知微见著！国内外管道输氢技术现状与展望
发布日期：2022/3/8
随着氢能发展利用技术的不断成熟和完善，大规模集中制氢和长距离输氢是未来趋势，管道运输是最经济方式，建立纯氢高压输运管网是建设氢能社会的终极目标。
受气体物性差异、管道材质特性、掺氢比和外部环境等影响，氢气进入管道后容易产生氢脆、渗透和泄漏等风险。研究表明，氢气压力、纯净度、环境温度、管道强度水平、变形速率、微观组织等因素均会影响氢气对管道的损伤程度。管道钢级越高越容易受氢气影响，低强度钢更适合加氢天然气的输送。氢气浓度低于 50% 时，管道不易发生严重断裂；管输压力低于 2MPa 时，管道不易在缺陷处发生氢致裂纹扩展。
由于诸如此类的问题，输氢管道的建设需要遵循一套更为严格的标准规范。目前国内暂无任何输氢管道设计标准，主要参照的标准有以下几种。
氢气长距离管输已有80余年历史，美国和欧洲是世界上最早发展氢气管网的地方，全球范围内氢气输送管道总里程已超过5000km，形成了相关氢气管道标准，基本由法液空、空气产品、普莱克斯和林德等4大公司建设，绝大多数由氢气生产商运营，主要用于工业原料。国外输氢管道项目情况如下：
我国管道输氢相关标准在2021年有了一定的突破：2021年8月，中国标准化协会发布了《关于公开征求中国标准化协会标准〈天然气掺氢混气站技术规程〉意见的通知》；2021年7月，中国标准化协会批复了《氢气输送工业管道技术规程》的编制工作，由北京市公用工程设计监理有限公司主编；2021年7月，由西南市政总院负责主编的《城镇民用氢气输配系统工程技术规程》（下称《规程》）编制工作正式启动。目前我国标准制定的难点在于，我国相关研究未考虑 H2S、CO、CO2 等组分对掺氢的协同影响，中国缺少管材在掺氢条件下的力学性能基础数据库，尚未明确掺氢比、运行压力对管材氢损伤的定量关系，导致管道掺氢在标准法规方面缺少重要支撑。
我国早在1993年就有煤气掺氢项目投产，目前我国已建成以及拟建设的混氢管路项目分别位于华北、东北以及西北等地区：
一、煤气掺氢项目：
二、纯氢管道项目：
1、济源－洛阳氢气管道工程：
国内目前已建管径最大、压力最高、输量最高的氢气管道。该工程线路全长25km，管径为D508mm，管材为L245NS无缝钢管，设计压力4.0MPa，最大输量可达到23.45×10@Nm3/a，现已平稳运行6年，管道局EPC总包。
2、定州－高碑店氢气管道工程：（燃料电池级氢气管道项目）
国内目前规划建设的距离最长、输量最高、首条燃料电池级的氢气管道项目，该工程线路全长164.7km，管径D508mm，管材为L245N，设计压力4.0MPa，最大输量可达10万吨/年。运输氢气将用于氢能重卡等氢燃料电池车加氢。目前该项目正在等待河北发改委的批准。
3、通辽纯氢示范应用项目：
该项目利用弃风弃电绿色制氢，项目兼具输氢与测试功能。氢气在氢源处分流至测试模块，管路材料设备将在不同氢气压力流量下进行检测。该项目管径为DN400，全场7.8km，设计输氢量可达10万吨/年。
三、天然气掺氢管道项目：
1、朝阳天然气掺氢示范工程：
2019年10月，国家电投集团公司2019年重点项目——朝阳可再生能源掺氢示范项目第一阶段工程圆满完工。该项目时国内首个电解水制氢天然气掺氢项目，利用燕山湖发电公司现有10Nm3/h碱液电解制氢站新建氢气充装系统，氢气经压缩瓶储后通过集装箱式货车运至掺氢地点。截至2021年5月，该项目一年试验结束，国电投依托大量的试验数据，牵头编制了团体标准“天然气掺氢混气站技术规程”征求意见稿。
2、张家口掺氢天然气管道示范项目：
2020年9月该项目签约，项目建成后，预计每年可生产氢气1000吨，混合气将用于专用的氢气天然气汽车。
3、达茂－工业区氢气管道工程：
该项目在达茂的哈日朝鲁水库地区利用弃电进行制氢，制得氢气将用于还原冶炼，线路管道159.07km，管径D610mm，管材L245，设计压力6.3MPa，一期年输送能力10万吨/a，二期30万吨/a，目前该项目正在推进中。
4、干线掺氢项目：
该项目在陕煤线进行掺氢可行性论证，是国内主干线首次掺氢可行性论证。该线路全长97km，掺氢比例5%，管径D323.9，管材L360Q无缝钢管，钢管等级x65，设计压力4MPa，一期计划输量4.2万吨/a，二期规划11.7万吨/a。
5、广东海底掺氢管道项目：
是我国首条掺氢海底管道，管道起自拟建的干线雷州分输站，经通明海海峡，止于东海岛湛江钢铁末站，未来将为宝武集团绿色钢厂输送氢气。线路全长55km，掺氢比20%，管径D610mm，管材L415M，设计压力4.0MPa，设计输量40亿方/年。
6、宁夏天然气掺氢降碳示范化工程中试项目
是我国首个省级掺氢综合实验平台，管径D219.1mm，设计压力4.5MPa，试验流量1200~300ONm3/h，测试3%～25%掺氢比例下管材（20#、L360、L450等），流量计、阀门、检测仪表、可燃气体探测器的适应性，验证现有燃气管网密封材料、焊缝适应性、氢脆概率及风险评估等问题。该项目受疫情影响暂未实施。
我国氢能产业处于起步阶段，全产业链关键核心技术自主可控是我国氢能产业高质量发展的关键。储运环节是制约当前我国氢能发展的瓶颈之一，安全高效的输氢技术是氢能大规模商业化发展的前提。在所有的氢能输运方案中，管道运输是最经济方式。利用现有天然气管线掺氢和新建纯氢管道输氢是最现实可行的方案。
来源：氢能泡泡
