标准不全、建设困难！氢储运何时实现长距离、大规模？

氢能产业发展正处在初期突破的关键阶段。纵观整个氢能产业链，中游氢气的储运环节最为关键。对于长距离、大规模输氢需要，管道输氢具备良好优势。

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对于氢储运的发展具有重要意义。

2023年4月10日，“西氢东送”输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，标志着中国氢气长距离输送管道项目正式启动。

“西氢东送”管道规划经过内蒙古、河北、北京等三省（市）九个县区，管道全长400多公里，一期运力10万吨/年，预留50万吨/年的远期提升潜力，是中国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道,可缓解中国绿氢供需错配的问题。

2023年4月16日，宁夏宁德的天然气管道（长397公里）长距离输氢技术获突破，氢气比例逐步达到24%，整体运行平稳。

当下，市场对氢能的需求日益旺盛，掺氢技术以及长距离输氢技术的突破，意味着我国输氢管道有望开启市场化推广。

何为管道输氢？

氢气的管道运输，是指在制氢工厂与氢气站、用氢单位等之间建设一定的管道，氢气以气态形式进行运输的方式。

根据输送距离，管道输氢分为长距离管道和短距离管道，前者主要用于制氢工厂与氢气站之间的长距离运输，输氢压力较高、管道直径较大。后者主要用于氢气站与各个用户之间的氢气配送，输氢压力较低，管道直径较小。

根据氢气纯度，又可分为天然气掺氢管道和纯氢管道，前者是指在氢能发展初期，利用现有的天然气管道，将氢气加压后输入，使氢气与天然气混合输送的方式。后者是指专门用于纯氢气运输的管道，但铺设难度大、投资成本较高，是氢能管网建设的终极目标形态。

全球输氢管道建设概况
据统计，全球范围内氢气输送管道已经超过5000km，这些管道主要是由氢气的生产商来运行。美国输氢管道总里程已超过2700km，排名第一，欧洲氢气输送管道长度也达到1770km。

管道输氢技术走在最前端的是美国，最高运行压力到10.3兆帕，主要是位于墨西哥湾沿岸，有1000公里左右的管线。

欧洲于2020年7月提出欧洲氢能主干管网规划，目前已经扩展到28个国家地区的31家天然气基础设施公司。

预计到2030年建成5个泛欧氢气供应和进口的氢走廊及近28,000公里的输氢管道，到2040年建立一个约53.000公里的氢气输送管道网络。未来仍将进一步增长。估计总投资达800-1430亿欧元。

陆上管道运输来看，每公斤氢气每运输1,000公里的平均运输成本为0.11-0,21欧元，如果仅通过海底管道运输氢气，则每公斤氢气每运输1,000公里的平均运输成本为0.17-0.32欧元。

我国目前的管道长度仍然落后发达国家，建设进度较慢，目前国内总里程仅400公里，在用的管道只有百公里左右。

2022年，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，文件提出要开展掺氢天然气管道、纯氢管道等试点示范。

氢能观察统计，目前国内已建设多条纯氢管道及掺氢管道，输氢管网建设正加速发展。

建设输氢管道的难题在于管道钢材的选择以及技术突破上，由于钢材对于氢气的适应性较难把控，导致输氢管道的材料要求和密封要求都非常高，进而增大了输氢管道的建设难度。

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。

材料要求

氢脆对钢材的微观组织结构和化学成分十分敏感。钢材中大量的位错、晶界等位置容易导致H原子聚集；夹杂物周围存在大量不规则空隙，也极易聚集H原子，诱发氢脆开裂。此外，钢材中的C、S等掺杂元素也容易聚集H原子，其含量的控制是关键问题。

钢材的强度与抗氢脆性能难以兼具。通常来讲，钢材强度越高，氢脆敏感性越高。现有输氢管道多采用X42、X52等级别，强度较低的管线钢材。更高强度的X70、X80、X90等常常掺入S、P、Al、Mn等极易造成偏析与夹杂的元素，导致氢脆敏感性增强，现阶段无法应用于输氢管道。美国ASME B31.12标准便将输氢管道钢级限制在X52以下，使用更高钢级必须展开室温氢环境下材料应力强度因子门槛值Ｋth的测试试验。

