氫氣長(zhǎng)距離管輸技術(shù)現(xiàn)狀與探討

楊 靜，王曉霖，李遵照，董經(jīng)發(fā)，馮 燦

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司 大連石油化工研究院,遼寧大連 116045；2.大連福瑞普科技有限公司,遼寧大連 116045；3.國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán) 西南管道有限責(zé)任公司，成都 404100)

0 引言

氫能作為一種零碳高效新能源，在世界能源轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家近年紛紛出臺(tái)政策大力支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國(guó)、日本、歐盟、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)相繼制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略或規(guī)劃[1]。我國(guó)作為世界第一產(chǎn)氫大國(guó)，兼具氫能大規(guī)模利用的供氫條件與用氫市場(chǎng)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?016年，國(guó)家能源局發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》，部署“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”任務(wù)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(2016)》，首次明確我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施在近期(2016—2020年)、中期(2020—2030年)和遠(yuǎn)期(2030—2050年)的發(fā)展目標(biāo)和主要任務(wù)，其中預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)燃料電池汽車將達(dá)200萬輛，屆時(shí)將建成3 000 km以上的氫氣長(zhǎng)輸管道。2019年3月，氫能首次被寫進(jìn)我國(guó)《政府工作報(bào)告》。隨后，各地方政府對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，陸續(xù)出臺(tái)各項(xiàng)規(guī)劃和發(fā)展目標(biāo)，有力助推氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?？傮w而言，我國(guó)已初步形成從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到示范演示的全方位格局，部分區(qū)域布局了完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫等4個(gè)環(huán)節(jié)。

氫能儲(chǔ)運(yùn)作為制氫與用氫之間的紐帶和橋梁，對(duì)整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。但是，隨著氫能應(yīng)用市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，氫能儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施的供氫保障問題也將成為制約產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的重要因素。面對(duì)當(dāng)前國(guó)際氫能產(chǎn)業(yè)方興未艾、而我國(guó)尚處于開局部署階段的現(xiàn)狀，如何有序推進(jìn)氫能儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、降低氫氣運(yùn)輸成本、實(shí)現(xiàn)氫氣運(yùn)輸安全，將是保障我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)工作。

1 國(guó)內(nèi)外氫氣長(zhǎng)輸管道發(fā)展概況

管道輸送是實(shí)現(xiàn)氫能大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸運(yùn)的重要方式。氣氫長(zhǎng)距離管輸已有80余年歷史，美國(guó)和歐洲是世界上最早發(fā)展氫氣管網(wǎng)的地區(qū)。液氫管輸一般用于以液態(tài)形式利用的場(chǎng)合，且輸送距離較短，多見于航天領(lǐng)域[2]。隨著氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，氫氣輸送管道規(guī)模越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道總里程已超過4 600 km，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1[3]。

美國(guó)氫氣管道規(guī)模最大，總里程達(dá)到2 720 km，最大運(yùn)行壓力5.5～10.3 MPa，基本采用低碳鋼，按照ASME B31.12—2019HydrogenPipingandPipelines設(shè)計(jì)建造[4]。此外，美國(guó)建有全球最大的氫氣供應(yīng)管網(wǎng)，位于墨西哥灣沿岸，于2012年建設(shè)完成，全長(zhǎng)600英里(965 km)，連接22個(gè)制氫廠，輸氫量達(dá)到150萬Nm3/h[5]。

表1 全球氫氣輸送管道統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of global hydrogen transportation pipelines

我國(guó)氫氣輸送系統(tǒng)建設(shè)較為滯后，現(xiàn)有氫氣輸送管道總里程僅約400 km，其中包括法國(guó)某公司在上海、天津和遼陽建設(shè)的輸氫管道。我國(guó)自主建設(shè)的典型輸氫管道有2條，分別是2014年建成投產(chǎn)的中國(guó)石化巴陵石化的巴陵-長(zhǎng)嶺輸氫管道，與2015年建成投產(chǎn)的中國(guó)石化洛陽分公司的濟(jì)源-洛陽輸氫管道，具體參數(shù)見表1。

