摘要：隨著全球?qū)淠苄枨蟮脑黾樱状寂c液氨（簡稱醇氨）作為氫能載體，因其儲氫密度高、安全性好，在氫能儲運(yùn)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。目前醇氨輸送主要依賴公路、鐵路及海運(yùn)，長距離管道輸送尚未普及。通過對產(chǎn)業(yè)鏈上下游的系統(tǒng)調(diào)研與分析，論證了醇氨管道輸送的必要性，針對醇氨管道輸送存在的關(guān)鍵技術(shù)問題展開研究，以推動醇氨管道輸送的商業(yè)化與規(guī)?；瘧?yīng)用。梳理當(dāng)前與未來中國醇氨的資源、市場分布以及供給、需求的發(fā)展趨勢，并針對醇氨管道輸送的基礎(chǔ)物性、工藝、腐蝕、溶脹、泄漏擴(kuò)散等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行理論分析，明確醇氨長距離管道輸送的技術(shù)可行性。研究表明，醇氨在長距離管道輸送方面展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用前景，尤其是利用在役管道輸送，可助力管道企業(yè)打造新的業(yè)務(wù)增長極。然而，實際管輸過程中也面臨諸多挑戰(zhàn)，包括醇氨的物理、化學(xué)特性對系統(tǒng)設(shè)計的特殊要求，以及腐蝕、溶脹、泄漏、爆炸等安全風(fēng)險。此外，當(dāng)前關(guān)于甲醇輸送的實踐案例有限，且缺乏系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，整體技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化水平有待提高。醇氨作為綠色能源在長距離管道輸送方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但要實現(xiàn)其商業(yè)化與規(guī)模化應(yīng)用，還需系統(tǒng)性解決管道輸送涉及的流動安全、公共安全等各項挑戰(zhàn)。未來應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新，建立完善的管理體制、政策支持框架及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以期為將來中國醇氨管道輸送技術(shù)研究提供參考與借鑒。
針對上述問題，以甲醇與液氨為載體的間接儲氫技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。甲醇可通過CO?加氫或可再生能源電解水制綠氫合成，其常溫常壓下為液態(tài)，儲氫密度遠(yuǎn)高于高壓氣態(tài)氫，且可利用現(xiàn)有常溫液體儲運(yùn)設(shè)施（如成品油管道）。液氨儲氫密度更高，但毒性較大，需配套嚴(yán)格的安全監(jiān)測系統(tǒng)。中國作為甲醇產(chǎn)能全球占比超50%的國家，已具備大規(guī)模推廣醇基經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有研究多聚焦單一載體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，缺乏對多場景適配性（如管道材質(zhì)兼容性、長距離輸送能耗、雜質(zhì)控制）的系統(tǒng)性研究，且醇氨與現(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施（如成品油管道）的協(xié)同利用機(jī)制尚未明確?；谥袊?ldquo;氫-氨-醇”協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，針對醇氨儲運(yùn)與成品油管道適配性問題，開展多尺度研究，為成品油管道向新能源儲運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型提供理論支撐與技術(shù)路徑。 1 中國長距離管道輸送醇氨的必要性 1.1 甲醇輸送 1.1.1 中國甲醇供給 傳統(tǒng)甲醇制取工藝主要為煤制甲醇、焦?fàn)t氣制甲醇及天然氣制甲醇。根據(jù)各地區(qū)資源稟賦，不同地區(qū)采取的工藝路線有所不同，“三北”（西北、東北、華北）及華東地區(qū)以煤制甲醇、焦?fàn)t氣制甲醇為主，西南地區(qū)以天然氣制甲醇為主。截至2024年11月，中國傳統(tǒng)甲醇投產(chǎn)、在建及規(guī)劃項目總產(chǎn)能接近1.48×10?t，其中已投產(chǎn)產(chǎn)能1.16×10?t。產(chǎn)能主要分布在煤炭資源豐富的華北、西北及華東地區(qū)，占比分別為36.77%、33.41%、15.44%，尤其是新疆、內(nèi)蒙古等地的煤制甲醇產(chǎn)能占據(jù)國內(nèi)市場的大部分份額，投產(chǎn)、在建及規(guī)劃的甲醇項目超過50項，其中40%的項目產(chǎn)能達(dá)到百萬噸級以上，總產(chǎn)能接近5426×10?t。在“雙碳”背景下，煤制甲醇、天然氣制甲醇等傳統(tǒng)工藝受到國家能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能耗水平準(zhǔn)入等政策約束，未來國內(nèi)煤化工新增甲醇產(chǎn)能釋放比較困難。 中國可再生能源的分布主要集中在“三北”地區(qū)的風(fēng)力與光伏發(fā)電、西南區(qū)域的水力發(fā)電、東部沿海的海上風(fēng)電等大型集中式項目和各省市的分布式能源系統(tǒng)上[2]，利用綠電制成氫氣后就地轉(zhuǎn)化為氨或甲醇，是解決風(fēng)光發(fā)電消納問題的重要途徑。按西北地區(qū)風(fēng)光發(fā)電潛力完全用來制綠色甲醇測算可知，西北地區(qū)綠色甲醇的理論開發(fā)潛力為41.72×10?t/a，遠(yuǎn)超目前全球現(xiàn)有的甲醇市場規(guī)模。據(jù)美國船級社預(yù)測，到2050年，傳統(tǒng)化石燃料的市場份額將減少至15%，綠色甲醇使用率將逐步上升至42%。在國家政策推動下，我國綠色甲醇產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢。依托豐富的風(fēng)光資源優(yōu)勢，2022—2023年間內(nèi)蒙古、新疆、東北等地集中落地超百億元投資項目。截至2024年11月，全國已建、在建及規(guī)劃的綠色甲醇項目達(dá)70余項，總產(chǎn)能突破2067.84×10?t/a，形成“三核多點(diǎn)”的區(qū)域布局：華北、東北、華東三地貢獻(xiàn)了全國92%的產(chǎn)能（占比分別為41%、39%、12%）。其中，內(nèi)蒙古作為核心增長極，以鄂爾多斯黃河幾字灣、赤峰冀北、興安盟松遼清潔能源基地為支點(diǎn)，匯聚了全國30%的項目，規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)849.2×10?t/a；東北三省依托工業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢，貢獻(xiàn)了32%的產(chǎn)能（801×10?t/a）；華東地區(qū)山東、江蘇兩省則占據(jù)13%份額，產(chǎn)能超258×10?t/a。