摘要：隨著全球對氫能需求的增加，甲醇與液氨（簡稱醇氨）作為氫能載體，因其儲氫密度高、安全性好，在氫能儲運領域展現出巨大潛力。目前醇氨輸送主要依賴公路、鐵路及海運，長距離管道輸送尚未普及。通過對產業鏈上下游的系統調研與分析，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鍵技術問題展開研究，以推動醇氨管道輸送的商業化與規模化應用。梳理當前與未來中國醇氨的資源、市場分布以及供給、需求的發展趨勢，并針對醇氨管道輸送的基礎物性、工藝、腐蝕、溶脹、泄漏擴散等關鍵技術問題進行理論分析，明確醇氨長距離管道輸送的技術可行性。研究表明，醇氨在長距離管道輸送方面展現出顯著的應用前景，尤其是利用在役管道輸送，可助力管道企業打造新的業務增長極。然而，實際管輸過程中也面臨諸多挑戰，包括醇氨的物理、化學特性對系統設計的特殊要求，以及腐蝕、溶脹、泄漏、爆炸等安全風險。此外，當前關于甲醇輸送的實踐案例有限，且缺乏系統的標準體系，整體技術的標準化與規范化水平有待提高。醇氨作為綠色能源在長距離管道輸送方面具有廣闊的應用前景，但要實現其商業化與規模化應用，還需系統性解決管道輸送涉及的流動安全、公共安全等各項挑戰。未來應加強基礎科學研究與技術創新，建立完善的管理體制、政策支持框架及技術標準體系，以期為將來中國醇氨管道輸送技術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成為研究熱點。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，儲氫密度遠高于高壓氣態氫，且可利用現有常溫液體儲運設施（如成品油管道）。液氨儲氫密度更高，但毒性較大，需配套嚴格的安全監測系統。中國作為甲醇產能全球占比超50%的國家，已具備大規模推廣醇基經濟的產業基礎。然而，現有研究多聚焦單一載體技術經濟性分析，缺乏對多場景適配性（如管道材質兼容性、長距離輸送能耗、雜質控制）的系統性研究，且醇氨與現有能源基礎設施（如成品油管道）的協同利用機制尚未明確。基于中國“氫-氨-醇”協同發展戰略，針對醇氨儲運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基礎設施轉型提供理論支撐與技術路徑。 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 傳統甲醇制取工藝主要為煤制甲醇、焦爐氣制甲醇及天然氣制甲醇。根據各地區資源稟賦，不同地區采取的工藝路線有所不同，“三北”（西北、東北、華北）及華東地區以煤制甲醇、焦爐氣制甲醇為主，西南地區以天然氣制甲醇為主。截至2024年11月，中國傳統甲醇投產、在建及規劃項目總產能接近1.48×10?t，其中已投產產能1.16×10?t。產能主要分布在煤炭資源豐富的華北、西北及華東地區，占比分別為36.77%、33.41%、15.44%，尤其是新疆、內蒙古等地的煤制甲醇產能占據國內市場的大部分份額，投產、在建及規劃的甲醇項目超過50項，其中40%的項目產能達到百萬噸級以上，總產能接近5426×10?t。在“雙碳”背景下，煤制甲醇、天然氣制甲醇等傳統工藝受到國家能源消費結構調整、能耗水平準入等政策約束，未來國內煤化工新增甲醇產能釋放比較困難。 中國可再生能源的分布主要集中在“三北”地區的風力與光伏發電、西南區域的水力發電、東部沿海的海上風電等大型集中式項目和各省市的分布式能源系統上[2]，利用綠電制成氫氣后就地轉化為氨或甲醇，是解決風光發電消納問題的重要途徑。按西北地區風光發電潛力完全用來制綠色甲醇測算可知，西北地區綠色甲醇的理論開發潛力為41.72×10?t/a，遠超目前全球現有的甲醇市場規模。據美國船級社預測，到2050年，傳統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，我國綠色甲醇產業呈現規模化發展態勢。依托豐富的風光資源優勢，2022—2023年間內蒙古、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、在建及規劃的綠色甲醇項目達70余項，總產能突破2067.84×10?t/a，形成“三核多點”的區域布局：華北、東北、華東三地貢獻了全國92%的產能（占比分別為41%、39%、12%）。其中，內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，匯聚了全國30%的項目，規劃產能達849.2×10?t/a；東北三省依托工業基礎優勢，貢獻了32%的產能（801×10?t/a）；華東地區山東、江蘇兩省則占據13%份額，產能超258×10?t/a。