2 國(guó)內(nèi)外氫氣長(zhǎng)距離管輸技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃

美國(guó)和歐洲針對(duì)氫基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型(過渡)與系統(tǒng)優(yōu)化部署開展了大量基礎(chǔ)研究和案例分析工作。由于氫能可以在不同規(guī)模上進(jìn)行生產(chǎn)和運(yùn)輸，且可以使用不同的原料、生產(chǎn)技術(shù)和分配模式，因此氫能供應(yīng)途徑多樣化，這就導(dǎo)致氫能基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化部署建模工作較為復(fù)雜。早期的模型側(cè)重于成本、溫室氣體排放與氫基礎(chǔ)設(shè)施組件能耗的量化等，僅解決單路徑或單場(chǎng)景靜態(tài)優(yōu)化問題。隨后，模型進(jìn)一步擴(kuò)展為涵蓋生產(chǎn)、輸配與利用等環(huán)節(jié)的區(qū)域性系統(tǒng)優(yōu)化模型，及考慮基礎(chǔ)設(shè)施隨時(shí)間演進(jìn)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，其中部分模型一定程度上融合了空間結(jié)構(gòu)，與地理信息系統(tǒng)(GIS)集成[6-10]。這些研究成果大部分被應(yīng)用于城市或區(qū)域或全國(guó)氫基礎(chǔ)設(shè)施部署與優(yōu)化設(shè)計(jì)案例分析中。比較典型的模型有美國(guó)某國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的氫氣輸送場(chǎng)景分析模型HDSAM(Hydrogen Delivery Scenario Analysis Model)，通過氫設(shè)施的仿真設(shè)計(jì)和貼現(xiàn)現(xiàn)金分析估算氫氣平均成本。其中氫氣輸送系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施的仿真涉及組件包括壓縮機(jī)、儲(chǔ)存罐、氣氫管道拖車、液氫卡車、輸送管道等，輸送環(huán)節(jié)包括從制氫廠出口至車輛的所有運(yùn)輸、儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)(壓縮、液化、管輸)等全過程。模型中仿真場(chǎng)景的設(shè)定包括市場(chǎng)類型、規(guī)模、位置、氫能市場(chǎng)滲透率、交付方式、調(diào)峰用儲(chǔ)存方式、加氫站規(guī)模等參數(shù)[11]。

目前，我國(guó)氫能基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)尚處于初期階段，在國(guó)家層面缺乏系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，相關(guān)研究文獻(xiàn)的報(bào)道很少見。國(guó)家能源局最新發(fā)布的《中華人民共和國(guó)能源法(征求意見稿)》(2020年)明確將氫能納入能源種類，預(yù)示著氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁出了重要一步，隨之而來的國(guó)家配套法律、規(guī)劃、政策等將成為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重中之重。

2.2 材料與設(shè)備

美國(guó)針對(duì)氫氣管輸系統(tǒng)降本提效方面開展了大量研究工作。一方面試圖開發(fā)新型材料如纖維復(fù)合材料用于氫氣管輸，通過顯著減少接頭數(shù)量，以降低氫氣輸送管道建設(shè)成本。為此，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室ORNL和SRNL開展了高壓氫氣條件下纖維復(fù)合材料的爆破壓力、材料在氫環(huán)境下的相容性、裂紋容差、泄漏率和抗疲勞性等材料性能評(píng)估工作；另一方面，針對(duì)成熟氫能利用市場(chǎng)下管輸過程存在周期性壓力波動(dòng)或疲勞荷載這一特點(diǎn)，開展傳統(tǒng)管材如高強(qiáng)鋼的性能表征與評(píng)估研究，揭示不同壓力和荷載頻率對(duì)管材本體及焊縫的影響規(guī)律[12-14]。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局NIST(National Institute of Standards and Technology)和美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SRNL針對(duì)氫氣管道焊縫性能，通過試驗(yàn)研究氫氣對(duì)于縱向焊縫、周向焊縫及其熱影響區(qū)的影響規(guī)律[14]。此外，NIST通過管材疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，研究氫氣管道高壓輸送以提高管輸效率的可行性，并探討氫氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范ASME B31.12修訂的必要性[4]。試驗(yàn)研究的同時(shí)，學(xué)者[12]也在研究基于應(yīng)變的氫脆預(yù)測(cè)模型，以指導(dǎo)鋼制設(shè)備完整性管理實(shí)踐的發(fā)展及新型鋼制管材的開發(fā)。針對(duì)氫與材料相容性，世界其他國(guó)家也都在積極搭建氫環(huán)境原位測(cè)試平臺(tái)，以便開展高壓氫環(huán)境下管材力學(xué)性能試驗(yàn)[15]。

