国内外氢气长输管道发展现状及分析

蒋庆梅 王琴 谢萍 屈向军

1中国石油天然气管道工程有限公司

2中国石油西部管道分公司

3中国石油集团渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司

近年来，国内氢能利用技术逐步发展，生产规模不断扩大。根据国家发改委、能源局的发展规划，到2050 年氢能将成为能源结构的重要组成部分。目前制氢技术多种多样，氢气的来源也各不相同，其主要来源包括天然气、煤炭等化石燃料制氢，核燃料以及太阳能、风能或潮汐能等可再生能源电解水制氢[1-2]等。由于氢气的来源并非均匀分布，因此有必要将氢气长距离运输到相应的市场。尽管氢气的运输方式多种多样，但对于大规模集中制氢和长距离输氢来说，管道运输是最经济的方式[3]。根据国内外氢气长输管道的发展情况，分析氢气长输管道发展趋势及存在的问题，可为后续氢能输送提供借鉴。

1 国外氢气长输管道发展概况

国外氢气管道起步较早，氢气的管道运输历史可以追溯到20 世纪30 年代末。1939 年，德国建设了一条长约208 km 的管道，管径254 mm，运行压力2 MPa，氢气输送量达9 000 kg/h[4]。目前欧洲的氢气输送管道长度约为1 770 km，最长的氢气管道由法国液化空气集团所有，该管道从法国北部一直延伸至比利时，全长约402 km。北美地区美国氢气输送管道大部分位于德克萨斯州、路易斯安那州和加利福尼亚州，现有氢气输送管道长度超过2 600 km，建成的氢气管道一般以低于6.9 MPa 的压力运行。加拿大建设的两套氢气管道系统分别在艾伯塔省和安大略省，氢气输送管道长度约150 km。在全球现有氢气管道管网系统的其他地区包括日本、韩国、越南、澳大利亚、荷兰、巴西、泰国、印度尼西亚、南非等，这些地区的氢气管道系统总长度大约为190 km。

氢气管道长度统计数据各地区存在偏差，原因是对于氢气输送管道的判定标准不同。部分专家认为，管道需要达到一定的直径才能被划为氢气输送管道；还有部分专家认为，只有把氢气从生产地运输到用户的管道才能称作氢气输送管道（即工厂内输送氢气以作原料或燃料的管道不计算在内）。此外，管道的运行状态和氢气的纯度水平也是界定该管道是否纳入氢气管道运输系统范围的影响因素。

2 国内氢气长输管道发展概况

国内氢气长输管道建设处于起步阶段，目前已知的长距离输氢管道包括金陵—扬子氢气管道、巴陵—长岭氢气提纯及输送管线工程、济源—洛阳氢气管道、乌海—银川焦炉煤气输气管道以及义马—郑州煤气管道输气工程。

金陵—扬子氢气管道全长超过32 km，其中17 km 在南京化工园区内架空敷设，最大年输量达4×104t，设计压力4 MPa，管径为325 mm，钢管材质为20#石油裂化钢管。

巴陵—长岭氢气提纯及输送管线工程最大管径457 mm，钢管材质为裂化碳素无缝钢管。该管道总里程42 km，其中巴陵分公司城区片区至云溪片区段埋地管道24.2 km，氢气由管道利用原料压力送至巴陵石化云溪片区及长岭炼化，为相关装置提供氢气资源。

济源—洛阳氢气管道实长约为25 km，管径为508 mm，设计压力4 MPa，钢管材质为L245 无缝钢管，采用常温型三层PE 外防腐层。该管道起自济源工业园区氢气首站，止于吉利区洛阳石化末站，其主要功能是为石化行业加氢反应器提供氢气原料，为进一步扩大石化企业的产能提供基础保障。

乌海—银川焦炉煤气输气管道起自内蒙古乌海市千里山产业园区首站，止于宁夏银川市宁夏石化公司乌银宁化末站。该管道主要用于输送焦炉煤气和氢气混合气，经过2 省3 市4 区2 县，线路总长217.5 km，管径610 mm，设计压力为3 MPa，采用L245 直缝双面埋弧焊钢管。

义马—郑州煤气管道输气工程线路全长194 km，管径426 mm，最大工作压力2.5 MPa，材质为SM400C 螺旋缝埋弧焊钢管，采用聚乙烯表面防腐。该管道的主要功能是将义马煤矿坑口气化厂所产的优质洁净煤气输往郑州、洛阳、义马等城市煤气输配管网。