此外，寧夏、新疆等西北地區及河南等華中省份亦有多個項目布局，形成從風光資源富集區到能源消費地的全產業鏈協同發展格局。目前實際投產的綠色甲醇項目較少，投產產能僅有21.64×10?t/a。 1.1.2 中國甲醇需求 甲醇是中國重要的基礎化工產品與燃料，截至2024年，中國甲醇表觀消費量約10510×104t/a。原料屬性方面，消費領域以甲醇制烯烴（methanoltoolefins，MTO）為主。甲醇消費量從大到小依次為華東地區3195×104t、西北地區2556×104t、華北地區2003.48×104t、華中地區1108×104t，中國其余地區總消費量不超過1000×104t。多數MTO裝置配套有甲醇生產裝置，可實現自產自用，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、華北地區甲醇市場價最低，華東、華南地區甲醇市場價格最高，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展。 2019年3月，工業和信息化部、國家發展和改革委員會等八部門共同頒布《甲醇汽車應用指導意見》，旨在山西省、陜西省等地區推廣甲醇汽車的應用，并加快構建其生產體系[3-4]。2020年，工業和信息化部發布《調整甲醇汽車產品準入相關要求的通知》，對甲醇燃料使用中的污染物排放標準進行了明確規定。2021年，國家發展和改革委員會發布《“十四五”清潔生產方案》，推進二氧化碳耦合制甲醇降碳項目；同時，與國家能源局聯合發布《氫能產業中長期規劃》，旨在擴大氫能在工業領域替代化石能源的應用，推動合成氨、甲醇、煉化、煤制油氣等行業轉向低碳工藝[5]；國家發展和改革委員會發布的《產業結構調整指導目錄（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展類項目；2022年工業和信息化部、國家發展和改革委員會等五部門聯合發布《關于加快內河船舶綠色智能發展的實施意見》，提出加快船用甲醇發動機研發；2024年8月，中共中央、國務院發布《關于加快經濟社會發展全面綠色轉型的意見》，提出推進交通運輸綠色轉型，完善充（換）電站、加氫（醇）站、岸電等基礎設施網絡。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、灶用等多個領域，甲醇燃料規模化應用的可靠性、經濟性、安全性、環保性、可行性等均得到了專業認可。2023年，甲醇燃料總消費量達到886.3×10?t，消費量最大的5個地區依次為陜西、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、直轄市共投放各類甲醇汽車近3×10?輛，車用甲醇燃料消費量快速提高到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注，2023年船舶甲醇燃料消耗量達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、工業窯爐、餐飲灶具等熱力市場的消耗量達到了685.9×10?t。 1.1.3 中國甲醇跨區域輸送需求 中國甲醇資源市場空間錯位，存在跨區域輸送需求。近期綠色甲醇生產成本較高，相較灰醇暫不具備經濟競爭力，因此，中國甲醇跨區域輸送需求近期以灰醇為主，遠期以綠醇為主。 中國煤制甲醇占市場主體地位，當前市面上流通的甲醇多為灰醇。按照“本地就近消納為主、不足部分就近補充、余量部分就近外運”的原則，結合市場價格與供需平衡分析甲醇流向：當前，東北、西南地區產能與消費量基本持平，可以實現區域內自產自用，以就近消納為主；西北、華北、華東、華中及華南地區具有跨區域輸送需求，其中，西北地區的新疆、甘肅、陜西、寧夏，華北地區內蒙古、山西等省區產能充足，甲醇價格相對較低，為甲醇凈輸出地區，具有跨區域外輸需求；華東地區、華中地區、華南地區為甲醇凈輸入地區，具有跨區域外購需求，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口國，其中伊朗為中國甲醇最大進口來源國。海南、江蘇、上海、浙江、天津等地港口為主要的進口甲醇接收地，2023年，分別接收進口甲醇404.39×10?t、407.14×10?t、216.52×10?t、126.47×10?t、240.53×10?t，江浙、上海等地的進口甲醇多為當地自用，海南、天津兩地的進口甲醇多為外輸至其他地區。預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。 