隨著人類工業(yè)化進(jìn)程不斷發(fā)展，煤炭、油氣等化石能源大規(guī)模使用，全球氣候變暖加劇，嚴(yán)重危及人類生存。溫室氣體大量排放是氣候變暖的主要因素，其中尤以CO2增長(zhǎng)最快。為積極應(yīng)對(duì)氣候變暖，國(guó)際能源署呼吁各國(guó)進(jìn)行碳減排行動(dòng)，各國(guó)積極響應(yīng)并相繼發(fā)布碳中和計(jì)劃。2020年中國(guó)宣布“雙碳”戰(zhàn)略，力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。在此背景下，以氫能為代表的能源轉(zhuǎn)型技術(shù)、以新型儲(chǔ)能為代表的新能源利用技術(shù)、以CO2捕集與利用為代表的碳減排技術(shù)等一系列示范工程相繼落地。

鋼管作為物料、能源輸送的重要載體，是“雙碳”戰(zhàn)略相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)物資保障，同時(shí)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展亦對(duì)鋼管的功能和性能提出了新的需求，尤其是鋼管的安全性和經(jīng)濟(jì)性直接關(guān)乎“雙碳”戰(zhàn)略相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和項(xiàng)目建設(shè)。

《鋼管》中的這篇文章以“雙碳”戰(zhàn)略中的碳捕獲、利用與封存技術(shù)（Carbon Capture, Utilization and Storage，CCUS）和氫能及壓縮空氣儲(chǔ)能三個(gè)重要領(lǐng)域發(fā)展中的用管需求為契入點(diǎn)，綜述CO2輸送管道、氫氣輸送管道以及壓縮空氣儲(chǔ)能用注采管的應(yīng)用現(xiàn)狀、研究進(jìn)展和需求，并對(duì)未來(lái)進(jìn)行展望，以期為“雙碳”戰(zhàn)略下新能源用鋼管的發(fā)展提供參考。

1 CCUS用CO2輸送管

CCUS是將生產(chǎn)過(guò)程中排放的CO2進(jìn)行二次利用或封存，CCUS技術(shù)在將CO2轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)效益資源的同時(shí)還利于環(huán)保，是目前唯一能夠大量減少工業(yè)流程溫室氣體排放的手段，在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中起到關(guān)鍵作用，受到世界各國(guó)的高度重視。

在CCUS中管道輸送是連接CO2捕集端和封存/利用端不可或缺的環(huán)節(jié)。目前在CO2輸送方式上，主要有罐車運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和管道運(yùn)輸，其中管道運(yùn)輸是CO2長(zhǎng)距離輸送最具性價(jià)比的方式，其成本約為罐車運(yùn)輸成本的35%，可以有效降低CCUS項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)成本。

管道輸送CO2常采用密相或超臨界態(tài)輸送，這是因?yàn)槊芟啵?56 ℃溫度T為31.1 ℃，壓強(qiáng)P為7.38 MPa）和超臨界態(tài)的CO2具有低黏度、高密度特點(diǎn)，在管道輸送過(guò)程中摩阻小、耗能少，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)性和大規(guī)模輸量。

01 國(guó)內(nèi)外CO2輸送管道建設(shè)現(xiàn)狀

國(guó)外尤以北美地區(qū)在CCUS技術(shù)應(yīng)用及CO2管網(wǎng)建設(shè)上經(jīng)驗(yàn)最為豐富，世界第一條CO2輸送管線在19世紀(jì)70年代于美國(guó)德克薩斯州投產(chǎn)，截至目前全球CO2管道里程約9000公里，其中北美地區(qū)CO2管道占比近85%，歐盟、日本、加拿大、挪威和土耳其等地區(qū)也有部分管道，根據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，至2050年全球CO2輸送管道建設(shè)總長(zhǎng)度將達(dá)到20萬(wàn)公里。

二氧化碳捕集、運(yùn)輸與地質(zhì)封存技術(shù)委員會(huì)（CCS）對(duì)全球CO2輸送管道進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1所示，并根據(jù)管道輸送里程、設(shè)計(jì)輸量等方面將其規(guī)模劃分為三級(jí)，目前全球已建成的CO2輸送管道約一半為超臨界/密相輸送，單條管道輸送量最高可達(dá)28 Mt/a。

表1 全球CO2輸送管道基本情況統(tǒng)計(jì)

國(guó)內(nèi)CO2管道輸送技術(shù)起步較晚，此前國(guó)內(nèi)投運(yùn)的CCUS項(xiàng)目整體規(guī)模較小，運(yùn)輸方式仍以低溫儲(chǔ)罐公路運(yùn)輸為主，近些年國(guó)內(nèi)若干CO2管道輸送項(xiàng)目逐漸建成投產(chǎn)，其大多為短距離、小規(guī)模輸送，國(guó)內(nèi)已建成CO2輸送管道基本情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。2023年“齊魯石化-勝利油田百萬(wàn)噸級(jí)CCUS示范項(xiàng)目CO2輸送管線”全線貫通，該管道全長(zhǎng)109公里，設(shè)計(jì)壓力12 MPa，采用高壓常溫密相輸送，設(shè)計(jì)年輸送量170萬(wàn)噸/年，該項(xiàng)目標(biāo)志著我國(guó)第一條長(zhǎng)距離、大規(guī)模CO2輸送管線正式建成投產(chǎn)。

表2 國(guó)內(nèi)已建成CO2輸送管道基本情況統(tǒng)計(jì)

 

