科普 | 什么是管道输氢？

管道输氢作为一种高效、经济的氢能输送方式，在全球范围内逐渐受到重视。目前，许多国家已经开始规划和建设氢能输送管网，以期实现氢能的长距离和大规模输送。

例如，欧洲的一些国家已经开始建设跨国氢能输送管网，以促进氢能的区域共享和利用。此外，日本也在积极布局氢能基础设施，以支持其氢能社会的愿景。中国当下的管道输氢目前发展情况如何？它未来的发展趋势又将怎样？

管道输氢的定义

管道输氢指的是通过利用专用管道将氢气从生产地输送到消费地点的一种技术手段。这一技术的核心在于构建从制氢工厂到氢气站或最终用户的管道网络，其中氢气以气态形式进行输送。

管道输氢是一种高效的氢气运输方式，它类似于天然气输送的方式，将生产的氢气经过压缩装置进行压缩，提高氢气的密度，减小体积。接下来，压缩后的氢气通过管道输送到目的地，并在目的地进行解压，供应给使用者。

管道输氢的优势

管道输氢作为一种高效、经济的氢气输送方式，在未来氢能源社会中具有广阔的应用前景。其优势主要有以下几个方面。

管道输氢作为一种高效的氢能传输方式，具有多方面的优势，这些优势使得它在氢能的规模化推广中扮演着关键的角色。

成本优势

管道输氢的运输成本相比其他方式，如液氢运输和压缩氢气运输，更加低廉。尽管管道的建设成本相对较高，但一旦建成，其运营成本相对低廉。管道输氢的经济性体现在较低的运营成本和较高的运输效率上。与其他运输方式相比，管道输氢在运输成本上更为经济，且不受天气条件的限制，可以实现全天候运输。

现阶段氢基能源短距离管输价格与输送距离的关系图

中期氢基能源长距离管输价格与输送距离的关系图

长期氢基能源长距离管输价格与输送距离的关系图

流量大

管道输氢系统能够处理较大的氢气流量，这对于氢能的规模化推广至关重要。它能够满足大规模产业和城市的供氢需求，且不受流量和距离的限制。

安全稳定性

管道输氢采用密封的管道和阀门，有效防止氢气泄漏，同时实现氢气的保护和回收，大大减少了安全风险。此外，管道输氢的自动化程度高，可通过远程监测和控制，减少人为失误带来的安全隐患。

适用范围广

管道输氢系统具有良好的适应性和可扩展性，适用范围广。可以根据氢气的供需情况，灵活增减输送量。

技术成熟度好

利用管道输送氢气已经有80余年的历史，技术成熟可靠。全球范围内的氢气输送管道总里程已经超过4600公里，显示了这种输氢方式的广泛接受度和实用性。然而，尽管其优势显著，管道输氢仍面临诸多挑战。

管道输输氢的类型

根据输送距离的不同，管道输氢可以分为长距离管道和短距离管道。

长距离管道主要用于制氢工厂与氢气站之间的运输，具有较高的输氢压力和较大的管道直径。而短距离管道则主要用于氢气站与各个用户之间的氢气配送，具有较低的输氢压力和较小的管道直径。

根据输氢的纯度不同，管道输氢还分为天然气掺氢输送和纯氢输送两种方式。

天然气掺氢输送是一种将可再生能源制备的“绿氢”与天然气混合，通过现有的天然气管网输送到用户终端的技术。掺氢输送技术可行性主要考虑掺氢后的天然气物理性质、材料的耐受程度以及输送的工艺设备三个方面。

纯氢输送是一种高效、经济的大规模长距离氢气输送方式。但纯氢管道的建设难度大、成本高。一般氢气长输管道的造价约为天然气管道的2-3倍。

根据输氢的形态分，可以分为气态输送和液态输送两种类型。

管道输氢的成本测算

不同输氢方式，对应的成本也存在很大的差异。其中距离远近是很重要的因素。

为测算管道运氢的成本，我们参考济源-洛阳氢气管道的基本参数，做出如下假设：管道长度25km，总投资额1.46亿元，则单位长度投资额584万元/km；年输氢能力为10.04万吨，运输过程中氢气损耗率8%；管线配气站的直接与间接维护费用以投资额的15%计算；氢气压缩过程耗电1kwh/kg，电价0.6元/kwh；

管道寿命20年，以直线法进行折旧。根据以上假设，可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道，运氢价格为0.86元/kg。

