摘要：隨著全球?qū)淠苄枨蟮脑黾?，甲醇與液氨（簡(jiǎn)稱醇氨）作為氫能載體，因其儲(chǔ)氫密度高、安全性好，在氫能儲(chǔ)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(zhǎng)距離管道輸送尚未普及。通過(guò)對(duì)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(duì)醇氨管道輸送存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開研究，以推動(dòng)醇氨管道輸送的商業(yè)化與規(guī)模化應(yīng)用。梳理當(dāng)前與未來(lái)中國(guó)醇氨的資源、市場(chǎng)分布以及供給、需求的發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)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(wèn)題進(jìn)行理論分析，明確醇氨長(zhǎng)距離管道輸送的技術(shù)可行性。研究表明，醇氨在長(zhǎng)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(zhǎng)極。然而，實(shí)際管輸過(guò)程中也面臨諸多挑戰(zhàn)，包括醇氨的物理、化學(xué)特性對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求，以及腐蝕、溶脹、泄漏、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，當(dāng)前關(guān)于甲醇輸送的實(shí)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(zhǎng)距離管道輸送方面具有廣闊的應(yīng)用前景，但要實(shí)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(dòng)安全、公共安全等各項(xiàng)挑戰(zhàn)。未來(lái)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(lái)中國(guó)醇氨管道輸送技術(shù)研究提供參考與借鑒。
針對(duì)上述問(wèn)題，以甲醇與液氨為載體的間接儲(chǔ)氫技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。甲醇可通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)運(yùn)設(shè)施（如成品油管道）。液氨儲(chǔ)氫密度更高，但毒性較大，需配套嚴(yán)格的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。中國(guó)作為甲醇產(chǎn)能全球占比超50%的國(guó)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(duì)多場(chǎng)景適配性（如管道材質(zhì)兼容性、長(zhǎng)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?guó)“氫-氨-醇”協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，針對(duì)醇氨儲(chǔ)運(yùn)與成品油管道適配性問(wèn)題，開展多尺度研究，為成品油管道向新能源儲(chǔ)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(guó)長(zhǎng)距離管道輸送醇氨的必要性 1.1 甲醇輸送 1.1.1 中國(guó)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(guó)傳統(tǒng)甲醇投產(chǎn)、在建及規(guī)劃項(xiàng)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大部分份額，投產(chǎn)、在建及規(guī)劃的甲醇項(xiàng)目超過(guò)50項(xiàng)，其中40%的項(xiàng)目產(chǎn)能達(dá)到百萬(wàn)噸級(jí)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(guó)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(lái)國(guó)內(nèi)煤化工新增甲醇產(chǎn)能釋放比較困難。 中國(guó)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(xiàng)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(wèn)題的重要途徑。按西北地區(qū)風(fēng)光發(fā)電潛力完全用來(lái)制綠色甲醇測(cè)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(chǎng)規(guī)模。據(jù)美國(guó)船級(jí)社預(yù)測(cè)，到2050年，傳統(tǒng)化石燃料的市場(chǎng)份額將減少至15%，綠色甲醇使用率將逐步上升至42%。在國(guó)家政策推動(dòng)下，我國(guó)綠色甲醇產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢(shì)。依托豐富的風(fēng)光資源優(yōu)勢(shì)，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(xiàng)目。截至2024年11月，全國(guó)已建、在建及規(guī)劃的綠色甲醇項(xiàng)目達(dá)70余項(xiàng)，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(guó)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(zhǎng)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(guó)30%的項(xiàng)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(shì)，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(gè)項(xiàng)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(shí)際投產(chǎn)的綠色甲醇項(xiàng)目較少，投產(chǎn)產(chǎn)能僅有21.64×10?t/a。 1.1.2 中國(guó)甲醇需求 甲醇是中國(guó)重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品與燃料，截至2024年，中國(guó)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(guó)其余地區(qū)總消費(fèi)量不超過(guò)1000×104t。多數(shù)MTO裝置配套有甲醇生產(chǎn)裝置，可實(shí)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(guò)1000×104t。在甲醇市場(chǎng)價(jià)格方面，西北、華北地區(qū)甲醇市場(chǎng)價(jià)最低，華東、華南地區(qū)甲醇市場(chǎng)價(jià)格最高，兩者價(jià)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(guó)政府出臺(tái)多項(xiàng)政策支持其發(fā)展。 