02 CCUS管道輸送CO2技術(shù)研究進(jìn)展

Part.01 輸送管道失效風(fēng)險(xiǎn)控制

腐蝕是CO2輸送管道主要的失效原因，常規(guī)含水環(huán)境中的CO2腐蝕是因CO2溶于水后電離產(chǎn)生H+，H+再與金屬之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)；而在CCUS管道輸送CO2中，密相或超臨界態(tài)CO2具有更高的壓縮性、擴(kuò)散性和溶解度以及更低的黏度，且CCUS氣源不可避免地混有水分、雜質(zhì)氣體等因素，因此CCUS中的CO2腐蝕更為復(fù)雜，輸送管道的腐蝕速率在一些特定工況中甚至高達(dá)10 mm/a。

此外，管道輸送密相或超臨界態(tài)CO2的運(yùn)行壓力大都在9～20 MPa，一旦管道發(fā)生泄漏，壓力會(huì)迅速釋放，由于CO2氣體具有強(qiáng)的節(jié)流膨脹效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致泄漏點(diǎn)附近的溫度急劇降低，使管道易發(fā)生低溫脆裂。輸送管道發(fā)生泄漏的瞬間會(huì)在泄漏點(diǎn)處產(chǎn)生向管道兩端傳播的減壓波，相較于天然氣的減壓波曲線而言，CO2減壓波曲線存在高壓平臺(tái)，更接近于管材的裂紋擴(kuò)展曲線，因此管道裂紋擴(kuò)展過(guò)程中更難以實(shí)現(xiàn)韌性止裂。

超臨界/密相下的CO2腐蝕受到介質(zhì)成分、運(yùn)行工況等多方面因素的影響，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。

含水率

水在金屬腐蝕中起著至關(guān)重要的作用，研究表明在絕對(duì)干燥或含水量低于臨界含水量的超臨界CO2氣體輸送中，金屬管道不會(huì)發(fā)生腐蝕；然而，在CCUS實(shí)際運(yùn)行中，CO2氣體不可能完全干燥，當(dāng)其中的含水量接近或大于臨界含水量，則會(huì)引發(fā)較高速率的腐蝕。

高怡萱等統(tǒng)計(jì)了文獻(xiàn)報(bào)道中X65鋼在不同含水量的超臨界CO2環(huán)境中的腐蝕速率，結(jié)果如圖1所示，可以看出隨著含水量的升高，X65鋼在超臨界CO2環(huán)境中的腐蝕速率逐漸增大。

圖1 X65鋼在不同含水量的超臨界CO2環(huán)境中的腐蝕速率

Hua等對(duì)X65碳鋼在50 ℃、8 MPa輸送壓力時(shí)不同含水量下的超臨界CO2腐蝕進(jìn)行了研究，得到在CO2飽和的水相、水飽和的CO2相及不飽和水的CO2相三種工況下X65鋼的腐蝕速率分別為10.0 mm/a、1.4 mm/a、0.2 mm/a，而在含水量低于1600 μL/L的不飽和水的CO2相條件下未發(fā)生明顯的腐蝕，說(shuō)明含水量是影響CCUS中CO2輸送管線腐蝕的關(guān)鍵因素。

雜質(zhì)氣體

CCUS輸送的超臨界CO2中可能含有多種雜質(zhì)氣體，主要有O2、SO2、H2S等。O2在超臨界CO2腐蝕過(guò)程中會(huì)將CO2腐蝕產(chǎn)物FeCO3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2O3。但是，目前對(duì)于超臨界CO2環(huán)境中O2含量對(duì)管道腐蝕速率的影響研究結(jié)果存在一些差異。

Hua等研究了不同O2含量對(duì)X65鋼在超臨界CO2環(huán)境中腐蝕速率的影響，如圖2所示，可見(jiàn)隨著O2含量的增加，X65鋼的平均腐蝕速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，然而其局部腐蝕速率卻顯著增大。

圖2 O2含量對(duì)X65鋼在超臨界CO2環(huán)境中腐蝕速率的影響

Sun等的研究結(jié)果也顯示當(dāng)超臨界CO2中的O2含量從0升高至0.1%時(shí)，X65鋼的腐蝕速率從0.015 mm/a增大至0.034 mm/a。

然而Wang等的研究結(jié)果顯示，隨著超臨界CO2中的O2含量升高，碳鋼的腐蝕速率呈現(xiàn)先增大后減小變化趨勢(shì)，如圖3所示。

圖3 超臨界CO2環(huán)境中O2含量對(duì)管線鋼腐蝕速率的影響

（Sat.指CO2中的H2O達(dá)到飽和）

超臨界CO2中的雜質(zhì)氣體SO2對(duì)管道腐蝕的影響主要在于其與水和O2發(fā)生耦合作用，促進(jìn)了酸性介質(zhì)形成，使體系pH降低，加速管道腐蝕。

高怡萱等統(tǒng)計(jì)了雜質(zhì)氣體SO2對(duì)超臨界CO2輸送管線腐蝕的影響的部分研究結(jié)果，具體見(jiàn)表3。對(duì)比SO2和O2單獨(dú)存在時(shí)的管道材料平均腐蝕速率結(jié)果可以看出，SO2對(duì)管線鋼的腐蝕的影響要高于O2；并且當(dāng)SO2與O2同時(shí)存在時(shí)，管線鋼的腐蝕速率高于其任一單個(gè)雜質(zhì)氣體下的腐蝕速率。

表3 雜質(zhì)氣體SO2對(duì)超臨界CO2輸送管線腐蝕影響的研究結(jié)果統(tǒng)計(jì)

注：①指氣體體積百分比；②指摩爾百分比。

雜質(zhì)氣體H2S也會(huì)加速超臨界CO2輸送管線的腐蝕，Wei 等研究結(jié)果表明在含飽和水的超臨界CO2中添加0.005% H2S會(huì)導(dǎo)致其對(duì)X65管線鋼的平均腐蝕速率和局部腐蝕速率分別提高40%和65%。

Sun等研究了H2S與O2共同存在時(shí)X65管線鋼在含飽和水的超臨界CO2中的腐蝕行為，結(jié)果表明含雜質(zhì)氣體0.1% H2S+0.1% O2時(shí)X65鋼的腐蝕速率較僅含0.1% O2雜質(zhì)氣體時(shí)高6.5倍。

