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天然氣摻氫20年試驗，全球3大權威報告給出了5點結論

2020-06-08 09:53

氫脆與泄露不是攔路虎

許多鋼都容易發生氫脆（如圖1），即材料接觸氫時，在低于屈服強度的持續載荷下發生脆性斷裂。氫濃度和操作壓力是導致氫脆的最關鍵因素。而如果是使用低強度鋼的管道，其主要的氫損傷是拉伸延性的喪失或起泡，但通常在氫環境下以延性斷裂而非災難性脆性斷裂。氫損傷的嚴重程度在很大程度上取決于氫濃度和操作壓力。

在中低壓力（290 psig（20 bar））管道系統中，由于管道運行抗拉強度相對于設計強度較低，因此對氫增強裂紋增長的影響要小得多。在全世界范圍內，在壓力低于290 psig （20 bar）的情況下成功運輸純氫已有很長的歷史，在過去的幾十年里沒有出現操作問題。

資料來源：NREL圖1．氫脆過程

對于其他金屬管道，包括球墨鑄鐵、鑄鐵和鍛鐵以及銅管道，在天然氣運輸系統的一般操作條件下，不需要擔心氫損傷。關于氫老化對聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC）管道材料的影響，也沒有大的擔憂。大多數用于天然氣管道系統的彈性體材料也可與氫相兼容。

安全性綜合評估此處根據天然氣管道的不同模塊，分開討論HCNG在其中的安全性能。參照美國國家可再生能源實驗室技術報告對天然氣管道的分類，天然氣管道可以分為：收集段線路、主干道傳輸線路、主支線傳輸線路和終端服務分配傳輸線路四大模塊（如圖2）。各環節所用材料等在不同地區都會有所不同，具體情況還應具體處理。此處給出披露的研究結論作為參考。

資料來源：NREL圖2．包含收集線路、輸配主干線、分配主線和分配服務線的天然氣供應鏈

在管道的非爆炸安全性質方面，我們引用美國國家實驗室披露的關于分配主線和終端分配服務線的結論。此處安全等級被分為“嚴重”“比較嚴重”“一般”“較低”“低”“無”六個等級，表3。\

分配系統和輸配主干線之間的一個重要區別是相對于人口密集地區的位置。在人口稠密的地區，輸氣管道中可接受的氫氣含量需要來自火災或爆炸的頻率和嚴重程度更多元的評估。此外，在分配系統中由氣體泄漏引起的危害可能比在傳輸管道中更嚴重，特別是在封閉的服務區（表4，5）。在氫服務系統下，分配系統的完整性管理可能需要檢漏裝置或監測裝置或傳感器。含氫的傳輸系統的維護費用可能會增加，因為這些系統需要更頻繁地檢查，可能需要額外的泄漏檢測系統。

研究結果表明，隨著氫氣含量的增加，分配服務線的事故嚴重程度略高于分配干線。這當中重要的區別來自于：位于應用終端的服務管道通常位于密閉空間中，泄漏氣體更容易積聚。

當氫氣濃度大于50％時，分配干線和分配服務線的事故總體嚴重風險都有一個比較大的上升。因此控制氫含量低于50％將有小減小整體風險。

表3．天然氣輸送系統的危害等級與對應數值