相比天然氣管道而言，壓縮氫氣具有需要更高的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)組件可靠性要求高，且氫氣導(dǎo)致潤(rùn)滑油污染會(huì)影響燃料電池性能，氫氣更容易泄漏等情況。同時(shí)，為降低氫脆和組件失效風(fēng)險(xiǎn)，氫氣壓縮機(jī)用材料往往價(jià)格高昂。因此，針對(duì)壓縮機(jī)功率要求高、運(yùn)行可靠性低、易產(chǎn)生氫污染、對(duì)密封件要求高、造價(jià)高等問題開展相關(guān)研究，從新型材料、壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非機(jī)械壓縮技術(shù)的應(yīng)用等方面提出解決方案。目前技術(shù)進(jìn)展主要體現(xiàn)在壓縮機(jī)運(yùn)行優(yōu)化、特定組件的改良(如膜片的設(shè)計(jì)和密封件涂料)、新型非機(jī)械壓縮技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用等方面。

我國(guó)科研院所和高校針對(duì)氫氣對(duì)鋼制管材力學(xué)性能的影響，開展了理論和試驗(yàn)研究，并取得了階段性成果。浙江大學(xué)利用自主研制的140 MPa高壓氫環(huán)境耐久性試驗(yàn)裝置，對(duì) X70,X80 材料在氫環(huán)境和摻氫天然氣環(huán)境下的相容性進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估，建立了國(guó)產(chǎn)金屬材料與高壓氫環(huán)境相容性數(shù)據(jù)庫(kù)[15-17]。但目前臨氫環(huán)境下管材力學(xué)性能數(shù)據(jù)仍極為有限，氫環(huán)境與材料相容性數(shù)據(jù)庫(kù)有待進(jìn)一步完善。

2.3 運(yùn)行安全保障

美國(guó)針對(duì)氫氣管輸涉及的氫氣泄漏、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、完整性管理等方面已開展了大量研究工作。由于氫氣管道輸送運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)有限，美國(guó)國(guó)家能源局目前正在積極開展安全評(píng)價(jià)模型和工具的開發(fā)等研究工作，為建立國(guó)家安全、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)[15-19]。為解決運(yùn)行與安全數(shù)據(jù)缺乏問題，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室SNL開展了氫氣泄放、點(diǎn)火及燃燒行為與物理模型、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型等研究開發(fā)工作[19]。針對(duì)氫氣泄漏問題，各大公司也正在開發(fā)氫氣泄漏探測(cè)傳感器，并探索光纖傳感器用于氫氣輸送管道機(jī)械損傷和大規(guī)模泄漏的應(yīng)用途徑。此外，氫氣管道運(yùn)行與維修維護(hù)等完整性管理相關(guān)要求也被納入ASME B31.12標(biāo)準(zhǔn)中。