目前通過(guò)研究H2S對(duì)超臨界CO2腐蝕的影響機(jī)理，認(rèn)為H2S會(huì)提高管壁對(duì)水的吸附能力，增加管壁凝集水的含量，加速表面薄液膜形成，從而導(dǎo)致腐蝕加速。

綜上所述，在超臨界CO2腐蝕環(huán)境中，對(duì)管道內(nèi)腐蝕影響較大的雜質(zhì)主要有H2O、O2、SO2、H2S，因此控制CCUS中CO2輸送管線腐蝕的關(guān)鍵在于控制超臨界態(tài)CO2中的雜質(zhì)氣體含量。

嚴(yán)永博等統(tǒng)計(jì)了目前部分CCUS項(xiàng)目中CO2輸送管道的雜質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)（按摩爾百分比計(jì)），其中H2O 0.063%、O2 0.007%、SOx 0.01%、H2S 0.9%。

溫度和壓力

在CCUS超臨界態(tài)CO2輸送過(guò)程中須對(duì)溫度、壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制。在低溫高壓工況下CO2易轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)導(dǎo)致管線堵塞；在密相或超臨界態(tài)時(shí)，CO2的輸送溫度、壓力也會(huì)影響管線腐蝕。

Hua等對(duì)比了管線鋼在壓力為8 MPa時(shí)的密相（35 ℃）和超臨界態(tài)（50 ℃）CO2中的腐蝕行為，研究結(jié)果顯示在密相CO2中管線鋼發(fā)生了明顯的腐蝕，而在超臨界態(tài)中并未觀察到腐蝕現(xiàn)象。

Wei等研究了X70鋼在80 ℃的氣相（1 MPa）和超臨界態(tài)（9.5 MPa）CO2中的腐蝕行為，研究結(jié)果顯示X70鋼在超臨界CO2中的平均腐蝕速率高于氣相CO2。作者認(rèn)為其原因是試樣在氣相CO2中時(shí)表面會(huì)快速形成致密的FeCO3腐蝕產(chǎn)物層，減緩基體腐蝕；而在超臨界態(tài)CO2中，試樣表面則優(yōu)先生成非晶態(tài)腐蝕產(chǎn)物層，然后再逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅艿腇eCO3腐蝕產(chǎn)物層。

溫度和壓力除直接對(duì)CO2腐蝕產(chǎn)生影響外，還會(huì)改變雜質(zhì)氣體對(duì)輸送管線腐蝕的影響，其作用機(jī)理更為復(fù)雜。

Part.02 輸送管道應(yīng)用技術(shù)

CO2輸送管道主要采用高頻電阻焊管（HFW），在北美地區(qū)CO2輸送管道中HFW焊管占比達(dá)74%，鋼級(jí)通常為X65～X80，如圖4和表4所示。HFW焊管相較于其他ERW類焊管具有焊接速度快、熱影響區(qū)小、使用范圍廣、尺寸規(guī)格寬等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，HFW技術(shù)廣泛應(yīng)用于輸送管道建設(shè)。

圖4 北美地區(qū)超臨界CO2輸送管道用管類型

表4 北美地區(qū)部分超臨界CO2輸送管道設(shè)計(jì)參數(shù)及用管情況

注：1 in=25.4 mm，1 mile=1.609344 km。

盡管HFW焊管已成為CO2輸送管道的主要選材，但其仍存在失效風(fēng)險(xiǎn)。2010—2011年，Denbury公司HFW CO2輸送管道發(fā)生兩次泄漏事故，調(diào)查結(jié)果認(rèn)為管道泄漏是由焊縫處的“灰斑”缺陷導(dǎo)致。

“灰斑”是高頻電阻焊縫特有的缺陷，是因冷焊或過(guò)燒導(dǎo)致焊縫中的氧化物不能充分?jǐn)D出而形成，其特征是在拉伸試樣或沖擊試樣的焊縫宏觀斷口處出現(xiàn)無(wú)金屬光澤的灰色區(qū)域。

英國(guó)焊接研究所對(duì)HFW焊管的質(zhì)量進(jìn)行過(guò)深入研究，提出消除焊縫“灰斑”缺陷的4 個(gè)關(guān)鍵因素：

① 采用優(yōu)質(zhì)（潔凈）帶鋼；

② 焊接過(guò)程中需施加足夠擠壓力，以確保清除熔合線上的所有異物；

③ 焊縫區(qū)域需充分正火；

④ 對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行充分的無(wú)損檢測(cè)，確保檢測(cè)出所有缺陷。

由于超臨界態(tài)CO2的節(jié)流膨脹效應(yīng)和減壓波特性，韌性控制是防止輸送管道破裂失效以及止裂性能的重要指標(biāo)。然而，目前對(duì)于CCUS中CO2輸送管道的韌性控制并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2015年投產(chǎn)的Shell Quest CCS Pipeline項(xiàng)目中使用HFW焊管作為CO2輸送管道，管徑168.3～323.9 mm，設(shè)計(jì)壓力14.79 MPa，其對(duì)材質(zhì)的夏比V型沖擊韌性（-45 ℃）要求為：管體平均值≥60 J，單個(gè)值≥52 J。

2020年投產(chǎn)的加拿大ACTL項(xiàng)目中CO2輸送用HFW焊管設(shè)計(jì)壓力為17.926 MPa，其要求Φ457 mm以下規(guī)格管體的夏比V型沖擊韌性單個(gè)值≥27 J，Φ457 mm及以上規(guī)格管體的夏比V型沖擊韌性單個(gè)值≥40 J。