此外，寧夏、新疆等西北地區(qū)及河南等華中省份亦有多個項目布局，形成從風(fēng)光資源富集區(qū)到能源消費(fèi)地的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展格局。目前實際投產(chǎn)的綠色甲醇項目較少，投產(chǎn)產(chǎn)能僅有21.64×10?t/a。 1.1.2 中國甲醇需求 甲醇是中國重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品與燃料，截至2024年，中國甲醇表觀消費(fèi)量約10510×104t/a。原料屬性方面，消費(fèi)領(lǐng)域以甲醇制烯烴（methanoltoolefins，MTO）為主。甲醇消費(fèi)量從大到小依次為華東地區(qū)3195×104t、西北地區(qū)2556×104t、華北地區(qū)2003.48×104t、華中地區(qū)1108×104t，中國其余地區(qū)總消費(fèi)量不超過1000×104t。多數(shù)MTO裝置配套有甲醇生產(chǎn)裝置，可實現(xiàn)自產(chǎn)自用，浙江、江蘇、山東等地的MTO裝置多以外采甲醇為主，外采量超過1000×104t。在甲醇市場價格方面，西北、華北地區(qū)甲醇市場價最低，華東、華南地區(qū)甲醇市場價格最高，兩者價差約516元/t。 在燃料屬性方面，甲醇作為清潔低碳燃料備受矚目，中國政府出臺多項政策支持其發(fā)展。 2019年3月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會等八部門共同頒布《甲醇汽車應(yīng)用指導(dǎo)意見》，旨在山西省、陜西省等地區(qū)推廣甲醇汽車的應(yīng)用，并加快構(gòu)建其生產(chǎn)體系[3-4]。2020年，工業(yè)和信息化部發(fā)布《調(diào)整甲醇汽車產(chǎn)品準(zhǔn)入相關(guān)要求的通知》，對甲醇燃料使用中的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確規(guī)定。2021年，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《“十四五”清潔生產(chǎn)方案》，推進(jìn)二氧化碳耦合制甲醇降碳項目；同時，與國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)中長期規(guī)劃》，旨在擴(kuò)大氫能在工業(yè)領(lǐng)域替代化石能源的應(yīng)用，推動合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)轉(zhuǎn)向低碳工藝[5]；國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2024年）》將二氧化碳催化合成綠色甲醇、甲醇燃料動力船舶列入鼓勵發(fā)展類項目；2022年工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會等五部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快內(nèi)河船舶綠色智能發(fā)展的實施意見》，提出加快船用甲醇發(fā)動機(jī)研發(fā)；2024年8月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》，提出推進(jìn)交通運(yùn)輸綠色轉(zhuǎn)型，完善充（換）電站、加氫（醇）站、岸電等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。上述系列政策的提出、實施推動了中國甲醇燃料市場需求快速增長，目前甲醇燃料的使用已覆蓋交通、供熱、灶用等多個領(lǐng)域，甲醇燃料規(guī)?；瘧?yīng)用的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保性、可行性等均得到了專業(yè)認(rèn)可。2023年，甲醇燃料總消費(fèi)量達(dá)到886.3×10?t，消費(fèi)量最大的5個地區(qū)依次為陜西、湖北、貴州、四川、山西，合計占比38.2%。在交通燃料方面，截至2023年底，中國累計在11個省、自治區(qū)、直轄市共投放各類甲醇汽車近3×10?輛，車用甲醇燃料消費(fèi)量快速提高到200.4×10?t；同時甲醇作為清潔船用燃料正受到全球的廣泛關(guān)注，2023年船舶甲醇燃料消耗量達(dá)9.36×10?t，同比增長164.3%；在熱力燃料方面，2023年甲醇燃料用于熱力鍋爐、家用采暖爐、工業(yè)窯爐、餐飲灶具等熱力市場的消耗量達(dá)到了685.9×10?t。 1.1.3 中國甲醇跨區(qū)域輸送需求 中國甲醇資源市場空間錯位，存在跨區(qū)域輸送需求。近期綠色甲醇生產(chǎn)成本較高，相較灰醇暫不具備經(jīng)濟(jì)競爭力，因此，中國甲醇跨區(qū)域輸送需求近期以灰醇為主，遠(yuǎn)期以綠醇為主。 中國煤制甲醇占市場主體地位，當(dāng)前市面上流通的甲醇多為灰醇。按照“本地就近消納為主、不足部分就近補(bǔ)充、余量部分就近外運(yùn)”的原則，結(jié)合市場價格與供需平衡分析甲醇流向：當(dāng)前，東北、西南地區(qū)產(chǎn)能與消費(fèi)量基本持平，可以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自產(chǎn)自用，以就近消納為主；西北、華北、華東、華中及華南地區(qū)具有跨區(qū)域輸送需求，其中，西北地區(qū)的新疆、甘肅、陜西、寧夏，華北地區(qū)內(nèi)蒙古、山西等省區(qū)產(chǎn)能充足，甲醇價格相對較低，為甲醇凈輸出地區(qū)，具有跨區(qū)域外輸需求；華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)為甲醇凈輸入地區(qū)，具有跨區(qū)域外購需求，其甲醇外購需求分別為1420×10?t/a、678×10?t/a、228×10?t/a。2023年，中國甲醇進(jìn)口量為1455.3×10?t，同比增加19.4%，以中東、東南亞及美洲的國家為主要進(jìn)口國，其中伊朗為中國甲醇最大進(jìn)口來源國。海南、江蘇、上海、浙江、天津等地港口為主要的進(jìn)口甲醇接收地，2023年，分別接收進(jìn)口甲醇404.39×10?t、407.14×10?t、216.52×10?t、126.47×10?t、240.53×10?t，江浙、上海等地的進(jìn)口甲醇多為當(dāng)?shù)刈杂茫Ｄ?、天津兩地的進(jìn)口甲醇多為外輸至其他地區(qū)。預(yù)計近期中國灰醇流向為“由北向南、由西向東”，潛在管輸需求量為200×10?～2200×10?t/a。 