未來中國甲醇產業將逐漸由灰醇過渡為綠醇，其合成中心主要分布在風光或水電資源豐富的“三北”、東部沿海地區，集中在國家規劃的各大清潔能源基地附近。綠色甲醇作為一種可持續燃料，已經成為國際航運脫碳的主要綠色燃料之一，將首先在航運業迎來巨大需求。若綠色甲醇的經濟性問題得到有效解決，其將成為船用燃料、車用燃料及工業燃料等領域綠氫大規模應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用規模將逐漸大于其作為工業原料的應用規模，消費市場將主要分布于華東、華南以及中部經濟發達地區，形成“由‘三北’和沿海地區向中、東部輸送”的新綠色甲醇運輸產業格局。 1.2 液氨輸送 1.2.1 中國氨能供給 中國傳統合成氨行業的生產布局呈現出一定的地域性特征，產能主要分布在華東、華北、華中及西南等地區。華東地區是中國最主要的合成氨產區，產量達1680.34×10?t；華北地區次之，主要以煤制氨為主，產量規模達1363.19×10?t；華中地區的河南、湖北是傳統的農業大省，合成氨產量規模達1247.38×10?t；西南地區以天然氣制氨為主，合成氨產量規模達971.04×10?t。山東、河南、湖北、山西及內蒙古為合成氨生產大省，2023年這5省產能均超450×10?t，其中山東產能最高，為802.54×10?t，占比達12.84%。 中國制定了多項政策紅利以鼓勵綠氨產業快速發展。截至2024年9月，中國規劃綠氨項目超過80項，規劃產能預計達1717×10?t/a，但實際單項目/單期主流規劃年產能區間小于120×10?t，實際在建、投產的項目占比較低，其原因在于前兩年綠氨下游市場不明確、綠氨經濟性較差、適應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推動、火電消納場景（摻氨燃燒）與綠氨對整個能源轉型作用的明晰，預計未來中國綠氨項目進展會有所加快。規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。其中60%分布在內蒙古，以鄂爾多斯、赤峰、通遼等市為核心，綠氨規劃產能超過1089×10?t/a；30%分布在吉林，以松原、大安兩市為核心，綠氨規劃產能近418×10?t/a；10%分布在新疆、青海、甘肅3省，綠氨規劃產能近210×10?t/a。 1.2.2 中國氨能需求 農業和化工是傳統合成氨的主要市場方向，農業用氨占比71%，主要用于尿素、復合肥的原料；工業用氨占比29%，主要用于生產車用尿素、煙氣脫硝等。2023年，中國合成氨市場需求量、進口量分別為6225.59×10?t、69.30×10?t。氨消費區域主要集中在華東、華北及華中地區，分別為2243.7×10?t、1097.56×10?t、875.94×10?t，其次，西南地區、西北地區、華南地區、東北地區消費量分別為762.63×10?t、531.66×10?t、453.84×10?t、260.23×10?t。預計2035年前，農業與工業消費仍是氨主要的應用場景。 綠氨產業在脫碳經濟領域擁有廣闊的發展潛力，但鑒于氨的直接利用技術仍在研發中，其全面商業化還需時日[6]。當前，氨作為儲能介質的新興用途占比不足1%。據預測，2035年后，氨能源將進入快速發展期，摻氨發電與氨動力船舶將具備經濟性；2060年，預計氨動力船舶滲透率將超過40%，船舶用氨燃料需求量將達到6500×10?t/a。氨因其具備的能源與儲能特性，在清潔能源燃料、電力生產及作為儲氫媒介等新興市場中展現出巨大發展潛力，綠氨產業鏈未來將實現技術的巨大突破及產業規模的迅速擴大，作為清潔低碳能源在經濟較發達的華東、華南及中部地區具有極大的消費市場。 1.2.3 中國氨能跨區域輸送需求 中國氨資源市場空間錯位，存在管道輸送應用場景。當前綠氨生產成本較高，相較于傳統液氨暫不具備經濟競爭力，中國液氨管道輸送需求近期以灰氨為主，遠期將以綠氨為主。 按照合成氨“本地就近消納為主、不足部分就近補充、余量部分就近外運”的原則，當前，中國西部、東北地區合成氨以就近消納為主，華北、華南、華東及西南地區具有跨區域輸送需求，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，西北地區產能與消費量基本持平，可以實現區域內自產自用，寧夏、陜西地區約有55.69×10?t過剩產能。東北地區產能與消費量均較低，且產能與消費量基本持平，可以實現區域內自產自用，采用公路、鐵路運輸方式即可滿足輸送需求，利用管道外輸需求不大。華北、華中地區產能過剩，其中，華北地區內蒙古、山西共有約265.63×10?t的產能可供外銷，華中地區河南、湖北、湖南共有約371.44×10?t的產能可供外銷，具有跨區域外輸需求；華東、華南地區實現區域內自產自銷后仍具備一定的消費市場，其中華東地區上海、浙江等地共有約563.36×10?t的市場需求量，華南地區廣東省有約234.45×10?t的市場需求量，具有跨區域外購需求。