4月10日，中國石化“西氫東送”輸氫管道示范工程納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實(shí)施方案》，我國首個(gè)純氫長(cháng)輸管道項目啟動(dòng)，標志著(zhù)我國氫氣長(cháng)距離輸送管道進(jìn)入新的發(fā)展階段。4月16日，中國石油對外發(fā)布消息，用現有天然氣管道長(cháng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得了突破，這為我國今后實(shí)現大規模、低成本的遠距離氫能運輸提供了技術(shù)支撐。
“西氫東送”管道工程起于內蒙古烏蘭察布，終于北京市燕山石化公司，管道全長(cháng)400多公里，途經(jīng)內蒙古、河北、北京3?。ㄊ?、區）、9個(gè)縣區，是我國首條跨省區、大規模、長(cháng)距離的純氫輸送管道，管道一期工程運力為10萬(wàn)噸/年，預留50萬(wàn)噸/年遠期提升潛力，并在沿線(xiàn)多地預留端口，便于接入潛在氫源。
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(shù)備受關(guān)注，其中，儲運是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)中長(cháng)期規劃（2021-2035年）》指出，“在中游儲運側，深入開(kāi)展天然氣、氫氣的技術(shù)特性研究，充分利用現有天然氣管網(wǎng)基礎設施，打通氫能儲運的關(guān)鍵堵點(diǎn)”。上海市公布的《上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃（2022-2035年）》提出，到2035年，工業(yè)產(chǎn)氫能力達50萬(wàn)噸/年，建設30公里輸氫管道。建設上?；^、寶武園區內部氫運輸網(wǎng)絡(luò )，上海臨港地區中長(cháng)期加強輸氫管道建設等。
從國家和各省市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規劃中可以看出，建設輸氫管道是儲運的重要一環(huán)，對管道用鋼提出了新要求。
目前國內純氫管道總長(cháng)約400公里
成本優(yōu)勢將助推管道輸氫發(fā)展
關(guān)于氫氣輸送，現階段主要有兩種方式，一是高壓長(cháng)管拖車(chē)運輸氫氣，二是長(cháng)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(cháng)管拖車(chē)在小規模、短半徑輸氫時(shí)經(jīng)濟性最佳。據測算，規模為500千克/天、距離輸氫源點(diǎn)100公里的加氫站，運輸成本為6.50元/千克。距離500公里時(shí)，運輸成本達到16.14元/千克。因此，考慮到經(jīng)濟性問(wèn)題，長(cháng)管拖車(chē)輸氫一般適用于短距離運輸。
管道在大規模輸氫時(shí)，經(jīng)濟性最佳。據測算，長(cháng)度25公里、年輸送能力10.04萬(wàn)噸的輸氫管道，運氫成本為1.16元/千克。因為壓縮每千克氫所消耗的電量是相對固定的，管道輸氫成本增加主要是與運輸距離正相關(guān)的管材折舊及維護費用。當輸送距離為100公里時(shí)，管道運輸氫氣的成本為1.43元/千克?？梢?jiàn)，在大規模輸送時(shí)，管道輸氫量具備明顯的成本優(yōu)勢。這有利于推動(dòng)管道輸氫得到快速發(fā)展。
目前，全世界已建設輸氫管道全長(cháng)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，日本、韓國、越南、澳大利亞、巴西、泰國、印尼、南非等國輸氫管道總長(cháng)度約150公里。