数据来源：《加氢站氢气运输方案比选》、恒盛证券

管道输氢的流程

管道输氢作为一种高效的氢气运输方式，其流程主要包括以下几个环节：

氢气的生产

管道输氢方案的工作原理首先是从生产地通过水电解、天然气蒸汽重整或生物质气化等方式生产氢气。

氢气的净化与压缩

生产出的氢气需要进行净化处理，去除其中的杂质和有害物质，确保输送过程中的安全性。随后，对氢气进行压缩，提高其密度，以便于后续的输送和储存。

氢气的管道输送

压缩后的氢气通过管道输送到目标地点。管道输氢采用密闭的管道系统，可以减少氢气泄漏的风险，并降低爆炸、燃烧等安全事故的发生。此外，管道输氢的自动化程度较高，可以通过远程监测和控制，减少人为失误带来的安全隐患。

氢气的解压与使用

在目的地，压缩后的氢气被解压，供应给使用者，无论是用于氢能燃料电池车辆还是工业生产过程中的氢气需求。

监测与维护

为了确保管道输氢系统的安全可靠运行，建立了监测与维护机制，定期对系统进行检查和维护。

中国氢能管道建设现状

当前国内管道输氢主要有以下两种形式。一种是天然气管道掺氢运输。天然气管道掺氢运输是指将氢气以一定体积比例掺入天然气中形成掺氢天然气（HCNG），并通过现有天然气管道进行输送。

另一种是纯氢管道运输。国内已建输氢管道目前普遍采用低钢级（20号钢、L245N）管道，中低压力（≤4MPa）运行。

近年，国外开始研制大口径的X60及以上钢级抗氢管道，目前管材已经研制成功，通过了实验室内最大压力和100%氢气条件下的测试。美国投运的输氢管道最高运行压力已达到10.3MPa，已经达到了目前我国天然气西气东输的骨干管道压力等级。

而我国已建氢气输送管道有金陵-扬子氢气管道、巴陵-长岭氢气提纯及输送管线、济源-洛阳氢气管道、玉门油田输氢管道等，管道里程约100公里，管道运行压力均在4MPa以下，管径从200mm~500mm不等。

虽然我国在氢气管道的设计、施工、运行及维护方面积累了一定经验，但是相较国外先进水平仍有不小的差距。网络公开信息显示，当前我国已有掺氢管道8条，纯氢管道超过10条，输氢管线长度超2000公里。

此外，我国在管输液氨和甲醇方面也有相应的经验。我国液氨管道总里程较短，目前共建有4条液氨管道，总长度不超过200公里，总输量不足100万吨/年。1990年，我国第一条长距离液氨管道在秦皇岛建成并投产运行，该管道至今仍为国内最长液氨管道。

2021年5月10日，中煤鄂能化100万甲醇技改项目配套管线工程一次安全投产成功，管线工程线路全长约52公里，设计压力2.5MPa，管道规格为D355.6mm，填补了国内长距离管道输送甲醇的空白。

输氢管道的材料

输送氢气的管道需要使用特殊材质，以确保氢气的安全运输。钢是最常用的材料，但需注意选择合适的类型以避免氢脆和腐蚀。

特殊材质的需求

氢气的特性，如重量轻、难捉摸、扩散速度快，以及需要低温液化等特点，使得氢气在存储和运输过程中需要使用特殊的材料。氢气会与某些金属发生化学反应，导致“氢脆”现象，因此在氢气管道的设计和材料选择上有着更高的要求。

钢材的广泛应用

尽管面临这些挑战，钢因其强度高、耐用性和成本效益而成为氢气管道最常用的材料。特别是碳钢，虽然广泛用于天然气管道，但由于其易发生氢脆和腐蚀，通常不推荐用于氢气管道。

其他特殊材料的考虑

除了钢，还有一些其他特殊材料被用于氢气管道。例如，蒙耐尔合金，它具有良好的耐还原性介质的腐蚀能力，适用于多种腐蚀环境，特别在氢氟酸和碱溶液中表现出色。

管道输氢国际概况

全球范围内，通过管道进行氢气输送的历史已超过80年的时间。最早追溯到1938年，德国率先构建了世界上首条氢气长距离输送管道，其长度达到215公里，输氢管直径在0.15～0.30m之间，额定的输氢压力约为 2.5MPa，连接18个生产厂和用户，从未发生任何事故。

2023年，德国政府通过新版《国家氢能战略》，其中提到，计划到2032年，长度超过11000公里的氢能核心网络应将所有主要氢能供应商与所有主要消费者连接起来。

欧洲大约有 1500公里输氢管。世界最长的输氢管道建在法国和比利时之间，长约400公里。主要服务于化工厂之间的氢资源优化配置与利用。

随着氢气应用领域的不断拓展与需求量的日益增长，全球范围内氢气输送管道的建设规模持续扩大，现已累计超过4600公里的总里程。

从天然气掺氢角度看，国际上依然是我国最高。

国内管输氢能政策与规划

要实现输氢管道的稳定可靠输送，当前技术上还面临着诸多挑战，因此更需要完善的标准体系建设才能实现发展目标。

2024年2月18日，国内首个氢气储输管道用钢管国家标准通过立项批复；而《2024年能源行业标准计划立项指南》、《关于征集2024年第一批氢能行业团体标准的通知》等文件也多次涉及包含管道输氢在内的氢能储运标准的完善。这些标准的出台，让管道输氢逐步走出原有无规则可依的“尴尬期”。

