氫能源作為一種零碳高效的新能源， 在世界能源轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用價(jià)值日益凸顯， 世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)紛紛出臺(tái)政策大力支持氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 美國(guó)、日本、歐盟、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)都制定了氫能源發(fā)展戰(zhàn)略或規(guī)劃，全球范圍內(nèi)氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略或規(guī)劃已在美國(guó)、日本、澳大利亞、韓國(guó)等國(guó)我國(guó)對(duì)氫能源的發(fā)展十分重視，并于 2022 年首次發(fā)布了《氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021~2035 年)》，對(duì)氫能源的戰(zhàn)略定位、發(fā)展目標(biāo)以及在新能源體系中的重大舉措進(jìn)行了明確。根據(jù)中石化的一份報(bào)告，我國(guó)在 2060 年將有近 8600 萬(wàn)噸的氫能源消耗，4.6 萬(wàn)億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。同時(shí)，氫能源將成為能源結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要組成部分，直至 2050 年，按照國(guó)家發(fā)改委和能源局的發(fā)展規(guī)劃。

高壓氫氣可以通過(guò)氫氣管道和長(zhǎng)管拖車(chē)，根據(jù)氫氣的輸送距離、用氫要求和用戶分布進(jìn)行輸送，利用管道輸送是最有效率的方法，可以將體積較大、距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合進(jìn)行輸送。

一、氫氣管道的類(lèi)別

輸送氫氣的管線主要有輸送氫氣的管線和輸送氫氣的管線。輸氫管道分為兩類(lèi)，一類(lèi)是用于場(chǎng)(廠)區(qū)裝置間或系統(tǒng)內(nèi)輸送氫氣，其特點(diǎn)是管道壓力大，管徑小，一般采用壓力管路用管或儀表管路用管(hydrographic)輸送氫氣的管道；另一類(lèi)用于大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送氫氣(摻入氫氣)、管道設(shè)計(jì)壓力為 2.0~20.0MPa、直徑為 300~1000mm 的長(zhǎng)輸氣管道。從材質(zhì)上來(lái)看，氫氣輸送管道一般分為鋼制加壓管道輸送氫氣，以及復(fù)合加壓管道輸送氫氣。

配氫管道一般用于小范圍、近距離輸送氫氣，以管道壓力小、管徑小為特點(diǎn)，輸送對(duì)象為小規(guī)模用戶(如連接民用氫能源園區(qū)管道， 供氫氣站與用戶之間)。從材質(zhì)上來(lái)看，輸送氫氣的輸送管道一般分為輸送氫氣的鋼質(zhì)壓力輸送管和輸送氫氣的非金屬質(zhì)壓力輸送管。

氫氣長(zhǎng)輸管道的許多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與天然氣長(zhǎng)輸管道相似，但規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還存在一些差異，因?yàn)閮煞N氣體的物理性質(zhì)差異很大， 所以不能直接采用設(shè)計(jì)、施工等天然氣長(zhǎng)輸管道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。美國(guó)和歐洲擁有 80 多年的氣氫長(zhǎng)距離管道輸送歷史，是世界上氫氣管網(wǎng)發(fā)展最早的地區(qū)。氫氣輸送管道隨著氫能源產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展而日益壯大。

二、國(guó)內(nèi)氫氣管道標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)關(guān)于氫氣管道的標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T34542《氫氣儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng)》、GB50177《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》和 GB4962《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》。

《氫氣儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng)(GB/T34542)》是近幾年系統(tǒng)氫氣儲(chǔ)存與輸送系列標(biāo)準(zhǔn)中較為全面的布局。該標(biāo)準(zhǔn)分為 8 個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)，分別是通用要求、金屬材料與氫環(huán)境及相容性試驗(yàn)方法、金屬材料氫脆敏感性試驗(yàn)方法、氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)要求、氫氣輸送系統(tǒng)技術(shù)要求、氫氣壓縮系統(tǒng)技術(shù)要求、氫氣充裝系統(tǒng)技術(shù)要求、防火防爆技術(shù)要求。

GB50177 適用于廠區(qū)和車(chē)間新建、改建和擴(kuò)建的氫氣站、供氫站和氫氣管線設(shè)計(jì)。

《GB4962》規(guī)定了氣態(tài)氫在氣態(tài)氫生產(chǎn)后的使用、置換、儲(chǔ)存、壓縮和充( 灌)裝、排放過(guò)程以及消防和應(yīng)急處置、安全防護(hù)等氫氣生產(chǎn)中的相應(yīng)環(huán)節(jié)， 如液態(tài)氫、水上氣態(tài)氫、航空用氫場(chǎng)所和汽車(chē)上的氫氣供應(yīng)系統(tǒng)等不適用于氣態(tài)氫的安全技術(shù)要求。

