长庆油田：天然气掺氢拓展管道输送路径

作者：安祥燕 胡涛 邵凤霞

3月15日，在黄土高原腹地的陕西榆林，一项引领能源变革的创新实践拉开帷幕。在长庆油田采气二厂榆9集气站外，炮声齐鸣，挖掘机进场，开始推平作业带，标志着长庆油田在役天然气管道掺氢输送试验先导工程正式进入施工阶段。作为中国石油首个在役天然气管道掺氢输送试验项目，预计在今年6月底，兰州石化榆林化工有限公司（简称“榆林化工”）生产的氢气，将与长庆油田生产的天然气在南一干线实现历史性“邂逅”，共同开启在役管道掺氢输送工艺的技术可行性与经济性验证之旅。

在国家“双碳”目标与能源转型的背景下，氢能作为一种清洁低碳、安全稳定的能源，对构建多元互补融合的现代能源供应体系具有重要意义，已成为战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向。氢能产业涉及制备、储存、运输和应用4个关键环节。其中，储存和运输成本约占“制储输用”全产业链总成本的30%～40%。研究显示，我国天然气管网总里程约为17万千米。利用已有天然气管网以掺氢天然气的形式输送氢气具有较好的经济性，是当前快速突破氢能规模化低成本运输的关键途径。

2022年，长庆油田正式启动天然气掺氢输送关键技术研究。长庆油田在役天然气管道掺氢输送试验项目负责人、长庆油田首席专家王登海介绍：“此次试验旨在通过输送适应性试验，建立高压力、大流量、全尺寸的掺氢输送工业化试验平台，验证已有研究成果，形成在役天然气管道掺氢适用性评价技术。同时，建立天然气管道掺氢输送标准体系并逐步示范推广应用。这将为实现长庆油田氢能全产业链布局奠定技术基础，为中国石油化工项目副产氢气的利用提供新途径，为我国在役天然气管道掺氢研究提供可复制的经验。”

“利用在役天然气管道掺氢并不是一件容易的事情，国内外相关文献报道较少，属于世界难题。”长庆油田工程设计有限公司天然气设计部胡涛告诉记者。氢气化学活性强、密度小。当氢气掺入天然气后，由于氢气分子比天然气分子小，容易与天然气分离，并在管道内壁聚集，甚至渗透到管材中，从而导致管材强度、塑性和韧性降低。同时，掺氢天然气的安全风险也比纯天然气高。在这种情况下，对管材、压缩机、阀门等关键设备，以及焊接、检验等工艺提出了更严苛的技术要求。除此之外，掺氢比例、管网系统的适应性以及不同管材在掺氢环境下的长期性能变化规律等也是需要考虑的关键难题。

围绕这些关键技术难题，长庆工程设计有限公司与中国石油大学（华东）、宝鸡钢管、新疆油田、渤海钻探等科研院所及中国石油兄弟单位开展联合攻关。这个项目于2024年7月立项，计划依托掺氢平台，开展在役天然气管道掺氢适应性评价、在役管道掺氢工艺优化及在役管道掺氢运行完整性管理等方面研究。预期建立氢气掺混过程中平稳、精确控制比例等参数的管输工艺，形成在役天然气管道掺氢适用性分析与安全保障技术、在役天然气场站掺氢承压设备适应性评价技术、掺氢输送管道高后果区识别与风险评价技术，在役站场承压设备基于风险的检验技术，助力掺氢管道安全生产。

长庆油田是我国陆上天然气管网枢纽中心，西气东输、陕京线等15条主干线在长庆交会，为天然气管道掺氢输送创造了有利条件。为什么选择榆林气田南一干线作为试验段？第二采气厂在役天然气管道掺氢输送先导工程项目建设专班相关负责人告诉记者，这主要是基于两方面考量。首先，距离氢源近，榆林气田南区邻近陕西榆林榆横工业园区，周边化工项目较多，获取氢源更加便利。其次，气田南区共有集气干线5条，其中南一干线于2003年建成投产，目前已稳定运行近20年，通过对管线运行压力、天然气组分等进行分析后证实该管线具备掺氢试验的条件。

氢从何来？“双碳”背景下，作为我国重要能源基地，陕西榆林积极发展氢能产业，其重点打造的榆横工业园区吸引了众多化工项目“落户”，其中就包括榆林化工。长庆油田与榆林化工开展合作，在获取“氢源”的同时，也可以为榆林化工副产氢气的经济高效利用提供新途径，实现“双赢”。

按照项目规划，将新建一条3.4千米的输氢管道，连接榆林化工和长庆榆林气田榆9增压站。同时，扩建榆9增压站、榆9集气站、榆林化工、榆林处理厂，建成一套能够在站内同时进行多掺氢比、高浓度掺氢试验与站外3%～20%掺氢比输送的天然气管道掺氢输送先导试验平台，实现对在役南一干线的精准掺氢。

实现“氢进万家”，对保障民生用气、实现“双碳”目标意义重大。胡涛告诉记者，在天然气消费量居高不下的情况下，掺氢天然气可利用氢气补充部分天然气消费，按掺氢比10%～20%测算，预计每年可替代100亿～200亿立方米天然气，将在一定程度上缓解天然气的供应紧张问题。

据了解，长庆油田将继续加快推进掺氢示范工程建设，全力保障工程与科研的深度融合，进一步探索更经济、更高效的油气田在役管网大规模氢气输送技术路线，努力打造中国石油氢能利用“新名片”。

来源：石油商报