由于中國成品油管道尚未實現互聯互通，可利用“公路/鐵路+管道聯合運輸方式”實現合成氨規模化跨區域輸送。 未來中國氨產業將逐漸由灰氨過渡為綠氨。目前，制約綠氨規模化發展的根本原因為制備成本較高，成本構成主要為電力成本、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、工藝優化及碳價影響的疊加，綠氨與灰氨相比將更具備經濟競爭力與市場經濟效益。當前，中國化石能源制氨以煤制氨為主，當碳交易價格在60～500元/t波動時，灰氨的綜合成本為2452～4300元/t，綠氨的生產成本為4300～7280元/t[7]，到2050年預計降至2184～3460元/t。對于應用柔性合成工藝或小型化新結構綠氨生產裝置的企業，成本將下降更快，預測至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光或水電資源豐富的“三北”、西南及東部沿海地區，集中在國家規劃的各大清潔能源基地附近；消費中心則在華東、華南以及中部地區，在滿足省內消納需求的條件下，各地富余綠氨資源將向風光資源相對不足的省份輸送，形成“由‘三北’、西南及沿海地區向中、東部輸送”的新綠氨運輸產業格局。 1.3 醇氨管道輸送技術可行性分析 1.3.1 醇氨作為氫能載體儲運優勢 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，研發安全、高效、低成本的氫氣儲運技術是實現氫能大規模商業化應用的關鍵先決條件。目前，醇氨作為化工、能源領域的重要資源，其儲存與運輸技術已相當成熟。氨通常以液體形式儲存，其儲存技術包括壓力儲存、低溫儲存和半冷凍儲存，這些技術均能滿足不同規模和條件的儲存需求。而甲醇常溫常壓下即為液態，存儲難度低，工業上多用儲罐進行存儲。在運輸方面，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行運輸，這為它們的廣泛應用提供了堅實的基礎。 氨和甲醇作為儲氫介質，具有卓越的儲氫效果。1L甲醇與水反應能釋放143g氫氣，而相同體積的液態氫冷凝后僅重72g，表明甲醇與水反應的氫氣產量是液態氫的兩倍。另外，氨也因其高儲氫密度而成為優秀的儲氫介質。 氨和甲醇與氫之間可以實現低成本且容易的可逆反應，這使得它們作為氫的特殊儲存載體具有更高的經濟性和技術成熟度。通過催化劑的作用，可以實現氨與氫之間的轉換，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，還降低了氫的儲運成本。 1.3.2 醇氨管道輸送可行性案例分析 管道運輸具有安全、穩定、運輸費用低等優點，更適用于醇氨長距離輸送。國內外實踐案例已經證明，甲醇和液氨通過管道進行輸送不僅在理論層面具有可行性，在實際生產中也得到成功應用。加拿大甲醇長輸管道的成功運營為中國提供了借鑒，中國也在探索甲醇輸送管道的建設和運營，云南大衛制焦、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。美國液氨管道系統總長近5000km，已經可靠地運行了幾十年；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，實現液氨的有效輸送[1]。我國液氨管道建設起步較晚，僅有4條液氨管道，總長度未達到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挑戰 隨著“雙碳”戰略推進和甲醇能源屬性的發展，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行、管材及設備、安全管控等多方面面臨技術挑戰。 2.1 工藝運行 2.1.1 經濟流速 甲醇的摩擦力較低，流動性較好，使其在管道內的輸送速度較快，輸送效率較高。但是，在甲醇的輸送流速設計中，靜電、危險性以及經濟性等因素會對設計產生影響。 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。相關實驗證明，不同電阻率范圍對應不同靜電產生情況。有的國家根據電阻率限制流速，從流體介質在管道中產生靜電的方面考慮，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 