未來中國甲醇產(chǎn)業(yè)將逐漸由灰醇過渡為綠醇，其合成中心主要分布在風(fēng)光或水電資源豐富的“三北”、東部沿海地區(qū)，集中在國家規(guī)劃的各大清潔能源基地附近。綠色甲醇作為一種可持續(xù)燃料，已經(jīng)成為國際航運(yùn)脫碳的主要綠色燃料之一，將首先在航運(yùn)業(yè)迎來巨大需求。若綠色甲醇的經(jīng)濟(jì)性問題得到有效解決，其將成為船用燃料、車用燃料及工業(yè)燃料等領(lǐng)域綠氫大規(guī)模應(yīng)用前的最有效替代甚至是長期替代能源。未來，綠色甲醇作為清潔燃料屬性的應(yīng)用規(guī)模將逐漸大于其作為工業(yè)原料的應(yīng)用規(guī)模，消費(fèi)市場將主要分布于華東、華南以及中部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，形成“由‘三北’和沿海地區(qū)向中、東部輸送”的新綠色甲醇運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)格局。 1.2 液氨輸送 1.2.1 中國氨能供給 中國傳統(tǒng)合成氨行業(yè)的生產(chǎn)布局呈現(xiàn)出一定的地域性特征，產(chǎn)能主要分布在華東、華北、華中及西南等地區(qū)。華東地區(qū)是中國最主要的合成氨產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量達(dá)1680.34×10?t；華北地區(qū)次之，主要以煤制氨為主，產(chǎn)量規(guī)模達(dá)1363.19×10?t；華中地區(qū)的河南、湖北是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，合成氨產(chǎn)量規(guī)模達(dá)1247.38×10?t；西南地區(qū)以天然氣制氨為主，合成氨產(chǎn)量規(guī)模達(dá)971.04×10?t。山東、河南、湖北、山西及內(nèi)蒙古為合成氨生產(chǎn)大省，2023年這5省產(chǎn)能均超450×10?t，其中山東產(chǎn)能最高，為802.54×10?t，占比達(dá)12.84%。 中國制定了多項政策紅利以鼓勵綠氨產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截至2024年9月，中國規(guī)劃綠氨項目超過80項，規(guī)劃產(chǎn)能預(yù)計達(dá)1717×10?t/a，但實際單項目/單期主流規(guī)劃年產(chǎn)能區(qū)間小于120×10?t，實際在建、投產(chǎn)的項目占比較低，其原因在于前兩年綠氨下游市場不明確、綠氨經(jīng)濟(jì)性較差、適應(yīng)可再生能源工況的工藝不成熟等問題。隨著近期政策端的持續(xù)推動、火電消納場景（摻氨燃燒）與綠氨對整個能源轉(zhuǎn)型作用的明晰，預(yù)計未來中國綠氨項目進(jìn)展會有所加快。規(guī)劃中的綠氨項目目前集中在國家清潔能源基地（黃河幾字灣、冀北、松遼等）附近，主要分布在可再生資源豐富的蒙東、西北、東北地區(qū)。其中60%分布在內(nèi)蒙古，以鄂爾多斯、赤峰、通遼等市為核心，綠氨規(guī)劃產(chǎn)能超過1089×10?t/a；30%分布在吉林，以松原、大安兩市為核心，綠氨規(guī)劃產(chǎn)能近418×10?t/a；10%分布在新疆、青海、甘肅3省，綠氨規(guī)劃產(chǎn)能近210×10?t/a。 1.2.2 中國氨能需求 農(nóng)業(yè)和化工是傳統(tǒng)合成氨的主要市場方向，農(nóng)業(yè)用氨占比71%，主要用于尿素、復(fù)合肥的原料；工業(yè)用氨占比29%，主要用于生產(chǎn)車用尿素、煙氣脫硝等。2023年，中國合成氨市場需求量、進(jìn)口量分別為6225.59×10?t、69.30×10?t。氨消費(fèi)區(qū)域主要集中在華東、華北及華中地區(qū)，分別為2243.7×10?t、1097.56×10?t、875.94×10?t，其次，西南地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)、東北地區(qū)消費(fèi)量分別為762.63×10?t、531.66×10?t、453.84×10?t、260.23×10?t。預(yù)計2035年前，農(nóng)業(yè)與工業(yè)消費(fèi)仍是氨主要的應(yīng)用場景。 綠氨產(chǎn)業(yè)在脫碳經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展?jié)摿?，但鑒于氨的直接利用技術(shù)仍在研發(fā)中，其全面商業(yè)化還需時日[6]。當(dāng)前，氨作為儲能介質(zhì)的新興用途占比不足1%。據(jù)預(yù)測，2035年后，氨能源將進(jìn)入快速發(fā)展期，摻氨發(fā)電與氨動力船舶將具備經(jīng)濟(jì)性；2060年，預(yù)計氨動力船舶滲透率將超過40%，船舶用氨燃料需求量將達(dá)到6500×10?t/a。氨因其具備的能源與儲能特性，在清潔能源燃料、電力生產(chǎn)及作為儲氫媒介等新興市場中展現(xiàn)出巨大發(fā)展?jié)摿?，綠氨產(chǎn)業(yè)鏈未來將實現(xiàn)技術(shù)的巨大突破及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，作為清潔低碳能源在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的華東、華南及中部地區(qū)具有極大的消費(fèi)市場。 1.2.3 中國氨能跨區(qū)域輸送需求 中國氨資源市場空間錯位，存在管道輸送應(yīng)用場景。當(dāng)前綠氨生產(chǎn)成本較高，相較于傳統(tǒng)液氨暫不具備經(jīng)濟(jì)競爭力，中國液氨管道輸送需求近期以灰氨為主，遠(yuǎn)期將以綠氨為主。 按照合成氨“本地就近消納為主、不足部分就近補(bǔ)充、余量部分就近外運(yùn)”的原則，當(dāng)前，中國西部、東北地區(qū)合成氨以就近消納為主，華北、華南、華東及西南地區(qū)具有跨區(qū)域輸送需求，液氨流向為“由北向南、由西向東”，潛在管輸需求量為200×10?～600×10?t/a。從2023年全國合成氨資源市場匹配來看，西北地區(qū)產(chǎn)能與消費(fèi)量基本持平，可以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自產(chǎn)自用，寧夏、陜西地區(qū)約有55.69×10?t過剩產(chǎn)能。東北地區(qū)產(chǎn)能與消費(fèi)量均較低，且產(chǎn)能與消費(fèi)量基本持平，可以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自產(chǎn)自用，采用公路、鐵路運(yùn)輸方式即可滿足輸送需求，利用管道外輸需求不大。