2019年3月，工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)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(duì)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(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)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(xiàng)目；同時(shí)，與國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)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(dòng)合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業(yè)轉(zhuǎn)向低碳工藝[5]；國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)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(dòng)力船舶列入鼓勵(lì)發(fā)展類項(xiàng)目；2022年工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)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(shí)施意見》，提出加快船用甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)；2024年8月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(shí)施推動(dòng)了中國(guó)甲醇燃料市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)，目前甲醇燃料的使用已覆蓋交通、供熱、灶用等多個(gè)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(gè)地區(qū)依次為陜西、湖北、貴州、四川、山西，合計(jì)占比38.2%。在交通燃料方面，截至2023年底，中國(guó)累計(jì)在11個(gè)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(shí)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(zhǎng)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(chǎng)的消耗量達(dá)到了685.9×10?t。 1.1.3 中國(guó)甲醇跨區(qū)域輸送需求 中國(guó)甲醇資源市場(chǎng)空間錯(cuò)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(jìng)爭(zhēng)力，因此，中國(guó)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(guó)煤制甲醇占市場(chǎng)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(chǎng)價(jià)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(shí)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(jià)格相對(duì)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(gòu)需求，其甲醇外購(gòu)需求分別為1420×10?t/a、678×10?t/a、228×10?t/a。2023年，中國(guó)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(guó)家為主要進(jìn)口國(guó)，其中伊朗為中國(guó)甲醇最大進(jìn)口來(lái)源國(guó)。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?，海南、天津兩地的進(jìn)口甲醇多為外輸至其他地區(qū)。預(yù)計(jì)近期中國(guó)灰醇流向?yàn)?ldquo;由北向南、由西向東”，潛在管輸需求量為200×10?～2200×10?t/a。 未來(lái)中國(guó)甲醇產(chǎn)業(yè)將逐漸由灰醇過(guò)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(guó)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(guó)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(lái)巨大需求。若綠色甲醇的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)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(zhǎng)期替代能源。未來(lái)，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(chǎng)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(guó)氨能供給 中國(guó)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(guó)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(guó)制定了多項(xiàng)政策紅利以鼓勵(lì)綠氨產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。截至2024年9月，中國(guó)規(guī)劃綠氨項(xiàng)目超過(guò)80項(xiàng)，規(guī)劃產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)1717×10?t/a，但實(shí)際單項(xiàng)目/單期主流規(guī)劃年產(chǎn)能區(qū)間小于120×10?t，實(shí)際在建、投產(chǎn)的項(xiàng)目占比較低，其原因在于前兩年綠氨下游市場(chǎng)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(wèn)題。隨著近期政策端的持續(xù)推動(dòng)、火電消納場(chǎng)景（摻氨燃燒）與綠氨對(duì)整個(gè)能源轉(zhuǎn)型作用的明晰，預(yù)計(jì)未來(lái)中國(guó)綠氨項(xiàng)目進(jìn)展會(huì)有所加快。規(guī)劃中的綠氨項(xiàng)目目前集中在國(guó)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(guò)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(guó)氨能需求 農(nóng)業(yè)和化工是傳統(tǒng)合成氨的主要市場(chǎng)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(guó)合成氨市場(chǎng)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(jì)2035年前，農(nóng)業(yè)與工業(yè)消費(fèi)仍是氨主要的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)日[6]。當(dāng)前，氨作為儲(chǔ)能介質(zhì)的新興用途占比不足1%。