1.2.2 管道输氢

高压管道运氢是通过在地下埋设或地面架空的无缝钢管系统进行氢气输送，运输效率高、能耗低，适合长距离输送氢。高压管道被认为是向城市（日需求量>150t）内的大型加气站（日需求量>1000kg）供应氢气的成本最低的选择[6]。目前，高压输氢管道常用材料为钢，输氢压力为1.0～4.0MPa，直径250～500mm，其单位质量氢气的运输成本仅为0.3元/kg[7]，但管道建设所需投入的一次性成本巨大。

1）运输方式。高压管道的气体输送利用了管道进出口的压力差，在输送沿途因为气体本身的黏性和管道的摩擦造成压降，为了实现足够长距离的高效率的燃气输送，同时考虑管道的承压能力，需要限定管道输送气体的最低与最高压力，通常会采取每隔80～100km配备一个压缩站重新压缩氢气的方法来保证气体的高效率运输。而当不同工作压力的管道需要连接时，则需要设置降压站，通过节流阀降压实现并线[10]。

2）运输路径。运输路径如图1-8所示，集中式生产的氢气加压后通过长输管道送至配气站，配气站管网再将氢气输送至加氢站以及各类用户终端，通过半集中式生产的氢气直接经过配气管网输送。长输管道的运输距离长、氢气压力高、管径大，配气管道的运输距离短、氢气压力较低、管径较小。集中式生产的富余氢气可利用地下盐层、储水层、油气田等地质结构储存，以应对氢气的季节性需求变化。

图1-8 气态氢通过高压管道输送的路径[6]

3）发展现状。截至2020年12月，美国运营中的输氢管道里程约为2500km，其中90%位于得克萨斯州、路易斯安那州和亚拉巴马州的墨西哥湾沿岸，主要服务于该地区的炼油厂和合成氨厂。在欧洲已有约1600km的输氢管道，其中最长的管道穿过法国、比利时及荷兰，全长1100km；2020年发布的《欧盟氢能战略》和《欧盟能源系统整合策略》计划到2030年建成纯氢管网6800km，2040年建成23000km，其中75%由现有的天然气管网改造而来，25%为新建的氢气专用管网。德国预计于2022年建成一条长度为130km的绿色纯氢管道并投入使用，其输送的氢气将全部生产自可再生能源。与丰富的氢气长输管道建设经验相匹配，欧美地区的氢管道设计规范也相对完善，如美国机械工程师协会的ASME B31.12：2014《氢用管道系统和管道》以及欧洲工业气体协会的IGC DOC 121/04/E《氢气输运管道》等标准。

我国的氢气输送管道仍处于规划建设的初期，全国输氢管道累计长度仅约100km，主要包括巴陵—长岭管道（42km）、金陵—扬子管道（32km）及济源—洛阳管道（25km），均用于为化学工业提供原料氢气。2021年7月，中国石油天然气管道工程有限公司中标河北定州—高碑店氢气长输管道可行性研究项目，管道全长约145km，是国内目前规划建设的最长氢气管道。《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》计划到2030年，我国将建成3000km以上的氢气长输管道。在标准规范方面，目前已有GB/T 34542《氢气储存输送系统》系列标准对材料与氢的相容性、氢脆敏感性以及输氢系统的技术要求做了针对性的规定。受限于输氢专用管道建设的时间与经济成本，短时间内难以实现高压氢气的大规模管网输送。与输氢管道相比，我国运营天然气输送管道的经验要丰富得多，截至2021年，全国已累计建成天然气管道11万km[11]，因此充分利用好天然气管网已有的设备与经验对氢气长输管道建设大有裨益。现阶段可采取在现有的天然气管道中掺入一定比例的氢气进行输送，或是将已有的天然气管道改造为输氢管道的方式，来探索管道运氢的技术要点与难点。

4）面临的挑战。目前，高压管道输送氢气的推广应用仍面临一定技术问题，包括：

①高压、压力循环以及氢脆问题会影响管道钢材的耐久性。需进一步详细研究氢对结构材料的渗透机制，选择合适的材料、应用恰当的成型及热处理工艺来提高管道的寿命，降低维护成本。

②管道沿线任意位置的泄漏都可能引发火灾、爆炸事故，导致整条输氢线路的故障，长距离输氢管道的泄漏监测依赖于低成本、高效率、精度高的长距离传感技术。虽然已有较成熟的泄漏检测技术应用在天然气管道上，但这些技术对于高压管道氢气的适用性仍有待研究。

③氢压缩机对组件的可靠性要求高、成本高昂，且其中的润滑剂可能会对氢造成污染。解决该问题的方案包括对膜片与密封件等特定组件进行改良设计，研发大功率、无润滑剂的新型压缩技术，以及研究低成本的氢气净化工艺等。