氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處在初期突破的關(guān)鍵階段。縱觀整個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，中游氫氣的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)最為關(guān)鍵。對(duì)于長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸氫需要，管道輸氫具備良好優(yōu)勢(shì)。

在所有的氫能輸運(yùn)方案中，管道運(yùn)輸是最經(jīng)濟(jì)方式，利用現(xiàn)有天然氣管線摻氫和新建純氫管道輸氫對(duì)于氫儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展具有重要意義。

2023年4月10日，“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，標(biāo)志著中國(guó)氫氣長(zhǎng)距離輸送管道項(xiàng)目正式啟動(dòng)。

“西氫東送”管道規(guī)劃經(jīng)過(guò)內(nèi)蒙古、河北、北京等三省（市）九個(gè)縣區(qū)，管道全長(zhǎng)400多公里，一期運(yùn)力10萬(wàn)噸/年，預(yù)留50萬(wàn)噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力，是中國(guó)首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道,可緩解中國(guó)綠氫供需錯(cuò)配的問(wèn)題。

2023年4月16日，寧夏寧德的天然氣管道（長(zhǎng)397公里）長(zhǎng)距離輸氫技術(shù)獲突破，氫氣比例逐步達(dá)到24%，整體運(yùn)行平穩(wěn)。

當(dāng)下，市場(chǎng)對(duì)氫能的需求日益旺盛，摻氫技術(shù)以及長(zhǎng)距離輸氫技術(shù)的突破，意味著我國(guó)輸氫管道有望開(kāi)啟市場(chǎng)化推廣。

何為管道輸氫？

氫氣的管道運(yùn)輸，是指在制氫工廠與氫氣站、用氫單位等之間建設(shè)一定的管道，氫氣以氣態(tài)形式進(jìn)行運(yùn)輸?shù)姆绞健?br/>根據(jù)輸送距離，管道輸氫分為長(zhǎng)距離管道和短距離管道，前者主要用于制氫工廠與氫氣站之間的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，輸氫壓力較高、管道直徑較大。后者主要用于氫氣站與各個(gè)用戶之間的氫氣配送，輸氫壓力較低，管道直徑較小。
根據(jù)氫氣純度，又可分為天然氣摻氫管道和純氫管道，前者是指在氫能發(fā)展初期，利用現(xiàn)有的天然氣管道，將氫氣加壓后輸入，使氫氣與天然氣混合輸送的方式。后者是指專(zhuān)門(mén)用于純氫氣運(yùn)輸?shù)墓艿溃佋O(shè)難度大、投資成本較高，是氫能管網(wǎng)建設(shè)的終極目標(biāo)形態(tài)。

全球輸氫管道建設(shè)概況
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道已經(jīng)超過(guò)5000km，這些管道主要是由氫氣的生產(chǎn)商來(lái)運(yùn)行。美國(guó)輸氫管道總里程已超過(guò)2700km，排名第一，歐洲氫氣輸送管道長(zhǎng)度也達(dá)到1770km。

管道輸氫技術(shù)走在最前端的是美國(guó)，最高運(yùn)行壓力到10.3兆帕，主要是位于墨西哥灣沿岸，有1000公里左右的管線。
歐洲于2020年7月提出歐洲氫能主干管網(wǎng)規(guī)劃，目前已經(jīng)擴(kuò)展到28個(gè)國(guó)家地區(qū)的31家天然氣基礎(chǔ)設(shè)施公司。

預(yù)計(jì)到2030年建成5個(gè)泛歐氫氣供應(yīng)和進(jìn)口的氫走廊及近28,000公里的輸氫管道，到2040年建立一個(gè)約53.000公里的氫氣輸送管道網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)仍將進(jìn)一步增長(zhǎng)。估計(jì)總投資達(dá)800-1430億歐元。

陸上管道運(yùn)輸來(lái)看，每公斤氫氣每運(yùn)輸1,000公里的平均運(yùn)輸成本為0.11-0,21歐元，如果僅通過(guò)海底管道運(yùn)輸氫氣，則每公斤氫氣每運(yùn)輸1,000公里的平均運(yùn)輸成本為0.17-0.32歐元。

我國(guó)目前的管道長(zhǎng)度仍然落后發(fā)達(dá)國(guó)家，建設(shè)進(jìn)度較慢，目前國(guó)內(nèi)總里程僅400公里，在用的管道只有百公里左右。

2022年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，文件提出要開(kāi)展摻氫天然氣管道、純氫管道等試點(diǎn)示范。