據(jù)預(yù)測(cè)，2035年后，氨能源將進(jìn)入快速發(fā)展期，摻氨發(fā)電與氨動(dòng)力船舶將具備經(jīng)濟(jì)性；2060年，預(yù)計(jì)氨動(dòng)力船舶滲透率將超過(guò)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(chǔ)能特性，在清潔能源燃料、電力生產(chǎn)及作為儲(chǔ)氫媒介等新興市場(chǎng)中展現(xiàn)出巨大發(fā)展?jié)摿ΓG氨產(chǎn)業(yè)鏈未來(lái)將實(shí)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(chǎng)。 1.2.3 中國(guó)氨能跨區(qū)域輸送需求 中國(guó)氨資源市場(chǎng)空間錯(cuò)位，存在管道輸送應(yīng)用場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)力，中國(guó)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(guó)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?yàn)?ldquo;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(guó)合成氨資源市場(chǎng)匹配來(lái)看，西北地區(qū)產(chǎn)能與消費(fèi)量基本持平，可以實(shí)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(guò)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(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自產(chǎn)自銷后仍具備一定的消費(fèi)市場(chǎng)，其中華東地區(qū)上海、浙江等地共有約563.36×10?t的市場(chǎng)需求量，華南地區(qū)廣東省有約234.45×10?t的市場(chǎng)需求量，具有跨區(qū)域外購(gòu)需求。由于中國(guó)成品油管道尚未實(shí)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(shí)現(xiàn)合成氨規(guī)?；鐓^(qū)域輸送。 未來(lái)中國(guó)氨產(chǎn)業(yè)將逐漸由灰氨過(guò)渡為綠氨。目前，制約綠氨規(guī)?；l(fā)展的根本原因?yàn)橹苽涑杀据^高，成本構(gòu)成主要為電力成本、儲(chǔ)氫/能成本、制氨電解槽成本，占比分別為40%、35%、13%。隨著綠電價(jià)格降低、工藝優(yōu)化及碳價(jià)影響的疊加，綠氨與灰氨相比將更具備經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，中國(guó)化石能源制氨以煤制氨為主，當(dāng)碳交易價(jià)格在60～500元/t波動(dòng)時(shí)，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(jì)降至2184～3460元/t。對(duì)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(cè)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(shí)現(xiàn)綠氨制備成本完全低于灰氨。 中國(guó)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(guó)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(duì)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(chǔ)運(yùn)優(yōu)勢(shì) 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?jī)?chǔ)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(chǔ)運(yùn)技術(shù)是實(shí)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(chǔ)存與運(yùn)輸技術(shù)已相當(dāng)成熟。氨通常以液體形式儲(chǔ)存，其儲(chǔ)存技術(shù)包括壓力儲(chǔ)存、低溫儲(chǔ)存和半冷凍儲(chǔ)存，這些技術(shù)均能滿足不同規(guī)模和條件的儲(chǔ)存需求。而甲醇常溫常壓下即為液態(tài)，存儲(chǔ)難度低，工業(yè)上多用儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)。在運(yùn)輸方面，氨和甲醇均可以通過(guò)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 氨和甲醇作為儲(chǔ)氫介質(zhì)，具有卓越的儲(chǔ)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(chǔ)氫密度而成為優(yōu)秀的儲(chǔ)氫介質(zhì)。 氨和甲醇與氫之間可以實(shí)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(chǔ)存載體具有更高的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度。通過(guò)催化劑的作用，可以實(shí)現(xiàn)氨與氫之間的轉(zhuǎn)換，同樣地，甲醇也可以通過(guò)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(chǔ)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(zhǎng)距離輸送。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐案例已經(jīng)證明，甲醇和液氨通過(guò)管道進(jìn)行輸送不僅在理論層面具有可行性，在實(shí)際生產(chǎn)中也得到成功應(yīng)用。加拿大甲醇長(zhǎng)輸管道的成功運(yùn)營(yíng)為中國(guó)提供了借鑒，中國(guó)也在探索甲醇輸送管道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，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(xiàng)目均取得顯著成效。 目前，長(zhǎng)距離液氨輸送管道集中在美國(guó)、俄羅斯。美國(guó)液氨管道系統(tǒng)總長(zhǎng)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(gè)國(guó)家如德國(guó)、英國(guó)、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(chǔ)罐及其周邊用戶，實(shí)現(xiàn)液氨的有效輸送[1]。我國(guó)液氨管道建設(shè)起步較晚，僅有4條液氨管道，總長(zhǎng)度未達(dá)到200km[1]，距離最長(zhǎng)的是1990年建成的秦皇島液氨管道，全長(zhǎng)82.5km，年輸量為10.5×10?t。國(guó)內(nèi)外醇氨管道案例證明醇氨管道輸送具有可行性。 2 長(zhǎng)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(dòng)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(jì)中，靜電、危險(xiǎn)性以及經(jīng)濟(jì)性等因素會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)證明，不同電阻率范圍對(duì)應(yīng)不同靜電產(chǎn)生情況。