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柔性輸氫管道“起風(fēng)”

發(fā)布時(shí)間： 2024-03-29    作者：admin
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      隨著我國(guó)氫能高速發(fā)展，大規(guī)模集中制氫和氫長(zhǎng)距離運(yùn)輸成為了趨勢(shì)，而管道運(yùn)輸作為一種經(jīng)濟(jì)高效的輸送方式也越來(lái)越受到關(guān)注。其中，柔性復(fù)合管（FCP）作為一種長(zhǎng)途高壓輸送氫氣管道正在興起。

      由于長(zhǎng)距離氣體管道一般采用的鋼鐵材料面臨著建設(shè)成本高、氫脆等一系列問(wèn)題，而柔性復(fù)合管道不僅可以克服高強(qiáng)度金屬管道易發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，還具有施工方便、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可為我國(guó)今后實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的遠(yuǎn)距離純氫運(yùn)輸提供有力支撐。


      柔性復(fù)合管究竟可以解決哪些氫氣管道建設(shè)中的哪些難題，潛在的市場(chǎng)機(jī)會(huì)有多大，目前我國(guó)在該領(lǐng)域進(jìn)展如何？本文著重回答這些問(wèn)題。

      有望推動(dòng)輸氫管道快速發(fā)展

      管道輸氫被認(rèn)為是氫能規(guī)?；茝V的“咽喉”。之前輸氫管道基本為中國(guó)石化、中國(guó)石油投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)，用于煉化企業(yè)內(nèi)部氫資源供應(yīng)，距離偏短?，F(xiàn)在隨著氫氣價(jià)值的提升，一方面，煉化企業(yè)逐漸將自己大量富余氫氣進(jìn)行外供；另一方面，大型風(fēng)光制氫項(xiàng)目普遍存在“生產(chǎn)、需求兩地不同”的供氫現(xiàn)狀，由此長(zhǎng)距離輸氫管道的項(xiàng)目建設(shè)需求“陡然”上升。

      目前純輸氫管道主要采用的是鋼材質(zhì)。碳鋼在高壓氫環(huán)境中服役時(shí)，氫分子能夠分解成氫原子滲透入金屬材料內(nèi)部，造成材料性能劣化（即氫脆），易導(dǎo)致管道氫脆開(kāi)裂。所以需要采用昂貴的合金鋼，增加了造價(jià)。并且鋼管沒(méi)有柔性，不能制造成連續(xù)很長(zhǎng)方便運(yùn)輸和鋪設(shè)的盤(pán)管，還需要防腐涂層，因此鋪設(shè)費(fèi)工、費(fèi)時(shí)。
      因此，管材研究是現(xiàn)在輸氫管道發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。柔性復(fù)合管作為一種替代現(xiàn)有管線(xiàn)鋼管的復(fù)合管道，在國(guó)際上備受矚目。
      柔性復(fù)合管由多層組成，通常包括至少一層熱塑性?xún)?nèi)襯、增強(qiáng)中間層和外層熱塑性保護(hù)套。這種管材克服了鋼管和純塑料管的缺點(diǎn)，能承受較高的工作壓力，并保持了塑料管道的柔韌性。按照種類(lèi)，可分為增強(qiáng)熱塑性塑料管(RTP)和熱塑性復(fù)合管(TCP)。
      新型柔性復(fù)合管材經(jīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)優(yōu)化后用于氫能輸送，材料本身具有氣體不滲透性，避免了金屬鋼管輸氫存在的氫脆、氫腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)。并且復(fù)合管內(nèi)外層為聚乙烯材料，耐酸、耐堿，無(wú)需額外做防腐處理。
      相較于其他金屬管或塑料管，柔性復(fù)合管具有諸多優(yōu)勢(shì)。例如：根據(jù)管材服役條件，可對(duì)FCP管中間層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，在滿(mǎn)足管材內(nèi)壓、外壓、拉伸、彎曲等性能要求的同時(shí)，還具有良好的柔韌性；可以將小口徑FCP管做成盤(pán)卷的連續(xù)管，每盤(pán)長(zhǎng)度可達(dá)幾十米甚至上千米，便于管道工程建設(shè)；.高工作溫度可達(dá)130 ℃，比塑料管高60 ℃；使用壽命是金屬管的6倍，是塑料管的2倍；壁厚較塑料管減小70%以上，且內(nèi)壁不結(jié)垢，顯著增加了輸送介質(zhì)流速。

