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国内首条大管径、高压力氢气管道设计工作纪实

2017-06-07 10:06:43  来源:互联网  首条  氢气管道  建设纪实   

截至5月,中石油管道局承建的首条氢气管道——河南省济源市工业园区—洛阳市吉利区氢气管道已安全运营近两年,并于2016年10月顺利通过河南省安监局的安全验收。

中石油管道局设计院(以下简称“管道设计院”)2014年6月接到洛阳炼化有限责任公司委托,负责该管道工程的可行性研究、初步设计和施工图设计等工作。该氢气管道管径508毫米,设计压力4兆帕,年输量10.04万吨,是我国目前管径最大、高压力最高、输量最高的氢气管道,管道沿线经过多处铁路、公路,地势起伏大。管道设计院设计人员攻克了一个又一个技术难题,把非传统介质(氢气)长输管道设计推向了国内设计的新高度。

集众智打破“零”标准

现阶段,在长距离氢气输送管道领域,我国还没有专业的设计规范,仅与国标《输气管道工程设计规范》《工业金属管道设计规范》《氢气站设计规范》等标准相对接近。《输气管道工程设计规范》应用范围明确,即为输送甲烷、煤制气等气体介质的长距离输送,并不包含氢气介质。《工业金属管道设计规范》可用于氢气管道,却不适用于长距离输送管道。《氢气站设计规范》为场站内装置的设计规范,管道建设规范要求少,且仅限于站内管道,也不适用于长输氢气管道建设。

面对这种局面,管道设计院组织技术人员开展氢气管道设计标准研究工作。一方面,研究掌握国内与氢气相关的一切规范标准,做到精益求精;另一方面,搜集并整理国外关于氢气管道的规范标准,时刻把握国际动态。

经过一个月的努力,管道设计院基本掌握了国内外现有的关于氢气管道设计规范标准,并在此基础上总结出一套完整的氢气长输管道设计规范,分别从线路选线、安全间距、地区等级划分、钢管壁厚计算与校核、管道敷设、清管试验干燥等方面形成了系统的技术规范与要求。

广调研啃下硬骨头

氢气对钢管的影响不同于天然气。首先,由于氢气分子较小,极易渗透到钢管内部,导致钢管发生氢脆、氢致开裂等损伤。再者,氢分子属于易燃易爆气体,其爆炸极限为体积浓度4.0%至75.6%,远高于甲烷等天然气。因此,如何选择钢管材质,并确定相应的技术要求,将氢气对钢管的损伤程度降到最低,同时降低氢气的爆炸风险是管道设计院面临的又一大难题。

面对一系列的钢管选材技术难题,技术专家针对氢气对钢管的影响进行了系统的技术研究。在钢管材质上,技术专家总结国内外最新的科研成果及国外的经典案例,初步确定氢气长输管道可以使用天然气管道常用的管线钢系列材质,只是钢级选择与天然气管道有所不同。由于氢脆等损伤钢管的现象与钢管强度存在联系,氢气管道一般是钢级越低越好,同时需要进行各种试验评定,还要考虑钢管的技术条件,包括化学成分、夹杂物等。经过一系列的技术研究,管道设计院掌握了化学成分、夹杂物等因素与氢致损伤的内在联系,严格控制钢管的有害化学成分和夹杂物,制定了适合氢气管道钢管的技术要求,这项技术经过鉴定达到了国内领先水平。

勇担当实现“氢能梦”

管道焊接是管道施工的关键环节,决定着工程质量。同样,由于氢气的特殊理化特性,决定了氢气管道施工焊接与天然气管道不同。管道设计院与国内外知名的焊接专家交流合作,开展了相关环焊缝性能试验,最终制定了适合氢气管道施工焊接的工艺流程。

这项工程作为中石化洛阳石化1800万吨炼化装置的配套工程,主要为加氢炼化装置输送氢气,气源来自济源金马焦化副产煤气提纯的氢气。工程建成后,不仅可以代替昂贵的车载氢气供应方式,还可回收利用金马焦化的副产煤气,进而降低环境污染,具有经济效益和环保效益。管道设计院凭借丰富的设计经验和努力,攻克了一个又一个技术难关,按时、保质、保量向业主交出了一份满意的答卷。

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