管道的經濟流速并不是固定不變的，而是根據管道輸量、管道內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。統計國內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，美國其他較大型的成品油管道也具有相當的規模和速度，流速均在1.66m/s以上，最高的流速可達到4.37m/s。參考《輸油管道設計與管理》可得，中國成品油管道經濟流速宜取2.0m/s。 表2 國內外已建成品油管道的管徑、流速 綜上，確定甲醇輸送的經濟流速時應考慮其物理性質、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，建議甲醇輸送的經濟流速不大于10m/s；若參照成品油管道，甲醇輸送的經濟流速宜取2.0m/s。甲醇管道輸送的經濟流速具體應從其輸量、管徑、安全標準、經濟性等多方面綜合考量確定。 2.1.2 混油發展規律 甲醇、成品油之間的混油規律與汽柴油自身之間的混油規律存在顯著差異。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，沿程混油的產生不可避免。此外，甲醇混油還受到管體本身結構、輸送工藝影響。 管徑、輸送距離、流速這三種因素相互獨立，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，本算例基礎管徑為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，流速與混油長度變化呈負相關。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 管材及設備 2.2.1 管材 甲醇具備極強的吸水性能，這一特性使得它在儲運過程中不可避免地會吸收周圍環境中的水分，進而形成甲酸、甲醛等有機酸。甲酸等對于金屬材料的腐蝕性顯著增強，可能導致材料表面出現銹蝕、點蝕甚至更為嚴重的全面腐蝕現象。更為關鍵的是，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部，逐漸侵蝕材料的微觀結構，從而造成材料力學性能的嚴重劣化，造成強度的降低、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的影響。對于不合格的甲醇輸送應盡量控制甲醇中的水含量和酸性物質含量，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。但截至目前關于甲醇對金屬材料的具體腐蝕效應以及力學適應性的了解卻仍然相對模糊，尚未全面探明管材、設備等所使用的金屬材料在甲醇環境下的具體腐蝕機理，無法準確預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，力學性能劣化的速度及影響因素等關鍵信息尚待揭示。 2.2.2 設備 在考慮常見故障以及甲醇理化性質之后，得到甲醇泵選型要點：①甲醇易揮發，可能引發離心泵氣蝕，基于其特性考量，輸送甲醇需要對普通離心泵密封結構進行改進以防止甲醇泄漏，推薦使用無軸封設計的磁力泵，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。甲醇管道過濾器的過濾網可選擇金屬網、塑料網等材質，過濾介質則可以是陶瓷球、纖維布、活性炭等。設計選型一般是根據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，而電動或氣動閥門適合于大型、高流量的管道系統。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JB/T5300—2008《工業用閥門材料選用導則》選擇即可。 甲醇是一種低黏度液體，通常選用渦輪流量計、質量流量計（如科里奧利質量流量計）或超聲波流量計進行計量。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，避免因腐蝕導致的設備損壞或計量誤差。且甲醇屬于易燃液體，需選用防爆認證的流量計，以確保使用安全。 甲醇對于非金屬材料具有較強的溶脹作用，目前，尚未探明甲醇環境下非金屬材料的失效機理，缺乏對設備適應性的科學評估方法。 2.3 安全管控 2.3.1 泄漏 相比傳統油品泄漏事故，甲醇泄漏擴散規律及機理復雜，甲醇與水互溶，事故衍生災害評估更為困難，針對油品泄漏擴散的相關研究并不能直接應用于甲醇泄漏場景。 通過甲醇在河流中泄漏擴散的實驗表明，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，配備自動閥門關閉系統，快速響應小組，高級滅火器，防毒面具和防護服等應急防護措施，有效降低甲醇泄漏后對人員和環境的影響。 