中國儲能網訊：

文/孫寶翔 楊 靜，中石化（大連）石油化工研究院，中國石化報

氫氣作為一種可再生二次能源，具有來源廣泛、清潔高效、應用場景豐富等優勢，在世界能源轉型中發揮著重要作用，全球多個發達國家均制定了氫能產業規劃，并加快部署氫能全產業鏈建設。輸氫管道運量大、能耗低、邊際成本低，是實現規?；瘹漭斶\的重要方式，將成為氫能產業可持續發展的必然趨勢，其發展路線可借鑒參考天然氣管道。

但氫氣密度小、能量密度低，且爆炸范圍大、點火能量低、擴散系數大、易對材料力學性能產生劣化，且氫氣管道相比天然氣管道輸送效率更低且管輸風險更大，目前國際上輸氫管道降本增效和運維保障正處于技術研究與攻關階段。中國石化擁有發展氫氣輸送管道的先天優勢，可結合氫能全產業鏈規劃布局，強化技術攻關，統籌推進輸氫管道建設。

氫能作為一種零碳高效新能源，在世界能源轉型中的角色價值日益凸顯，世界主要發達國家近年紛紛出臺政策大力支持氫能產業發展，美國、日本、澳大利亞、韓國等國家相繼制定了氫能發展戰略或規劃。我國作為世界第一產氫大國，兼具氫能大規模利用的供氫條件與用氫市場，氫能產業經濟發展潛力巨大。氫儲運作為制氫與用氫之間的紐帶和橋梁，對整條氫能產業鏈的持續發展至關重要。隨著氫能應用市場不斷擴大，氫能儲運基礎設施的供氫保障問題將成為制約產業規?；l展的重要因素，而管道輸送是實現氫能大規模、長距離輸運的重要方式。

氫氣管輸已成國際共識，全球范圍已形成規模

利用管道輸送氫氣至今已有80余年歷史，早在1938年，德國就建成了世界上第一條氫氣長輸管道，全長215公里，主要用于化工廠氫資源匹配利用。隨著氫氣利用量增大和應用場景多樣化，目前全球范圍內氫氣輸送管道規模越來越大，總里程已超過4600公里。美國氫氣管道規模最大，總里程達到2720公里，其中建有全球最大的氫氣供應管網，全長965公里、連接22個制氫廠，向墨西哥沿岸的煉油廠和化工廠供應純氫，輸氫量達到150萬標準立方米/小時。歐洲輸氫管道總里程目前也已超過1500公里，其中法國建有世界上最長的氫氣管道，從法國北部一直延伸至比利時，全長約402公里。

近年來，在“雙碳”戰略下氫能產業迅猛發展，尤其是在綠氫技術推動下，規?；瘹鋬\需求日益顯現，輸氫管道建設已被列入世界各國氫能產業規劃。歐盟正在規劃西班牙、法國與葡萄牙之間的跨國輸氫管道；德國提出將在全國范圍內建設5900公里輸氫管道，并與挪威聯合建設兩國跨國輸氫管道；預計到2040年，歐洲將建成4萬公里氫氣輸送管道。

我國氫能產業整體起步較晚，現有氫氣輸送管道總里程約400公里，其中由我國自主建設的較長距離的典型純氫輸送管道有3條，總里程不足100公里?！半p碳”目標下，我國也在加快推進氫能基礎設施建設，河北已啟動建設定州—高碑店氫氣管道工程，全長164.7公里，年最大輸送量10萬噸，供應燃料電池用氫。

天然氣管道摻氫輸送或成為經濟快捷的氫氣規?；斔头绞?。氫氣摻入天然氣管道輸送，不僅解決了碳減排問題，而且避免了新建管道的成本投入，是短期內解決氫氣長距離規?；斔偷慕洕行Х绞?。天然氣摻氫管輸已被多個國家列入氫能產業規劃，據有關統計，目前全球已開展近40個摻氫天然氣管道輸送系統應用示范項目。

歐洲基于“NaturalHy”天然氣管網摻氫研究成果，開展了多處摻氫示范項目，摻氫比例在2%~20%。英國依托“Hy Deploy” 示范項目，向基爾大學專用天然氣管網和英國北部天然氣管網注入20%比例的氫氣，為100戶家庭和30棟教學樓提供摻氫天然氣。荷蘭、德國、法國、意大利等國家也在積極推進天然氣管道摻氫輸送技術研究與探索，均基于天然氣管網摻氫輸送試驗研究在局部區域開展了天然氣摻氫管輸小范圍示范應用。但由于各國天然氣品質、輸送管網、關鍵設備、用戶端等存在差異，國際上對于天然氣管道系統中可允許的摻氫比例并未形成一致結論。