对材料的测试与评价方法要求更高。以X80钢为例，X80钢内掺杂物较少，是十分有潜力的输氢管道备选钢材。但是研究发现，不同处理方法下某些X80钢耐氢脆性能优异，有些却在氢气环境下迅速速开裂失效（与微观组织结构不同有关）。这就意味着在管道输氢领域，相比于材料的型号，科学、合理的测试评价对于输氢管材的选择更加重要。

密封要求

输氢管道连接部位多，潜在泄露位置多。输氢管道连接有管道之间的连接以及管道与附件的连接，阀门等的内部结构处也有大量连接点，加上氢气本身的易渗透易泄露性质，给输氢管道的密封提出了更高要求。此外，附件位置的潜在泄露点更多，仅管线阀门处就比静态储氢罐相应位置多10项左右。

密封方式与密封材料要求更高。《氢气站设计规范》等标准输氢管道之间连接必须使用焊接，连接管道与附件之间的连接可以使用法兰或锥管螺纹连接，但螺纹连接时必须使用密封性能更高的聚四氟乙烯等填料。

监测要求

针对氢气的泄漏扩散安全性与风险评估，国内外研究主要集中于氢气泄漏扩散规律、燃烧爆炸机理与后果预测、风险评估模型与工具开发等方面，我国目前在输氢管道方面的风险评价与管控技术体系尚不完备，尚未形成统一的风险评判标准。

针对氢气泄漏问题，全球各大公司也正在开发氢气泄漏探测传感器，并探索光纤传感器用于氢气输送管道机械损伤和大规模泄漏的应用途径。基于拉曼光谱的微纳光纤氢气泄漏检测技术，具有本质无源、高灵敏、快响应等特点，能够解决现有大部分技术存在的与可燃气体串扰、灵敏度低、响应速率慢、有毒性、存在暗火等问题，可有效提升输氢管道、加氢站等涉氢场景痕量氢气实时检测技术能力和水平。
在氢气泄漏检测方面，我国已在开展相关项目研究。

2022年11月，北京航天实验技术研究所中标国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司的氢气泄漏监检测系统研发项目。该项目是中国航天科技集团与国家管网集团签署战略合作后的首个氢供给安全领域项目，项目的研究成果将为站场的安全监测及预警提供重要技术保障，为国内管道输氢战略布局提供强有力的技术支撑，有效保障能源供给安全。

技术标准

氢气长输管道的许多规范和标准与天然气长输管道相似，但由于两种气体物理性质差异较大，因此规范和标准还存在一些不同之处，不能直接采用天然气长输管道标准规范进行设计、建设等。

国内关于氢气管道的标准有GB 50177《氢气站设计规范》、GB 4962《氢气使用安全技术规程》。GB 50177适用于新建、改建、扩建的氢气站、供氢站及厂区和车间的氢气管道设计。GB 4962规定了气态氢在使用、置换、储存、压缩与充（灌）装、排放过程以及消防与紧急情况处理、安全防护方面的安全技术要求，适用于气态氢生产后地面上各作业场所，不适用于液态氢、水上气态氢、航空用氢场所及车上供氢系统，氢气生产中的相应环节可参照执行。上述两个标准均不适用于埋地氢气长输管道，所以目前国内尚无针对氢气长输管道的标准体系。

输氢管道建设一直是我国氢气储运规模化发展的重点课题之一，氢气管网规划难、设计难、建设难等问题正在逐步显现。鉴于纯氢管道钢材选取需谨慎、标准体系待完善等问题，有专家学者提出建设掺氢管道的“缓兵之计”。

在政策及市场需求推动下，我国管道输氢技术快速发展。当前，天然气掺氢比例一般在2%~20%，20%是实验室的理论值。宁夏宁德的天然气管道（长397公里）氢气比例逐步达到24%，整体运行平稳。

天然气掺氢在短时间内可解决长距离输氢难题，然而，从长远来看，纯氢管道建设也应加紧进行。未来，随着氢能产业的快速发展，氢的规模化储运需求将大幅提升，管道和管网将成为一定区域内氢气经济高效输送的重要方式。因此，立足氢能产业发展要求，全面统筹并科学推进输氢管道及输氢微管网建设，对氢能储运产业全面协调发展具有重要作用。