天然气掺氢输送系统氢脆研究进展北大核心

天然气掺氢输送不仅能够有效解决弃风弃光、减少温室气体排放问题,还能够实现大规模、低成本的氢气输送,也是实现“双碳”目标的重要方式,但掺入氢气会对现有天然气管道系统及相关输送设备带来氢脆危险。基于天然气掺氢输送系统的结构组成,归纳了氢脆发生的机理,调研了天然气掺氢输送系统的管道及焊缝、阀门、压缩装置、存储装置、终端装置等发生氢脆的研究现状,概述了防止氢脆发生的应对措施,并对天然气掺氢输送系统的发展前景进行了展望。研究结果可为中国天然气掺氢输送的规模化与市场化发展、提高管道输氢技术与装备的研发水平提供参考,促进氢经济的安全发展。     

掺氢天然气管道典型管线钢氢脆行为

目前，在氢能储运技术中，利用现有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气最为经济，掺氢天然气输送技术受到国内外研究机构的广泛关注。然而，管线钢在输氢过程中因氢与基体接触，可能发生氢脆现象，导致其力学性能发生劣化，威胁管道的安全运行。以天然气管道典型用钢X52、X80钢为研究对象，通过高压气相氢环境下的原位拉伸实验和断口形貌分析研究其在实际掺氢工况下的力学性能变化规律，分析氢分压对材料屈服强度、抗拉强度、断面收缩率及氢脆指数的影响。结果表明：掺氢天然气随氢分压增大，X52、X80钢的塑性逐渐下降，氢脆程度加剧；与X80钢相比，X52钢更适用于掺氢天然气输送。研究成果可为未来掺氢天然气管道的设计选材与安全运行提供参考。（图14，表1，参63）     

氢气管道发展与管线钢氢脆挑战

作为一种绿色、清洁的燃料(或能源载体),氢在实现净零排放目标上将发挥重要作用.在建设以氢能为基础的规模经济中,氢的高效、安全运输是关键的一环.氢的管道运输具有运载量大、效率高、经济实惠等优势,如果能够利用现有天然气管网实现氢的运输,则可以进一步降低成本,促进氢的规模经济的发展,但高压氢气管道或天然气/氢气混输管道存在氢脆失效的风险.阐述了氢能与氢经济发展的背景以及管道运输的巨大意义,讨论了氢气管道发生氢脆的热力学条件、氢的渗透与扩散行为、氢致失效的机理和失效形式等,证明了管线钢在管输条件下氢分子发生解离吸附的热力学可行性,分析了氢气管道存在发生氢脆或其他氢致失效形式的风险.当前,氢气管道发生氢致失效的研究具有相当大的发展空间,进一步的研究将主要集中在原子尺度测量与计算模拟方面.     

混氢天然气管道输送技术研究进展

氢能是公认的清洁能源,将氢气掺入天然气管道进行输送,是大规模输送氢气的有效途径.氢气的物性与天然气差异大,天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变.综述了世界各国在天然气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管道混氢工艺系统适应性、管道设备安全性等研究进展.结合中国输气管网的实际情况,建议:①研究不同地区、不同...     

X80钢组织状态对CO抑制氢脆作用的影响

CO可抑制氢分子在管道内壁的吸附,有效降低输氢管道发生氢脆的风险,是保证在役管道安全输氢的潜在方式,但CO对氢脆指数的影响度与钢材的材料组织状态有关.以X80钢为研究对象,针对母材、预应变母材及两种根焊缝,通过在氮气、氢气、氢气+0.1％CO(分压,下同)3种环境中进行慢应变速率拉伸实验,研究不同状态管体的氢脆指数及C...     

管线钢氢相容性测试方法及氢脆防控研究进展

在研究氢脆发生机理与损伤机制时，常采用慢应变速率拉伸试验、疲劳寿命试验等手段，以力学性能、疲劳寿命等为指标衡量金属的氢脆敏感性。对于典型管线钢材料，其在不足5 MPa的氢气压力下，或在氢气体积分数10%的掺氢天然气环境中，已经在慢应变速率拉伸等试验中表现出明显的韧性下降、裂纹加速扩展等氢损伤特征。为模拟钢在氢气环境中服役，试验中常采用气相充氢与电化学充氢方法，前者能够模拟多种气相对管线钢氢脆的作用，后者能够快速模拟管线钢长时间服役后氢原子的渗透情况。针对氢脆过程及机理总结并分析了3种主要的氢脆防控技术：(1)调控管线钢材料与加工工艺，优化其微观组织，增加扩散速率，减弱氢原子聚集现象；(2)引入气体抑制剂，通过竞争吸附的方法减缓氢分子在材料表面的吸附；(3)增设管道内涂层，使氢气与管线钢基体金属隔离。并基于此提出进一步优化管道氢脆防控技术的建议。（图1，表1，参59）     

