我國輸氫管道建設跨入新階段 促進管線鋼管高質量發(fā)展

【內容提要】氫能作為一種綠色、高效的二次能源，被視為“21世紀終極能源”。氫的制取、儲存、運輸、應用技術備受關注，而氫能產業(yè)鏈中儲運是重要一環(huán)，文中簡要比較后，說明大規(guī)模長輸管道輸氫比長管拖車輸氫成本更低，因此，大規(guī)模長輸管道發(fā)展很快。本文簡述了國內外管道輸氫發(fā)展現狀。國內輸氫管道的技術關鍵在于抗氫致裂，目前輸氫管道建設跨入新階段，促進管線鋼管/熱軋板卷市場需求向高質量發(fā)展。

1、建設輸氫管道是氫能產業(yè)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)

目前，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯合發(fā)布《氫能產業(yè)中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，氫能正式被確立為未來國家能源體系的重要組成部分，成為實現綠色低碳轉型的重要載體。該規(guī)劃指出，“在中游儲運側，深入開展天然氣、氫氣的技術特性研究，充分利用現有天然氣管網基礎設施，打通氫能儲運的關鍵堵點”。

 上海市公布《上海市氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2022-2035年）》指出上海到2035年建設加H2站70座，產業(yè)鏈的產業(yè)規(guī)模大于1000億元；工業(yè)產氫能力達50萬噸/年，建設30公里輸氫管道。燃氫電池汽車保有量1萬輛。金山寶山工業(yè)副產品制氫，中長期海風電制氫。建設長江氫能運輸走廊，海外氫能生產基地，建設氫能進口碼頭。建設上?；^(qū)、寶武園區(qū)內部氫運輸網絡，吳涇地區(qū)高壓合成氣管線資源開發(fā)利用，上海臨港地區(qū)中長期加強輸氫管道建設，氫冶金技術開發(fā)應用等。

 從國家和各省市氫能產業(yè)發(fā)展的規(guī)劃中，建設輸氫管道是儲運重要的一環(huán)。

2、長管拖車輸氫與長輸管線輸氫的經濟比較

  關于氫氣輸送，現階段主要有兩種方式。一種是高壓長管拖車運輸氫氣，一種是長輸管道運輸氫氣。選用何種輸氫方式，取決于運輸成本。

  高壓長管拖氫在小規(guī)模、短半徑用氫時經濟性最佳。據測算，規(guī)模為500公斤/天，距離輸氫源點100公里的加氫站，運輸成本為6.50元人民幣/公斤。距離500公里時運輸成本達到16.14元人民幣/公斤。因此，考慮到經濟性問題，長管拖車運氫一般適用于200公里內的短距離運輸。

  管道輸氫在大規(guī)模輸送下，經濟性最佳。據測算，當長度25公里，年輸送能力10.04萬噸的輸氫管道，運氫成本為1.16元人民幣/公斤。因為壓縮每公斤氫所消耗的電量是相對固定的，管道運氫成本增加主要是與運輸距離正相關的管材折舊及維護費用。

  所以在大規(guī)模輸送下，管道輸氫量具備明顯的成本優(yōu)勢。當輸送距離為100公里時，運輸氫氣的成本為1.43元人民幣，同等運輸距離下管道輸氫成本遠低于高壓長管拖車及低溫液態(tài)輸氫。因此，管道輸氫得到快速發(fā)展。

3、國內外長輸氫管線的現狀簡述

  目前全世界已建設輸氫管道全長約4670公里，其中美國輸氫管道約2600公里，歐洲輸氫管道約1770公里，北美輸氫管道約150公里，其他地區(qū)包括日本、韓國、越南、澳大利亞、巴西、泰國、印尼、南非等國，其輸氫管道總長度約150公里。

  國內輸氫管道建設起步較晚，摻氫管道和純氫管道工程都在建設當中。據統(tǒng)計，國內純氫管道已建設和正在運營的總長度目前大約為400公里。其中有：①2022年11月上海市4公里輸氫管道，設計輸氫能力5040噸/年，該項目作為全球第一個完全面向新能源汽車行業(yè)的輸氫管道。②2022年4月甘肅省玉門油田輸氫管道工程，連接玉門煉廠氫氣加注站，長度5.77公里，管徑φ200毫米，壓力2.5Mpa,年輸氫能力為7000噸。③2022年10月寧夏寧東天然氣摻氫降碳示范工程，包括704公里的輸氫主管線和一個燃氣管網摻氫試驗平臺。④2014年4月巴陵一長嶺輸氫管道，全長42公里，管徑φ457毫米，設計壓力4Mpa，年輸氫量4.42萬噸，鋼管材質為無縫鋼管。⑤2005年8月濟源-洛陽輸氫管道，管徑φ508毫米，設計壓力4.0Mpa，鋼管材質為L245無縫鋼管，年輸氫量10.04萬噸，全長25公里。⑥2008年金陵-揚子氫氣管道長度32公里，年輸氫約5萬噸，設計壓力4Mpa，管徑φ325毫米，鋼管材質20#石油裂化鋼。⑦2021年6月河北定州-高碑店輸氫管道，全長164.7公里，年輸氫量10萬噸。⑧2022年7月通遼市輸氫管道4.7公里，管徑φ323.9毫米，設計 壓力1.6Mpa，可純氫或摻氫輸送。以上項目為工業(yè)副產品氫和綠氫的輸送管道，此外，還有兩條煤炭行業(yè)的輸氫管道，用于焦爐煤氣和氫氣混合運輸，氫氣混量占比較少。⑨2021年10月烏海-銀川焦爐煤氣管道，用于焦爐煤氣和氫氣混合輸送，管道總長217.5公里，管徑φ610毫米，設計壓力3Mpa，采用L245直縫埋弧焊管。⑩2021年義烏-鄭州煤氣輸送管道，長194公里，管徑φ426毫米，設計壓力2.5Mpa，鋼管材質螺旋埋弧焊管，用于優(yōu)質潔凈煤氣和混合氫氣輸送。