有的國(guó)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(jì)國(guó)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(guó)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(jì)與管理》可得，中國(guó)成品油管道經(jīng)濟(jì)流速宜取2.0m/s。 表2 國(guó)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(shí)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(shí)，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(duì)順序輸送混油長(zhǎng)度的變化放在一起進(jìn)行對(duì)比，研究三個(gè)因素對(duì)順序輸送混油長(zhǎng)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(zhǎng)度變化圖（圖1）?？煽闯鲈谄渌麠l件一定的情況下，輸送距離、管徑與混油長(zhǎng)度呈正相關(guān)，流速與混油長(zhǎng)度變化呈負(fù)相關(guān)。且對(duì)于混油長(zhǎng)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(duì)順序輸送混油長(zhǎng)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(zhǎng)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(chǔ)運(yùn)過(guò)程中不可避免地會(huì)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(duì)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(duì)金屬材料的腐蝕不僅限于表面，它還會(huì)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(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，甲醇對(duì)金屬的腐蝕主要受其含水率和含酸性物質(zhì)的影響。對(duì)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(duì)金屬材料的腐蝕。建議高純甲醇管道輸送時(shí)一般采用20#碳鋼，為防止二次污染可采用304不銹鋼，儲(chǔ)罐采用碳鋼即可。但截至目前關(guān)于甲醇對(duì)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(duì)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(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)估不同金屬材料在甲醇溶液中的耐腐蝕性能，也無(wú)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(duì)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(wú)軸封設(shè)計(jì)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(guò)濾器的過(guò)濾網(wǎng)可選擇金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)等材質(zhì)，過(guò)濾介質(zhì)則可以是陶瓷球、纖維布、活性炭等。設(shè)計(jì)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(guò)濾器選用、檢驗(yàn)及驗(yàn)收》及HG/T21637—1991《化工管道過(guò)濾器》。 甲醇管道閥門的傳動(dòng)方式可以是氣動(dòng)、手動(dòng)或電動(dòng)。手動(dòng)閥門適合于小型管道系統(tǒng)，而電動(dòng)或氣動(dòng)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(dòng)操作，推薦使用電動(dòng)或氣動(dòng)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(jì)、質(zhì)量流量計(jì)（如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)）或超聲波流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。由于甲醇具有一定的腐蝕性，流量計(jì)的測(cè)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(jì)量誤差。且甲醇屬于易燃液體，需選用防爆認(rèn)證的流量計(jì)，以確保使用安全。 甲醇對(duì)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(duì)設(shè)備適應(yīng)性的科學(xué)評(píng)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(píng)估更為困難，針對(duì)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(chǎng)景。 通過(guò)甲醇在河流中泄漏擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)表明，泄漏口越靠近河岸，泄漏速率越大，水流速度越小時(shí)，致死性長(zhǎng)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(cè)傳感器，配備自動(dòng)閥門關(guān)閉系統(tǒng)，快速響應(yīng)小組，高級(jí)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(duì)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(xiǎn)極高。因此，針對(duì)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(shí)，為更有效地應(yīng)對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，還需開展管道泄漏燃爆事故后果評(píng)價(jià)方法研究，以便在事故發(fā)生時(shí)能夠迅速、準(zhǔn)確地評(píng)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(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇管道泄漏事故的有效預(yù)防和及時(shí)應(yīng)對(duì)，確保生產(chǎn)和使用過(guò)程中的安全。 2.4 標(biāo)準(zhǔn)體系 國(guó)外已建有大規(guī)模、長(zhǎng)距離的甲醇輸送管道，國(guó)外甲醇管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有美國(guó)ASTMD1152-97《甲醇（甲基醇）》和ASTMD5501-12（2016）《用氣相色譜法測(cè)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(yàn)方法》，主要規(guī)范甲醇和乙醇汽油的物性測(cè)試方法；歐洲EN15376-2021《車用燃料——用氣相色譜法測(cè)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(cè)試方法。 