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柔性輸氫管道“起風”

發布時間： 2024-03-29    作者：admin
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      隨著我國氫能高速發展，大規模集中制氫和氫長距離運輸成為了趨勢，而管道運輸作為一種經濟高效的輸送方式也越來越受到關注。其中，柔性復合管（FCP）作為一種長途高壓輸送氫氣管道正在興起。

      由于長距離氣體管道一般采用的鋼鐵材料面臨著建設成本高、氫脆等一系列問題，而柔性復合管道不僅可以克服高強度金屬管道易發生腐蝕的問題，還具有施工方便、維護費用低、使用壽命長等特點，可為我國今后實現大規模、低成本的遠距離純氫運輸提供有力支撐。


      柔性復合管究竟可以解決哪些氫氣管道建設中的哪些難題，潛在的市場機會有多大，目前我國在該領域進展如何？本文著重回答這些問題。

      有望推動輸氫管道快速發展

      管道輸氫被認為是氫能規模化推廣的“咽喉”。之前輸氫管道基本為中國石化、中國石油投資建設運營，用于煉化企業內部氫資源供應，距離偏短。現在隨著氫氣價值的提升，一方面，煉化企業逐漸將自己大量富余氫氣進行外供；另一方面，大型風光制氫項目普遍存在“生產、需求兩地不同”的供氫現狀，由此長距離輸氫管道的項目建設需求“陡然”上升。

      目前純輸氫管道主要采用的是鋼材質。碳鋼在高壓氫環境中服役時，氫分子能夠分解成氫原子滲透入金屬材料內部，造成材料性能劣化（即氫脆），易導致管道氫脆開裂。所以需要采用昂貴的合金鋼，增加了造價。并且鋼管沒有柔性，不能制造成連續很長方便運輸和鋪設的盤管，還需要防腐涂層，因此鋪設費工、費時。
      因此，管材研究是現在輸氫管道發展的關鍵領域之一。柔性復合管作為一種替代現有管線鋼管的復合管道，在國際上備受矚目。
      柔性復合管由多層組成，通常包括至少一層熱塑性內襯、增強中間層和外層熱塑性保護套。這種管材克服了鋼管和純塑料管的缺點，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，可分為增強熱塑性塑料管(RTP)和熱塑性復合管(TCP)。
      新型柔性復合管材經產品結構設計開發優化后用于氫能輸送，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、氫腐蝕等風險。并且復合管內外層為聚乙烯材料，耐酸、耐堿，無需額外做防腐處理。
      相較于其他金屬管或塑料管，柔性復合管具有諸多優勢。例如：根據管材服役條件，可對FCP管中間層結構設計進行調整，在滿足管材內壓、外壓、拉伸、彎曲等性能要求的同時，還具有良好的柔韌性；可以將小口徑FCP管做成盤卷的連續管，每盤長度可達幾十米甚至上千米，便于管道工程建設；.高工作溫度可達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，且內壁不結垢，顯著增加了輸送介質流速。

      此外，FCP管還具有節能環保、嚴密性好、耐腐蝕、施工方便等優點，對管基不均勻沉降適應能力強，具有優異的抗沖擊、耐扭曲能力。有研究分析認為，采用柔性復合管的輸氫管道可大幅降低管道鋪設和焊接的費用且不需要焊接區域重新涂層。柔性復合管的安裝成本比鋼管道便宜20%左右。


      柔性復合管具有巨大的市場空間

      日益增長的氫氣需求給氫氣運輸與分配產業帶來了新的機會。從輸氫未來市場前景來看，我國輸氫管道未來市場廣闊，需求量非常大。從目前現有情況來看，我國氫氣管道是遠低于發達國家水平。全世界現在5000多公里，美國占2700公里，歐洲1770公里，我國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，未來肯定是要達到上萬公里的水平。
      中國石油天然氣管道工程有限公司副總經理李國輝曾公開表示：“要解決我國氫能資源市場錯配問題，未來中長距離的儲運需求非常大，需要用純氫或者摻氫管道解決制氫和用氫.后一公里的問題。預測到2050年，氫能規模達到7000萬噸，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氫能發展的重要方向。當前，我國海上風電技術發展迅速，隨著海上風電直接電解海水制氫技術實現突破，未來海上綠氫如何送上岸，成為關鍵一環。
國際..工程咨詢公司AFRA.近發布了對德國在建風電制氫工程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”方案對比的分析論證，結論是前一種方案更快、更經濟且風險更少，系統成本低60億歐元，生產氫氣成本低15%。