2.3.2 燃爆 甲醇的爆炸極限遠大于成品油，這一特性使得其一旦發生泄漏，可能引發的風險極高。因此，針對甲醇管道的泄漏規律與機理進行深入的研究顯得尤為重要。同時，為更有效地應對潛在的安全風險，還需開展管道泄漏燃爆事故后果評價方法研究，以便在事故發生時能夠迅速、準確地評估其影響范圍和危害程度。在此基礎上，形成一套完整的安全管控技術體系，從而實現對甲醇管道泄漏事故的有效預防和及時應對，確保生產和使用過程中的安全。 2.4 標準體系 國外已建有大規模、長距離的甲醇輸送管道，國外甲醇管道相關標準主要有美國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準試驗方法》，主要規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準方法》規范了汽油中甲醇或乙醇含量氣相色譜測試方法。 中國現有甲醇管道多為化工廠區管道，最長距離52km，缺乏長距離、大規模甲醇輸送管道設計運營經驗，甲醇管道輸送相關標準尚為空白，其設計、建造參考的標準主要有GB50253—2023《輸油管道工程設計規范》等，尚未形成統一的甲醇管輸行業標準體系[1]。 3 長距離管道輸送液氨的技術挑戰 近年來，各國對傳統能源消費和二氧化碳排放的管制日益嚴格，促使了能源綠色低碳轉型的快速推進。在諸多轉型方案中，全球范圍內，氨作為一種高效且經濟的無碳排放儲能及儲氫材料的發展備受關注[1]。作為制造硝酸、制冷介質以及氮肥等多種重要化工產品的基礎原料，長輸管道運輸領域發揮著舉足輕重的作用[8]。迄今為止，國內缺乏大規模輸氨管道，液氨管道安全輸送技術仍處于初步研究階段。氨能管道輸送在工藝、管材及設備適應性、安全管控、標準化等方面面臨著諸多技術挑戰。 3.1 工藝運行 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，物性參數易受影響。為防止相變，保障輸送效率與管道設備安全，需保證管道內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重要。鑒于液氨管道設計與液化石油氣（liquefiedpetroleumgas，LPG）管道相似，已有學者采用LPG管道的摩阻公式及達西-魏斯巴赫公式進行了工藝計算。然而，關于液氨特性對管道輸送影響的研究尚顯不足，尤其是對其非穩態相變特性及物理場分布規律仍缺乏清晰認識[9]，難以精確預測液氨管道運行期間可能面臨的風險。 液氨在管道輸送過程中，由于管道阻力和溫度變化，容易發生氣化現象，降低管道的流通能力，對管道安全構成威脅。目前，雖然已有一些技術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挑戰之一。 3.1.2 經濟流速 作為液氨管輸工藝優化設計的依據之一，液氨管道的安全流速至關重要。由調研可知，液氨管道設計流速不宜過高，流速過高會導致液氨沖刷管道以及靜電聚積，因此應適當控制液氨管道的輸送速度。 陳鴻林認為，降低流速所需投資比維護管道沖刷損壞的費用要小得多，并建議將長輸液氨管道流速控制在0.5m/s以內。而國內貴州開陽化工有限公司埋地輸氨管道則按照化學工藝流體管道進行設計，流速取0.8～1.0m/s。根據已有液氨長輸管道運營經驗來看，將設計流速控制在0.5m/s過于保守，而參考化學工藝流體管道設計流速相對合理。由于液氨與LPG的基礎物性基本相近，兩者在管道設計參數與輸送工藝方面也存在一定的相似性，因此分別參考標準GB50253—2023《輸油管道工程設計規范》、SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術規范》以及GB51142—2022《液化石油氣供應工程設計規范》對管輸液氨的最大流速進行對比分析。由分析結果可知，綜合考慮液氨輸送的安全經濟性，并參考輸油管道工程設計規范，管輸液氨的平均流速應控制在0.8～1.4m/s之間，且最大流速不應超過3m/s。 3.2 管材及設備 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力腐蝕破壞。在選材時，必須考慮材料的耐腐蝕性，以降低應力水平，同時考慮管道系統的運行安全、使用壽命、經濟效益和特定要求等。關于管材選擇，國內GB50253—2023《輸油管道工程設計規范》、GB50251—2023《輸氣管道工程設計規范》和SY/T7629—2021《乙烷輸送管道工程技術規范》均做出了相關規定，由此可知，不同介質管道的設計標準對于管材的要求大體相同。