華北、華中地區(qū)產(chǎn)能過剩，其中，華北地區(qū)內(nèi)蒙古、山西共有約265.63×10?t的產(chǎn)能可供外銷，華中地區(qū)河南、湖北、湖南共有約371.44×10?t的產(chǎn)能可供外銷，具有跨區(qū)域外輸需求；華東、華南地區(qū)實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自產(chǎn)自銷后仍具備一定的消費(fèi)市場，其中華東地區(qū)上海、浙江等地共有約563.36×10?t的市場需求量，華南地區(qū)廣東省有約234.45×10?t的市場需求量，具有跨區(qū)域外購需求。由于中國成品油管道尚未實現(xiàn)互聯(lián)互通，可利用“公路/鐵路+管道聯(lián)合運(yùn)輸方式”實現(xiàn)合成氨規(guī)模化跨區(qū)域輸送。 未來中國氨產(chǎn)業(yè)將逐漸由灰氨過渡為綠氨。目前，制約綠氨規(guī)?；l(fā)展的根本原因為制備成本較高，成本構(gòu)成主要為電力成本、儲氫/能成本、制氨電解槽成本，占比分別為40%、35%、13%。隨著綠電價格降低、工藝優(yōu)化及碳價影響的疊加，綠氨與灰氨相比將更具備經(jīng)濟(jì)競爭力與市場經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，中國化石能源制氨以煤制氨為主，當(dāng)碳交易價格在60～500元/t波動時，灰氨的綜合成本為2452～4300元/t，綠氨的生產(chǎn)成本為4300～7280元/t[7]，到2050年預(yù)計降至2184～3460元/t。對于應(yīng)用柔性合成工藝或小型化新結(jié)構(gòu)綠氨生產(chǎn)裝置的企業(yè)，成本將下降更快，預(yù)測至2025年最低成本可低于2912元/t，與灰氨持平，甚至更低，2030年前將實現(xiàn)綠氨制備成本完全低于灰氨。 中國綠氨合成中心主要分布在風(fēng)光或水電資源豐富的“三北”、西南及東部沿海地區(qū)，集中在國家規(guī)劃的各大清潔能源基地附近；消費(fèi)中心則在華東、華南以及中部地區(qū)，在滿足省內(nèi)消納需求的條件下，各地富余綠氨資源將向風(fēng)光資源相對不足的省份輸送，形成“由‘三北’、西南及沿海地區(qū)向中、東部輸送”的新綠氨運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)格局。 1.3 醇氨管道輸送技術(shù)可行性分析 1.3.1 醇氨作為氫能載體儲運(yùn)優(yōu)勢 由于氫氣具有密度低（常溫常壓下僅為空氣密度的1/14）、單位體積能量儲存密度低、易燃易爆等特性，研發(fā)安全、高效、低成本的氫氣儲運(yùn)技術(shù)是實現(xiàn)氫能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵先決條件。目前，醇氨作為化工、能源領(lǐng)域的重要資源，其儲存與運(yùn)輸技術(shù)已相當(dāng)成熟。氨通常以液體形式儲存，其儲存技術(shù)包括壓力儲存、低溫儲存和半冷凍儲存，這些技術(shù)均能滿足不同規(guī)模和條件的儲存需求。而甲醇常溫常壓下即為液態(tài)，存儲難度低，工業(yè)上多用儲罐進(jìn)行存儲。在運(yùn)輸方面，氨和甲醇均可以通過水路、公路、鐵路以及管道等多種方式進(jìn)行運(yùn)輸，這為它們的廣泛應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。 氨和甲醇作為儲氫介質(zhì)，具有卓越的儲氫效果。1L甲醇與水反應(yīng)能釋放143g氫氣，而相同體積的液態(tài)氫冷凝后僅重72g，表明甲醇與水反應(yīng)的氫氣產(chǎn)量是液態(tài)氫的兩倍。另外，氨也因其高儲氫密度而成為優(yōu)秀的儲氫介質(zhì)。 氨和甲醇與氫之間可以實現(xiàn)低成本且容易的可逆反應(yīng)，這使得它們作為氫的特殊儲存載體具有更高的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度。通過催化劑的作用，可以實現(xiàn)氨與氫之間的轉(zhuǎn)換，同樣地，甲醇也可以通過加水的方式制取氫氣。這種可逆性不僅提高了氫的利用效率，還降低了氫的儲運(yùn)成本。 1.3.2 醇氨管道輸送可行性案例分析 管道運(yùn)輸具有安全、穩(wěn)定、運(yùn)輸費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，更適用于醇氨長距離輸送。國內(nèi)外實踐案例已經(jīng)證明，甲醇和液氨通過管道進(jìn)行輸送不僅在理論層面具有可行性，在實際生產(chǎn)中也得到成功應(yīng)用。加拿大甲醇長輸管道的成功運(yùn)營為中國提供了借鑒，中國也在探索甲醇輸送管道的建設(shè)和運(yùn)營，云南大衛(wèi)制焦、華電榆林天然氣化工及中煤鄂爾多斯能源化工的甲醇管道項目均取得顯著成效。 目前，長距離液氨輸送管道集中在美國、俄羅斯。美國液氨管道系統(tǒng)總長近5000km，已經(jīng)可靠地運(yùn)行了幾十年；俄羅斯液氨管道約為2400km。此外，歐盟多個國家如德國、英國、西班牙及波蘭等，已建立了眾多中短距離的液氨輸送管道，主要用于連接港口、儲罐及其周邊用戶，實現(xiàn)液氨的有效輸送[1]。我國液氨管道建設(shè)起步較晚，僅有4條液氨管道，總長度未達(dá)到200km[1]，距離最長的是1990年建成的秦皇島液氨管道，全長82.5km，年輸量為10.5×10?t。國內(nèi)外醇氨管道案例證明醇氨管道輸送具有可行性。 2 長距離管道輸送甲醇技術(shù)挑戰(zhàn) 隨著“雙碳”戰(zhàn)略推進(jìn)和甲醇能源屬性的發(fā)展，甲醇管道作為中間樞紐的重要性日益凸顯。但甲醇與成品油在理化特性等方面存在差異，甲醇管道輸送在工藝運(yùn)行、管材及設(shè)備、安全管控等多方面面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。 2.1 工藝運(yùn)行 2.1.1 經(jīng)濟(jì)流速 甲醇的摩擦力較低，流動性較好，使其在管道內(nèi)的輸送速度較快，輸送效率較高。但是，在甲醇的輸送流速設(shè)計中，靜電、危險性以及經(jīng)濟(jì)性等因素會對設(shè)計產(chǎn)生影響。 楊仲曹[8]指出，易燃易爆液體在管道中靜電積累取決于流體電阻率。相關(guān)實驗證明，不同電阻率范圍對應(yīng)不同靜電產(chǎn)生情況。有的國家根據(jù)電阻率限制流速，從流體介質(zhì)在管道中產(chǎn)生靜電的方面考慮，甲醇的電阻率是4.5×10?Ω·m，甲醇的流速應(yīng)不大于10m/s（表1）。 表1 易燃液體的輸送管徑及其推薦流速表 
