輸氫管道產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)有哪些?
輸氫管道市場(chǎng),不僅國央企在布局。
輸氫管道在短、中、長不同距離下可以做到相對(duì)較低的輸氫成本,可有效提高氫氣儲(chǔ)運(yùn)效率及經(jīng)濟(jì)性。參考油氣管道市場(chǎng),輸氫管道市場(chǎng)空間有潛力達(dá)到百億至千億級(jí)別。但目前國內(nèi)輸氫管道的建設(shè)仍處于探索階段,產(chǎn)業(yè)鏈還未成熟,在產(chǎn)品需求、技術(shù)類型及方向、企業(yè)市場(chǎng)格局等方面尚較為模糊。
能景研究結(jié)合國內(nèi)輸氫管道項(xiàng)目、參與企業(yè)等,對(duì)輸氫管道類型、產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了簡單梳理,以供行業(yè)參考。
01輸氫管道有多種應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)裝備種類、技術(shù)參數(shù)等方面存有不同需求
按使用場(chǎng)景來分,輸氫管道可分為管網(wǎng)側(cè)管道與用戶側(cè)管道2大類。
管網(wǎng)側(cè)管道負(fù)責(zé)不同地區(qū)氫氣資源調(diào)配,主要為跨城市乃至跨省市的中長距離輸氫管道,典型如中石化“西氫東送”項(xiàng)目等。
用戶側(cè)管道負(fù)責(zé)從儲(chǔ)氫站到用戶的氫氣分配,主要為城市或工業(yè)園區(qū)內(nèi)的短距離輸氫管道,典型如浙能集團(tuán)“城燃-氫能制儲(chǔ)摻輸分用一體化示范項(xiàng)目”等,國電投“天然氣摻氫入戶”項(xiàng)目等。
管網(wǎng)側(cè)管道通常考慮保障較高運(yùn)力。因此管網(wǎng)側(cè)管道一般管徑較大、輸氫壓力較高,管徑可達(dá)0.3~1.0m,輸氫壓力方面國內(nèi)建成的項(xiàng)目已達(dá)到4MPa左右,歐美等國已達(dá)到6MPa以上。
除管道部分外,一條管網(wǎng)側(cè)中長距離輸氫管道還包括首站、壓氣站、分輸站等站場(chǎng),核心裝備有壓縮機(jī)、天然氣-氫氣摻混設(shè)備、各類閥件、監(jiān)測(cè)設(shè)備等。
用戶側(cè)管道通常重點(diǎn)考慮保障安全性。因此用戶側(cè)短距離輸氫管道一般管徑較小、壓力較低,管徑在0.3m以下,輸氫壓力方面工業(yè)園區(qū)供氣一般低于4 MPa,進(jìn)戶燃?xì)鈩t低于0.01MPa。
除管道部分外,用戶側(cè)輸氫還包含天然氣摻氫混氣站、調(diào)壓站、民用終端等環(huán)節(jié),核心設(shè)備有高精度摻氫系統(tǒng)設(shè)備、氫氣調(diào)壓設(shè)備、混氣計(jì)量設(shè)備等。
輸氫管道建設(shè)是涉及材料、加工、多元裝備、施工建設(shè)等多個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性工程,相應(yīng)地,輸氫管道產(chǎn)業(yè)鏈上游為輸氫管材,向下延伸到中游輸氫管道環(huán)節(jié)以及管道配套設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié),再到下游輸氫項(xiàng)目建設(shè)環(huán)節(jié)。其中,輸氫管材、輸氫管道、配套設(shè)備是3大產(chǎn)品環(huán)節(jié)。
02輸氫管材環(huán)節(jié),核心是抗氫脆材料研發(fā)
在管網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè),對(duì)輸氫管材的側(cè)重要求核心不同。
對(duì)于管網(wǎng)側(cè)管道,輸氫管材需要同時(shí)滿足抗氫脆、高強(qiáng)度等要求。如天然氣管網(wǎng)的建設(shè),一般采用X80等高強(qiáng)度鋼材,但傳統(tǒng)天然氣管網(wǎng)鋼材存在強(qiáng)度越高、發(fā)生氫脆失效的概率越高的現(xiàn)象。
對(duì)于用戶側(cè)管道,輸氫管材需具備長壽命、低容錯(cuò)。如天然氣入戶管道,一般采用較低強(qiáng)度的不銹鋼材料。低強(qiáng)度不銹鋼材料理論上發(fā)生氫脆的概率相對(duì)較低。但用戶側(cè)場(chǎng)景多、環(huán)境條件復(fù)雜,現(xiàn)階段對(duì)管材運(yùn)行壽命等方面仍缺乏足夠數(shù)據(jù)。
針對(duì)管網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)的輸氫需求,目前輸氫管材研發(fā)主要有金屬與非金屬兩條技術(shù)路徑。
一是金屬材料路徑,主要面向管網(wǎng)側(cè)輸氫管道。其開發(fā)目標(biāo)主要為兼具高強(qiáng)度、抗氫脆性能的新型金屬材料,相關(guān)科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)主要從鋼板合金成分設(shè)計(jì)、顯微組織和理化性能控制等途徑入手。