在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性评估

天然气掺氢输送是长距离、大规模输送氢气的有效途径，但氢气换热物性有别于天然气，在役空冷器换热性能对掺氢天然气的适应性尚不明确。为评估天然气掺氢后空冷器的换热性能，建立在役水平鼓风式空冷器仿真模型，基于BWRS方程计算7～10 MPa、60～80℃、0～25%掺氢比下天然气的比热容及导热系数，并采用CFD技术分析不同工况下空冷器前后气体温差。结果表明：(1)掺入氢气将增大天然气的比热容及导热系数；(2)降低管输压力和空冷器日处理量、升高天然气初始温度、掺入氢气都将提高空冷器前后温差；(3)仅掺入氢气，在25%掺氢比以内，现有空冷器不经结构改造即可满足天然气的冷却需求；(4)掺氢输送时，可增大管输压力以稳定空冷器出口温度并提升管道输送能力。（图12，表2，参21）     

能源安全战略下中国管道输送技术发展与展望

随着中国管道工业的不断发展,现已形成以中俄东线天然气管道为代表的第三代管道技术体系,以管道输送为策源的整体技术水平跻身世界第一方阵。通过系统总结中国管道输送工程设计施工、材料装备、输送储存、安全维护等领域的技术发展现状,分析了“四个革命、一个合作”能源安全新战略驱动下油气储运科技发展面临的机遇和挑战,展望了传统油气储运技术升级、数字化转型、新能源储运以及非常规管道技术等发展方向。面对新形势、新要求,管道企业应在保障石油天然气安全高效输送的同时,为保障国家能源安全、完善现代能源体系建设提供有力支撑。（参20）     

混氢天然气在终端管网中应用的研究进展

氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多，但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状，结果表明：混氢天然气对民用燃具、终端管道材料有较好的适配性，但面向终端用户使用还需要在互换性、介质分层、泄漏检测、加臭、计量等方面进一步开展研究。根据终端管网特点及供气需求，提出相关建议：(1)结合具体天然气组分、燃具工况，对混氢天然气进行互换性分析；(2)提高输送压力，消除高层建筑物立管附加压力的影响，并开展极限工况下介质分层研究；(3)对连接件密封性能进行全面分析，结合氢气泄漏扩散特性，优化泄漏检测设备及加臭剂的布置；(4)亟待建立终端混氢天然气计量标准体系；(5)加快终端管网氢气分离装置及技术的适应性调整。研究结果可为混氢天然气在终端管网中的应用及氢能产业链的发展提供参考。（参70）     

超临界二氧化碳管道完整性管理技术发展现状与挑战

为了实现“双碳”战略目标,建设超临界二氧化碳输送管道是发展的必然趋势。系统辨识了超临界二氧化碳管道运行中面临的主要风险,梳理了超临界二氧化碳管道完整性管理各关键环节的技术现状及应用情况,对比了超临界二氧化碳管道与油气管道完整性管理技术的差异性,并指明了超临界二氧化碳管道完整性管理在体系建设、高后果区识别与风险评估、管道内检测、管道缺陷修复中存在的技术难点及攻关方向。建议从体系标准建设、关键技术研发、优化管道管理3个主要方向开展进一步研究,不仅能够扩展油气管道完整性管理范围,还可实现超临界二氧化碳管道与油气管道完整性管理的深度融合,为超临界二氧化碳管道的安全运行提供保障。（图5,表5,参28）     

“双碳”愿景下管网多介质灵活输运与智能化高效利用发展战略思考

“双碳”战略下，管道作为能源领域和现代运输体系重要基础设施，需加快适应“能源生产低碳转型、能源传输格局重塑、能源消费灵活多样”的发展新要求，统筹解决安全高效、绿色智能、价值提升的协同问题。通过分析国家和行业发展需求，回溯了油气储运多年来取得的丰硕技术成果，借力管网改革和储运技术积淀优势，分析了未来发展多介质灵活输运和智能化高效利用的战略需求和建设目标，提出了加快推进“油气+新能源”和“储运+数智化”融合创新步伐以及储运技术重心由“钢制管道+流体力学”向“智慧管网+系统工程”演进扩展的探索性思考。深入剖析了原油管道超弹性改性输送、天然气管道减阻增输、管网仿真优化与智能控制、管体微小缺陷检测评价、纯氢/掺氢管道输运、超临界/密相二氧化碳管输、管网智能化与能源互联等关键技术发展新需求，从构建国家能源管道数据平台、完善新能源管输体系顶层设计、发挥企业科技创新主体作用、面向基础-前沿-应用全链条深化创新、打造中国管道战略科技力量等多个方面进行了建设性思考，以期为新型能源体系下管网发展提供需求参考和技术支撑。（参27）     

城镇燃气行业发展现状与关键前沿技术

在能源革命、新一轮科技革命和产业变革历史性交汇期，城镇燃气行业发展面临前所未有的机遇与挑战。简要回顾了城镇燃气行业的发展历程，分析总结了行业未来4大发展趋势：供气格局低碳化与多元化、市场格局规模化与多元化、运营模式智慧化与高效化、技术体系科学化与完善化，指出行业智慧化程度不够、安全体系尚未完善、能源低碳转型布局不够深入等痛点问题。围绕智慧燃气关键技术，构建了整体逻辑框图，分析了感知层、传输层及应用层建设中的关键难题。聚焦燃气安全关键技术，提出基于城镇燃气完整性管理搭建安全管理体系，着重构建输配系统数字化模型及失效数据库。围绕燃气“脱碳”，提出构建基于城镇燃气的“近零碳”能源生态系统发展理念，分析了天然气高效利用、天然气管道掺氢等技术面临的经济性、安全性等问题及解决思路。（图6，参22）     