管道的經(jīng)濟(jì)流速并不是固定不變的，而是根據(jù)管道輸量、管道內(nèi)徑的不同而有所變化，從甲醇整體物性方面考慮，甲醇與汽油的物性很相近。故甲醇管道的流速可以參照成品油管道。統(tǒng)計國內(nèi)外已建成品油管道信息（表2），科洛尼爾管道的流速控制在2～3.76m/s范圍內(nèi)，美國其他較大型的成品油管道也具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和速度，流速均在1.66m/s以上，最高的流速可達(dá)到4.37m/s。參考《輸油管道設(shè)計與管理》可得，中國成品油管道經(jīng)濟(jì)流速宜取2.0m/s。 表2 國內(nèi)外已建成品油管道的管徑、流速 綜上，確定甲醇輸送的經(jīng)濟(jì)流速時應(yīng)考慮其物理性質(zhì)、安全性及輸送效率。從甲醇物性[黏度0.59MPa·s（20°C）、電阻率4.5×10?Ω·m]方面考慮，建議甲醇輸送的經(jīng)濟(jì)流速不大于10m/s；若參照成品油管道，甲醇輸送的經(jīng)濟(jì)流速宜取2.0m/s。甲醇管道輸送的經(jīng)濟(jì)流速具體應(yīng)從其輸量、管徑、安全標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合考量確定。 2.1.2 混油發(fā)展規(guī)律 甲醇、成品油之間的混油規(guī)律與汽柴油自身之間的混油規(guī)律存在顯著差異。管道順序輸送甲醇時，甲醇與汽、柴油相溶性受流速、溫度、含水等多因素影響，沿程混油的產(chǎn)生不可避免。此外，甲醇混油還受到管體本身結(jié)構(gòu)、輸送工藝影響。 管徑、輸送距離、流速這三種因素相互獨(dú)立，故將管徑、輸送距離、流速三種因素對順序輸送混油長度的變化放在一起進(jìn)行對比，研究三個因素對順序輸送混油長度的敏感性程度。以甲醇和汽油為順序輸送介質(zhì)，本算例基礎(chǔ)管徑為0.5448m，流速為1.37m/s，輸送距離為25km，繪制不同因素變化混油長度變化圖（圖1）。可看出在其他條件一定的情況下，輸送距離、管徑與混油長度呈正相關(guān)，流速與混油長度變化呈負(fù)相關(guān)。且對于混油長度的影響程度由大到小依次為輸送距離、管徑、流速。輸送距離對順序輸送混油長度最為敏感，管徑其次，流速最為不敏感。 圖1 不同因素變化混油長度變化圖 2.2 管材及設(shè)備 2.2.1 管材 甲醇具備極強(qiáng)的吸水性能，這一特性使得它在儲運(yùn)過程中不可避免地會吸收周圍環(huán)境中的水分，進(jìn)而形成甲酸、甲醛等有機(jī)酸。甲酸等對于金屬材料的腐蝕性顯著增強(qiáng)，可能導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)銹蝕、點(diǎn)蝕甚至更為嚴(yán)重的全面腐蝕現(xiàn)象。更為關(guān)鍵的是，甲醇對金屬材料的腐蝕不僅限于表面，它還會深入到材料內(nèi)部，逐漸侵蝕材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而造成材料力學(xué)性能的嚴(yán)重劣化，造成強(qiáng)度的降低、韌性的減弱以及抗疲勞性能的下降等，直接影響到甲醇管道輸送所用管材的安全性和可靠性。通過實驗研究表明，甲醇對金屬的腐蝕主要受其含水率和含酸性物質(zhì)的影響。對于不合格的甲醇輸送應(yīng)盡量控制甲醇中的水含量和酸性物質(zhì)含量，以降低甲醇對金屬材料的腐蝕。建議高純甲醇管道輸送時一般采用20#碳鋼，為防止二次污染可采用304不銹鋼，儲罐采用碳鋼即可。但截至目前關(guān)于甲醇對金屬材料的具體腐蝕效應(yīng)以及力學(xué)適應(yīng)性的了解卻仍然相對模糊，尚未全面探明管材、設(shè)備等所使用的金屬材料在甲醇環(huán)境下的具體腐蝕機(jī)理，無法準(zhǔn)確預(yù)測和評估不同金屬材料在甲醇溶液中的耐腐蝕性能，也無法制定出有效防腐措施，力學(xué)性能劣化的速度及影響因素等關(guān)鍵信息尚待揭示。 2.2.2 設(shè)備 在考慮常見故障以及甲醇理化性質(zhì)之后，得到甲醇泵選型要點(diǎn)：①甲醇易揮發(fā)，可能引發(fā)離心泵氣蝕，基于其特性考量，輸送甲醇需要對普通離心泵密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)以防止甲醇泄漏，推薦使用無軸封設(shè)計的磁力泵，其防漏性能好。②甲醇具有易燃易爆等特性，需選擇防爆電機(jī)。甲醇管道過濾器的過濾網(wǎng)可選擇金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)等材質(zhì)，過濾介質(zhì)則可以是陶瓷球、纖維布、活性炭等。設(shè)計選型一般是根據(jù)入口管道的公稱直徑，建議參照SH/T3411—1999《石油化工泵用過濾器選用、檢驗及驗收》及HG/T21637—1991《化工管道過濾器》。 甲醇管道閥門的傳動方式可以是氣動、手動或電動。手動閥門適合于小型管道系統(tǒng)，而電動或氣動閥門適合于大型、高流量的管道系統(tǒng)。若閥門需要頻繁操作或者位置不便于手動操作，推薦使用電動或氣動閥門。閥門材料根據(jù)JB/T5300—2008《工業(yè)用閥門材料選用導(dǎo)則》選擇即可。 甲醇是一種低黏度液體，通常選用渦輪流量計、質(zhì)量流量計（如科里奧利質(zhì)量流量計）或超聲波流量計進(jìn)行計量。由于甲醇具有一定的腐蝕性，流量計的測量管道和與介質(zhì)接觸的部件必須選用耐腐蝕材料，如不銹鋼（如316L）或特殊涂層的材料，避免因腐蝕導(dǎo)致的設(shè)備損壞或計量誤差。且甲醇屬于易燃液體，需選用防爆認(rèn)證的流量計，以確保使用安全。 甲醇對于非金屬材料具有較強(qiáng)的溶脹作用，目前，尚未探明甲醇環(huán)境下非金屬材料的失效機(jī)理，缺乏對設(shè)備適應(yīng)性的科學(xué)評估方法。 2.3 安全管控 2.3.1 泄漏 相比傳統(tǒng)油品泄漏事故，甲醇泄漏擴(kuò)散規(guī)律及機(jī)理復(fù)雜，甲醇與水互溶，事故衍生災(zāi)害評估更為困難，針對油品泄漏擴(kuò)散的相關(guān)研究并不能直接應(yīng)用于甲醇泄漏場景。 通過甲醇在河流中泄漏擴(kuò)散的實驗表明，泄漏口越靠近河岸，泄漏速率越大，水流速度越小時，致死性長度越小，越有助于甲醇泄漏后事故處理。推薦配備高靈敏度的甲醇泄漏檢測傳感器，配備自動閥門關(guān)閉系統(tǒng)，快速響應(yīng)小組，高級滅火器，防毒面具和防護(hù)服等應(yīng)急防護(hù)措施，有效降低甲醇泄漏后對人員和環(huán)境的影響。 2.3.2 燃爆 甲醇的爆炸極限遠(yuǎn)大于成品油，這一特性使得其一旦發(fā)生泄漏，可能引發(fā)的風(fēng)險極高。因此，針對甲醇管道的泄漏規(guī)律與機(jī)理進(jìn)行深入的研究顯得尤為重要。同時，為更有效地應(yīng)對潛在的安全風(fēng)險，還需開展管道泄漏燃爆事故后果評價方法研究，以便在事故發(fā)生時能夠迅速、準(zhǔn)確地評估其影響范圍和危害程度。在此基礎(chǔ)上，形成一套完整的安全管控技術(shù)體系，從而實現(xiàn)對甲醇管道泄漏事故的有效預(yù)防和及時應(yīng)對，確保生產(chǎn)和使用過程中的安全。 