Vesten. Man valgte et lavstyrkestål med en mini­
mum flydespænding på 290 MPa (X42), og da stålværkerne ofte leverer
stål med væsentligt højere styrke end specificeret, blev der i specifikati­
onerne krævet, at den aktuelle flydespænding ikke måtte overstige 414
MPa og den aktuelle trækstyrke ikke 700 MPa (max 414 MPa- X56).

DGC-rapport 39
Sejheden skulle være mindst 30% højere end for en tilsvarende natur­
gasledning, og designfaktoren kun 60%. Kravene til de mekaniske egen­
skaber afspejler, at styrke og sejhed har betydning for revnedannelse og
vækst. Som beskrevet tidligere (s. 31) er det ikke nødvendigt at anvende
lavstyrkestål, med mindre formålet er at opnå en stor godstykkelse for at
ledningen skal blive mere modstandsdygtig over for tredjeparts skader.
• Da Nova anlagde sin ledning til ren brint krævede myndighederne, at
ledningen blev designet til "sour service" /4/. Det svarer til Risøs anbe­
faling i 1978 /8/ og er en fordyrelse i forhold til en normal transmissi­
ons- eller distributionsledning. Som beskrevet tidligere (s. 32) er der ik­
ke nogen fordel ved at bruge "sour service" stål til ren brint.
• Nova anslår, at transportomkostningerne for ren brint i nye ledninger er
50-70% højere end for naturgas /4/, medens /5/ nævner 50% højere om­
kostninger. Referencen /23/ skønner, at omkostningerne forøges med
25-50% under optimale forhold i nye ledninger og 60-70%, hvis rørled­
ningens diameter er fastlagt. De forhøjede omkostninger skyldes hoved­
sagelig brintens lavere energiindhold end naturgas, og at der derfor kræ­
ves et tre gange så stort volumen brint som volumen naturgas for at op­
fylde et givet energibehov. Da brintens massefylde imidlertid er lavere
end metans, kan brint transporteres ved en tre gange højere flowhastig­
hed end naturgas, og dermed bliver det muligt at transportere ca. samme
mængde energi gennem en given ledning. Forudsætningen herfor er dog,
at der installeres flere kompressorer. Uden brug af kompressorer vil en­
ten større rørdiametre eller flere rørledninger være nødvendige, hvilket
øger anlægsomkostningerne.
• Sikkerhedsfaktorer og tilladelige trykudsving skal fastlægges /19/.
• Med stigende iblanding af brint bliver opvarmning af gassen på M/R
stationerne (for at modvirke afkølingen på grund af Joule-Thomson ef­
fekten) overflødig, og i ren brint kan en afkøling muligvis blive nødven­
dig ved visse driftsforhold.
• Som en konsekvens af brints større udslip ved utætheder anbefales nor­
malt at rør og anlæg til dette formål fuldsvejses.

DGC-rapport 40
5.3.7 Brintlagring
Som beskrevet tidligere, kan en tilsætning af brint til naturgas nødvendiggØ­
re en reduceret anvendelse af line pack. Det vil stille øgede krav om adgang
tillagerfaciliteter.
Saltkaverner har været anvendt tillagring af brintholdig bygas i Frankrig og
til ren brint af fx kemikoncernen ICI i Teeside/England /5/. Driftstrykket i
Teeside er 50 bar, hvilket er væsentlig lavere end trykkene i kaverneme i Ll.
Torup (150-190 bar).
Gasarten helium, som har endnu større tilbøjelighed til at slippe ud gennem
utætheder, har været lagret i et udtjent naturgasfelt /5/, så der skulle ikke
være væsentlige problemer med tab af brint i akviferlagre, men på den an­
den side har man heller ikke eftervist, at det er realiserbart /21/. Behand­
lingsanlægget i Ll. Torup ikke er designet til "sour service". Våd/fugtig
brint eller metan-brintblandinger kan derfor ikke behandles uden særlige
forholdsregler.
Ved udtrækning af naturgas fra lagrene reduceres trykket, hvorved gassens
temperatur falder. Hvis gassen er våd/fugtig giver temperaturfaldet risiko for
dannelse af hydrater (metan-vand blanding på fast form som sne), og der­
med risiko for tilstopning af ledningen. Ved udtrækning af brint eller blan­
dinger af brint og naturgas vil temperaturen stige eller falde mindre og risi­
koen for tilstopning elimineres dermed. Til gengæld sker der et fald i tempe­
raturen, når brint komprimeres, dvs. når den pumpes ned i lageret, og det
kan betyde, at opvarmning kan være nødvendig opstrøms lageret.
Udgifterne tillagring af brint vil være væsentlig højere end for naturgas for
samme energiindhold. /25/ anslår således, at udgifterne vil være dobbelt så
høje, da der skallagres et tre gange så stort volumen. Andre angiver dog
lageromkostningerne for lagring af brint til at være af samme størrelsesor­
den som for naturgas /4/, men der er formentlig tale om udgiften pr. volu­
menenhed og ikke pr. energienhed.
151 anfører, dels at centrifugalkompressorer ikke kan anvendes til brint, dels
at energiforbruget ved at pumpe brint ind og ud af lagre er væsentligt. Ældre