近年來，我國在氫能全產業鏈發展推動下，也在積極開展天然氣摻氫技術研究，但目前示范項目多集中于天然氣摻氫應用領域，管道摻氫輸送由于安全性、經濟性、可行性等影響因素比較復雜，摻氫比例的確定涉及管材相容性、管道完整性、設備匹配性及下游用戶適應性等多方面因素，尚未見相關示范項目落地。

我國天然氣管道網絡發達，截至2021年，全國主干天然氣管道總里程達到11.6萬公里，已形成“西氣東輸”“北氣南下”供氣格局，實現 “全國一張網”全面互聯互通。相比我國天然氣氣源特殊性，氫氣雖是二次能源，但我國內蒙古、新疆、甘肅、寧夏、青海、山西、河北、山東等地風光綠電資源富足，這意味著我國西部地區和北部地區具有大規模綠氫資源。另外，我國東部地區和南部地區經濟發達，氫能無論是工業應用還是民用，都具有巨大市場潛力。因此，我國氫能產銷區域特點與天然氣極為相似，具有發展天然氣管道摻氫輸送的先天優勢和廣闊前景。

氫氣管道泄漏危害嚴重，安全運維至關重要

有人認為，氫氣質量輕，泄漏后向上逃逸且擴散速度快，即使燃燒，生成的水也不會對環境產生污染，因此，輸氫管道泄漏后果不如天然氣管道泄漏后果危害大。事實上，氫氣相比天然氣點火能量更低、爆炸范圍更大、起爆能量更低，且氫氣無色無味、燃燒火焰肉眼不易察覺，泄漏燃爆風險反而更大，輸氫管道安全問題更不容忽視。

氫進入金屬材料內部易導致材料力學性能下降，管輸工況下，由于內外應力綜合影響，易出現氫鼓泡、氫致裂紋、延性降低等損傷，大大增加管材失效可能性。國際上雖已建成一定規模輸氫管道并正常運營，且這些管道基本采用低等級鋼材，氫損傷管材問題并不是很突出，但由于運行壓力較低、設計偏保守，管道綜合輸送效率普遍不高。

研究開發高強度或耐氫脆管材，加快實現氫氣管輸系統降本增效，是滿足當前規?；瘹鋬\需求的重要途徑，國內外在這方面已開展大量研究，包括氫致金屬材料損傷機理、氫與管材相容性、氫對焊縫性能影響、焊接工藝，以及新型非金屬管材開發等。

目前輸氫管材在氫環境下的性能研究多是針對金屬材料本身特性的研究，由于管道服役環境與運行工況差異，相關研究結論對輸氫管道建設運維的指導意義尚且有限，部分結論適用條件存在一定局限性。針對在役輸氫管道金屬損失、凹陷等體積型缺陷及裂紋缺陷的適用性評價，以及含缺陷輸氫管道承壓能力評估方法，國內外正在開展相關研究，目前尚未建立公認模型或完善的方法體系。

輸氫管道氫損傷最主要的失效模式是氫致開裂，管道運維管理應重點關注裂紋情況。然而，管道裂紋的內檢測仍是石油天然氣管道行業面臨的難題，同時由于氫氣特殊性，輸氫管道的內檢測還需要解決檢測器與氫環境的相容性及運行速度控制等問題，目前國際上尚不具備輸氫管道內檢測的技術條件。裂紋無損檢測手段主要包括磁粉檢測、滲透探傷和超聲檢測，其中超聲檢測能夠檢測到管道內部使用磁粉及測厚都不能檢測到的氫損傷缺陷，能夠對缺陷進行定位、定量及定性，并能夠達到一定的精度。金屬磁記憶檢測技術通過檢測金屬內部的應力集中區域，能夠初步篩查管道氫損傷易發區，可用于輸氫管道氫損傷的早期檢測與定位預判。