該路線主要以國央企鋼鐵企業(yè)為主,已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用。如首鋼集團(tuán),其研發(fā)的管材已在臨河-包頭輸氫管線等項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用。
二是非金屬管材路徑,面向管網(wǎng)側(cè)及用戶側(cè)。其開發(fā)目標(biāo)主要為低氫分子滲透的有機(jī)高分子材料,有復(fù)合材料、分子結(jié)構(gòu)改性等多種研究路徑。
該路線主要以塑料管材企業(yè)、高?蒲袡C(jī)構(gòu)等為主,國內(nèi)尚無規(guī);瘧(yīng)用案例。國內(nèi)有東宏管業(yè)等在布局柔性塑料輸氫管材研發(fā),海外有維也納塑料管企業(yè)PipeLife開發(fā)出SoluForce H2T塑料管,已用于荷蘭某4km、4.2MPa的輸氫管道項(xiàng)目。
03輸氫管道加工環(huán)節(jié),關(guān)鍵技術(shù)有焊材、焊接工藝改進(jìn)等
以金屬管道加工為例,焊接過程中焊材、產(chǎn)生的焊縫是容易導(dǎo)致氫脆的主要因素之一。在管網(wǎng)側(cè)及用戶側(cè),均有采用焊接方案生產(chǎn)的鋼管,如螺旋鋼管等。此類鋼管的管材一般以板材的形式交付給管道生產(chǎn)廠商,然后經(jīng)過卷制成管、焊接2大步驟加工成為輸氫管道。
針對(duì)焊接過程中可能產(chǎn)生的氫脆敏感因素,管道加工廠家一般從3方面入手突破。一是開發(fā)針對(duì)鋼材卷制過程的高精度成型控制技術(shù),以減小縫隙發(fā)生概率;二是開發(fā)新型焊材及相應(yīng)的焊接工藝技術(shù),如低磷、低硫焊材等;三是加工完成后的焊縫、管材抗氫脆性能檢測(cè)。
現(xiàn)階段,輸氫管道加工技術(shù)布局企業(yè)主要為中石化、中石油的下屬部門及公司,如中石油寶雞石油鋼管、中石油華油鋼管、巨龍鋼管、渤海裝備等國央企油氣設(shè)備企業(yè)。
04輸氫管道設(shè)備環(huán)節(jié),核心在于適應(yīng)氫氣的低密度、高滲透性的物理性質(zhì)等
在管網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè),輸氫管道的核心配套設(shè)備有所不同。
對(duì)于管網(wǎng)側(cè)管道,核心設(shè)備主要有大型干線壓縮機(jī)等。由于氫氣密度比天然氣更小,輸送同體積的氫氣時(shí),壓縮能耗是天然氣的 3.3 倍。當(dāng)前國內(nèi)主要采用往復(fù)式壓縮機(jī),壓力較高,但壓縮規(guī)模較小,無法滿足1m以上管徑的輸氫需求。而且國內(nèi)往復(fù)式壓縮機(jī)主要采用美國英格索蘭、瑞士蘇爾壽等進(jìn)口品牌。
針對(duì)大型干線壓縮機(jī)需求,國內(nèi)一方面在布局往復(fù)式壓縮機(jī)國產(chǎn)化與技術(shù)提升,同時(shí)也在探索離心式壓縮機(jī)等技術(shù)路線。
主要布局企業(yè)有沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)公司、中石化石化機(jī)械等。
對(duì)于用戶側(cè)管道,主要有調(diào)壓設(shè)備、計(jì)量器件等。以計(jì)量設(shè)備為例,我國燃?xì)庥?jì)量裝置主要采用體積計(jì)量,由于氫氣體積能量密度僅為天然氣一半左右,在采用純氫或摻氫天然氣時(shí)會(huì)發(fā)生較大偏差。同時(shí),傳統(tǒng)渦輪計(jì)量有存在氫脆腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。
針對(duì)氫氣計(jì)量,有采用超聲波流量計(jì)等途徑,在7MPa以下壓力采用熱式流量計(jì)技術(shù)。
主要企業(yè)有美國丹尼爾,以及國內(nèi)中控技術(shù)等傳統(tǒng)儀表廠商。
05小結(jié)
輸氫管道建設(shè)涉及到材料、加工、多元裝備、施工建設(shè)等多個(gè)環(huán)節(jié)。而在管網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)不同的場(chǎng)景需求下,又導(dǎo)致了其對(duì)材料、加工技術(shù)等方面需求的多樣化。
當(dāng)前,國央企主要集中在金屬管材、管道加工、項(xiàng)目施工方面進(jìn)行布局,而部分民營企業(yè)也開始沿著新型塑料管材、計(jì)量設(shè)備等方面開始進(jìn)入輸氫管道市場(chǎng)。
來源:能景研究
作者:南枝
原文標(biāo)題 : 技術(shù)|輸氫管道產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)有哪些?
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