DG C-rapport 41
litteratur angiver, at det vil være nødvendigt at ombygge eller udskifte kom­
pressorer /8/.
5.3.8 Anbefalinger
Selv om der eksisterer praktiske erfaringer med konvertering af naturgas­
ledninger til brintledninger, er erfaringerne kun i begrænset omfang anven­
delige i forbindelse med det danske naturgasnet. Man vil dog fra litteraturen
og denne rapport kunne uddrage nedenstående anbefalinger med relevans
for det danske stålnet
l. Nødvendige undersøgelser
• De brudmekaniske egenskaber måles for rør og svejsesømmene i brint
• Kritiske fejlstørrelser bestemmes for rørmateriale og svejsninger i brint
• Rørledninger og svejsesømme undersøges for korrosionsskader, kærve,
revner og revnelignende fejl ved hjællp af intelligent pigs
• Nye risikovurderingsprogrammer udvikles for brintledninger
• Rørledninger i tætbefolkede risikoområder sikres yderligere eller om-
lægges
• Nødvendig inhibitorkoncentration fastlægges
• Sikkerhedsfaktorer fastlægges
• Nødvendigheden af yderligere sikring af ledninger i risikoområder un­
dersøges
2. Driftsmæssige forholdsregler
• Trykket nedsættes for om nødvendigt at opnå højere sikkerhedsfaktorer
• Daglige trykudsving på grund af line pack begrænses
• Shutdowns undgås i videst mulig omfang
• Intelligent pigging udføres jævnligt for at følge udviklingen i mekaniske
skader, korrosionsskader og eventuel revnevækst
• Patruljeringsfrekvensen intensiveres
• Inhibitor tilsættes, fx ilt
5.4 Referencer til kapitel 5
l. M. Mohitpour, C.L. Pierce, Peter Graham: Design basis developed
for H2 pipeline. Oil & Gas Journal, May 28, 1990, 83-94.
2. Hamish C. Angus: Storage, Distribution and compression of hydro­
gen. Chemistry and Industry, 16 J anuary 1984, 68-72