今年3月份，由中机国际华东区域中心参与编制的《氢气输送工业管道技术规程》（T/CAS 851—2024）获得中国标准化协会批准发布。

该标准规定了氢气输送工业管道的材料选择、设计和计算、施工和验收、运行与维护等多方面。该标准的发布填补了我国氢能源工业管道输送环节的标准空白。

今年4月份，中国标准化协会城镇基础设施分会组织编制，中国石油天然气管道工程有限公司牵头编制的《氢气输送管道完整性管理规范》已获得中国标准化协会的批准发布。

该标准适用于陆上气态纯氢长输钢质管道在设计、施工、投产、运行、维护和废弃的全生命周期内的完整性管理要求。填补了氢气管道完整性管理的空白，推进了氢气管道输送技术的发展。

8月22日，住房城乡建设部连发两份通知，就国家标准《氢能输配设备通用技术要求（征求意见稿）》（简称《技术要求》）以及《燃气掺氢混气装置（征求意见稿）》（简称《混气装置》），向社会公开征求意见。

值得一提的是，两份文件均对管道输氢提出了几项关键技术指标——

氢能输配设备适用于纯氢介质和掺氢比例不超过20%，压力不超过20.0MPa的天然气掺氢燃气。

天然气管道内流速不宜超过20m/s；氢气管道内流速不宜超过15m/s；掺氢天然气管道内流速不应超过20m/s。

掺氢比例超过20%（体积分数）的天然气掺氢燃气设备除符合本标准要求外，还应做适用性论证。

由此可见，国内关于氢能管输的行业标准和国家标准正在完善中，后续将知道管输氢气的工程建设全面展开。

为实现“碳中和”发展目标，未来全国绿氢年需求将达到1.2亿吨，相应需配套约26亿千瓦风光资源与12亿千瓦制氢设备。为实现氢能长距离经济输运，构建以“西氢东输”为主的全国高标准骨干氢网，总投资超过10万亿元人民币，管道总长度约9.3万公里，承载约7900万吨/年的输氢能力。

由于我国西北部风光发电资源丰富，因此在内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、青海等地有大规模绿氢资源潜力。为了将这些资源转移到我国经济发达的东南部地区，国家也开始布局“西氢东输”计划。

氢能汇（微信公众号：h2-2005）了解到，西氢东输首个项目起于内蒙古自治区乌兰察布市，终点位于北京市的燕山石化，管道规划经过内蒙古、河北、北京等3省区市、9个县区，全长400多公里——这是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。

管道一期运力10万吨/年，预留50万吨/年的远期提升潜力。同时，将在沿线多地预留端口，便于接入潜在氢源。

管道建成后，将用于替代京津冀地区现有的化石能源制氢及交通用氢，助力京津冀氢能走廊的高效构建；大力缓解我国绿氢供需错配的问题。

西氢东输还将开设新疆/青海→陕西/甘肃/宁夏/湖北/川渝→山东/河南/江浙沪皖/闽赣湘以及西藏→云南/贵州→广东/广西的新线路。

这些管网投产后，将对我国绿氢的推广和使用起到重要作用。

管道输氢主要参与企业

国内参与管道输氢的企业有很多，主要以中国石油、中国石化、国家管网公司为主力。

1、中国石油

宣布用现有天然气管道长距离输送氢气的技术获得突破；联合14家单位申报氢能输送项目，并计划建设纯氢管道实验平台。

2、中国石化

中国石化参与了“西氢东送”输氢管道示范工程。

3、国家电力投资集团

开展了天然气掺氢入户应用示范。

4、国家石油天然气管网集团有限公司

成功实施了国内首次全尺寸掺氢天然气管道封闭空间泄漏燃爆试验。

5、内蒙古西部天然气公司

投资建设了国内首条掺氢长距离高压输气管道工程。

6、宝钢股份

成功实现了高钢级输氢管线钢的批量生产。

7、河钢集团唐钢公司

定制生产了首批1930mm超宽断面临氢管线钢L245M。

8、宝鸡钢管公司

完成了国内首次全尺寸螺旋焊管长周期高压高比例掺氢试验。

9、渤海装备巨龙钢管公司

完成了输氢钢管二次单炉试制成功。

素材来源：央视网、五矿证券研究所、氢能技术前沿等