我國輸氫管道建設則起步較晚，摻氫管道和純氫管道工程都在建設當中。據統計，國內純氫管道已建設和正在運營(yíng)的總長(cháng)度目前大約為400公里。如2022年11月投運的上海市4公里輸氫管道，設計輸氫能力5040噸/年，是全球第一個(gè)完全面向新能源汽車(chē)行業(yè)的輸氫管道；2022年4月開(kāi)工的甘肅省玉門(mén)油田輸氫管道工程，連接玉門(mén)煉廠(chǎng)氫氣加注站，長(cháng)度5.77公里，管徑200毫米，壓力2.5兆帕，年輸氫能力為7000噸；2021年10月開(kāi)工的烏海-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(cháng)217.5公里，管徑610毫米，設計壓力3兆帕，采用L245直縫埋弧焊管；2021年義烏—鄭州煤氣輸送管道，用于優(yōu)質(zhì)潔凈煤氣和混合氫氣輸送，長(cháng)194公里，管徑426毫米，設計壓力2.5兆帕，采用螺旋埋弧焊管；等等。
除了以上項目，國家電投還在天然氣摻氫技術(shù)和示范項目方面進(jìn)行布局，最高摻氫比例已達24%（體積分數）。
國內長(cháng)輸氫管線(xiàn)建設步入新階段
抗氫致裂技術(shù)亟待突破
以上這些管道對輸氫來(lái)說(shuō)，遠遠不夠。制氫產(chǎn)地多集中在煤炭化工產(chǎn)業(yè)聚焦的北方地區，風(fēng)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。而氫能用戶(hù)基地主要在南方地區，氫能需求量巨大，只能依靠從北方輸氫來(lái)緩解氫能來(lái)源問(wèn)題。目前，長(cháng)輸氫管道市場(chǎng)有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。據《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(shū)》預測，我國將于2030年實(shí)現長(cháng)輸氫管道總長(cháng)度3000公里。目前，有2條重要輸氫長(cháng)輸管道建設正在籌劃之中。
從技術(shù)上來(lái)看，在高壓氣態(tài)輸氫過(guò)程中，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(xiàn)鋼發(fā)生氫致裂，加劇管道失效的突發(fā)性，抗氫致裂是管材高質(zhì)量發(fā)展的方向。因此，管材成分構成、管道工程設計與安全保障是輸氫管道與油氣管道的明顯差異。
中國石化建設運營(yíng)金陵—揚子氫氣管道、巴陵—長(cháng)嶺氫氣輸送管線(xiàn)、濟源—洛陽(yáng)氫氣管道，最長(cháng)投運時(shí)間約16年。在積累輸氫管道運營(yíng)實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，中國石化形成氫氣管道核心技術(shù)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(shù)，初步形成了氫氣長(cháng)輸管道增壓輸送，安全泄放、管材評價(jià)、焊接安裝和安全防護等核心技術(shù)體系，同時(shí)完成了《氫氣輸送管道工程技術(shù)規范》編制，填補了國內該領(lǐng)域標準的空白。
輸氫管道的技術(shù)關(guān)鍵在于抗氫致裂。目前首鋼技術(shù)研究院對抗氫致裂的鋼鐵材料進(jìn)行了研究，并已取得突破性進(jìn)展；中石油科研及鋼管企業(yè)對氫的儲運技術(shù)進(jìn)行了系統分析研究；美國對輸氫管道用鋼材推薦X42、X52等低強度管線(xiàn)鋼。
抗氫鋼管的關(guān)鍵在于對化學(xué)成分、顯微組織的要求更為嚴格，主要包括硫（S）、磷（P）、碳（C）、非金屬夾雜物及帶狀組織等，要求具有低焊接當量、針狀鐵素體/貝氏體顯微組織，強度級別≦X65，輸氫壓力≦10兆帕；焊管管型可用HFW（高頻直縫鋼管）或埋弧焊管以及雙金屬復合管等。國內鋼鐵企業(yè)、鋼管企業(yè)應在這些產(chǎn)品領(lǐng)域加大科研力度，助推“西氫東送”國家工程的落地。
（彭在美 劉建偉 陳文花）（作者彭在美系上海鋼管行業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )高級顧問(wèn)，劉建偉系浙江金洲管道科技股份有限公司市場(chǎng)總監，陳文花系上海鋼聯(lián)電子商務(wù)股份有限公司鋼管事業(yè)部總經(jīng)理助理）