埋地氫氣長(zhǎng)輸管道不適用以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

三、國(guó)外氫氣管道標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外適用于氫氣長(zhǎng)輸管道的標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)編寫(xiě)的 ASME31.12—2019《氫氣管道系統(tǒng)與管道》， 歐洲壓縮氣體協(xié)會(huì)的 CGAG—5.6—2005(R2013)《氫氣管道系統(tǒng)》，亞洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)的 AIGA033/14《氫氣管道系統(tǒng)》。

不適用于按 ASME 鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造、溫度高于 450 或低于-80、壓力超過(guò) 3000psi 的管道系統(tǒng)( 1psi = 6894.76pa)、水氣含量大于 20mg/l、氫氣體積分小于 10%的管道系統(tǒng)。ASME31.12 適用于從制造廠向使用地輸送氫氣的長(zhǎng)輸管線、分輸管線和服務(wù)管線。

AIGA033/14 和 CGAG-5.6 的內(nèi)容基本相同，雖然 CGAG-5.6 部分章節(jié)的內(nèi)容更加詳細(xì)，因?yàn)樗?2013 年進(jìn)行了修訂。兩者適用于僅限氣態(tài)產(chǎn)品、溫度范圍在-40~175 ℃之間、總壓力在 1~21MPa 或 不銹鋼材質(zhì) H2 壓力高于 0.2MPa 的純氫、氫混合物的輸送、配送系統(tǒng)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是在歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)(EIGA)的領(lǐng)導(dǎo)下，由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織成員協(xié)會(huì)(ICI)編寫(xiě)的， 目的是供國(guó)際協(xié)調(diào)委員會(huì)的各成員在全球范圍內(nèi)使用和借鑒。

四、復(fù)合材料的應(yīng)用情況

如對(duì)低合金鋼的氫脆敏感性有增強(qiáng)作用的合金元素，如 C、Mn、S、P、Cr 等。同時(shí)，氫氣壓力越大，材料強(qiáng)度越高，產(chǎn)生的氫脆和氫氣開(kāi)裂現(xiàn)象就越明顯，因此在實(shí)際工程中優(yōu)先選用氫氣管材的是低鋼級(jí)鋼管。ASME31.12 推薦使用 X42 和 X52 鋼管，同時(shí)規(guī)定必須考慮氫脆、低溫性能變換和超低溫性能變換等問(wèn)題。

針對(duì)氫脆敏感性試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了較為系統(tǒng)的成套測(cè)試方法，在該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展，我國(guó)已逐步追趕國(guó)際的水平（下表）。

此外，每公里氫氣長(zhǎng)輸管道的成本約為 63 萬(wàn)美元，每公里天然氣管道的成本僅為 25 萬(wàn)美元左右， 約為天然氣管道成本的 2.5 倍。美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和薩凡納河國(guó)家實(shí)驗(yàn)室針對(duì)高壓氫氣條件下纖維復(fù)合材料的爆破壓力、氫氣環(huán)境下材料的相容性、裂紋容差、泄漏率和耐疲勞性等進(jìn)行了材料性能評(píng)估，并由美國(guó)能源部燃料電池技術(shù)工作組對(duì)降低氫氣管道材料成本的纖維復(fù)合材料進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的工作，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和分析，研究2016 年，ASME31.12 在標(biāo)準(zhǔn)中加入纖維復(fù)合材料，規(guī)定其最大服役壓力不得超過(guò) 17MPa。

2023 年 11 月 23 日，由中國(guó)聯(lián)塑集團(tuán)研制的 RTP 柔性氫氣輸送復(fù)合管?chē)?guó)產(chǎn)化進(jìn)程取得重大突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域空白的 RTP 柔性氫氣輸送復(fù)合管首次純氫爆燃試驗(yàn)順利完成。該 RTP 柔性復(fù)合輸氫管是一種高阻隔性能、高強(qiáng)度的塑料復(fù)合管，主要由內(nèi)管層、鋁帶阻隔層、中間塑料層、玻璃纖維增強(qiáng)層和外管層復(fù)合而成。

在國(guó)家層面缺乏系統(tǒng)性頂層設(shè)計(jì)的情況下，氫能基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)還處于起步階段，我國(guó)氫氣輸送系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)滯后。隨著《氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021~2035 年)》的出臺(tái)，與之配套的國(guó)家法律、規(guī)劃和政策將是氫能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的頭等大事。目前絕大多數(shù)企業(yè)采用ASME B31.12-2019作 為金屬材料的氫氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范，而非金屬材料的氫 氣管道目前尚無(wú)國(guó)際公認(rèn)的設(shè)計(jì)規(guī)范，需加快布局此類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，助力規(guī)劃的實(shí)施和發(fā)展。