天然氣管道摻氫作為一種實(shí)現(xiàn)氫氣輸送的經(jīng)濟(jì)方式，受到關(guān)注，隨之而來的安全運(yùn)行問題也成為世界各國(guó)研究熱點(diǎn)，主要包括天然氣管道材料與氫的相容性、輸送壓力、摻氫比例、對(duì)終端用戶的影響等方面。英國(guó)健康安全局、國(guó)家電網(wǎng)、高校等與法國(guó)原子能委員會(huì)、殼牌氫能公司聯(lián)合開發(fā)NaturalHy項(xiàng)目，針對(duì)天然氣摻氫輸送過程中的氣體聚集、爆炸及管輸風(fēng)險(xiǎn)開展試驗(yàn)研究并建立評(píng)估模型。美國(guó)燃?xì)饧夹g(shù)研究院(Gas Technology Institute，GTI)針對(duì)天然氣輸配管道摻氫在腐蝕、材料缺陷、外力損傷、設(shè)備失效等方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)果表明，摻氫導(dǎo)致泄漏風(fēng)險(xiǎn)增加，但配氣干線摻氫量在50%以下時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)增加并不明顯[21]。

針對(duì)現(xiàn)有油氣管道改造用于輸送純氫氣，國(guó)外在氫氣泄漏導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施老化、改造管道中的氫污染、管道運(yùn)行歷史未知條件下的材料氫脆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面也開展了相關(guān)研究工作。

我國(guó)在氫氣泄漏與擴(kuò)散、燃燒與爆炸、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面也開展了大量研究工作，以理論分析和數(shù)值模擬為主。浙江大學(xué)通過數(shù)值模擬分析不同泄漏位置、環(huán)境溫度、風(fēng)速對(duì)高壓儲(chǔ)氫罐泄漏擴(kuò)散的影響[22]。中石油管道局利用 DNV PHAST 軟件對(duì)不同程度的管道泄漏事故進(jìn)行模擬分析，確定天然氣及氫氣管道泄漏后的擴(kuò)散狀態(tài)及影響范圍，得出燃燒爆炸事故對(duì)周圍的熱輻射影響距離[23]。雖然國(guó)內(nèi)學(xué)者在氫氣或混氫埋地管道泄漏后果方面開展了模擬分析，但針對(duì)氫氣管道安全間距方面并未形成定論。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

國(guó)外氫氣長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)建造技術(shù)整體相對(duì)成熟，已頒布的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括壓縮氣體協(xié)會(huì)(CGA)的CGA G5.6HydrogenPipelineSystems、美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)的ASME B31.12HydrogenPipingandPipelines、歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)(EIGA)的IGC Doc 121/14HydrogenPipelineSystems、亞洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)(AIGA)的AIGA 033/06HydrogenTransportationPipelines。

其中亞洲AIGA標(biāo)準(zhǔn)完全采標(biāo)EIGA的IGC標(biāo)準(zhǔn)IGC Doc 121/04，而EIGA的IGC標(biāo)準(zhǔn)與CGA標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)內(nèi)容上完全相同，只是在地方法規(guī)要求和格式、編輯上存在差別，一般將CGA標(biāo)準(zhǔn)作為EIGA和CGA所有成員的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。CGA標(biāo)準(zhǔn)適用于輸送純氫氣或氫氣混合物的鋼制輸送管道系統(tǒng)和配送管道系統(tǒng)，對(duì)于輸送介質(zhì)要求溫度范圍在-40～175 ℃之間，管輸壓力為1～21 MPa或不銹鋼管氫氣分壓大于0.2 MPa，氣體組分要求同時(shí)滿足：(1)水摩爾分?jǐn)?shù)小于20ppm；(2)CO2摩爾分?jǐn)?shù)小于100ppm；(3)天然氣或惰性氣體處于相平衡狀態(tài)；(4)氫氣摩爾分?jǐn)?shù)超過10%，或氫氣摩爾分?jǐn)?shù)低于10%且CO摩爾分?jǐn)?shù)超過200ppm。

ASME B31.12包括通用要求、工業(yè)管道和管線3個(gè)部分，內(nèi)容涵蓋工業(yè)管道、長(zhǎng)輸管道及分輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行與維護(hù)要求，適用于氣氫和液氫輸送管道及氣氫引入管道。其中第3部分(管線)主要針對(duì)氫能輸送管道、分輸管道及引入管道涉及的材料、組件、設(shè)計(jì)、制造、安裝、敷設(shè)、檢測(cè)、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、運(yùn)行和維護(hù)等方面提出具體要求，該部分內(nèi)容不適用于：(1)按照ASME BPVC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造的壓力容器；(2)溫度超過450℉或低于-80 ℉的管道系統(tǒng)；(3)壓力高于3000 psig(20.67 MPa)的管道系統(tǒng)；(4)水蒸氣含量超過20ppm(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水露點(diǎn)為-67 ℉)的管道系統(tǒng)；(5)氫氣體積分?jǐn)?shù)低于10%的管道系統(tǒng)。

