大规模输氢方式是管道运输
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2024-09-26
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管道运输是氢气大规模、长距离运输的一种必不可少的方式。相比于
长管拖车 150km 的经济半径，管道输氢可以轻松实现 200km 以上的
氢气运输，液氢运输的输氢量也远小于管道输氢。一般情况下，纯氢
管道可以实现 100 吨/天的输氢量，可以高效迅速满足下游氢端产业的
应用。
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输氢管道的特殊性“氢脆”现象
氢气是一种极小的气体分子，无色无味，与天然气相比密度小，扩散
系数大。一般气体运输管道长期接触氢气，氢气便扩散到金属内部，
尤其是进入金属材料结构内部缺陷的氢将难以再扩散出来。管道材料
由于“吸氢”或“氢渗”会造成金属材料塑性和强度降低进而导致材料开裂 ，
机械性能严重退化发生脆断的现象，即“氢脆”现象。
资料来源：公开资料
若管道破裂，氢气泄漏后很难发现，在受限或半受限空间内易发生积
聚，延迟点燃后产生氢气云爆炸，引发爆燃爆轰。
安全是氢能产业链中最重要的环节。所以，氢气管道用材在合金元素
钢级、管型、操作压力等方面需要比一般的管道多花费些心思。
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输氢管道：钢制输氢压力管道和复合材料输氢压力管道
管道输氢的初始投资大，建设成本高，其成本主要在于特殊的管道材
质及工程开支。
天然气管道常用管型有直缝埋弧焊管、螺旋缝埋弧焊管、高频电阻焊
管及无缝钢管，碳、锰、硫、磷、铬等元素在合金中会增强“氢脆”现象
的发生，所以运输氢气不能直接采用天然气长输管道标准规范进行设
计和建设。同时，氢气压力越高、材料的强度越高，氢脆和氢致开裂
现象就越明显，所以氢气管道优先选择“低钢级”钢管。
氢气管道设计标准 ASME B31.12-2014，在 API SPEC 5L 中限定了几
种可用于氢气管道的钢材类型，且推荐采用 X42，X52 钢管，禁止使
用炉焊管。
该标准中规定可用于氢气管道的管线钢材料类型及其最大许用压力等
参数如下表所示。
表1 氢气管道可用材料
资料来源：公开资料
氢气管道的设计压力和直径均小于天然气管道。
表2 氢气管道与天然气管道建设现状对比
资料来源：公开资料
纯氢管道的初始建设开支大，且需要时间成本。长距离运输的氢气管
道的造价约为 63 万美元/km，而天然气管道的造价约为 25 万美元/km
，所以氢气管道的造价约为天然气管道的 2.5 倍。
我国弃光、弃风、弃水、现象严重，导致可再生能源的利用率低下。
通过大规模的可再生能源制氢，并将氢以一定比例掺入天然气，再利
用现有的天然气管网输送，可以有效解决大规模可再生能源的消纳问
题。
短期内天然气管道掺氢可以有效降低碳排放，减少化石能源的消耗，
同时也是纯氢管道未打破技术壁垒前的经济实惠之举。不过，在应用
现有天然气管网设施输送氢气及天然气管道转变为氢气管道时需要重
点考虑氢脆、低温性能转变、超低温性能转变等问题。
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摘要：
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管道运输是氢气大规模、长距离运输的一种必不可少的方式。相比于长管拖车150km的经济半径，管道输氢可以轻松实现200km以上的氢气运输，液氢运输的输氢量也远小于管道输氢。一般情况下，纯氢管道可以实现100吨/天的输氢量，可以高效迅速满足下游氢端产业的应用。1输氢管道的特殊性“氢脆”现象氢气是一种极小的气体分子，无色无味，与天然气相比密度小，扩散系数大。一般气体运输管道长期接触氢气，氢气便扩散到金属内部，尤其是进入金属材料结构内部缺陷的氢将难以再扩散出来。管道材料由于“吸氢”或“氢渗”会造成金属材料塑性和强度降低进而导致材料开裂，机械性能严重退化发生脆断的现象，即“氢脆”现象。资料来源：公开资料...
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