氫能觀察統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已建設(shè)多條純氫管道及摻氫管道，輸氫管網(wǎng)建設(shè)正加速發(fā)展。

建設(shè)輸氫管道的難題在于管道鋼材的選擇以及技術(shù)突破上，由于鋼材對(duì)于氫氣的適應(yīng)性較難把控，導(dǎo)致輸氫管道的材料要求和密封要求都非常高，進(jìn)而增大了輸氫管道的建設(shè)難度。
受氣體物性差異、管道材質(zhì)特性、摻氫比和外部環(huán)境等影響，氫氣進(jìn)入管道后容易產(chǎn)生氫脆、滲透和泄漏等風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，氫氣壓力、純凈度、環(huán)境溫度、管道強(qiáng)度水平、變形速率、微觀組織等因素均會(huì)影響氫氣對(duì)管道的損傷程度。管道鋼級(jí)越高越容易受氫氣影響，低強(qiáng)度鋼更適合加氫天然氣的輸送。氫氣濃度低于 50% 時(shí)，管道不易發(fā)生嚴(yán)重?cái)嗔眩还茌攭毫Φ陀?MPa時(shí)，管道不易在缺陷處發(fā)生氫致裂紋擴(kuò)展。

材料要求

氫脆對(duì)鋼材的微觀組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分十分敏感。鋼材中大量的位錯(cuò)、晶界等位置容易導(dǎo)致H原子聚集；夾雜物周?chē)嬖诖罅坎灰?guī)則空隙，也極易聚集H原子，誘發(fā)氫脆開(kāi)裂。此外，鋼材中的C、S等摻雜元素也容易聚集H原子，其含量的控制是關(guān)鍵問(wèn)題。

鋼材的強(qiáng)度與抗氫脆性能難以兼具。通常來(lái)講，鋼材強(qiáng)度越高，氫脆敏感性越高。現(xiàn)有輸氫管道多采用X42、X52等級(jí)別，強(qiáng)度較低的管線鋼材。更高強(qiáng)度的X70、X80、X90等常常摻入S、P、Al、Mn等極易造成偏析與夾雜的元素，導(dǎo)致氫脆敏感性增強(qiáng)，現(xiàn)階段無(wú)法應(yīng)用于輸氫管道。美國(guó)ASME B31.12標(biāo)準(zhǔn)便將輸氫管道鋼級(jí)限制在X52以下，使用更高鋼級(jí)必須展開(kāi)室溫氫環(huán)境下材料應(yīng)力強(qiáng)度因子門(mén)檻值Ｋth的測(cè)試試驗(yàn)。

對(duì)材料的測(cè)試與評(píng)價(jià)方法要求更高。以X80鋼為例，X80鋼內(nèi)摻雜物較少，是十分有潛力的輸氫管道備選鋼材。但是研究發(fā)現(xiàn)，不同處理方法下某些X80鋼耐氫脆性能優(yōu)異，有些卻在氫氣環(huán)境下迅速速開(kāi)裂失效（與微觀組織結(jié)構(gòu)不同有關(guān)）。這就意味著在管道輸氫領(lǐng)域，相比于材料的型號(hào)，科學(xué)、合理的測(cè)試評(píng)價(jià)對(duì)于輸氫管材的選擇更加重要。

密封要求

輸氫管道連接部位多，潛在泄露位置多。輸氫管道連接有管道之間的連接以及管道與附件的連接，閥門(mén)等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)處也有大量連接點(diǎn)，加上氫氣本身的易滲透易泄露性質(zhì)，給輸氫管道的密封提出了更高要求。此外，附件位置的潛在泄露點(diǎn)更多，僅管線閥門(mén)處就比靜態(tài)儲(chǔ)氫罐相應(yīng)位置多10項(xiàng)左右。

密封方式與密封材料要求更高。《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)輸氫管道之間連接必須使用焊接，連接管道與附件之間的連接可以使用法蘭或錐管螺紋連接，但螺紋連接時(shí)必須使用密封性能更高的聚四氟乙烯等填料。