中國(guó)現(xiàn)有甲醇管道多為化工廠區(qū)管道，最長(zhǎng)距離52km，缺乏長(zhǎng)距離、大規(guī)模甲醇輸送管道設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，甲醇管道輸送相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚為空白，其設(shè)計(jì)、建造參考的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計(jì)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(zhǎng)距離管道輸送液氨的技術(shù)挑戰(zhàn) 近年來(lái)，各國(guó)對(duì)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(wú)碳排放儲(chǔ)能及儲(chǔ)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)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(dòng)特性至關(guān)重要。鑒于液氨管道設(shè)計(jì)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(jì)算。然而，關(guān)于液氨特性對(duì)管道輸送影響的研究尚顯不足，尤其是對(duì)其非穩(wěn)態(tài)相變特性及物理場(chǎng)分布規(guī)律仍缺乏清晰認(rèn)識(shí)[9]，難以精確預(yù)測(cè)液氨管道運(yùn)行期間可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。 液氨在管道輸送過(guò)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(duì)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(wèn)題，但如何更有效地解決管道阻力和氣化問(wèn)題，仍是長(zhǎng)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(jì)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(jì)流速不宜過(guò)高，流速過(guò)高會(huì)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(zhǎng)輸液氨管道流速控制在0.5m/s以內(nèi)。而國(guó)內(nèi)貴州開陽(yáng)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(jì)，流速取0.8～1.0m/s。根據(jù)已有液氨長(zhǎng)輸管道運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將設(shè)計(jì)流速控制在0.5m/s過(guò)于保守，而參考化學(xué)工藝流體管道設(shè)計(jì)流速相對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)規(guī)范》對(duì)管輸液氨的最大流速進(jìn)行對(duì)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(jì)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(guò)3m/s。 3.2 管材及設(shè)備 3.2.1 管材 液氨對(duì)部分材料具有腐蝕性，易對(duì)金屬材料造成應(yīng)力腐蝕破壞。在選材時(shí)，必須考慮材料的耐腐蝕性，以降低應(yīng)力水平，同時(shí)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(guó)內(nèi)GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50251—2023《輸氣管道工程設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(wú)縫鋼管》、GB/T5310—2017《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》和GB/T8163—2018《輸送流體用無(wú)縫鋼管》等常用的管道鋼材標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)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(jì)規(guī)范》和GB50253—2023《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的GB/T8163—2018《輸送流體用無(wú)縫鋼管》管材標(biāo)準(zhǔn)僅適用于設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（表3） 表3 不同標(biāo)準(zhǔn)的管材要求對(duì)比 液氨對(duì)管道材料的腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多種因素的相互作用。目前，對(duì)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?dòng)力設(shè)備，在不同工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)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(jì)需綜合考慮液氨的特性、安全性需求以及泵的適用性能。國(guó)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(guó)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(xiǎn)，需進(jìn)行性能評(píng)估確認(rèn)其適用性。而對(duì)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(wú)動(dòng)態(tài)密封能有效減少泄漏和毒害風(fēng)險(xiǎn)，適合長(zhǎng)期穩(wěn)定的液氨輸送。 選擇液氨流量計(jì)時(shí)，需綜合考慮以下幾點(diǎn)：一是測(cè)量精度和穩(wěn)定性，特別是在液氨計(jì)量對(duì)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(jì)能夠準(zhǔn)確反映液氨的實(shí)際流量至關(guān)重要；二是適應(yīng)性和可靠性，流量計(jì)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(jì)有助于降低總體運(yùn)營(yíng)成本并提升設(shè)備可靠性。對(duì)于需要高測(cè)量精度的應(yīng)用場(chǎng)景，建議采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)；對(duì)于測(cè)量精度要求不高，考慮高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)景，建議采用漩渦流量計(jì)。 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(duì)于液氨管道各設(shè)備選擇與性能評(píng)估仍缺乏深入的研究。不同設(shè)備在液氨輸送過(guò)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(shí)驗(yàn)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(guò)75mm的液氨管道泄漏事故主要集中在美國(guó)，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(huì)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(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(duì)措施對(duì)于確保生產(chǎn)運(yùn)行的安全管理至關(guān)重要。