欧洲天然气管道发展特点及事故原因

根据对欧洲天然气管道事故数据组织EGIG的输气管道事故报告的分析和总结,在汲取国外天然气管道事故教训和学习国外天然气管道建设经验的基础上,对国内天然气管道的发展提出了建议。采用事故统计分析的方法,并结合图表,分析了天然气管道总体和局部范围内的事故变化特点和趋势,总结出5种基本原因导致天然气管道事故的失效频率。认为在通过优化管道建设提高本质安全的同时,还应通过管道泄漏监控技术及时发现管道泄漏情况,通过安全预警技术及时预判可能发生的泄漏事故。此外,针对国内天然气管道建设及安全运行管理等方面提出了5条建议,可为国内天然气管道的发展提供支持。（图4,表3,参8）     

碳中和愿景下油气储运学科的任务

在碳中和愿景下，中国能源结构将发生巨大变革，油气储运学科任务不可避免发生重大改变。基于对“双碳”目标下中国能源需求和碳排放量的中长期预测，分析了油气储运学科在能源变革中的任务转变，提出高黏易凝原油管道输送、天然气管网仿真与优化运行、油气储运能效与净零排放、智慧能源体系构建、二氧化碳与氢能等新介质储运等学科建设方向和任务。同时提出将油气储运学科融入现代能源体系的发展要求，使油气储运工业在保障国家能源安全、实现“双碳”目标中发挥更大作用。（图4，参22）     

国外天然气管道事故分析

管道输送天然气是最安全的输送方式,而管道安全运行是管道运营管理的首要条件。针对俄罗斯、欧洲及美国输气管道事故进行了分析研究,旨在了解国外天然气管道事故状况和原因,为实际天然气管道在日常运行管理、监测、事故诊断、处置以及防护等方面提供可以借鉴的经验。     

天然气管道输送自动化技术

随着社会经济的快速发展,社会经带动了对油气资源需求的增长,但是资源毕竟是有限的,我们如何缓解油气资源开发的不断壮大,解决天然气管道输送自动化技术应用存在的问题,是值得所有相关部分思考的问题。本文主要针天然气管道输送自动化技术进行了分析,希望能够有效提高天然气的输送效率和提高天然气资源的利用率,达到预期目标。     

天然气管道场站雷电防护技术研究

天然气管道场站作为天然气管道输送系统不可或缺的组成部分,在维护天然气管道安全可靠运行方面起到十分关键的作用。但天然气场站因其环境空旷,且具备易燃易爆特性,一旦遭遇雷击,势必会引发火灾或爆炸事故,给广大群众的生命财产安全构成极其严重的威胁。鉴于此,介绍了雷电对天然气站场的危害性,重点论述了天然气管道站场雷电防护技术措施和防雷检测要点,以供相关人士参考。     

关于召开“2014中国油气论坛——油气管道技术专题研讨会”的通知

为了推动管道高效建设与安全运行新理论、新技术的发展,不断提高油气管道输送技术水平与能力,进一步加强国际管道技术交流与合作,世界石油大会中国国家委员会、中华人民共和国科学技术部社会发展科技司、中国石油学会决定于2014年9月16日-17日在中国河北省廊坊市国际饭店（河北省廊坊市和平路81号甲）联合举办“2014中国油气论坛——油气管道技术专题研讨会”。会议报到时间为9月15日全天,注册手续办理及会议资料领取在廊坊国际饭店大堂。     

关于召开“2014中国油气论坛——油气管道技术专题研讨会”的通知

为了推动管道高效建设与安全运行新理论、新技术的发展，不断提高油气管道输送技术水平与能力，进一步加强国际管道技术交流与合作，世界石油大会中国国家委员会、中华人民共和国科学技术部社会发展科技司、中国石油学会决定于2014年9月16日-17日在中国河北省廊坊市国际饭店（河北省廊坊市和平路81号甲）联合举办“2014中国油气论坛——油气管道技术专题研讨会”。     

关于召开“2014中国油气论坛—油气管道技术专题研讨会”的通知

为了推动管道高效建设与安全运行新理论、新技术的发展,不断提高油气管道输送技术水平与能力,进一步加强国际管道技术交流与合作,世界石油大会中国国家委员会、中华人民共和国科学技术部社会发展科技司、中国石油学会决定于2014年9月16日-17日在中国河北省廊坊市国际饭店（河北省廊坊市和平路81号甲）联合举办“2014中国油气论坛——油气管道技术专题研讨会”。会议报到时间为9月15日全天,注册手续办理及会议资料领取在廊坊国际饭店大堂。