DGC-rapport
3. HyWeb: Knowledge- Hydrogen in the Energy Section.
http://www.hyweb.de/Knowledge/w-i-energiew-eng l.html
4. M. Mohitpour, C.L. Pierce, R. Hooper: The Design and Engineering
of Cross-Country Hydrogen Pipelines. Presented at ETCE, New Or-
leans, Louisiana, J anuary l 0-13, 1988, o f The Arnerieau Society o f
Mechanical Engineers./Joumal of Energy Resources Technology,
Dec. 1988, vol. 100, 203-207.
5. Daniel Morgan, Fred Sissine: Hydrogen: Technology and Policy.
Congressional Research Service Report. April28, 1995. Report no.
95-540 SPR.
6. ANSI/ ASME 31.8 Gas Transmission and Distribution Pi ping Sy­
stems.
7. CSA Zl84, Gas Pipeline Systems.
8. K. Rørbo: Anvendelse af brint i et kommende dansk naturgasnet.
MaterialespørgsmåL 19 juni 1978. Risø rapport nr. S 7806.
9. David Knott: Hydrogen: Fuel of the future? Oil & Gas Journal, May
16, p. 26, 1994.
l O. GPTC Guide for Transmission and Distribution Pi ping Systems.
ANSI Z 380.1.
11 . DVGW- Arbeitsblatt G 260, Technische Reglen fiir die Gasbeschaf­
fenheit.
12. BS 4515, Specification for welding of steel pipelineson land and
offshore.
13. W. Haumann, W. Heller, H.-A. Jungblut, H. Pircher, R. Popperling:
Der Einfluss von Wasserstoff auf die Gebrauchseigenschaften von
unlegierten und niedriglegierten Stalen. Stahl u. Eisen 107 (1987) Nr
12, 585-594.
14. R. Popperling, W. Schwenk, J. Venkateswarlu: Abschatzung der
Korrosionsgefahrdung von Behaltem und Rohrleitungen aus Stahl
fiir Speicherung und Transport von W asserstoffund wasserstoffhal­
tigen Gasen unter hohen Drticken. VDI Zeitschriften, Reihe 5, Nr.
62, 1982.
15. Celia Juhl: Forsinket revnedannelse på rørledninger efter mekaniske
skader. Teknisk Notat, Aprill997.
16. H. Grafen: Wechselwirkung zwischen Gas und Metalunter besonde­
rer Berticksichtigung der mechanischen Belastungsart Z. Werk­
stofftech. 9, 1978, 391-400.
42

DG C-rapport 43
17. T. GUnther, H. Grafen: Wasserstoffversprodung von Feinkorn­
baustalen in Abhangigkeit von der Legierungszusammensetzung, der
Gefligeausbildung und der mechanischen Belastung. Z. Werk­
stofftech. 10, (1979), 373-390.
18. H.J. Cialone, P.M. Scott, J.H. Holbrook: Hydrogen Effects on Con-
ventional Pipeline Steels. 5. World Hydrogen Energy Conference,
Toronto, Canada, 1984. Hydrogen Energy Progress, vol 4, 1855-
1868.
19. H. Grafen, R. Popperling, H. Schlecker, H. Schlerkmann und W.
Schwenk: Zur Frage der Schadigung von Hochdruckleitungen durch
Wasserstoff oder wasserstoffhaltige Gasmische. Gas-Erdgas 130
(1989) l, 16 -21.
20. H. Grafen, R. Popperling, H. Schlecker, H. Schlerkmann, W.
Schwenk: CERT -Untersuchungen an Leitungsrohrsthlen iiber eine
Korrosionsgefahrdung durch wasserstoffhaltige Gase bei hohen
Driicken. Werkstoffe und Korrosion 39,517-525, 1988.
21. K. Kussmaul, P. Deimel: Materialverhalten in H2-
Hochdrucksystemen. VDI Berichte Nr 1201,1995, 87-101.
22. W.W. Youngblood: Safety Criteria for the Operation of Gaseous
Hydrogen Pipelines, 1984. DOT Report No. WR-84-24;
DOT/RSPA/DMT 10-85/1
23. E. Anderson, J. Davies, M.Kornmann, G. Capitaine: Analysis of the
potential transmission of hydrogen by pipeline in Switzerland. 3R
International, 18 (1979), 2, 93-101.
24. W.J. Jasionowski, D.G. Johnson, and J.B. Pangborn: Suitability of
Gas Distribution Equipment in Hydrogen Service. DOE financed
project. Proceedings of the 14 1 h Intersociety Energy Conversion En­
gineering Conference, Boston, Massachusetts, August 1979, vol. l.
25. Hans-Georg Fasold: Wasserstoffgas- ein potentieller Energietrager
des 21. Jahrhunderts? Moglichkeiten von Transport, Verteilung und
Speicherung. Gwf Gas Erdgas 129 (1988), 7, 281-291.