氨氣泄漏時(shí)，須即刻警告周圍人群，迅速疏散下風(fēng)向人員。同時(shí)，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(huì)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(duì)液氨管道泄漏擴(kuò)散過(guò)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(duì)后續(xù)大氣擴(kuò)散的影響，對(duì)事故預(yù)防及應(yīng)急預(yù)案制定具有重要的參考價(jià)值。 迄今為止，國(guó)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(duì)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(cè)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(xiǎn)難以有效預(yù)測(cè)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(xiǎn)。同時(shí)氨有毒害性，泄漏量和時(shí)間決定其對(duì)人體毒害程度，輕則無(wú)明顯影響或呼吸減緩，重則致命。 隨著一系列危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的發(fā)生，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家率先開展了一系列危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏和安全性的研究。相較之下，國(guó)內(nèi)對(duì)于氣體擴(kuò)散的研究起步較慢。但近年來(lái)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，中國(guó)對(duì)易燃、易爆、有毒化學(xué)品泄漏擴(kuò)散研究日益重視。各國(guó)已提出多種擴(kuò)散計(jì)算模型，并開展大量實(shí)驗(yàn)研究，取得一定成果，對(duì)防控?；沸孤U(kuò)散事故發(fā)揮了關(guān)鍵作用[10]。 長(zhǎng)距離管道輸送液氨仍需建立完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)的壓力、溫度等參數(shù)，以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。此外，還需要制定完善的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的燃爆事故。 3.4 標(biāo)準(zhǔn)體系 長(zhǎng)距離管道輸送液氨的技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)形成了相對(duì)完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，涵蓋了從設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)營(yíng)、維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。美國(guó)的49CFRPART195—2024《管道運(yùn)輸危險(xiǎn)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(xiǎn)化學(xué)品過(guò)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(xiǎn)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(chǔ)存、處理和使用有關(guān)的法規(guī)和指導(dǎo)性文件；歐盟通過(guò)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(duì)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(jì)、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(guó)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(duì)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(jì)規(guī)范等方面仍需不斷學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，積累自身建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)醇氨管道輸送技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與落地。 1）未來(lái)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(shí)一般采用20#碳鋼，為防止二次污染可選擇不銹鋼管材，儲(chǔ)罐采用碳鋼即可；輸送甲醇需對(duì)普通離心泵密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，推薦使用無(wú)軸封設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；屏蔽泵和磁力泵適合長(zhǎng)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(zhǎng)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(píng)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) [1]滕霖，尹鵬博，聶超飛，等“.氨-氫”綠色能源路線及液氨儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)研究進(jìn)展[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2022，41（10）：1115-1129.DOI：10.6047/j.issn.1000-8241.2022.10.001. 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關(guān)鍵詞：甲醇；液氨；管道輸送；安全；標(biāo)準(zhǔn)
中圖分類號(hào)：TE88文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2097-5260（2025）02-0013-12
中國(guó)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(chǎng)景，減少對(duì)化石能源的依賴，降低利用過(guò)程碳排放是一條必由之路。當(dāng)前氫能儲(chǔ)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(guò)高壓或深冷方式儲(chǔ)存，導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)成本占終端氫價(jià)比例超過(guò)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(duì)儲(chǔ)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。
