输氢管道完整性管理技术研究进展

管道输氢被认为是当前效率最高、经济性最好的大规模输氢方式。围绕输氢管道管材的相容性、氢气的泄漏与监测、完整性管理方法与相关规范缺失等关键问题,对目前相关研究进行了归纳与总结。结果表明:典型管道钢材在高压临氢环境下产生氢致失效的机理尚未明悉,需探明临氢环境下不同等级钢材力学性能的劣化规律,并分析钢材氢脆敏感性的影响因素;输氢管道更易发生泄漏,应重点明确输氢管道及相关设备产生泄漏的具体原因,完善氢气泄漏监测技术;目前输氢管道完整性管理方法缺失,需重点考虑氢气对输氢管道完整性管理中风险评价和完整性评价的影响,完善输氢管道完整性管理方法;结合现有输氢管道规范的相关内容,为输氢管道完整性管理提供支撑,推进输氢管道完整性管理标准与规范的制定。相关结论可以为输氢管道完整性管理技术的发展提供参考。

输氢海底管道选材探讨

针对国内首条输氢海底管道进行选材探讨,基于对常见的氢致失效形式及机理的分析,参考国内外输氢管道相关的标准规范,并考虑海底管道安装的特殊性,推荐输氢海底管道选用API SPEC 5L X42和X52无缝钢管(PSL2等级优先),采用淬火+回火的热处理工艺。同时,对一些氢脆影响因素进行控制,如合金元素含量、碳当量、管材硬度和非金属夹杂物含量等。可以采用慢应变速率试验、断裂韧性试验、裂纹扩展速率试验、疲劳寿命试验和圆盘压力试验等,对管道材料进行力学性能评价,判断材料在氢环境中的氢脆敏感性,为实际工程应用提供支持。

氢气长输管道钢管选材研究

氢气长输管道在钢管选材方面与天然气管道存在一定的差别。通过对氢气长输管道常见的氢致失效形式及机理的研究,以及合金元素、显微组织及夹杂物、带状组织等对氢致失效影响的深入分析,最终确定出氢气长输管道在钢管管型、钢级及交货热处理状态方面的选材要求。在满足工程需要及安全的前提下,可选择API SPEC 5L A、B、X42、X46、X52(PSL2级)等无缝钢管、直缝埋弧焊管和高频电阻焊管。对于较低钢级无缝钢管,建议选用形变正火态;对于相对较高钢级无缝钢管,建议选用淬火+回火态;对于直缝钢管,建议选用形变热处理态。

氢气管道发展与管线钢氢脆挑战

作为一种绿色、清洁的燃料(或能源载体),氢在实现净零排放目标上将发挥重要作用。在建设以氢能为基础的规模经济中,氢的高效、安全运输是关键的一环。氢的管道运输具有运载量大、效率高、经济实惠等优势,如果能够利用现有天然气管网实现氢的运输,则可以进一步降低成本,促进氢的规模经济的发展,但高压氢气管道或天然气/氢气混输管道存在氢脆失效的风险。阐述了氢能与氢经济发展的背景以及管道运输的巨大意义,讨论了氢气管道发生氢脆的热力学条件、氢的渗透与扩散行为、氢致失效的机理和失效形式等,证明了管线钢在管输条件下氢分子发生解离吸附的热力学可行性,分析了氢气管道存在发生氢脆或其他氢致失效形式的风险。当前,氢气管道发生氢致失效的研究具有相当大的发展空间,进一步的研究将主要集中在原子尺度测量与计算模拟方面。