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氢能源已来,塑料管道准备好了吗?

日期:2020-03-30    来源:管中窥道

国际新能源网

2020
03/30
10:23
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关键词: 氢能源 氢能源输送 氢气管道

氢能正在走来

氢气是公认的绿色可再生能源。国际氢能委员会(The Hydrogen Council)认为:全球将从2030年开始大规模利用氢能,2040年氢能将承担全球终端能源消费量的18%,2050年氢能利用可以贡献全球二氧化碳减排量的20%。世界主要发达国家都极为重视氢能源的发展。数据显示,截至2018年年底,全球加氢站已达到369座,其中欧洲152座、亚洲136座、北美80座。多个国家正在积极部署加氢站建设,其中德国38座、韩国27座、荷兰17座、法国12座等。我国汽车工程学会在《节能与新能源汽车技术路线图》中指出,到2020、2025、2030年,中国加氢站数量将分别超过100座、300座、1000座。氢能源正以不可阻挡的姿态步入到我们的日常生活中。

氢能源的应用离不开管道基础设施,据统计,截至2017年底,全球共铺设输氢管道4284千米,其中美国2400千米、欧洲1500千米。随着氢能源应用规模的增长,氢能源输送管道市场将是一个诱人的大蛋糕。氢气长输管道目前均采用的钢管。塑料管道,或者复合管能否在氢气管道基础设施领域占有一席之地呢?

塑料管道准备好了吗?

塑料管道或复合管道要应用在氢气输送领域可能存在以下几个问题:氢气和塑料管道的相互作用如何?氢气在管道中的渗透率如何?是否会影响管道的机械性能,是否影响管道的使用寿命?氢气会影响管道的焊接吗?

2010年世界氢能大会上,来自法国石油与新能源研究院专家,介绍了他们一项研究。该研究探究了氢气在PE100及PA11管道中各种具有代表性条件(压力、温度、氢气含量、样品形状)下的渗透率。结果发现,PA11材料的氢气渗透率低于PE100,氢气在上述材料的渗透率随温度的变化符合阿伦尼乌斯定律,而气体组成及压力对渗透率的影响不明显。管状样品和盘状样品的渗透率具有相关性,样品的加工过程对样品氢气渗透率无影响。最重要的是,无论是PE100还是PA11在经历氢气环境下超过1年时间的老化,阻隔性能没有发生变化,而且样品的拉伸强度、蠕变性能、断裂韧性等机械性能同样未发生明显变化。

2017年国际天然气联盟研究峰会上丹麦气体研究中心及北欧化工的研究人员分享了他们的研究成果。他们在4年的PE80材料,10年PE100材料连续氢气暴露实验中发现,氢气对PE80级PE100天然气管道的耐久性无影响。具体的:按照ASTM 4440-95a方法,氢气暴露对管道材料的基础结构无影响;按照EN728方法,氢气暴露对管道的氧化诱导时间无影响;按ISO527方法,氢气对管道的断裂伸长率及拉伸模量无影响;按照ISO6252-1992/ASTM 1473F,对管道慢速裂纹增长性能无影响。

2018年拉斯维加斯塑料管道会议上荷兰的Kiwa公司分享了其一项研究成果。该研究报告基于氢气和PE-100RC材料之间的相互作用问题、氢气对管道系统维修保养的影响问题展开了研究。研究将PE管道材料暴露在100%氢气环境,压力2bar,室温条件1000h,结果发现将PE材料暴露在氢气中与暴露在空气中结果一样。研究对氢气及甲烷在材料的渗透情况进行的测量,结果发现氢气在该材料中的渗透系数为126.8mLmmm-2bara-1day-1,而甲烷则是56 mLmmm-2bara-1day-1,二者相差不大。研究将PE管道材料暴露在100%氢气环境,压力2bar,室温条件1000h后按照标准方法进行电熔焊接,结果发现扩散在管道内壁中的氢气对焊接过程并无影响。

2019年5月格罗宁根海港应用了4 km PipeLife公司的SoluForce H2T管道输配氢气。SoluForce H2T是一类增强热塑性管道(RTP),经认证可在最大工作压力42bar,最大工作温度65℃下,使用寿命可达50年。SoluForce H2T管的外层及内层是HDPE,增强层采用的是芳纶纤维,铝层作为阻隔层。

氢能源已经向我们走来,塑料管道或复合管道在氢能源领域具有广阔的应用前景,我国塑料管道相关行业有必要开展相关基础研究推动塑料管道或复合管道在这一领域的应用。


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