DGC-rapport 44
6 Brinttilsætning i det danske distributionsnet
Af Lars Bo Petersen, HNG.
6.1 Rørmaterialer
De danske gasselskabers distributionsnet er ud over det overordnede forde­
lingsnet af stål hovedsageligt udført af PEM-rør (PE 80) produceret og an­
lagt i perioden fra 1980 og frem til nu. Herudover findes der i HNG' s områ­
de en del gamle stikledninger udført i gevindrør af stål samt distributions­
ledninger af PEH og "strømpeforet" støbejern. De anvendte strømpeforinger
er fremstillet med en tætnende PE-belægning, så ud over materialet stål er
distributionsnettet således opbygget af PE-materialer i forskellige varianter.
Nærværende afsnits konklusioner bygger primært på amerikanske undersø­
gelser, som er gennemført omkring 1980, og som alene baserer sig på labo­
ratorieskabte testmiljøer l l ,2/.
Undersøgelserne har blandt andet drejet sig om at afprøve forskellige han­
delsvarer af PE-rør, hvad angår tæthed og styrke i forbindelse med en natur­
gas/brint -blanding.
Blandingsforholdet i de gennemførte forsøg har været op til 40% brint
(%-vol.) i naturgas og testperioden for naturgas/brintdriften har været op til
6 måneder.
Når her tales om tæthed, er der tale om at undersøge såvel diffusionstab som
tab igennem diverse samlinger og eventuelle utætheder.
Hvad angår styrke har undersøgelserne gået ud på at afprøve materialestyr­
ken efter de 6 måneders testperiode med naturgas/brintdrift
Ud over litteraturstudium vedrørende ovennævnte amerikanske forsøg, er
der rettet forespørgsel til danske leverandører af PE-rør med henblik på at
indhente deres eventuelle viden og erfaring om PE-materialers egnethed til
naturgas/brintdrift

DGC-rapport 45
6.1 .1 Diffusionstab
Der er foretaget diffusionsmålinger på 11 PE-rør af 3 forskellige typer fra 7
fabrikanter. Målingerne viser at der diffunderer 4-5 gange mere brint end
naturgas gennem rørvæggen på PE-rør 121.
Beregninger af diffusionstabet af naturgas fra 248.000 km PE-rør i USA
viser imidlertid, at det udgør mindre end 0,01% af det samlede gastab i
USA. Selvom diffusionstabet af brint er 4-5 gange større, vil det således
udgøre mindre end 0,05% af den samlede difference mellem købte og solgte
gasmængder. Som sagt bygger denne beregning på amerikanske erfaringer,
og resultaterne kan ikke ukritisk overføres til danske forhold.
6.1.2 Lækagetab
Der er foretaget undersøgelser af lækagetab fra utætte samlinger og fra læ­
kager i selve rørmaterialet Lækagemålingerne omfatter såvel PE-rør som
støbejernsrør med de dertil hørende muffesamlinger. Der er udført målinger
af lækagetabet gennem utætheder med 3 forskellige størrelser (kapillarrør
med en diameter på henholdsvis 0,003 inch, 0,010 inch og 0,030 inch) ved 3
forskellige driftstryk med naturgas blandet med henholdsvis 10, 20 og 40%
brint /2/.
Målingerne viser, at lækagetabet er proportionalt med forholdet mellem
kvadratroden af naturgassens relative vægtfylde og kvadratroden af
gas/brintblandingens relative vægtfylde, og at lækagetabet fra utætheder i
gasdistributionssystemerne derfor er henholdsvis 9, 15 og 29% større for de
3 anvendte blandinger af naturgas og brint end for ren naturgas ved samme
temperatur og driftstryk Hvis man skifter fra ren naturgas til ren brint vil
lækagetabet fra eksisterende utætheder blive ca. 3 gange større Il ,21.
Generelt er det dog en forudsætning for ovennævnte resultater, at der er tale
om distributionssystemer, som er vedligeholdt, og at der er foretaget regel­
mæssige lækagesøgninger, idet meget store lækager vil give forholdsvis
større lækagetab ved iblanding af brint.

