管道输氢发展前景分析

近日，中国标准化协会【2022】109号文件立项批复了《氢气输送管道完整性管理规范》由城镇基础设施分会及其服务机构组织实施编制工作。

通知表示，根据氢能产业发展中长期规划，到2030年形成较为完备的氢能产业技术创新体系，从氢能需求总量上看，中国可能要增加1800万吨氢气的需求。由于管道输氢具有安全、便捷、输量大的特点，氢气管道将迎来广阔的发展前景。

从氢能储运产业链来看，管道输氢是长距离氢气输送最合适的方式。2022年2月10日，国家发改委和国家能源局联合印发了《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》，意见指出，在满足安全和质量标准等前提下，探索输气管道掺氢输送、纯氢管道输送、液氢运输等高效输氢方式。

2021年11月8日，内蒙古自治区科技重大专项“中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术研发”项目正式启动，该项目预计实施时间分为三年，对中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键问题进行研究，主要解决我国城镇用氢问题。

近两年我国管道输氢项目已经进入规划建设阶段，但其成本问题也一直被业界探讨。此外，对于纯输氢管道的建设成本居高不下这一问题，业内有专家提出，利用现有天然气管道进行天然气掺氢输送，可以大大解决输氢难题。

国外一直在进行天然气掺氢项目的实施，近日，法国启动第二个管道输氢项目。这条管道每年可输送12.5万吨氢气，相当于900兆瓦的电解量，每年可减少100万吨二氧化碳的碳排放。

荷兰企业SoluForce 开发了一种用于氢气应用的可缠绕增强热塑性工业管道系统 (RTP，也称为 FCP)。经认证，SoluForce FCP 可用于高达42 bar工作压力的氢气应用，这在氢运输领域独一无二。与钢铁材质管道相比，这种即用型柔性管道解决方案有望极大地促进绿氢的规模化应用。

氢能产业发展的重要条件之一是良好的氢能储运体系。我国三北地区正面临弃风、弃水、弃光等资源过剩的问题，利用天然气管道进行天然气掺氢利用输送至我国东部地区，缓解部分地区资源紧张的问题，平衡我国资源不均衡问题。

天然气掺氢工艺成本分析

氢气掺入天然气管道后会对管道造成一定的危害，主要包括氢脆、氢鼓泡、氢开裂等。其中，氢脆的危害最大，氢脆是在低温下形成的。钢制管道的氢脆是由于管道内壁受到氢气的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的脆断或延迟性的脆性破坏。应根据不同的氢脆机理，制定相应的防护方法。

天然气管网包括长输管道和配送管道，长输管道输送压力较高，一般选择高钢级钢管。有研究表明，钢级越高越容易发生氢脆。

CGA－5.6－2005《HydrogenPipelineSystem》研究表明，当天然气掺氢体积比≤10%时，可使用不高于X52钢级的管道直接运输，钢级高于X52的天然气管道需要进行氢脆试验。

我国天然气主产地集中于中西部及沿海地区，而消费地集中于东部及中部人口密集和经济发达地区。此外，我国进口管道天然气主要来自于中亚、缅甸、俄罗斯等地，入境地主要位于新疆、云南、内蒙古、黑龙江等地。因此我国非常重视天然气管网的建设，目前已初步形成了“西气东输、海气登陆、就近供应”的供气格局。到2015年，全国天然气主干管道里程约为10万km，城市天然气管道共43.46万km。

根据我国天然气的输气压力，可将天然气管道分为高压管道、中压管道及低压管道。高压管道一般为全国战略性管道，如西气东输管道、中亚天然气管道等，其压力一般为10～12MPa;中压管道一般为区内干线、联络线和干线配套支线管道等，设计压力为4～12MPa;低压管道一般为城市燃气管道，其压力低于4MPa。

我国天然气干线管道的输气压力为4～12MPa，材质一般为金属材料X60～X80和Ｒ245～Ｒ365等。在4MPa以上的工作压力下，氢气有可能渗入到管道中产生氢脆的影响，但由于掺氢体积比较低(≤10%)，氢气的分压也低(＜1MPa)，天然气掺氢对管道的实际影响有待进一步的验证。从欧美国家的经验来看，在较低的掺氢比和较低的氢气分压下，管道的氢脆基本可以忽略，利用天然气管道输送掺氢天然气的安全性可以得到保证。