全尺寸爆破試驗(yàn)是研究管道斷裂控制最為直接有效的方法，國(guó)外針對(duì)CO2輸送管道進(jìn)行了多輪次試驗(yàn)，殷布澤等對(duì)國(guó)內(nèi)外CO2輸送管道全尺寸爆破試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，但是作者認(rèn)為針對(duì)管道斷裂過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展規(guī)律、裂紋斷裂形態(tài)規(guī)律、韌-脆轉(zhuǎn)變溫度規(guī)律的研究仍比較缺乏。

2023年5月，我國(guó)開(kāi)展了國(guó)內(nèi)首次CO2管道全尺寸爆破試驗(yàn)，管道為X65鋼級(jí)Φ323.9 mm規(guī)格HFW焊管，試驗(yàn)壓力12 MPa，得出了試驗(yàn)條件下管道破裂過(guò)程中的壓力變化和裂紋長(zhǎng)度等一系列重要參數(shù)。該試驗(yàn)為我國(guó)掌握百萬(wàn)噸級(jí)CO2輸送管材研制、管道設(shè)計(jì)及建設(shè)技術(shù)提供了重要的數(shù)據(jù)支撐，標(biāo)志著我國(guó)在CCUS技術(shù)研究領(lǐng)域取得了重要的突破性進(jìn)展。

03 CO2輸送用管需求分析

針對(duì)CCUS中超臨界/密相CO2輸送用管，應(yīng)重點(diǎn)考慮管材在耐蝕性能和防止低溫脆斷以及開(kāi)裂后的韌性止裂要求。如前所述，盡管近些年對(duì)于超臨界/密相CO2腐蝕開(kāi)展了廣泛而深入的研究，但對(duì)于含水率、氣體雜質(zhì)、溫度、壓力等多因素耦合作用下的超臨界/密相CO2腐蝕機(jī)理仍不甚清晰，需更進(jìn)一步的研究以支撐管道選材。

對(duì)于低溫脆斷時(shí)的啟裂預(yù)防和韌性止裂技術(shù)研究，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行更多的全尺寸爆破試驗(yàn)，探索各種管材在超臨界/密相CO2輸送工況中的適用邊界，建立涵蓋運(yùn)行工況與材料性能需求的數(shù)據(jù)庫(kù)，為CO2輸送用管標(biāo)準(zhǔn)的制定提供數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。

2 氫氣輸送用管

氫能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略的主要著力點(diǎn)之一，《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》中明確表明，到2025年我國(guó)可再生能源制氫量達(dá)到10～20萬(wàn)噸/年，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排100～200萬(wàn)噸/年，到2035年形成氫能產(chǎn)業(yè)體系，構(gòu)建涵蓋交通、儲(chǔ)能、工業(yè)等領(lǐng)域的多元?dú)淠軕?yīng)用生態(tài)。在氫能大規(guī)模應(yīng)用的背景下，氫能輸送作為連接上下游的通道，是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

按照輸送介質(zhì)相態(tài)可將運(yùn)氫方式分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)3種，氫氣輸送方式對(duì)比見(jiàn)表5，目前氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫應(yīng)用最為廣泛。氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫可采用儲(chǔ)氣瓶、長(zhǎng)管拖車和管道等方式，然而儲(chǔ)氣瓶和長(zhǎng)管拖車運(yùn)輸能力有限、成本高，難以支撐氫能大規(guī)模應(yīng)用需求，因此發(fā)展管道輸氫是必然選擇。

表5 氫氣輸送方式對(duì)比

 

01 國(guó)內(nèi)外輸氫管道建設(shè)現(xiàn)狀

根據(jù)氫氣純度可將管道輸氫分為純氫輸送和摻氫輸送。純氫輸送一般通過(guò)新建或改造現(xiàn)有管道來(lái)輸送高純度氫氣直接用于生產(chǎn)生活；摻氫輸送則是利用現(xiàn)有的天然氣管道，向天然氣中摻入一定比例氫氣輸送，摻氫天然氣既可以作為燃料直接使用，也可在末端通過(guò)純化分離出高純度氫氣供使用。

Part.01 純氫輸送

國(guó)外輸氫管道建設(shè)早、里程長(zhǎng)，最早的長(zhǎng)距離純氫輸送管道于1938年在德國(guó)魯爾建成，其總里程達(dá)208 km，輸送壓力2.5 MPa，管材為Φ168～273 mm SAE 1016材質(zhì)。目前全球純氫輸送管道總里程達(dá)4500 km，主要集中在北美和歐洲地區(qū)，約占90%以上。

表6列出了國(guó)外部分純氫輸送管道運(yùn)行情況，已建輸氫管道用材質(zhì)普遍為低鋼級(jí)的碳鋼和低合金鋼焊管或無(wú)縫管，超短距離輸送壓力最高達(dá)14 MPa，長(zhǎng)距離輸送壓力普遍在10 MPa以下，大部分集中在3～5 MPa。

表6 國(guó)外部分純氫輸送管道運(yùn)行情況

國(guó)內(nèi)純氫輸送管道建設(shè)起步較晚，2020年以前建成的管道主要以短距離、小規(guī)模輸送為主，大多服務(wù)于煉化企業(yè)，見(jiàn)表7。自2021年始，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離、大規(guī)模輸氫管道建設(shè)逐漸啟動(dòng)，2021年河北定州—高碑店氫氣管道工程建設(shè)啟動(dòng)，管道總里程達(dá)164.7 km，年最大輸送量為10萬(wàn)噸，這是全球第一條為輸送燃料電池所需的氫氣而建設(shè)的管線；2023年“西氫東送”輸氫管道示范工程被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》，該條管道的起點(diǎn)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的烏蘭察布市，終點(diǎn)則是位于北京市的燕山石化公司，全長(zhǎng)400多公里，年輸氫量達(dá)10萬(wàn)噸，并預(yù)留50萬(wàn)噸/年的遠(yuǎn)期提升潛力，是我國(guó)第一條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道。