  除了以上項目，國家電投還在天然氣摻氫技術和示范項目方面進行布局，最高摻氫比例已達24%（體積分數）。例如遼寧朝陽天然氣摻氫項目安全運行已達1年多。

4、國內長輸氫管線建設步入新階段

以上這些管道對輸氫來說，遠遠不夠。從制氫產地來說，多集中在煤炭化工的北方地區(qū)；風光儲氫一體化項目的可再生能源制氫基地也多是在北方地區(qū)。而作為氫能用戶基地主要在南方地區(qū)，氫能需求量巨大，只能依靠從北方輸氫來緩解氫能來源問題。目前輸氫長輸管道市場有待進一步開發(fā)，管道有待多建。據《中國氫能產業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書》預測，我國將于2030年實現長輸氫管道總長度達到3000公里，目前，有兩條重要輸氫長輸管道正在籌劃之中。

2022年12月23日，內蒙古科學技術研究院與中國石油天然氣管道工程有限公司、中太（蘇州）氫能源科技有限公司三方將合作共建烏海至呼和浩特輸氫管道暨“內蒙古氫能走廊”項目。該項目以烏海藍氫基地為起點，途徑黃河“幾字彎”大型清潔能源基地。聯結蒙東、蒙西的重要氫能儲運基礎設施，能夠有效支撐“氫-電”耦合發(fā)展，降低風電、光伏項目的投資強度，有效促進可再生能源開發(fā)。該項目擬建設成我國壓力最高、長度最大的氫氣干線管道。

2023年4月10日，中國石化“西氫東送”輸氫管道示范工程已納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》，我國首個純氫長輸管道項目啟動，標志著我國氫氣長距離輸送管道進入新的發(fā)展階段。“西氫東送”管道工程起于內蒙古烏蘭察布市，終點北京市燕山石化公司，管道全長400多公里，途徑內蒙古、河北、北京三?。ㄊ校?、9個縣區(qū)，是我國目前首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的純氫輸送管道，管道一期工程運力10萬噸/年，預留50萬噸/年遠期提升潛力，并在沿線多地預留端口，便于接入潛在氫源。“西氫東送”管道的建設助力京津冀氫能走廊的高效發(fā)展和“雙碳”目標的實現。

“西氫東送”輸氫管道示范工程已經在路由選址、技術研究、工程建設方案等方面，基本完成了可行性研究報告的編制，項目各項工作正在推進。

5、輸氫管道的技術關鍵在于抗氫致裂

從技術上來看，在管道輸氫與油氣管道因介質流動與燃爆特性的不同，在壓力氣態(tài)輸氫過程中，在臨氫環(huán)境下，管道中的氫氣分子吸附于鋼材表面，隨后以原子形式滲入金屬內部，使管線鋼發(fā)生氫致裂，加劇管道失效的突發(fā)性，抗氫致裂是管道及管材高質量發(fā)展的方向。因此，在管材成分構成、管道工程設計與安全保障方面是輸氫管道與油氣管道存在明顯差異。

 中國石化建設運營金陵-揚子氫氣管道、巴陵-長嶺氫氣輸送管線、濟源-洛陽氫氣管道，最長投運時間約16年。在積累輸氫管道運營實踐經驗基礎上，中國石化率先形成氫氣管道核心技術體系，掌握了氫環(huán)境下不同鋼級管材及焊接接頭性能的綜合評估與應用技術，初步形成了氫氣長輸管道增壓輸送，安全泄放、管材評價、焊接安裝和安全防護等核心技術體系。同時完成了企業(yè)中標準《氫氣輸送管道工程技術規(guī)范》編制，填補了國內該領域標準的空白。

  此外，2021年7月，由西南市政總院主編《城鎮(zhèn)民用氫氣輸配系統(tǒng)工程技術規(guī)程》編制工作正式啟動，中國標準化協會批復了由北京市公用工程設計監(jiān)理有限公司主編的《氫氣輸送工業(yè)管道技術規(guī)程》。

  中石油承擔濟源-洛陽氫氣管道設計以及中標定州-高碑店輸氫管道可行性研究項目，以及內蒙古包頭輸氫管道項目的實踐經驗，中石油系統(tǒng)的鋼管企業(yè)會同首鋼等企業(yè)正在編制輸氫鋼管和熱軋抗氫卷板的企業(yè)標準。

  輸氫管道的技術關鍵在于抗氫致裂。首鋼企業(yè)的研究院對鋼鐵材料抗氫致裂進行了研究，并有突破性進展。中石油科研及鋼管企業(yè)對氫的儲運技術也進行系統(tǒng)分析研究。美國對輸氫管道用鋼材推薦x42、x52等低強度管線鋼?？箽滗摴芷潢P鍵在于化學成份、顯微組織要求控制更為嚴格，主要包括硫（S）、磷（P）、碳（C）、非金屬夾雜物及帶狀組織和硬度等，并選用具有低焊接當量、具有針狀鐵素體/貝氏體顯微組織，強度級別≦x65，輸氫壓力≦10Mpa。焊管管型可用HFW高頻鋼管或埋弧焊管以及雙金屬復合管等。

作者：上海鋼管行業(yè)協會  彭在美                  浙江金洲管道科技股份有限公司  劉建偉

上海鋼聯電子商務股份有限公司 陳文花

備注：數據僅供參考，不作為投資依據。