GB/T9711—2017《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》、GB/T6479—2013《高壓化肥設備用無縫鋼管》、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準，對管材選擇存在一定差異。考慮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《輸氣管道工程設計規范》和GB50253—2023《輸油管道工程設計規范》中規定的GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》管材標準僅適用于設計壓力小于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規范》設計標準執行（表3） 表3 不同標準的管材要求對比 液氨對管道材料的腐蝕是一個復雜的過程，涉及多種因素的相互作用。目前，對于液氨管道腐蝕的機理和防護機制的研究還不夠透徹。后續開展更深入的研究有助于開發更有效的防腐措施。 3.2.2 設備 輸氨泵作為液氨運輸的核心動力設備，在不同工業應用場景中展現出多樣化的選擇和挑戰。輸氨泵的選型設計需綜合考慮液氨的特性、安全性需求以及泵的適用性能。國內化肥廠內小流量、短距離輸氨一般選用離心泵，如受早期國內大流量、高揚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。需注意的是傳統離心泵在液氨輸送中可能存在腐蝕和汽蝕風險，需進行性能評估確認其適用性。而對于大流量、高揚程的需求，可考慮選擇屏蔽泵或磁力泵。屏蔽泵和磁力泵由于無動態密封能有效減少泄漏和毒害風險，適合長期穩定的液氨輸送。 選擇液氨流量計時，需綜合考慮以下幾點：一是測量精度和穩定性，特別是在液氨計量對產品質量和交易精度要求較高的情況下，如何確保流量計能夠準確反映液氨的實際流量至關重要；二是適應性和可靠性，流量計應能在液氨的不同工況下穩定運行；三是維護和操作成本，選擇易于維護和操作的流量計有助于降低總體運營成本并提升設備可靠性。對于需要高測量精度的應用場景，建議采用科里奧利質量流量計；對于測量精度要求不高，考慮高性價比的應用場景，建議采用漩渦流量計。 液氨管道閥件的選型應嚴格遵循相關標準和規范，根據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備選擇與性能評估仍缺乏深入的研究。不同設備在液氨輸送過程中的耐腐蝕性能、機械性能以及使用壽命等方面的差異需要進一步的實驗研究和數據支持。 3.3 安全管控 3.3.1 泄漏 液氨管道在復雜地理環境中易受多種內外因素影響，導致管道破損，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，而機械損傷、人為因素等外部干預是其發生泄漏的主要原因。液氨泄漏后會積聚形成液池并迅速蒸發，與周圍空氣混合后產生氨氣云團（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，因其低溫和相對較高的介質密度而具有獨特特性，易與空氣中的水蒸氣凝結，會呈現出重氣體擴散的特征。受外部環境影響氨氣云團會沿地面大范圍擴散，危及周邊水源、大氣及土壤，導致人身傷害及環境污染，且處理不當會引發火災、中毒等事故。氨氣泄漏后，立即采取有效的應對措施對于確保生產運行的安全管理至關重要。氨氣泄漏時，須即刻警告周圍人群，迅速疏散下風向人員。同時，要控制泄漏源，如輸氨管道泄漏應立即隔離，以降低氨氣濃度。 圖2 液氨管道泄漏擴散示意圖 液氨管道一旦發生泄漏事故，液氨會在泄漏口處形成兩相射流，進而發生閃蒸，導致氨氣彌漫大氣，自然擴散下中心濃度最高，向外逐漸稀釋，受風速、風向、大氣穩定度及地形等因素影響[10]。因此，對液氨管道泄漏擴散過程進行研究，了解其泄漏源強度變化、風速以及復雜地形對后續大氣擴散的影響，對事故預防及應急預案制定具有重要的參考價值。 迄今為止，國內仍然缺乏大規模的輸氨管道，液氨管道安全輸送技術仍處于初步研究階段，對于液氨泄漏后的擴散規律，目前的研究還不夠深入，應急響應能力尚不足，包括泄漏檢測系統的靈敏度、應急處理預案的完善性等方面，液氨管道運行中的泄漏風險難以有效預測及防護。 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數為21%～23%，因此氨泄漏具有燃爆風險。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品泄漏事故的發生，歐美等發達國家率先開展了一系列危險化學品泄漏和安全性的研究。