我國(guó)與輸氫管道相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 29729—2013 《氫系統(tǒng)安全的基本要求》、GB/T 34542.1—2017 《氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng) 第1部分：通用要求》、GB/T 34542.2—2018 《氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng) 第2部分：金屬材料與氫環(huán)境相容性試驗(yàn)方法》、GB/T 34542.3—2018 《氫氣儲(chǔ)存輸送系統(tǒng) 第3部分：金屬材料氫脆敏感度試驗(yàn)方法》等，尚未建立輸氫管道設(shè)計(jì)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3 我國(guó)氫氣長(zhǎng)距離管輸技術(shù)探討

面對(duì)日益擴(kuò)大的氫能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，管道輸氫將成為氫氣大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸運(yùn)經(jīng)濟(jì)有效的方式。目前純氫輸送管道大多采用低強(qiáng)度鋼材，輸送壓力有限，管道壁厚大，導(dǎo)致輸送效率低且建設(shè)投資成本高。另外，我國(guó)純氫輸送管道基本參照油氣輸送管道和工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外氫氣管道標(biāo)準(zhǔn)(ASME B31.12)設(shè)計(jì)建造[24-26]，運(yùn)行管理一般也按照油氣長(zhǎng)輸管道模式，但氫氣與天然氣存在較大差別，天然氣管道建設(shè)與運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)不能完全適用于氫氣輸送管道。結(jié)合我國(guó)氫能發(fā)展現(xiàn)狀，從網(wǎng)絡(luò)布局、材料、工藝與安全方面提出氫氣長(zhǎng)距離管輸技術(shù)方向。

(1)長(zhǎng)距離供氫網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化。

針對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，研究“制氫-儲(chǔ)/運(yùn)氫-用氫”一體化優(yōu)化模型，形成長(zhǎng)距離輸氫管道/網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化方法和規(guī)劃策略，基于氫能與其他能源利用行業(yè)的深度融合，規(guī)劃部署區(qū)域性/全國(guó)性供氫網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

(2)純氫氣體輸送高強(qiáng)度管材及焊接技術(shù)。

針對(duì)純氫輸送管道鋼氫損傷問題，研究純氫輸送管材本體及焊縫失效機(jī)理，揭示高壓力條件下氫氣對(duì)不同等級(jí)管材及焊縫的損傷規(guī)律，建立純氫輸送管材及焊接性能指標(biāo)要求與測(cè)試評(píng)價(jià)方法，提出純氫輸送管道失效控制方法。

(3)氫氣長(zhǎng)距離管輸工藝及安全保障技術(shù)。

研究氫氣長(zhǎng)距離管道輸送工藝計(jì)算模型，建立氫氣管道站場(chǎng)工藝流程及管輸工藝，提出大規(guī)模儲(chǔ)氫-長(zhǎng)距離輸氫-供氫的一體化工藝方案；研究氫氣壓縮機(jī)運(yùn)行特性及氫氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)能耗指標(biāo)，建立氫氣大規(guī)模存儲(chǔ)與調(diào)配優(yōu)化方法；研究氫氣泄漏擴(kuò)散與事故演化規(guī)律，建立氫氣管道、站場(chǎng)設(shè)備定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法、完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)與失效評(píng)估方法，提出泄漏監(jiān)測(cè)與防護(hù)、應(yīng)急處置與保障策略，形成氫氣管輸及儲(chǔ)存系統(tǒng)安全保障成套技術(shù)。