針對氫氣的泄漏擴散安全性與風險評估，國內外研究主要集中于氫氣泄漏擴散規律、燃燒爆炸機理與后果預測、風險評估模型與工具開發等方面，我國目前在輸氫管道方面的風險評價與管控技術體系尚不完備，尚未形成統一的風險評判標準。針對氫氣泄漏問題，全球各大公司也正在開發氫氣泄漏探測傳感器，并探索光纖傳感器用于氫氣輸送管道機械損傷和大規模泄漏的應用途徑?；诶庾V的微納光纖氫氣泄漏檢測技術，具有本質無源、高靈敏、快響應等特點，能夠解決現有大部分技術存在的與可燃氣體串擾、靈敏度低、響應速率慢、有毒性、存在暗火等問題，可有效提升輸氫管道、加氫站等涉氫場景痕量氫氣實時檢測技術能力和水平。

有序推進氫氣管輸業務，助力氫能產業健康發展

“十四五”期間，中國石化將加快培育并壯大氫能產供銷一體化產業鏈，推進打造中國第一氫能公司。伴隨氫能業務的快速發展，作為制、儲、運、加、用的業務鏈中的關鍵環節，氫的大規模高效運輸將成為中國石化氫能產業發展的重要內容之一。管道輸氫工藝簡單、經濟高效、管理方便，是有效解決氫氣大規模儲運問題的重要方式。中國石化已建成3條氫氣長輸管道和多條輸氫工藝管道，積累了較豐富的輸氫管道設計建設及運行管理經驗。

作為中國最大的氫能源供應商之一，中國石化具有強大的制氫基礎，氫氣年產量高達390萬噸，占全國氫氣產量的11%。目前，中國石化正在積極推動制氫技術從灰氫、藍氫向綠氫方向轉變，規劃布局的新疆太陽能發電制氫和內蒙古太陽能發電加風電制氫兩個百萬噸級綠氫示范項目，年產綠氫規模都超過世界上現有的同類項目，建成后有望成為世界上最大的綠氫生產項目。強大的制氫供氫能力成為中國石化發展氫全產業鏈、推進氫儲運基礎設施建設的先天優勢。

中國石化擁有中國最大的加油站供應網絡，站址遍布全國各地。在加油站的基礎上改建、擴建加氫站已被美國、日本等國家證實是加氫站網絡布局最快的方式。由于中國石化具備國內最大的交通能源營銷網絡，且對加油站進行改擴建成本低、效率高，因此加氫站建設布局成為氫能走廊規劃及輸送供應體系建設的重要決定因素。

當前氫能產業發展如火如荼，輸氫管道各項關鍵核心技術尚處于研發與優化階段，標準規范體系尚不完善，建議中國石化結合自身傳統領域及技術優勢，分階段有序部署氫儲運技術及產業發展，從標準體系構建、核心技術攻關及工程項目示范等3個維度同步推進氫儲運相關工作：

⒈標準先行引領高質量發展

統籌推進氫能產業標準體系謀劃布局，加快構建完善氫氣管輸標準，加強標準實施與監督，通過標準先行引領氫儲運領域高質量發展。初期可借鑒國際通用的輸氫管道相關標準規范，在我國相關標準規范框架下，融合中國石化氫能產業鏈技術及管理要求，編制中國石化輸氫管道/微網設計建設、運行管理規范，為標準化建設和規范化運營提供支撐。

⒉技術攻關夯實產業基礎

由于氫氣與天然氣或其他工業氣體存在較大差別，無論是在管材選擇、輸送工藝優化，還是在風險管理、泄漏檢測、完整性管理等安全保障措施方面，當前油氣管道或工業管道相關技術均難以完全適用，因此需要結合氫氣物理化學性質及燃燒爆炸特征，開展相關技術研究或優化升級，推動關鍵核心技術突破和提升，形成適用于輸氫管道的建設運維管理技術及模式，夯實中國石化氫能產業基礎。

⒊工程示范搶占市場先機

為加速推進中國石化高質量發展行動，確保氫能發展走在行業最前列，中國石化應立足氫能全產業鏈協調發展戰略布局，加快推進氫能產銷一體化示范項目，統籌規劃輸氫管道示范建設項目，打通氫源地與用氫市場的聯通動脈，以示范引領效應搶占氫能市場先機，主動引導政府布局氫能發展。

未來，隨著氫能產業的快速發展，氫的規?；瘍\需求將大幅提升，管道和管網將成為一定區域內氫氣經濟高效輸送的重要方式。因此，立足氫能產業發展要求，全面統籌并科學推進輸氫管道及輸氫微管網建設，對中國石化氫產業鏈全面協調發展具有重要作用。