DGC-rapport 46
6.1 .3 Materialepåvirkning, styrkemålinger
Der er foretaget styrkemålinger på 3 forskellige PE-rør fra 7 fabrikanter.
Målingerne er foretaget på helt nye rør, som enten har transporteret ren na­
turgas eller ren brint i 2 måneder.
Målingerne omfatter såvel rør som samlinger, uden at der dog nærmere spe­
cificeres særlige forhold omkring PE-svejsninger /l ,2/.
Målingerne viser, at styrken af de rør, som har transporteret brint, afviger
mindre end ±3% fra styrken af de rør af samme type og fabrikat, der har
transporteret ren naturgas.
Målingerne viser endvidere, at PE-rør, som har været i kontakt med naturgas
eller brint, er mere elastiske end nye PE-rør, således at "brugte" rør udvider
sig lidt mere end nye rør, inden de brister.
6.1.4 Sikkerhedsaspekter ved distribution af naturgas/brint i PE-rør
Generelt har man få praktiske erfaringer med distribution af naturgas/brint­
blandinger, men på baggrund af den viden der findes, anbefales det, at såvel
anlæg og drift af distributionsnet gennemføres i henhold til anerkendte stan­
darder for naturgassystemer. Det forudsættes blandt andet, at lækagesøgning
og fejludbedring gennemføres rutinemæssigt, og at der ikke er kendte læka­
ger eller potentielle lækageområder i systemet /3/.
Desuden øges risikoen i takt med stigende mængde af brint, der tilsættes, og
en enkelt kilde giver udtryk for, at l 0% brint i naturgas ville være et passen­
de øvre niveau set ud fra et sikkerhedsmæssigt synspunkt /3/.
6.1.5 Delkonklusion
På baggrund af den nuværende viden skulle der ikke være problemer eller
øget energitab forbundet med at distribuere naturgas/brint i et passende
blandingsforhold i eksisterende PE-ledningsnet. De danske PE-systemer er
anlagt og vedligeholdt efter anerkendte standarder, og tillige er der få meka­
niske samlinger, som kunne være kilder til lækager.

DGC-rapport 47
I øvrigt oplyser Nordisk Wavin A/S, at firmaet ingen betænkeligheder har
ved at transportere brint i DS godkendte rør af såvel PE 80 som PE 100/4/.
Som nævnt indledningsvis, er det danske distributionssystem primært op­
bygget af PE 80 materialer, men der er på det seneste blevet udført netud­
bygninger (5-10 km) med PE- materialer, og måske vil dette PE-materiale
blive mere udbredt i fremtiden.
6.1 .6 Anbefalinger af forhold som bør undersøges videre
Trods de positive erfaringer og udtalelser, ud fra indtil nu gennemførte un­
dersøgelser, anbefales det, at følgende forhold undersøges nærmere:
• Mulig sammenhæng mellemPE-materialets alder og permeabilitet
• Brinttilsætnings indflydelse på odarisering
• Øvre grænse for brinttilsætning af hensyn til risikoen for antændelse ved
gasudslip og driftsindgreb
• Afprøvning af brinttilsætning i et afgrænset pilotområde
• Nærmere undersøgelse af PE-svejsningers styrke og tæthed ved brinttil­
sætning.
6.2 Komponenter
Dette afsnits konklusioner bygger ligeledes på amerikanske undersøgelser,
som er gennemført omkring 1980, og som er baseret på laboratorieskabte
testmiljøer /4,6/. Her er afprøvet en række almindeligt anvendte naturgas­
komponenter, som i en periode på op til 6 måneder har været udsat for na­
turgas/brintblandinger i forskellige blandingsforhold og under forskellige
drifts tryk.
Her er ud over litteraturstudium rettet henvendelse til en enkelt leverandør.
6.2.1 Forbrugsmålere
Rent materialernæssigt er der ikke konstateret problemer med at anvende
gængse naturgasmålere til naturgas/brintblandinger, men afhængigt af hvor
meget brint der iblandes, vil der med stigende brintmængde forholdsvis
hurtigt opstå kapacitetsproblemer. Et kendt og konstant blandingsforhold er
selvfølgelig en forudsætning for, at der kan foretages en korrekt forbrugsaf-