2.4 標(biāo)準(zhǔn)體系 國外已建有大規(guī)模、長距離的甲醇輸送管道，國外甲醇管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國ASTMD1152-97《甲醇（甲基醇）》和ASTMD5501-12（2016）《用氣相色譜法測定含20％以上乙醇的燃料中乙醇和甲醇含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》，主要規(guī)范甲醇和乙醇汽油的物性測試方法；歐洲EN15376-2021《車用燃料——用氣相色譜法測定汽油中甲醇和乙醇含量的標(biāo)準(zhǔn)方法》規(guī)范了汽油中甲醇或乙醇含量氣相色譜測試方法。 中國現(xiàn)有甲醇管道多為化工廠區(qū)管道，最長距離52km，缺乏長距離、大規(guī)模甲醇輸送管道設(shè)計運(yùn)營經(jīng)驗，甲醇管道輸送相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚為空白，其設(shè)計、建造參考的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》等，尚未形成統(tǒng)一的甲醇管輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系[1]。 3 長距離管道輸送液氨的技術(shù)挑戰(zhàn) 近年來，各國對傳統(tǒng)能源消費(fèi)和二氧化碳排放的管制日益嚴(yán)格，促使了能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的快速推進(jìn)。在諸多轉(zhuǎn)型方案中，全球范圍內(nèi)，氨作為一種高效且經(jīng)濟(jì)的無碳排放儲能及儲氫材料的發(fā)展備受關(guān)注[1]。作為制造硝酸、制冷介質(zhì)以及氮肥等多種重要化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，長輸管道運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用[8]。迄今為止，國內(nèi)缺乏大規(guī)模輸氨管道，液氨管道安全輸送技術(shù)仍處于初步研究階段。氨能管道輸送在工藝、管材及設(shè)備適應(yīng)性、安全管控、標(biāo)準(zhǔn)化等方面面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。 3.1 工藝運(yùn)行 3.1.1 氨的相特性 液氨在長距離管道輸送中，因其高膨脹性和溫度敏感性，物性參數(shù)易受影響。為防止相變，保障輸送效率與管道設(shè)備安全，需保證管道內(nèi)壓力高于液氨的飽和蒸汽壓。因此，深入研究液氨的物性、相特性及流動特性至關(guān)重要。鑒于液氨管道設(shè)計與液化石油氣（liquefiedpetroleumgas，LPG）管道相似，已有學(xué)者采用LPG管道的摩阻公式及達(dá)西-魏斯巴赫公式進(jìn)行了工藝計算。然而，關(guān)于液氨特性對管道輸送影響的研究尚顯不足，尤其是對其非穩(wěn)態(tài)相變特性及物理場分布規(guī)律仍缺乏清晰認(rèn)識[9]，難以精確預(yù)測液氨管道運(yùn)行期間可能面臨的風(fēng)險。 液氨在管道輸送過程中，由于管道阻力和溫度變化，容易發(fā)生氣化現(xiàn)象，降低管道的流通能力，對管道安全構(gòu)成威脅。目前，雖然已有一些技術(shù)手段可以控制和緩解這一問題，但如何更有效地解決管道阻力和氣化問題，仍是長距離管道輸送液氨面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。 3.1.2 經(jīng)濟(jì)流速 作為液氨管輸工藝優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)之一，液氨管道的安全流速至關(guān)重要。由調(diào)研可知，液氨管道設(shè)計流速不宜過高，流速過高會導(dǎo)致液氨沖刷管道以及靜電聚積，因此應(yīng)適當(dāng)控制液氨管道的輸送速度。 陳鴻林認(rèn)為，降低流速所需投資比維護(hù)管道沖刷損壞的費(fèi)用要小得多，并建議將長輸液氨管道流速控制在0.5m/s以內(nèi)。而國內(nèi)貴州開陽化工有限公司埋地輸氨管道則按照化學(xué)工藝流體管道進(jìn)行設(shè)計，流速取0.8～1.0m/s。根據(jù)已有液氨長輸管道運(yùn)營經(jīng)驗來看，將設(shè)計流速控制在0.5m/s過于保守，而參考化學(xué)工藝流體管道設(shè)計流速相對合理。由于液氨與LPG的基礎(chǔ)物性基本相近，兩者在管道設(shè)計參數(shù)與輸送工藝方面也存在一定的相似性，因此分別參考標(biāo)準(zhǔn)GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》、SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術(shù)規(guī)范》以及GB51142—2022《液化石油氣供應(yīng)工程設(shè)計規(guī)范》對管輸液氨的最大流速進(jìn)行對比分析。由分析結(jié)果可知，綜合考慮液氨輸送的安全經(jīng)濟(jì)性，并參考輸油管道工程設(shè)計規(guī)范，管輸液氨的平均流速應(yīng)控制在0.8～1.4m/s之間，且最大流速不應(yīng)超過3m/s。 3.2 管材及設(shè)備 3.2.1 管材 液氨對部分材料具有腐蝕性，易對金屬材料造成應(yīng)力腐蝕破壞。在選材時，必須考慮材料的耐腐蝕性，以降低應(yīng)力水平，同時考慮管道系統(tǒng)的運(yùn)行安全、使用壽命、經(jīng)濟(jì)效益和特定要求等。關(guān)于管材選擇，國內(nèi)GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》、GB50251—2023《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》和SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術(shù)規(guī)范》均做出了相關(guān)規(guī)定，由此可知，不同介質(zhì)管道的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對于管材的要求大體相同。GB/T9711—2017《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》、GB/T6479—2013《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》、GB/T5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》和GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》等常用的管道鋼材標(biāo)準(zhǔn)，對管材選擇存在一定差異?？