監(jiān)測(cè)要求
針對(duì)氫氣的泄漏擴(kuò)散安全性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，國(guó)內(nèi)外研究主要集中于氫氣泄漏擴(kuò)散規(guī)律、燃燒爆炸機(jī)理與后果預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與工具開(kāi)發(fā)等方面，我國(guó)目前在輸氫管道方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管控技術(shù)體系尚不完備，尚未形成統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)氫氣泄漏問(wèn)題，全球各大公司也正在開(kāi)發(fā)氫氣泄漏探測(cè)傳感器，并探索光纖傳感器用于氫氣輸送管道機(jī)械損傷和大規(guī)模泄漏的應(yīng)用途徑。基于拉曼光譜的微納光纖氫氣泄漏檢測(cè)技術(shù)，具有本質(zhì)無(wú)源、高靈敏、快響應(yīng)等特點(diǎn)，能夠解決現(xiàn)有大部分技術(shù)存在的與可燃?xì)怏w串?dāng)_、靈敏度低、響應(yīng)速率慢、有毒性、存在暗火等問(wèn)題，可有效提升輸氫管道、加氫站等涉氫場(chǎng)景痕量氫氣實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)能力和水平。

在氫氣泄漏檢測(cè)方面，我國(guó)已在開(kāi)展相關(guān)項(xiàng)目研究。

2022年11月，北京航天實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究所中標(biāo)國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究總院分公司的氫氣泄漏監(jiān)檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目。該項(xiàng)目是中國(guó)航天科技集團(tuán)與國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)簽署戰(zhàn)略合作后的首個(gè)氫供給安全領(lǐng)域項(xiàng)目，項(xiàng)目的研究成果將為站場(chǎng)的安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警提供重要技術(shù)保障，為國(guó)內(nèi)管道輸氫戰(zhàn)略布局提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，有效保障能源供給安全。
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

氫氣長(zhǎng)輸管道的許多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與天然氣長(zhǎng)輸管道相似，但由于兩種氣體物理性質(zhì)差異較大，因此規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還存在一些不同之處，不能直接采用天然氣長(zhǎng)輸管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)等。

國(guó)內(nèi)關(guān)于氫氣管道的標(biāo)準(zhǔn)有GB 50177《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 4962《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》。GB 50177適用于新建、改建、擴(kuò)建的氫氣站、供氫站及廠區(qū)和車(chē)間的氫氣管道設(shè)計(jì)。GB 4962規(guī)定了氣態(tài)氫在使用、置換、儲(chǔ)存、壓縮與充（灌）裝、排放過(guò)程以及消防與緊急情況處理、安全防護(hù)方面的安全技術(shù)要求，適用于氣態(tài)氫生產(chǎn)后地面上各作業(yè)場(chǎng)所，不適用于液態(tài)氫、水上氣態(tài)氫、航空用氫場(chǎng)所及車(chē)上供氫系統(tǒng)，氫氣生產(chǎn)中的相應(yīng)環(huán)節(jié)可參照?qǐng)?zhí)行。上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均不適用于埋地氫氣長(zhǎng)輸管道，所以目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)氫氣長(zhǎng)輸管道的標(biāo)準(zhǔn)體系。

輸氫管道建設(shè)一直是我國(guó)氫氣儲(chǔ)運(yùn)規(guī)模化發(fā)展的重點(diǎn)課題之一，氫氣管網(wǎng)規(guī)劃難、設(shè)計(jì)難、建設(shè)難等問(wèn)題正在逐步顯現(xiàn)。鑒于純氫管道鋼材選取需謹(jǐn)慎、標(biāo)準(zhǔn)體系待完善等問(wèn)題，有專(zhuān)家學(xué)者提出建設(shè)摻氫管道的“緩兵之計(jì)”。
在政策及市場(chǎng)需求推動(dòng)下，我國(guó)管道輸氫技術(shù)快速發(fā)展。當(dāng)前，天然氣摻氫比例一般在2%~20%，20%是實(shí)驗(yàn)室的理論值。寧夏寧德的天然氣管道（長(zhǎng)397公里）氫氣比例逐步達(dá)到24%，整體運(yùn)行平穩(wěn)。

天然氣摻氫在短時(shí)間內(nèi)可解決長(zhǎng)距離輸氫難題，然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，純氫管道建設(shè)也應(yīng)加緊進(jìn)行。未來(lái)，隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，氫的規(guī)模化儲(chǔ)運(yùn)需求將大幅提升，管道和管網(wǎng)將成為一定區(qū)域內(nèi)氫氣經(jīng)濟(jì)高效輸送的重要方式。因此，立足氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，全面統(tǒng)籌并科學(xué)推進(jìn)輸氫管道及輸氫微管網(wǎng)建設(shè)，對(duì)氫能儲(chǔ)運(yùn)產(chǎn)業(yè)全面協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要作用。