      此外，F(xiàn)CP管還具有節(jié)能環(huán)保、嚴(yán)密性好、耐腐蝕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)管基不均勻沉降適應(yīng)能力強(qiáng)，具有優(yōu)異的抗沖擊、耐扭曲能力。有研究分析認(rèn)為，采用柔性復(fù)合管的輸氫管道可大幅降低管道鋪設(shè)和焊接的費(fèi)用且不需要焊接區(qū)域重新涂層。柔性復(fù)合管的安裝成本比鋼管道便宜20%左右。


      柔性復(fù)合管具有巨大的市場(chǎng)空間

      日益增長(zhǎng)的氫氣需求給氫氣運(yùn)輸與分配產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。從輸氫未來(lái)市場(chǎng)前景來(lái)看，我國(guó)輸氫管道未來(lái)市場(chǎng)廣闊，需求量非常大。從目前現(xiàn)有情況來(lái)看，我國(guó)氫氣管道是遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。全世界現(xiàn)在5000多公里，美國(guó)占2700公里，歐洲1770公里，我國(guó)氫氣管道目前為止總共加一起才400多公里，在用的僅100多公里，未來(lái)肯定是要達(dá)到上萬(wàn)公里的水平。
      中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司副總經(jīng)理李國(guó)輝曾公開(kāi)表示：“要解決我國(guó)氫能資源市場(chǎng)錯(cuò)配問(wèn)題，未來(lái)中長(zhǎng)距離的儲(chǔ)運(yùn)需求非常大，需要用純氫或者摻氫管道解決制氫和用氫.后一公里的問(wèn)題。預(yù)測(cè)到2050年，氫能規(guī)模達(dá)到7000萬(wàn)噸，一半以上需要管道輸送。”
      此外，海洋是地球上.大的氫礦，向大海要能源是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。當(dāng)前，我國(guó)海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅速，隨著海上風(fēng)電直接電解海水制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，未來(lái)海上綠氫如何送上岸，成為關(guān)鍵一環(huán)。
國(guó)際..工程咨詢(xún)公司AFRA.近發(fā)布了對(duì)德國(guó)在建風(fēng)電制氫工程AquaDuctus 采用“海上制氫—管道輸氫上岸”方案和采用“電纜輸電上岸再制氫”方案對(duì)比的分析論證，結(jié)論是前一種方案更快、更經(jīng)濟(jì)且風(fēng)險(xiǎn)更少，系統(tǒng)成本低60億歐元，生產(chǎn)氫氣成本低15%。

      海上長(zhǎng)途高壓管道輸氫不可能采用難以制造成連續(xù)長(zhǎng)管且易腐蝕的鋼管，傳統(tǒng)金屬柔性管也存在質(zhì)量大、易腐蝕失效等問(wèn)題，柔性復(fù)合管在抗疲勞、耐腐蝕、質(zhì)量輕等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，被視為金屬海洋管線(xiàn)的絕佳替代品。