(4)氫氣長(zhǎng)距離管輸標(biāo)準(zhǔn)體系。

針對(duì)我國(guó)氫氣管輸尚缺乏專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問題，研究建立長(zhǎng)距離氫氣輸送管道設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行與管理系列標(biāo)準(zhǔn)，健全氫氣管輸標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在當(dāng)前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)呈爆發(fā)式發(fā)展背景下，新建管道輸送純氫顯然不是一蹴而就的事，如何快速實(shí)現(xiàn)氫氣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸并保證安全性，是目前亟待解決的問題。針對(duì)氫氣長(zhǎng)距離輸送可能遇到的技術(shù)問題，提出以下建議供參考。

(1)探索氫氣與天然氣混合輸送方案。利用天然氣管道輸送氫氣是未來管輸氫氣的重要途徑，目前兩種氣體摻混輸送已有較多研究，但氫氣與天然氣順序輸送未見報(bào)道?？紤]氣體分離成本，不妨對(duì)順序輸送可行性進(jìn)行探索。管輸壓力下氣體擴(kuò)散性較強(qiáng)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量氫氣和天然氣混合氣體，可借鑒成品油順序輸送與混油處理成功經(jīng)驗(yàn)，切實(shí)提高輸送效率。

(2)探索氫氣能量計(jì)量方案。氫氣能量密度低，僅為天然氣的1/3，因此相同輸送壓力下?lián)綒鋾?huì)降低管道輸送效率，且總氣體需求量增大，就當(dāng)前流量計(jì)量方式而言，經(jīng)濟(jì)性較差。目前我國(guó)正在大力推廣天然氣能量計(jì)量方式，可借鑒天然氣能量計(jì)量設(shè)施改造成果，探索研究氫氣能量計(jì)量的解決方案。

(3)研究輸氫管道潛在影響區(qū)域。高后果區(qū)管理已成為管道完整性管理重要內(nèi)容，借鑒天然氣管道爆炸時(shí)潛在影響區(qū)域，研究氫氣泄漏、集聚、燃燒、爆炸等的演化規(guī)律，分析輸氫管道影響范圍，以此明確高后果重點(diǎn)管理區(qū)域，保障輸氫安全性。

4 結(jié)論與建議

目前我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展雖已初具雛形，在制氫與用氫關(guān)鍵技術(shù)上取得一定突破，部分區(qū)域也實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用示范，但仍存在一定技術(shù)短板和難點(diǎn)尚未突破，尤其是氫能的大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距。

(1)有序推進(jìn)氫氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)，重視戰(zhàn)略性統(tǒng)籌規(guī)劃。建議從國(guó)家層面研究制定氫能戰(zhàn)略與產(chǎn)業(yè)政策，基于制氫、儲(chǔ)運(yùn)、用氫一體化模式，因地制宜有序推進(jìn)氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其是氫氣長(zhǎng)距離輸運(yùn)設(shè)施，整合氫能產(chǎn)業(yè)鏈資源，避免造成資本浪費(fèi)。

(2)注重核心技術(shù)與關(guān)鍵裝備研發(fā)，解決“卡脖子”問題。目前從國(guó)際形勢(shì)來看，新建氫氣長(zhǎng)輸管道成本高昂，主要體現(xiàn)在管道材料、壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)焊接等人工成本上，因此促進(jìn)核心技術(shù)與關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，大幅度降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，是助推氫能產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；闹匾A(chǔ)。

(3)加快完善氫氣管輸標(biāo)準(zhǔn)體系，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施與監(jiān)督。氫氣相比天然氣具有質(zhì)量輕、易泄漏、易燃易爆、易致材料損傷等特點(diǎn)，因而在管道材料、設(shè)計(jì)建造、運(yùn)行工藝、安全管理等方面與天然氣管道存在較大差別，而目前我國(guó)氫氣長(zhǎng)輸管道相關(guān)規(guī)范嚴(yán)重滯后，亟需完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

(4)新建氫氣長(zhǎng)輸管道成本高、周期長(zhǎng)，難以適應(yīng)當(dāng)前高速發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)需求，不妨將天然氣管道摻混氫氣輸送作為中短期內(nèi)氫氣長(zhǎng)距離輸送的有效途徑。