表7 國(guó)內(nèi)部分純氫輸送管道

 

Part.02 摻氫輸送

摻氫輸送因其利用現(xiàn)有管道，具有啟動(dòng)成本低的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外均有發(fā)展。根據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，目前全球約有40個(gè)天然氣管道摻氫項(xiàng)目，國(guó)外主要有法國(guó)GRHYD、英國(guó)Hydeploy、荷蘭VG2等，我國(guó)已建成的管道摻氫項(xiàng)目有朝陽(yáng)天然氣摻氫示范工程（2019年建成）、陜寧一線摻氫示范項(xiàng)目（2021年建成）、張家口摻氫管道示范項(xiàng)目（2023年建成）等。

管道摻氫輸送中摻氫比例是衡量輸氫能力的重要指標(biāo)。表8統(tǒng)計(jì)了各國(guó)部分管道摻氫輸送項(xiàng)目中的摻氫比例，歐洲穩(wěn)定運(yùn)行的管道摻氫輸送項(xiàng)目中摻氫比例可達(dá)20%，國(guó)內(nèi)已建成項(xiàng)目的摻氫比例普遍在10%以下，更高摻氫比例管道輸送正在試驗(yàn)中，2023年397公里長(zhǎng)的寧夏寧東天然氣摻氫管道示范平臺(tái)試驗(yàn)將摻氫比例逐步提高至24%，并維持100天運(yùn)行，管道整體運(yùn)行安全穩(wěn)定。

表8 各國(guó)管道摻氫輸送項(xiàng)目中的摻氫比例（部分）

 

02 氫氣管道輸送技術(shù)研究進(jìn)展

Part.01 管道失效風(fēng)險(xiǎn)控制

輸氫管道失效風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于氫氣引起的金屬管道氫脆，主要表現(xiàn)為管道在涉氫環(huán)境中會(huì)發(fā)生力學(xué)性能降低以及延遲開(kāi)裂，國(guó)內(nèi)外對(duì)于氫脆機(jī)理開(kāi)展了大量研究，目前主要有氫壓理論、氫致局部塑性變形理論、氫致弱鍵理論等。

氫脆導(dǎo)致管道失效是環(huán)境、材料和應(yīng)力共同作用的結(jié)果。影響氫脆的環(huán)境因素有溫度、氫氣分壓等，通常隨著氫氣分壓升高，材料的氫脆敏感性增大；溫度對(duì)氫脆敏感性的影響較為復(fù)雜，在較低溫度下，氫進(jìn)入材料的擴(kuò)散速率慢，而在較高溫度下，雖然氫的擴(kuò)散速率加快，但同時(shí)也難以在材料局部富集，因此氫脆具有溫度敏感區(qū)間。

影響氫脆的應(yīng)力因素有外部載荷、內(nèi)應(yīng)力以及應(yīng)力變化等，其對(duì)氫脆的影響主要是在材料局部產(chǎn)生高的應(yīng)力集中，氫原子在應(yīng)力集中處聚集并與材料發(fā)生相互作用，降低材料的力學(xué)性能，最終導(dǎo)致材料失效。影響氫脆的材料因素有合金成分、晶體結(jié)構(gòu)、組織、晶粒尺寸等，對(duì)于輸氫管道而言，通過(guò)對(duì)管材的合理設(shè)計(jì)來(lái)提高其抗氫脆性能是有效的方法。

合金成分

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于長(zhǎng)距離輸氫管道選材無(wú)專用標(biāo)準(zhǔn)，一般參考儲(chǔ)氫容器選材，常用的輸氫管道材質(zhì)有4130X、30CrMo、4140和2.25Cr1Mo（V）。許多研究表明C、Mn、P、S元素對(duì)低合金鋼的氫脆敏感性影響顯著。C含量過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼材在熱軋狀態(tài)下產(chǎn)生大量對(duì)氫脆敏感的馬氏體組織，國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)氫容器用鋼中控制C含量≤0.35%，歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)控制C含量≤0.37%；Mn元素易與P、S 形成夾雜物，同時(shí)還易在鋼管內(nèi)壁形成帶狀偏析，這些缺陷降低了管材在臨氫環(huán)境中的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子，增大了管材的氫脆敏感性，因此需對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制。

近些年對(duì)于微合金化制備高強(qiáng)度抗氫鋼研究較多，其機(jī)理是在鋼中添加一定量的V、Ti、Nb形成高度彌散分布的微細(xì)碳化物。這些碳化物的存在一方面能夠起到析出強(qiáng)化作用，提高鋼材的強(qiáng)度；另一方面可以作為氫陷阱，將擴(kuò)散進(jìn)入鋼材內(nèi)部的氫原子捕獲固定，使其難以與位錯(cuò)、晶界等缺陷相互作用，提高鋼材的抗氫脆性能。

組織結(jié)構(gòu)

金屬材料的微觀組織是影響管線鋼氫脆敏感性的重要因素，一般認(rèn)為其相組成按照氫脆敏感性由低到高依次為：鐵素體<珠光體（或珠光體+鐵素體）<貝氏體<低碳馬氏體<馬氏體和貝氏體混合<孿晶馬氏體。

對(duì)于管線鋼而言，未經(jīng)回火的原始馬氏體、低溫回火馬氏體和回火屈氏體具有高的氫脆敏感性，在熱處理時(shí)應(yīng)避免此類組織，而經(jīng)高溫回火得到的回火索氏體和等溫淬火得到的下貝氏體的氫脆敏感性低，可作為輸氫管材的最終組織。

此外，熱處理后得到的殘余奧氏體作為軟相組織能夠減緩材料內(nèi)部的應(yīng)力集中，阻止氫致裂紋擴(kuò)展，因此可以適當(dāng)采用淬火配分工藝得到一定量的殘余奧氏體，提高管材的抗氫致開(kāi)裂性能。