相較之下，國內對于氣體擴散的研究起步較慢。但近年來，隨著工業化進程的發展，中國對易燃、易爆、有毒化學品泄漏擴散研究日益重視。各國已提出多種擴散計算模型，并開展大量實驗研究，取得一定成果，對防控危化品泄漏擴散事故發揮了關鍵作用[10]。 長距離管道輸送液氨仍需建立完善的安全監控系統，實時監測管道內的壓力、溫度等參數，以及及時發現并處理潛在的泄漏風險。此外，還需要制定完善的應急響應預案，以應對可能發生的燃爆事故。 3.4 標準體系 長距離管道輸送液氨的技術在國外已經形成了相對完善的標準化體系，涵蓋了從設計、建造到運營、維護的各個環節。美國的49CFRPART195—2024《管道運輸危險液體》規定了適用于液氨管道設施的安全標準和要求，29CFR1910.119—2023《高度危險化學品過程安全管理標準》規定了防止或盡量減少液氨產生毒害、火災或爆炸危險的要求；澳大利亞AS1668.2—2020《制冷系統安全要求》、《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、處理和使用有關的法規和指導性文件；歐盟通過EN1473：2023《壓力設備用材料》、《潛在爆炸環境用的設備及保護系統》（ATEX）、《壓力設備指令》（PED）等對氨制冷系統和熱泵等的技術規范做出了規定。這些標準為液氨管道的安全運行提供保障。 雖然液氨管道的設計、建設、運行和維護離不開相關法規和標準的制定，但國內尚未形成完善的液氨管道輸送技術標準體系。這導致在管道材料選擇、施工質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，也缺乏詳細的技術標準和規范。 4 結論 目前醇氨管道輸送技術發展現狀仍處于研究前期階段，在工藝和設備、安全和防護、設計規范等方面仍需不斷學習和借鑒國外成功經驗，積累自身建設和運營經驗，推動醇氨管道輸送技術的持續發展與落地。 1）未來綠色甲醇合成中心主要分布在風光或水電資源豐富的“三北”和東部沿海地區，消費主要在華東、華南和中部地區，形成“由‘三北’和沿海地區向中、東部輸送”的新的綠色甲醇運輸產業格局。綠氨合成中心在“三北”、西南和東部沿海，消費主要在華東、華南和中部，形成“由‘三北’、西南和沿海地區向中東部輸送”的新的綠氨運輸產業格局。 2）建議甲醇管輸的經濟流速不大于10m/s；若參照成品油管道，甲醇輸送的經濟流速宜取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構進行改進，推薦使用無軸封設計的磁力泵；目前，尚未探明甲醇環境下非金屬材料失效機理、甲醇泄漏擴散燃爆規律及事故處理、尚未形成統一的甲醇管輸行業標準。 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規范》設計標準執行；屏蔽泵和磁力泵適合長期穩定的液氨輸送；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）當前技術背景下，長距離醇氨管道輸送技術在工藝運行、設備適應性、材質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標準體系，仍需要進一步的科學研究與技術創新，建立完善的管理體制、政策支持框架和技術標準體系，以確保醇氨管道輸送的安全運行、經濟效益及環境可持續性。 參考文獻 [1]滕霖，尹鵬博，聶超飛，等“.氨-氫”綠色能源路線及液氨儲運技術研究進展[J].油氣儲運，2022，41（10）：1115-1129.DOI：10.6047/j.issn.1000-8241.2022.10.001. 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關鍵詞：甲醇；液氨；管道輸送；安全；標準
中圖分類號：TE88文獻標識碼：A文章編號：2097-5260（2025）02-0013-12
中國能源結構向清潔低碳加快轉型，其中，在能源消費端，正積極構建以“電能與氫能”為主導的應用場景，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。當前氫能儲運技術面臨多重瓶頸：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，導致儲運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，傳統金屬管道易因氫脆效應導致材料韌性下降，且高壓氫氣泄漏后爆炸極限范圍寬，對儲運系統安全性構成重大威脅[1]。盡管全球已建成少量氫氣管道，但其經濟性與安全性仍嚴重制約氫能的規模化應用。