3 氢气长输管道发展趋势

目前世界上氢气生产和消费的最大应用领域为合成氨、甲醇或炼厂。国内氢气主要消费领域为合成氨、石油炼制和其他石化产品等[5]。氢能作为一种清洁能源，未来可应用领域会很多，包括氢燃料电池车、分布式发电、备用电源和储能等方面。近年来，随着日本在氢燃料电池车领域的技术突破，交通领域的氢能技术日益受到关注[6]。

世界主要能源大国均制定了氢能源发展目标、战略、路线图等，投入研发力度巨大[7]。如美国发布了《全面能源战略》，日本制定了《面向2030 年能源环境创新战略》，欧盟推出了《2050 能源技术路线图》，我国也已制定了《能源技术革命创新行动计划（2016—2030 年）》，提出了氢工业（氢的制取、储运及加氢站）、先进燃料电池、燃料电池分布式发电等三个战略发展方向。全国氢能标准化技术委员会在《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（2016）》中也明确了氢能产业基础设施在近期（2016—2020 年）、中期（2020—2030 年）和远期（2030—2050 年）三个阶段的发展目标和主要任务。

综上所述，鉴于氢气长输管道运输具有速度快、效率高的优点，其作为氢能大规模利用的配套基础设施，将会得到进一步发展。

4 氢气长输管道建设标准

氢气长输管道的许多规范和标准与天然气长输管道相似，但由于两种气体物理性质差异较大，因此规范和标准还存在一些不同之处，不能直接采用天然气长输管道标准规范进行设计、建设等。

国内关于氢气管道的标准有GB 50177《氢气站设计规范》、GB 4962《氢气使用安全技术规程》。GB 50177 适用于新建、改建、扩建的氢气站、供氢站及厂区和车间的氢气管道设计[8]。GB 4962 规定了气态氢在使用、置换、储存、压缩与充（灌）装、排放过程以及消防与紧急情况处理、安全防护方面的安全技术要求，适用于气态氢生产后地面上各作业场所，不适用于液态氢、水上气态氢、航空用氢场所及车上供氢系统，氢气生产中的相应环节可参照执行[9]。上述两个标准均不适用于埋地氢气长输管道，所以目前国内尚无针对氢气长输管道的标准体系。

国外适用于氢气长输管道的标准有美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers）编制的ASME B31.12—2014《氢用管道系统和管道》、欧洲压缩气体协会的CGA G-5.6—2005（R2013）《氢气管道系统》和亚洲工业气体协会的AIGA 033/14《氢气管道系统》。ASME B31.12 适用于将氢气从制造厂输送到使用地的长输管道、分输管道和服务管线，不适用于按照ASME 锅炉和压力容器准则设计和制造的压力容器、温度高于450 ℉或低于-80 ℉的管道系统、压力超过3 000 psi（1 psi=6 894.76 Pa）的管道系统、水气含量大于20 mg/L 的管道系统以及氢的体积分数小于10%的管道系统[10]。AIGA 033/14 和CGA G-5.6 内容基本一致，不过CGA G-5.6 因为在2013 年修订过，所以部分章节内容更加详细。两者适用于纯氢及氢混合物的输送和配送系统，仅限于气态产品，温度范围在-40～175 ℃之间，总压力为1～21 MPa 或不锈钢材质的H2压力高于0.2 MPa。这两个标准由国际标准化组织成员协会（ICI）在欧洲工业气体协会（EIGA）的领导下编写，旨在供国际协调委员会所有成员在世界范围内使用和参考[11-12]。

5 结束语

（1）国外氢气长输管道发展起步较早，技术成熟，建设里程明显多于国内，在工程应用方面具有一定的研究深度和广度。国内氢气消费主要是作为工业原料，利用规模相对较小，整体技术水平也有待提高。

（2）国外已形成多个氢气管道相应的设计、施工、运行、维护标准或指南，指导了工程的设计实施；国内对于氢气管道的研究起步较晚，虽然建成了部分氢气管道，但还没有一套完整的氢气管道标准，更缺少氢气长输管道标准，现有的氢气管道相关标准规范要求不全面，难以满足各方面需要。

（3）随着国内能源结构调整和能源产业规划的实施，氢能产业得到进一步发展，对于大规模集中制氢和长距离输氢来说，管道运输是最经济的方式，管道输氢应用前景广阔，所以迫切需要完善氢气长输管道配套设计、施工、运行、维护等标准体系。