R&D帮助改造基础设施以运输氢气

符合目的

目前，已就改造现有基础设施的可能性在高级别评估层面展开了各种战略项目, 但很少有共享的技术数据或分析. 因此，Wood推出了我们自己的R&D主动审查现有的国际陆上和海上管道规范和标准，以了解其对H的适用性₂ 交付和评估重新利用这些管道的真正可行性. H的运输₂ 通过管道并不是什么新鲜事, 然而与天然气和液体相比, H的可用数据较少₂. 尽管与H₂ 确实存在, 他们要么在材料和安全问题上保守，要么完全忽视这些问题. 这与2000年代初的二氧化碳管道设计计划有相似之处, 具体的代码是最近才制定或更新的.

到目前为止，只有一个规范(ASME B31).12)地址H₂ 特殊的材料要求，如脆性和断裂韧性的退化. 因此，它目前被认为是H₂ 管道行业. 本规范允许灵活的设计方法，其中可以设计各种钢等级的新管道和重新利用的管道.

ASME B31.12 code provides two options; option A, 哪一个适用于惩罚设计限制, 而选项B则允许高等级的材料和增加的设计因素(仅在经过H测试的情况下)₂ 环境).

通过我们的工作，我们已经确定了哪些国际规范和标准需要更新，以适用于新的和重新利用的H₂ 管道目前的形式不允许最佳实践设计.

可行性

在按照ASME B31设计管道时，存在材料和测试方面的挑战.12个选项B，高设计因素和高材料等级. 这适用于新管道的建设, 但更重要的是, 到重新利用现有的线路，因为它们是由没有指定的材料建造的，需要承受H₂ 挑战.

在重新利用天然气管道，使其适合H₂，预计重新设计可能仅限于选项A. 现有管道和焊缝的可接受性是通过审查现有文件来评估的, 在线检查, 和测试, 必要时, 对有代表性的管道和焊缝进行硬度检验，确认符合规范的硬度限值. 现有基础设施焊接和材料数据的可用性将是一个挑战，将更加强调破坏性测试和在线检查. 应该注意的是，即使在应用选项A时, 在管道重新用于氢气之前，可能仍然需要在氢气环境中进行断裂力学测试，以确认检测到的任何缺陷的可接受性或硬度偏差超过规范限制₂ 服务.

显示值

对H .的陆上和海上钢铁管道的重新用途进行了案例研究₂ 服务.  研究课题包括天然气和H的规范最小壁厚要求₂ 最大允许操作压力(MAOP)的降低与使用工况改为H₂ (ASME B31.12选项A). 根据ASME B31的规范，从天然气(NG)到氢气的服务转变可能导致陆上和海上管道的MAOP下降，分别降低29%至38%和37%至54%.12选项A.

典型的海上壁厚不受压力控制，这是重新利用时MAOP增加的原因. 在案例研究中未涵盖的重新利用时的其他考虑因素包括纵向应力, 自由跨度和疲劳风险, 特别是对于海上管道.  应该注意的是，如果重新利用可以按照ASME B31进行.12选项B中，MAOP几乎没有降低.

管道降额的能量容量

出于实际原因, 有必要评估重新利用对总能源的影响，这些能源可以通过用氢代替天然气提供给最终用户₂. 氢 as an energy carrier has by far the highest energy density by mass; the mass-based energy density of H₂ 大约是甲烷或天然气的两到三倍, 然而，氢的体积能量密度相对较低. 因此，为了实际运输的目的，H的流量和密度₂ 是否应该保持尽可能高，为最终用户提供最多的能量. 降低MAOP的等级不仅会降低可用压力(从而降低流量)。, 但在较低的输运流体质量密度下. 这减少了通过管道输送给最终用户的能量，可能无法满足需求.

伍德进行了一系列的计算, 比较两种能量载体使用基本模型在不同的情况下. 基于天然气和氢气的能量流和管道容量的比较, 如果能够保持MAOP，重新利用的管道可以达到大约70-80%的能量流率. 然而，MAOP中的降级会使可实现的能量含量降低到50-60%. 如果考虑到其他操作限制，例如流速(e.g. 由于管道的历史, 过去操作产生的固体/液体残留物和系统/设备的完整性)可能会对可实现的流量产生额外的连锁效应，从而影响能量比. 这应该在个案的基础上进行评估.

加入/混合H的可能性₂ 天然气网络也带来了巨大的机遇和额外的挑战. 这需要详细了解正常和瞬态操作期间的混合阈值，以消除潜在的材料, 完整性, 操作问题以及管道设计的影响. 这可以从设计的角度进行研究，并通过应用先进的氢跟踪工具来实现.g. 艺术大师®.

改变用途的路线图

很明显，现有的天然气管道可以重新用于氢气, 然而, 它们的设计和操作可能存在局限性. 因此，为未来的H₂ 已经开发确定基础设施的重新利用，并最大限度地提高氢的设计压力和能量流.

就组织而言, 这项工作与天然气传输和分配作业以及氢气生产有关. 我们看到主要的输电系统运营商和配电系统运营商开始招标，以重新利用纯H₂ 和NG /小时₂ 欧洲的混合项目, 中东和非洲以及美国的中游运营商. 对于更大范围内的项目，亚太地区的开发商正在寻求生产H₂ 用于出口到亚洲市场，以及大规模的绿色H₂ 需要连接到全球电网系统的项目. 市场也看到传统能源运营商正在考虑整合绿色或蓝色H₂ 进入现有的操作.

共同点是，我们的许多客户都在积极追求H₂ 项目，将需要一些方法来移动它. 这意味着考虑到这些限制，需要对一系列现有管道进行单独评估, 重新利用线路的需求和潜在好处, 注意到在某些情况下，即使管道已经存在, 较新的管道可能提供最好的解决方案. 通过这项工作，我们可以为面临重大挑战和风险的运营商提供解决方案, 材料相容性和H₂ 流保证.

虽然本文关注的是H的运输₂ 通过碳钢管道, Wood的氢气管道工作组对非金属管道的使用进行了平行研究，如复合材料和衬管，它们在天然气网络的中低压部分发挥着重要作用.

氢能源网络的未来

氢有望在未来的能源转型中发挥关键作用, 但不能只在使用时产生. 移动H₂ 在距离, 用户要么必须发货, 建设新的管道基础设施或改造现有的天然气网络. 每次氢在生产链上的能量矢量之间转换, 通过运输和储存和使用, 这将导致效率损失.

H的选择₂ 运输方式和载体是多方面的，需要早期评估，以确保过程优化. 用于中短距离传输, 例如, 连接工业制氢企业与居民用户, 天然气网络可以将损失降至最低, 因为不需要转换.

氢气管道运输是一个复杂的过程，当基础设施的重新利用是目标时，会带来额外的挑战. 更新设计规范和标准, 联合行业实践(例如Wood参与的DNV H2Pipe)以及与运营商的进一步合作, 技术知识产权所有者和管厂, 特别是在测试和操作数据方面, 对解开H₂ 通过现有管道运输. 我们对现有基础设施的早期评估可以快速跟踪客户的能源转型需求，并降低他们的总体资本支出. 这项工作使我们处于这项快速发展的技术的最前沿, 使客户能够最大限度地发挥新的和现有基础设施的氢运输潜力.