紤]液氨具有顯著的體積膨脹性和溫度敏感性，且常溫液氨管道存在中壓和高壓兩種輸送工藝，而GB50251—2023《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》和GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》管材標(biāo)準(zhǔn)僅適用于設(shè)計壓力小于4.0MPa的情況，因此建議液氨管道的管材選擇可參照SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術(shù)規(guī)范》設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（表3） 表3 不同標(biāo)準(zhǔn)的管材要求對比 液氨對管道材料的腐蝕是一個復(fù)雜的過程，涉及多種因素的相互作用。目前，對于液氨管道腐蝕的機(jī)理和防護(hù)機(jī)制的研究還不夠透徹。后續(xù)開展更深入的研究有助于開發(fā)更有效的防腐措施。 3.2.2 設(shè)備 輸氨泵作為液氨運(yùn)輸?shù)暮诵膭恿υO(shè)備，在不同工業(yè)應(yīng)用場景中展現(xiàn)出多樣化的選擇和挑戰(zhàn)。輸氨泵的選型設(shè)計需綜合考慮液氨的特性、安全性需求以及泵的適用性能。國內(nèi)化肥廠內(nèi)小流量、短距離輸氨一般選用離心泵，如受早期國內(nèi)大流量、高揚(yáng)程輸氨泵制造工藝限制，秦皇島液氨管道選用Y型泵，該泵為離心泵。需注意的是傳統(tǒng)離心泵在液氨輸送中可能存在腐蝕和汽蝕風(fēng)險，需進(jìn)行性能評估確認(rèn)其適用性。而對于大流量、高揚(yáng)程的需求，可考慮選擇屏蔽泵或磁力泵。屏蔽泵和磁力泵由于無動態(tài)密封能有效減少泄漏和毒害風(fēng)險，適合長期穩(wěn)定的液氨輸送。 選擇液氨流量計時，需綜合考慮以下幾點(diǎn)：一是測量精度和穩(wěn)定性，特別是在液氨計量對產(chǎn)品質(zhì)量和交易精度要求較高的情況下，如何確保流量計能夠準(zhǔn)確反映液氨的實際流量至關(guān)重要；二是適應(yīng)性和可靠性，流量計應(yīng)能在液氨的不同工況下穩(wěn)定運(yùn)行；三是維護(hù)和操作成本，選擇易于維護(hù)和操作的流量計有助于降低總體運(yùn)營成本并提升設(shè)備可靠性。對于需要高測量精度的應(yīng)用場景，建議采用科里奧利質(zhì)量流量計；對于測量精度要求不高，考慮高性價比的應(yīng)用場景，建議采用漩渦流量計。 液氨管道閥件的選型應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，根據(jù)管道操作需求選擇合適的閥門類型，并綜合考慮閥門的耐腐蝕性能、耐低溫性能和密封性能。建議采用LF2/LCB低溫鋼或DEVLON型工程塑等耐液氨材料作為管閥件主體材料。 目前對于液氨管道各設(shè)備選擇與性能評估仍缺乏深入的研究。不同設(shè)備在液氨輸送過程中的耐腐蝕性能、機(jī)械性能以及使用壽命等方面的差異需要進(jìn)一步的實驗研究和數(shù)據(jù)支持。 3.3 安全管控 3.3.1 泄漏 液氨管道在復(fù)雜地理環(huán)境中易受多種內(nèi)外因素影響，導(dǎo)致管道破損，造成氨泄漏事故。目前，直徑超過75mm的液氨管道泄漏事故主要集中在美國，而機(jī)械損傷、人為因素等外部干預(yù)是其發(fā)生泄漏的主要原因。液氨泄漏后會積聚形成液池并迅速蒸發(fā)，與周圍空氣混合后產(chǎn)生氨氣云團(tuán)（圖2）。盡管氨氣在常溫下的密度小于空氣，但由液氨泄漏所形成的氨氣云團(tuán)，因其低溫和相對較高的介質(zhì)密度而具有獨(dú)特特性，易與空氣中的水蒸氣凝結(jié)，會呈現(xiàn)出重氣體擴(kuò)散的特征。受外部環(huán)境影響氨氣云團(tuán)會沿地面大范圍擴(kuò)散，危及周邊水源、大氣及土壤，導(dǎo)致人身傷害及環(huán)境污染，且處理不當(dāng)會引發(fā)火災(zāi)、中毒等事故。氨氣泄漏后，立即采取有效的應(yīng)對措施對于確保生產(chǎn)運(yùn)行的安全管理至關(guān)重要。氨氣泄漏時，須即刻警告周圍人群，迅速疏散下風(fēng)向人員。同時，要控制泄漏源，如輸氨管道泄漏應(yīng)立即隔離，以降低氨氣濃度。 圖2 液氨管道泄漏擴(kuò)散示意圖 液氨管道一旦發(fā)生泄漏事故，液氨會在泄漏口處形成兩相射流，進(jìn)而發(fā)生閃蒸，導(dǎo)致氨氣彌漫大氣，自然擴(kuò)散下中心濃度最高，向外逐漸稀釋，受風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度及地形等因素影響[10]。因此，對液氨管道泄漏擴(kuò)散過程進(jìn)行研究，了解其泄漏源強(qiáng)度變化、風(fēng)速以及復(fù)雜地形對后續(xù)大氣擴(kuò)散的影響，對事故預(yù)防及應(yīng)急預(yù)案制定具有重要的參考價值。 迄今為止，國內(nèi)仍然缺乏大規(guī)模的輸氨管道，液氨管道安全輸送技術(shù)仍處于初步研究階段，對于液氨泄漏后的擴(kuò)散規(guī)律，目前的研究還不夠深入，應(yīng)急響應(yīng)能力尚不足，包括泄漏檢測系統(tǒng)的靈敏度、應(yīng)急處理預(yù)案的完善性等方面，液氨管道運(yùn)行中的泄漏風(fēng)險難以有效預(yù)測及防護(hù)。 3.3.2 燃爆 氨的自燃溫度為651℃，爆炸極限為15%～28%，最易引燃濃度為17%，最大爆炸壓力體積分?jǐn)?shù)為21%～23%，因此氨泄漏具有燃爆風(fēng)險。同時氨有毒害性，泄漏量和時間決定其對人體毒害程度，輕則無明顯影響或呼吸減緩，重則致命。 隨著一系列危險化學(xué)品泄漏事故的發(fā)生，歐美等發(fā)達(dá)國家率先開展了一系列危險化學(xué)品泄漏和安全性的研究。相較之下，國內(nèi)對于氣體擴(kuò)散的研究起步較慢。但近年來，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，中國對易燃、易爆、有毒化學(xué)品泄漏擴(kuò)散研究日益重視。各國已提出多種擴(kuò)散計算模型，并開展大量實驗研究，取得一定成果，對防控?；沸孤U(kuò)散事故發(fā)揮了關(guān)鍵作用[10]。 長距離管道輸送液氨仍需建立完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測管道內(nèi)的壓力、溫度等參數(shù)，以及及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的泄漏風(fēng)險。此外，還需要制定完善的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，以應(yīng)對可能發(fā)生的燃爆事故。 3.4 標(biāo)準(zhǔn)體系 長距離管道輸送液氨的技術(shù)在國外已經(jīng)形成了相對完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，涵蓋了從設(shè)計、建造到運(yùn)營、維護(hù)的各個環(huán)節(jié)。