DG C-rapport 48
regning, men det er derudover uklart, om brinttilsætning vil medføre dårli­
gere målenøjagtighed /6/.
6.2.2 Klæbe- og smøremidler
Det eneste område, hvor hidtidige gennemførte undersøgelser peger på ma­
terialeproblemer, er for en ikke nærmere specificeret gruppe af klæbe- og
smøremidler. Her er tale om nedsat klæbeevne for visse klæbere og ændrin­
ger af udseende og viskositet for visse smøremidler /2/.
Af mulige problemområder i det danske system kunne der i denne forbin­
delse være tale om "strømpe-renoverede" ledninger, hvor der indgår klæbe­
stoffer eller om kompressorer og ventiler, hvor der benyttes smøremidler.
6.2.3 Andre komponenter
Der er i øvrigt ikke rapporteret om mulige problemer, hvad angår andre
komponenter og pakningsmaterialer, så som ventiler, regulatorer og tilsva­
rende normalt anvendt udstyr i naturgasdistributionssystemer.
6.2.4 Delkonklusion
På baggrund af den indsamlede viden er der således intet, der indikerer, at
der på komponentsiden skulle være væsentlige problemer med at blande
brint i naturgassen. Der skal muligvis udskiftes et antal målere på grund af
kapacitetsproblemer, og der skal muligvis findes nogle alternative smøre­
midler. Herudover kan der opstå problemer med klæbemidlet, der indgår i
"strømpe-renoverede" ledninger, men mængden af denne rørtype er for­
holdsvis ringe, så i den store sammenhæng skulle et sådant problem være
overskueligt.
IGA, som er leverandør af målere og husregulatorer, kan oplyse, at deres
produkter ikke er fremstillet til brint, og at de derfor ikke kan give nogen
garantier. Men IGA er bekendt med, at produkter fra American Meter bliver
anvendt, hvor brint er energibærer, og er villige til at gå ind i en mere detal­
jeret behandling af spørgsmålet, hvis et specifikt projekt bliver aktuelt /5/.

DGC-rapport 49
6.2.5 Anbefalinger af forhold som bør undersøges videre
Ud over allerede gennemførte undersøgelser kan det anbefales, at følgende
forhold undersøges nærmere:
• Mulig sammenhæng mellem alder af diverse materialer der indgår i for­
skellige komponenter og deres funktionalitet og tæthed ved brinttilsæt­
mng
• Måleres målenøjagtighed ved brinttilsætning
• En analyse af hvilke klæbe- og smøremidler der benyttes i det danske
distributionssystem og en afprøvning af deres egnethed til brintdistribu­
tion
• Afprøvning af brinttilsætning i et afgrænset pilotområde, hvor de for­
skellige komponenttyper er repræsenteret
6.3 Litteraturliste til kapitel 6
l. Biending ofHydrogen in Natura! Gas Distribution Systems, Volume
3.
Gas Blends Leakage Tests of Selected Distribution System Compo­
nents.
Final Report, June l 1976- April30 1978.
2. Study of the Behavior of Gas Distribution Equipment in Hydrogen
Service-Phase II. Project 65 022 Final Report for the Period April 26
1979 through June 26 1980.
Walter J. Jasionowski
H. Ding Huang
Date Published July 1980.
3. W. W. Youngblood: Safety Criteria for the Operation of Gaseous Hy­
drogen Pipelines, 1984.
DOT Report No. WR- 84- 24,
DOT/RSPA/DMT 10-85/
4. Udtalelse fra Nordisk Wavin 17/3-1999
5. Udtalelse fra IGA 17/3-1999

DGC-rapport 50
6. Suitability of Gas Distribution Equipment in Hydrogen Service
W .J. Jasionowski, D.G. Johnson, J.B. Pangborn.
Institute og Gas Technology
Chicago DHnois 60616