      海上長途高壓管道輸氫不可能采用難以制造成連續長管且易腐蝕的鋼管，傳統金屬柔性管也存在質量大、易腐蝕失效等問題，柔性復合管在抗疲勞、耐腐蝕、質量輕等方面具有顯著優勢，被視為金屬海洋管線的絕佳替代品。


      目前，荷蘭企業SoluForce Hydrogen 將已將柔性復合管海上輸氫解決方案的應用在格羅寧根海港。SoluForce布置了4公里長、壓力為42bar的柔性輸氫管道，將北海地區風電生產的綠色氫氣輸送到Eemshaven 的化學和工業企業。
      “現在，為了滿足將海上大量綠氫輸送上岸的需要，業內開始將FCP技術應用到海上長途輸送氫領域。因為國際上已有海洋油氣產業生產和應用FCP的經驗，海上輸氫管道所需耐高壓抗腐蝕的柔性復合連續長管FCP也已在海上油氣產業中發展成熟。所以，基于海上輸送天然氣的技術經驗和基礎，海上輸氫產業可以實現很快發展。” 原北京第二輕工業局總工程師張玉川表示。
      從國家規劃管道數據來看，2025年前后能達到9條純氫管道約750公里。相關數據預測，我國2030年長輸氫管道總長度將達到3000公里。管道輸氫作為氫能產業發展過程中的必然舉措，百億市場空間正在打開。如果柔性復合管能得到廣泛應用將擁有巨大的市場空間。
      我國已有多家企業在該領域布局
      目前，國家管網集團、中國聯塑集團、東宏集團、寶雞天聯匯通、歐佩亞、東海實驗室等企業和科研單位均在用于輸氫的柔性復合管材領域進行了布局。
2022年10月19日，東宏股份（603856）披露定增方案，山東東宏管業股份有限公司（簡稱“東宏股份”）擬募資5.85億元，投資于年產7.4萬噸高性能復合管道擴能項目、新型柔性管道研發（氫能輸送）及產業化項目等。
      2023年6月，國家管網集團在其位于新疆哈密的管道斷裂控制試驗場，成功完成6.3兆帕管道充氫測試和9.45兆帕管道爆破測試，為國內..對輸氫非金屬管道進行的高壓在線測試和純氫爆破試驗。寶雞天聯匯通生產的高阻隔柔性復合管（RTP管）為此次試驗成功奠定了堅實基礎。
      2023年11月3日，東海實驗室預研項目“高效風電直驅電解海水制氫系統構建關鍵技術”和“海洋非金屬輸氫管道材料氫相容性測試評價方法及裝備研制” 順利通過中期評審。他們開展了非金屬輸氫管道材料氫滲透性測試、氫致損傷分析以及非金屬輸氫管道氫滲透測試裝置研發工作，為后續柔性復合管氫滲透性測試及裝備制造提供了重要的基礎數據、模型方法和測試設備支撐。
      2023年11月23日，中國聯塑集團聯合國家管網西部管道公司、西安管研院、大連理工、上海邦臨管道工程技術有限公司在新疆哈密國家管網管道斷裂控制試驗場，進行了RTP柔性輸氫復合管純氫爆燃試驗。管材爆燃壓力達11.3MPa，該管材各項指標達到設計要求。
      總體來看，我國對于柔性復合管在氫氣輸送方面的應用仍處于試驗階段。目前，國內缺乏專用于柔性復合管輸氫的標準規范，柔性復合管輸氫檢測技術標準、完整性管理標準和輸氫應用標準體系等仍需進一步加強規范建設，當前部分標準設計主要針對短距離配送管道，對于長輸管道的標準設計仍處空白，亟需開展氫氣管道工程應用可行性研究，建立并完善柔性復合管輸氫標準。
      此外，柔性復合管仍存在一系列技術問題亟待解決。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，電熔接頭強度低、扣壓接頭價格昂貴的缺點日益凸顯，需要進一步研究管道的連接方式，為施工安裝提供更多的選擇；適用于海洋油氣開發的柔性復合管技術長期被國外壟斷，國內需要縮小技術差距，解決卡脖子技術，實現海洋柔性復合管的國產化等。
      在2023年底印發的《產業結構調整指導目錄（2024年本）》中，指出要推動管道輸氫等氫能技術的推廣與應用。隨著柔性復合管道關鍵技術的不斷成熟，開發和測試案例持續增多，為管道輸氫提供了堅實的實踐支撐。前路漫漫亦燦燦，輸氫管道將幫助我國在可再生能源制氫、氫儲能、氫化工、氫交通、氫冶金等領域的發展步入正軌。


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