美國的49CFRPART195—2024《管道運(yùn)輸危險液體》規(guī)定了適用于液氨管道設(shè)施的安全標(biāo)準(zhǔn)和要求，29CFR1910.119—2023《高度危險化學(xué)品過程安全管理標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了防止或盡量減少液氨產(chǎn)生毒害、火災(zāi)或爆炸危險的要求；澳大利亞AS1668.2—2020《制冷系統(tǒng)安全要求》、《工作健康與安全示范條例（WHSSR）—2021》和《工作健康安全法》等包含了與氨的儲存、處理和使用有關(guān)的法規(guī)和指導(dǎo)性文件；歐盟通過EN1473：2023《壓力設(shè)備用材料》、《潛在爆炸環(huán)境用的設(shè)備及保護(hù)系統(tǒng)》（ATEX）、《壓力設(shè)備指令》（PED）等對氨制冷系統(tǒng)和熱泵等的技術(shù)規(guī)范做出了規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)為液氨管道的安全運(yùn)行提供保障。 雖然液氨管道的設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)離不開相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的制定，但國內(nèi)尚未形成完善的液氨管道輸送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。這導(dǎo)致在管道材料選擇、施工質(zhì)量控制等方面存在不足。此外，對于液氨管道的特定要求，如防腐措施、壓力控制等，也缺乏詳細(xì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。 4 結(jié)論 目前醇氨管道輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀仍處于研究前期階段，在工藝和設(shè)備、安全和防護(hù)、設(shè)計規(guī)范等方面仍需不斷學(xué)習(xí)和借鑒國外成功經(jīng)驗，積累自身建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗，推動醇氨管道輸送技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與落地。 1）未來綠色甲醇合成中心主要分布在風(fēng)光或水電資源豐富的“三北”和東部沿海地區(qū)，消費(fèi)主要在華東、華南和中部地區(qū)，形成“由‘三北’和沿海地區(qū)向中、東部輸送”的新的綠色甲醇運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)格局。綠氨合成中心在“三北”、西南和東部沿海，消費(fèi)主要在華東、華南和中部，形成“由‘三北’、西南和沿海地區(qū)向中東部輸送”的新的綠氨運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)格局。 2）建議甲醇管輸?shù)慕?jīng)濟(jì)流速不大于10m/s；若參照成品油管道，甲醇輸送的經(jīng)濟(jì)流速宜取2.0m/s；建議高純甲醇管道輸送時一般采用20#碳鋼，為防止二次污染可選擇不銹鋼管材，儲罐采用碳鋼即可；輸送甲醇需對普通離心泵密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，推薦使用無軸封設(shè)計的磁力泵；目前，尚未探明甲醇環(huán)境下非金屬材料失效機(jī)理、甲醇泄漏擴(kuò)散燃爆規(guī)律及事故處理、尚未形成統(tǒng)一的甲醇管輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 3）建議管輸液氨的平均流速控制在0.8～1.4m/s之間，且最大流速不應(yīng)超過3m/s；建議液氨管道的管材選擇可參照SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術(shù)規(guī)范》設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；屏蔽泵和磁力泵適合長期穩(wěn)定的液氨輸送；建議采用LF2/LCB低溫鋼或DEVLON型工程塑等耐液氨材料作為管閥件主體材料。 4）當(dāng)前技術(shù)背景下，長距離醇氨管道輸送技術(shù)在工藝運(yùn)行、設(shè)備適應(yīng)性、材質(zhì)耐腐蝕性及安全性評估等方面研究仍不透徹，尚未形成醇氨管道輸送技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，仍需要進(jìn)一步的科學(xué)研究與技術(shù)創(chuàng)新，建立完善的管理體制、政策支持框架和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以確保醇氨管道輸送的安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境可持續(xù)性。 參考文獻(xiàn) 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[10]徐文.氨氣泄漏擴(kuò)散過程的數(shù)值模擬研究[D].天津：天津理工大學(xué)，2015. 作者簡介：聶超飛，男，1987年生，一級工程師，2013年碩士畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事新能源儲運(yùn)及油氣站場新能源綜合利用方面的研究工作。地址：天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)洞庭一街4號科技發(fā)展中心，郵編300450。電話：0316-2075640。Email：niecf@pipechina.com.cn。
關(guān)鍵詞：甲醇；液氨；管道輸送；安全；標(biāo)準(zhǔn)
中圖分類號：TE88文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2097-5260（2025）02-0013-12
中國能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳加快轉(zhuǎn)型，其中，在能源消費(fèi)端，正積極構(gòu)建以“電能與氫能”為主導(dǎo)的應(yīng)用場景，減少對化石能源的依賴，降低利用過程碳排放是一條必由之路。當(dāng)前氫能儲運(yùn)技術(shù)面臨多重瓶頸：一方面，氫氣能量密度低（僅為甲烷的1/4），需通過高壓或深冷方式儲存，導(dǎo)致儲運(yùn)成本占終端氫價比例超過40%；另一方面，氫氣分子體積小、滲透性強(qiáng)，傳統(tǒng)金屬管道易因氫脆效應(yīng)導(dǎo)致材料韌性下降，且高壓氫氣泄漏后爆炸極限范圍寬，對儲運(yùn)系統(tǒng)安全性構(gòu)成重大威脅[1]。盡管全球已建成少量氫氣管道，但其經(jīng)濟(jì)性與安全性仍嚴(yán)重制約氫能的規(guī)?；瘧?yīng)用。