      目前，荷蘭企業(yè)SoluForce Hydrogen 將已將柔性復(fù)合管海上輸氫解決方案的應(yīng)用在格羅寧根海港。SoluForce布置了4公里長(zhǎng)、壓力為42bar的柔性輸氫管道，將北海地區(qū)風(fēng)電生產(chǎn)的綠色氫氣輸送到Eemshaven 的化學(xué)和工業(yè)企業(yè)。
      “現(xiàn)在，為了滿(mǎn)足將海上大量綠氫輸送上岸的需要，業(yè)內(nèi)開(kāi)始將FCP技術(shù)應(yīng)用到海上長(zhǎng)途輸送氫領(lǐng)域。因?yàn)閲?guó)際上已有海洋油氣產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用FCP的經(jīng)驗(yàn)，海上輸氫管道所需耐高壓抗腐蝕的柔性復(fù)合連續(xù)長(zhǎng)管FCP也已在海上油氣產(chǎn)業(yè)中發(fā)展成熟。所以，基于海上輸送天然氣的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，海上輸氫產(chǎn)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)很快發(fā)展。” 原北京第二輕工業(yè)局總工程師張玉川表示。
      從國(guó)家規(guī)劃管道數(shù)據(jù)來(lái)看，2025年前后能達(dá)到9條純氫管道約750公里。相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)2030年長(zhǎng)輸氫管道總長(zhǎng)度將達(dá)到3000公里。管道輸氫作為氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中的必然舉措，百億市場(chǎng)空間正在打開(kāi)。如果柔性復(fù)合管能得到廣泛應(yīng)用將擁有巨大的市場(chǎng)空間。
      我國(guó)已有多家企業(yè)在該領(lǐng)域布局
      目前，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)、中國(guó)聯(lián)塑集團(tuán)、東宏集團(tuán)、寶雞天聯(lián)匯通、歐佩亞、東海實(shí)驗(yàn)室等企業(yè)和科研單位均在用于輸氫的柔性復(fù)合管材領(lǐng)域進(jìn)行了布局。
2022年10月19日，東宏股份（603856）披露定增方案，山東東宏管業(yè)股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“東宏股份”）擬募資5.85億元，投資于年產(chǎn)7.4萬(wàn)噸高性能復(fù)合管道擴(kuò)能項(xiàng)目、新型柔性管道研發(fā)（氫能輸送）及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目等。
      2023年6月，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)在其位于新疆哈密的管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)，成功完成6.3兆帕管道充氫測(cè)試和9.45兆帕管道爆破測(cè)試，為國(guó)內(nèi)..對(duì)輸氫非金屬管道進(jìn)行的高壓在線(xiàn)測(cè)試和純氫爆破試驗(yàn)。寶雞天聯(lián)匯通生產(chǎn)的高阻隔柔性復(fù)合管（RTP管）為此次試驗(yàn)成功奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
      2023年11月3日，東海實(shí)驗(yàn)室預(yù)研項(xiàng)目“高效風(fēng)電直驅(qū)電解海水制氫系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)”和“海洋非金屬輸氫管道材料氫相容性測(cè)試評(píng)價(jià)方法及裝備研制” 順利通過(guò)中期評(píng)審。他們開(kāi)展了非金屬輸氫管道材料氫滲透性測(cè)試、氫致?lián)p傷分析以及非金屬輸氫管道氫滲透測(cè)試裝置研發(fā)工作，為后續(xù)柔性復(fù)合管氫滲透性測(cè)試及裝備制造提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、模型方法和測(cè)試設(shè)備支撐。
      2023年11月23日，中國(guó)聯(lián)塑集團(tuán)聯(lián)合國(guó)家管網(wǎng)西部管道公司、西安管研院、大連理工、上海邦臨管道工程技術(shù)有限公司在新疆哈密?chē)?guó)家管網(wǎng)管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)，進(jìn)行了RTP柔性輸氫復(fù)合管純氫爆燃試驗(yàn)。管材爆燃?jí)毫_(dá)11.3MPa，該管材各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
      總體來(lái)看，我國(guó)對(duì)于柔性復(fù)合管在氫氣輸送方面的應(yīng)用仍處于試驗(yàn)階段。目前，國(guó)內(nèi)缺乏專(zhuān)用于柔性復(fù)合管輸氫的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，柔性復(fù)合管輸氫檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、完整性管理標(biāo)準(zhǔn)和輸氫應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系等仍需進(jìn)一步加強(qiáng)規(guī)范建設(shè)，當(dāng)前部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)主要針對(duì)短距離配送管道，對(duì)于長(zhǎng)輸管道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)仍處空白，亟需開(kāi)展氫氣管道工程應(yīng)用可行性研究，建立并完善柔性復(fù)合管輸氫標(biāo)準(zhǔn)。
      此外，柔性復(fù)合管仍存在一系列技術(shù)問(wèn)題亟待解決。例如，目前RTP管道連接通常采用電熔接頭和扣壓接頭。隨著管道口徑和壓力的提高，電熔接頭強(qiáng)度低、扣壓接頭價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)日益凸顯，需要進(jìn)一步研究管道的連接方式，為施工安裝提供更多的選擇；適用于海洋油氣開(kāi)發(fā)的柔性復(fù)合管技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，國(guó)內(nèi)需要縮小技術(shù)差距，解決卡脖子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海洋柔性復(fù)合管的國(guó)產(chǎn)化等。
      在2023年底印發(fā)的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年本）》中，指出要推動(dòng)管道輸氫等氫能技術(shù)的推廣與應(yīng)用。隨著柔性復(fù)合管道關(guān)鍵技術(shù)的不斷成熟，開(kāi)發(fā)和測(cè)試案例持續(xù)增多，為管道輸氫提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐支撐。前路漫漫亦燦燦，輸氫管道將幫助我國(guó)在可再生能源制氫、氫儲(chǔ)能、氫化工、氫交通、氫冶金等領(lǐng)域的發(fā)展步入正軌。


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