2023年8月24日，第三屆中國(guó)綠氫與應(yīng)用發(fā)展論壇在內(nèi)蒙古鄂爾多斯盛大召開(kāi)，與會(huì)嘉賓共同探討綠氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展問(wèn)題及方向。

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司高級(jí)工程師鐘桂香發(fā)表《輸氫管道用管材選用技術(shù)探討》主題演講。

鐘桂香表示，我國(guó)氫能源主要分布在煉化企業(yè)集中、風(fēng)光發(fā)電資源豐富的西北、中西部地區(qū)，消費(fèi)市場(chǎng)則主要集中在東部地區(qū)，與油氣資源分布格局類似，呈現(xiàn)出資源與市場(chǎng)錯(cuò)位分布的特點(diǎn)，因此氫能的運(yùn)輸將是未來(lái)氫能利用中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

大規(guī)模氫氣輸送的最佳方式是利用管道運(yùn)輸，管道運(yùn)輸?shù)某杀疽沧畹汀］敋涔艿烂媾R的最本質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)就是氫脆。

環(huán)境、應(yīng)力和材料是誘發(fā)氫脆的三大基本要素。

鐘桂香向與會(huì)嘉賓介紹了氫氣壓力對(duì)鋼材的影響，她表示，壓力一定的條件下，優(yōu)選選用低鋼級(jí)材料。隨著壓力的增加，X52管線鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加，材料發(fā)生氫脆的傾向增大。隨著氫含量的增加，強(qiáng)度未發(fā)生顯著變化，延伸率呈下降趨勢(shì)，含量越高，下降約大；而且一定氫含量條件下，高級(jí)越高，延伸率下降越大。相同環(huán)境（壓力、純度等）下，管線承受的應(yīng)力越大，疲勞壽命越低，通過(guò)降低承受載荷、增加壁厚可以提高氫環(huán)境中管線鋼疲勞壽命。

此外，氫氣純度對(duì)鋼材材料也有影響。在氫氣中添加氧氣或一氧化碳等氣體可以顯著降低鋼材發(fā)生氫脆的風(fēng)險(xiǎn)?！坝绕涫巧倭看嬖诘腛2、CO就可以顯著降低氫脆風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

鋼材本身材料的屈服強(qiáng)度對(duì)氫脆的適應(yīng)情況也存在規(guī)律，相同環(huán)境（壓力、純度等）下，隨著材料屈服強(qiáng)度的增加，斷裂韌度下降趨勢(shì)愈加明顯；隨著硬度的增加，HIC裂紋長(zhǎng)度率，表明降低強(qiáng)度和硬度能有效降低管材的氫脆敏感性。

鐘桂香總結(jié)氫對(duì)鋼材的影響，影響材料氫脆敏感性的的因素主要有強(qiáng)度、硬度、化學(xué)成分、微觀因素（晶粒度、帶狀組織、組織類型、冶金缺陷和管材本身的缺陷/缺欠。對(duì)于輸氫管道環(huán)境（設(shè)計(jì)壓力、氫氣純度）一定的條件下，管道設(shè)計(jì)應(yīng)該從降低應(yīng)力和提高材料抗氫脆性能兩方面降低氫脆的影響。

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家級(jí)輸氫管道鋼材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，氫氣工況已經(jīng)驗(yàn)證過(guò)的鋼示制包括傳統(tǒng)的ASTMA106的B級(jí)、ASTMAS3的B級(jí)、和API5L的X42級(jí)和X52級(jí)(首選PSL2級(jí))，以及微合金化的API5L的X52級(jí)。氫氣管線已經(jīng)在一個(gè)≤14MPa的氣體壓力下運(yùn)行。對(duì)氫脆問(wèn)題的認(rèn)識(shí)體現(xiàn)在限制氣體壓力和管線尺寸的趨勢(shì)，以便在系統(tǒng)運(yùn)行期間，壁應(yīng)力低于規(guī)定最低屈服強(qiáng)度的30%~50%，盡管工業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富，但在氫氣中碳鋼的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)有限。

最后，鐘桂香在材料要求方面建議，鋼級(jí)不高于L485，且管體及焊縫最大抗拉強(qiáng)度不超過(guò)690MPa；焊管用原材料軋制工藝應(yīng)為熱機(jī)械控制軋制工藝（TMCP）；無(wú)縫管在連續(xù)鑄造過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行低倍浸蝕試驗(yàn)或其他等效方法來(lái)識(shí)別合金中心線偏析，并按不應(yīng)超過(guò)2級(jí)評(píng)級(jí)驗(yàn)收；管材的A、B、C、D類非金屬夾雜物級(jí)別不應(yīng)超過(guò)1.5；管材的帶狀組織不大于3級(jí)；焊管的晶粒度應(yīng)為9級(jí)或更細(xì)。無(wú)縫鋼管的晶粒度應(yīng)為8級(jí)或更細(xì)；焊管的碳含量應(yīng)不超過(guò)0.07%；無(wú)縫管的碳含量不應(yīng)超過(guò)0.12%；硫含量不應(yīng)超過(guò)0.01%；磷含量不應(yīng)超過(guò)0.015%；L415及以下鋼級(jí)焊管的碳當(dāng)量CEpcm不應(yīng)超過(guò)0.15%，無(wú)縫鋼管的碳當(dāng)量CEpcm不應(yīng)超過(guò)0.20%；L450及以上鋼級(jí)焊管的碳當(dāng)量CEpcm不應(yīng)超過(guò)0.17%。無(wú)縫鋼管的碳當(dāng)量CEpcm不應(yīng)超過(guò)0.22%。

我國(guó)在輸氫管道方面很長(zhǎng)一段時(shí)間都是“空白”，近年來(lái)，由于氫能產(chǎn)業(yè)大火，產(chǎn)業(yè)鏈上下游迅速燃起“戰(zhàn)火”，各大企業(yè)跑馬圈地。輸氫管道面臨成本和技術(shù)的雙重壓力，更面臨著標(biāo)準(zhǔn)與鋼材的空白，在此背景下，國(guó)家“從零開(kāi)始”，力破輸氫管道難題。

今年6月，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)傳出好消息：9.45MPa全尺寸非金屬管道純氫爆破試驗(yàn)在位于哈密的國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)管道斷裂控制試驗(yàn)場(chǎng)成功實(shí)施，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首次高壓力多管材氫氣輸送管道中間過(guò)程應(yīng)用試驗(yàn)完成，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)輸提供技術(shù)支撐。