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”建設實施方案》，我國首個純氫長輸管道項目啟動，標志著我國氫氣長距離輸送管道進入新的發展階段。4月16日，中國石油對外發布消息，用現有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術獲得了突破，這為我國今后實現大規模、低成本的遠距離氫能運輸提供了技術支撐。
“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400多公里，途經內蒙古、河北、北京3省（市、區）、9個縣區，是我國首條跨省區、大規模、長距離的純氫輸送管道，管道一期工程運力為10萬噸/年，預留50萬噸/年遠期提升潛力，并在沿線多地預留端口，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、應用技術備受關注，其中，儲運是氫能產業鏈中的重要一環。近日，國家發展改革委、國家能源局聯合發布的《氫能產業中長期規劃（2021-2035年）》指出，“在中游儲運側，深入開展天然氣、氫氣的技術特性研究，充分利用現有天然氣管網基礎設施，打通氫能儲運的關鍵堵點”。上海市公布的《上海市氫能產業發展中長期規劃（2022-2035年）》提出，到2035年，工業產氫能力達50萬噸/年，建設30公里輸氫管道。建設上海化工區、寶武園區內部氫運輸網絡，上海臨港地區中長期加強輸氫管道建設等。
從國家和各省市氫能產業發展的規劃中可以看出，建設輸氫管道是儲運的重要一環，對管道用鋼提出了新要求。
目前國內純氫管道總長約400公里
成本優勢將助推管道輸氫發展
關于氫氣輸送，現階段主要有兩種方式，一是高壓長管拖車運輸氫氣，二是長輸管道運輸氫氣。選用何種輸氫方式，取決于運輸成本。
高壓長管拖車在小規模、短半徑輸氫時經濟性最佳。據測算，規模為500千克/天、距離輸氫源點100公里的加氫站，運輸成本為6.50元/千克。距離500公里時，運輸成本達到16.14元/千克。因此，考慮到經濟性問題，長管拖車輸氫一般適用于短距離運輸。
管道在大規模輸氫時，經濟性最佳。據測算，長度25公里、年輸送能力10.04萬噸的輸氫管道，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的管材折舊及維護費用。當輸送距離為100公里時，管道運輸氫氣的成本為1.43元/千克。可見，在大規模輸送時，管道輸氫量具備明顯的成本優勢。這有利于推動管道輸氫得到快速發展。
目前，全世界已建設輸氫管道全長約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的總長度目前大約為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，是全球第一個完全面向新能源汽車行業的輸氫管道；2022年4月開工的甘肅省玉門油田輸氫管道工程，連接玉門煉廠氫氣加注站，長度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，用于優質潔凈煤氣和混合氫氣輸送，長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和示范項目方面進行布局，最高摻氫比例已達24%（體積分數）。
國內長輸氫管線建設步入新階段
抗氫致裂技術亟待突破
以上這些管道對輸氫來說，遠遠不夠。制氫產地多集中在煤炭化工產業聚焦的北方地區，風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緩解氫能來源問題。目前，長輸氫管道市場有待進一步開發。據《中國氫能產業基礎設施發展藍皮書》預測，我國將于2030年實現長輸氫管道總長度3000公里。目前，有2條重要輸氫長輸管道建設正在籌劃之中。
從技術上來看，在高壓氣態輸氫過程中，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，使管線鋼發生氫致裂，加劇管道失效的突發性，抗氫致裂是管材高質量發展的方向。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。
中國石化建設運營金陵—揚子氫氣管道、巴陵—長嶺氫氣輸送管線、濟源—洛陽氫氣管道，最長投運時間約16年。在積累輸氫管道運營實踐經驗的基礎上，中國石化形成氫氣管道核心技術體系，掌握了氫環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，初步形成了氫氣長輸管道增壓輸送，安全泄放、管材評價、焊接安裝和安全防護等核心技術體系，同時完成了《氫氣輸送管道工程技術規范》編制，填補了國內該領域標準的空白。
輸氫管道的技術關鍵在于抗氫致裂。目前首鋼技術研究院對抗氫致裂的鋼鐵材料進行了研究，并已取得突破性進展；中石油科研及鋼管企業對氫的儲運技術進行了系統分析研究；美國對輸氫管道用鋼材推薦X42、X52等低強度管線鋼。
抗氫鋼管的關鍵在于對化學成分、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、鋼管企業應在這些產品領域加大科研力度，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協會專家委員會高級顧問，劉建偉系浙江金洲管道科技股份有限公司市場總監，陳文花系上海鋼聯電子商務股份有限公司鋼管事業部總經理助理）