夾雜物

夾雜物與基體界面極易成為氫原子在鋼中的聚集位點(diǎn)，成為氫致裂紋起源。鋼中夾雜物可按形態(tài)和大小分為A、B、C、D和DS五類，其中呈球狀的A類（硫化物類）夾雜物對(duì)鋼材的氫脆敏感性影響小于其余四類，煉鋼時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拿撗豕に嚭途珶捁に嚾コ撝械腁l2O3和SiO2夾雜物，還可以在鋼的冶煉過(guò)程中噴吹適量的Si-Ca以抑制硫化物的生長(zhǎng)，改善其形狀和分布，對(duì)于長(zhǎng)條狀的MnS夾雜可采用稀土改性，進(jìn)一步提高鋼材的抗氫脆性能。

宏觀缺陷

輸氫管道在生產(chǎn)制造和管道建設(shè)過(guò)程中不可避免地會(huì)在管道表面產(chǎn)生一些壓痕、劃傷等宏觀缺陷，缺陷的存在將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而影響管道的抗氫脆性能。

Holbrook等研究了缺口對(duì)壓力容器用鋼在高壓氫氣環(huán)境中力學(xué)性能的影響，如表9所示，帶缺口試樣的抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率相較于光滑試樣發(fā)生了大幅度降低，這一結(jié)果表明表面宏觀缺陷或?qū)?yán)重惡化輸氫管道的抗氫脆性能。

表9 缺口對(duì)壓力容器用鋼在高壓氫氣環(huán)境中力學(xué)性能的影響

 

Part.02 輸送管道應(yīng)用技術(shù)

表10列出了目前輸氫管道的常用材質(zhì)牌號(hào)（鋼級(jí)）及其強(qiáng)度要求，可以看出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦的均為低鋼級(jí)碳鋼管，這是因?yàn)殇摬膹?qiáng)度低有利于提高抗氫脆性能。

表10 輸氫管道常用材質(zhì)牌號(hào)（鋼級(jí)）及其強(qiáng)度要求

注：① 要求屈強(qiáng)比≤0.93。

美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)了Air Products公司137條輸氫管道的運(yùn)營(yíng)情況，如圖5所示，其中90%的管道為X52鋼級(jí)及以下的HFW焊管，管道公稱外徑50.8～457.2 mm，管道運(yùn)行壓力85%集中在4.5～10 MPa，最高運(yùn)行壓力達(dá)到15 MPa。

圖5 Air Products公司137條輸氫管道統(tǒng)計(jì)

迄今國(guó)外關(guān)于氫氣輸送管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲標(biāo)準(zhǔn)CGA G-5.6—2005《Hydrogen Pipeline Systems》、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B 31.12—2019《Hydrogen Piping and Pipelines》和亞洲標(biāo)準(zhǔn)AIG A 033/14—2014《Hydrogen Pipeline Systems》，國(guó)內(nèi)暫無(wú)氫氣輸送管道專用標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道的材質(zhì)性能、運(yùn)行壓力、建設(shè)安全性等方面作出相關(guān)建議和要求，輸氫管道常用材質(zhì)牌號(hào)（鋼級(jí)）及其強(qiáng)度要求如表11所示。

表11 輸氫管道常用材質(zhì)牌號(hào)（鋼級(jí)）及其強(qiáng)度要求

注：①P為設(shè)計(jì)壓力，MPa；S為材料屈服強(qiáng)度，MPa；δ為管道壁厚，mm；dN為管道外徑，mm；F為設(shè)計(jì)系數(shù)；fE為焊縫系數(shù)；fT為溫度折減系數(shù)；Hf為材料性能系數(shù)。

由于長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)氫能市場(chǎng)規(guī)模較小、輸氫壓力低，氫氣輸送管材多以X52及以下鋼級(jí)為主，管型主要為HFW焊管和無(wú)縫管，2020年以來(lái)氫能市場(chǎng)發(fā)展迅速，尤其國(guó)內(nèi)輸氫管道工程規(guī)劃和建設(shè)里程大幅增長(zhǎng)，對(duì)于使用高鋼級(jí)管材實(shí)現(xiàn)大輸量、高壓力氫氣輸送的需求日益突出。

03 氫氣輸送用管需求分析

由于氫氣具有的高危險(xiǎn)性，現(xiàn)有的氫氣輸送用管相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于管道選材、設(shè)計(jì)及建設(shè)等方面均較為保守，管材鋼級(jí)處于較低水平，X60及以上鋼級(jí)應(yīng)用較少，這制約了高壓氫氣輸送的發(fā)展；因此，對(duì)高鋼級(jí)管材在臨氫環(huán)境中的適用性應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估。

在摻氫輸送方面，國(guó)內(nèi)摻氫比例普遍低于國(guó)外，提高摻氫比例對(duì)于管道安全性的影響程度也亟需研究。

在管線鋼抗氫脆性能室內(nèi)研究方面，常用的模擬氫環(huán)境方式有高壓氫氣環(huán)境和電化學(xué)陰極充氫，然而這兩種方法的結(jié)果重現(xiàn)性較差，甚至相互矛盾，如何設(shè)計(jì)試驗(yàn)使室內(nèi)研究條件更貼合實(shí)際工況仍需探索。

3 鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能注采用管

在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的主要抓手，大力發(fā)展“綠電”是政策和市場(chǎng)的雙重要求。國(guó)內(nèi)“綠電”的主要來(lái)源以水力、風(fēng)力以及太陽(yáng)能為主，然而電量輸出不穩(wěn)定且并網(wǎng)難等問(wèn)題限制了“綠電”進(jìn)一步的發(fā)展。針對(duì)這一問(wèn)題，運(yùn)用儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電網(wǎng)削峰填谷成為發(fā)展“綠電”的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。目前儲(chǔ)能技術(shù)主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能等，相較于其他儲(chǔ)能方式，壓縮空氣儲(chǔ)能因其儲(chǔ)能成本低、功率大、環(huán)境影響小、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近兩年迎來(lái)大規(guī)模商業(yè)化建設(shè)。

壓縮空氣儲(chǔ)能是指利用風(fēng)、光等波動(dòng)性電力以及在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期的剩余電力將空氣壓縮至儲(chǔ)氣容器中形成高壓氣體，待到用電高峰時(shí)再將高壓氣體釋放并通過(guò)透平發(fā)電，從而提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和新能源消納能力的技術(shù)。壓縮空氣儲(chǔ)能的儲(chǔ)氣方式主要有鹽穴、人造硐室、地面儲(chǔ)氣罐、廢棄礦洞等，表12列出了國(guó)內(nèi)外部分壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)情況，其中鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能因其建設(shè)成本低、周期短、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速。

表12 國(guó)內(nèi)外部分壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)情況

 

 

01 鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能用注采管失效風(fēng)險(xiǎn)分析

在鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能的儲(chǔ)穴建設(shè)初期，需要對(duì)鹽穴進(jìn)行注水溶腔和注氣排鹵，在該過(guò)程中注采水含有高濃度鹵化物以及氧氣，井筒管柱會(huì)面臨嚴(yán)峻的鹽水腐蝕和氧腐蝕，易造成管體減薄以及腐蝕穿孔。

在運(yùn)行階段，周期性注采高達(dá)十幾兆帕的壓縮空氣，井筒管柱面臨潮濕、含鹽、高壓空氣環(huán)境中的腐蝕以及高速氣流沖蝕；此外，周期性的注采空氣對(duì)管柱，尤其是螺紋接頭的抗疲勞性能也提出更高要求。除上述風(fēng)險(xiǎn)外，井筒管柱還面臨鹽巖層蠕變、注采壓力波動(dòng)大、地下水侵蝕等復(fù)雜環(huán)境因素導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)。

Part.01 腐蝕失效

鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能注采用管服役環(huán)境中氧氣分壓高、含鹽量大、濕度高、氣體流速高，服役溫度在30～90 ℃不等，此類腐蝕工況與油田注空氣驅(qū)油時(shí)管柱所面臨的工況具有一定的相似性，參考以往對(duì)油田注空氣驅(qū)管柱腐蝕情況研究結(jié)果，認(rèn)為鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能注采用管易發(fā)生腐蝕失效。然而，由于鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能在國(guó)內(nèi)近些年才開(kāi)始建設(shè)，對(duì)于如何進(jìn)行室內(nèi)腐蝕模擬試驗(yàn)來(lái)支撐管柱選材尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)參考，研究人員在腐蝕試驗(yàn)研究方法和研究結(jié)果上差異較大。

表13為鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能工況和注空氣驅(qū)油工況管柱腐蝕研究結(jié)果統(tǒng)計(jì)，可以看出研究結(jié)果大都認(rèn)為隨著工況環(huán)境中的溫度、氧分壓、礦化度升高，碳鋼管柱的腐蝕速率整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，然而碳鋼在模擬壓縮空氣儲(chǔ)能和注空氣驅(qū)油兩種工況中的腐蝕速率研究結(jié)果差異極大，在模擬壓縮空氣儲(chǔ)能工況中的腐蝕速率在1 mm/a以下，而在模擬注空氣驅(qū)油工況中的腐蝕速率達(dá)15 mm/a以上。

表13 鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能工況和注空氣驅(qū)油工況管柱腐蝕研究結(jié)果統(tǒng)計(jì)（部分）

筆者認(rèn)為造成這一顯著差異的原因與二者試驗(yàn)過(guò)程中釜內(nèi)是否有液相介質(zhì)有關(guān)，在兩例鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能工況下的管柱腐蝕情況研究中釜內(nèi)均無(wú)液相介質(zhì)，其中一例雖然在試樣表面噴灑飽和食鹽水模擬管壁鹽沉積，但由于水量少，在隨后的試驗(yàn)過(guò)程中釜內(nèi)環(huán)境濕度應(yīng)仍處于較低水平；而在實(shí)際工況中，鹽穴底部往往存在難以排盡的鹵水，這導(dǎo)致注采管長(zhǎng)時(shí)間處于飽和濕度的壓縮空氣環(huán)境中，易在管壁形成薄液膜，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

筆者采用動(dòng)態(tài)腐蝕高壓釜研究了碳鋼（N80）、不銹鋼（超級(jí)13Cr、2507）、鎳基合金（2532、2250）在模擬鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能工況中的腐蝕情況，試驗(yàn)條件及步驟如下：

(a) 使用丙酮、乙醇依次清潔待測(cè)腐蝕掛片表面，測(cè)量計(jì)算腐蝕掛片表面積并稱重；

(b) 每組腐蝕掛片共6個(gè)平行樣，分兩層安裝在盤狀聚四氟夾具上，每層同材質(zhì)有3個(gè)平行試樣；

(c) 配制1 L的230 g/L NaCl溶液，并將溶液倒入容積為3 L的動(dòng)態(tài)腐蝕高壓釜中，釜腔規(guī)格為Φ140 mm×195 mm，此時(shí)液面距釜腔頂部和底部分別約為130 mm和65 mm；

(d) 調(diào)整兩個(gè)聚四氟夾具位置，使其在高壓釜密閉后各有一個(gè)夾具分別處于氣相和液相環(huán)境中，如圖6所示；

圖6 腐蝕試樣安裝方法示意

1.轉(zhuǎn)軸 2.釜腔 3.聚四氟夾具 4.液相 5.腐蝕掛片 6.氣相

(e) 為模擬氣相環(huán)境中管材表面鹽沉積，在高壓釜密閉前，將氣相環(huán)境中的試樣在230 g/L NaCl溶液浸潤(rùn)1 min，而后合上釜蓋，設(shè)置溫度為70℃、轉(zhuǎn)速為1.5 m/s；

(f) 待溫度達(dá)到設(shè)定值后，向釜內(nèi)充入12 MPa壓縮空氣，而后開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)電機(jī)，計(jì)時(shí)；

(g) 168 h后試驗(yàn)停止，取出試樣；

(h) 去除試樣表面腐蝕產(chǎn)物，采用失重法計(jì)算腐蝕速率。

不同材質(zhì)試樣在氣相和液相環(huán)境中的平均腐蝕速率和宏觀腐蝕形貌如圖7和圖8所示?？梢钥闯鯪80碳鋼試樣在氣相和液相環(huán)境中發(fā)生了顯著的均勻腐蝕減薄，平均腐蝕速率分別約為2.0 mm/a和2.6 mm/a；超級(jí)13Cr不銹鋼試樣在氣相和液相環(huán)境中的平均腐蝕速率分別約為0.25 mm/a和1.0 mm/a，與N80碳鋼不同的是，超級(jí)13Cr不銹鋼的腐蝕以點(diǎn)蝕為主，特別是在液相環(huán)境中，試樣表面的最大點(diǎn)蝕速率可高達(dá)50 mm/a；2507雙相不銹鋼試樣在氣相和液相環(huán)境中腐蝕輕微，主要是在掛片孔洞與聚四氟夾具接觸位置處發(fā)生了縫隙腐蝕，平均腐蝕速率分別為0.015 mm/a和0.065 mm/a；2532和2250鎳基合金的平均腐蝕速率極低，試樣表面基本未發(fā)生明顯腐蝕。

圖7 不同材質(zhì)在氣相和液相中的平均腐蝕速率

圖8 不同材質(zhì)在氣相和液相中的宏觀腐蝕形貌

Part.02 斷裂、變形失效

鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能井深大都在500～3000 m，盡管相較于油氣開(kāi)發(fā)井其井深較淺，但井筒管柱通常須穿越較厚的鹽膏層，鹽膏層具有蠕變特性，易導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，最終致使井下管柱發(fā)生嚴(yán)重變形，甚至斷裂。

在造腔階段，鹽穴腔體失穩(wěn)以及夾層的垮塌會(huì)砸壞或擠毀溶腔管柱，另外下落的夾層不溶物會(huì)擠壓溶腔內(nèi)管，可能使其彎曲變形。

在注采運(yùn)行階段，水錘效應(yīng)及周期性注采導(dǎo)致的振動(dòng)，也可能使管柱發(fā)生彎曲以及引起螺紋接頭損壞和柱體疲勞開(kāi)裂。

02 鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能用管需求分析

鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能井下環(huán)境具有高含氧、高含鹽、高濕度特征，注采管柱腐蝕失效風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)鹽膏層蠕動(dòng)以及周期性注采對(duì)管柱的抗擠毀、氣密封、抗疲勞等性能提出更高要求。

然而，由于鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)展時(shí)間較短，目前對(duì)于注采管在井下的真實(shí)運(yùn)行工況認(rèn)識(shí)不全面，例如管材表面是否有水、鹽等腐蝕性物質(zhì)沉積，周期性注采對(duì)于管材表面腐蝕性物質(zhì)沉積是否有影響，進(jìn)而影響管材腐蝕行為，如何設(shè)計(jì)腐蝕模擬試驗(yàn)進(jìn)行選材研究等一系列問(wèn)題，制約著鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能注采管更加安全、經(jīng)濟(jì)應(yīng)用。因此，明晰管柱實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)于鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能注采管的相關(guān)研究至關(guān)重要。

4 思考與建議

“雙碳”戰(zhàn)略下新能源及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給鋼管帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，CO2輸送、氫氣輸送以及壓縮空氣儲(chǔ)能等新的應(yīng)用需求給鋼管帶來(lái)更加廣闊的市場(chǎng)，然而目前鋼管在新場(chǎng)景中應(yīng)用的基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等方面均滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使得鋼管應(yīng)用的安全性、經(jīng)濟(jì)性和規(guī)范性難以保障。

在基礎(chǔ)理論研究方面應(yīng)聚焦于新場(chǎng)景下鋼管潛在的失效機(jī)理研究，并基于此開(kāi)發(fā)高性能用管。例如，超臨界CO2輸送中的多因素耦合腐蝕機(jī)理、管道斷裂理論，氫氣輸送中的管道氫脆機(jī)理，鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能中注采管在高含氧、高含鹽、高濕度環(huán)境中的腐蝕機(jī)理等，繼而在失效機(jī)理研究的基礎(chǔ)上開(kāi)展鋼管合金成分、組織、力學(xué)性能等對(duì)失效的影響研究，以開(kāi)發(fā)適用于新場(chǎng)景中的高性能、經(jīng)濟(jì)性鋼管產(chǎn)品。

在關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)方面應(yīng)聚焦于鋼管的應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)和適用邊界研究。推進(jìn)HFW焊管在CO2輸送和氫氣輸送中的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能用注采管腐蝕控制技術(shù)、大直徑注采管螺紋連接技術(shù)，探索各種材質(zhì)、鋼級(jí)管材在不同服役工況下的適用邊界，建立全面的選材數(shù)據(jù)庫(kù)。

在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面應(yīng)聚焦于新能源用管的特殊需求，建立包括CO2輸送用鋼管、純氫及摻氫輸送用鋼管、鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能用套管等在內(nèi)的新能源用管標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范體系，同時(shí)應(yīng)將階段性研究成果始終與標(biāo)準(zhǔn)緊密結(jié)合，持續(xù)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的更新升級(jí)，實(shí)現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)促發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)新能源行業(yè)發(fā)展。