长距离醇氨管道输送前景和面临挑战_技术论文_技术前沿

摘要：随着全球对氢能需求的增加，甲醇与液氨（简称醇氨）作为氢能载体，因其储氢密度高、安全性好，在氢能储运领域展现出巨大潜力。目前醇氨输送主要依赖公路、铁路及海运，长距离管道输送尚未普及。通过对产业链上下游的系统调研与分析，论证了醇氨管道输送的必要性，针对醇氨管道输送存在的关键技术问题展开研究，以推动醇氨管道输送的商业化与规模化应用。梳理当前与未来中国醇氨的资源、市场分布以及供给、需求的发展趋势，并针对醇氨管道输送的基础物性、工艺、腐蚀、溶胀、泄漏扩散等关键技术问题进行理论分析，明确醇氨长距离管道输送的技术可行性。研究表明，醇氨在长距离管道输送方面展现出显著的应用前景，尤其是利用在役管道输送，可助力管道企业打造新的业务增长极。然而，实际管输过程中也面临诸多挑战，包括醇氨的物理、化学特性对系统设计的特殊要求，以及腐蚀、溶胀、泄漏、爆炸等安全风险。此外，当前关于甲醇输送的实践案例有限，且缺乏系统的标准体系，整体技术的标准化与规范化水平有待提高。醇氨作为绿色能源在长距离管道输送方面具有广阔的应用前景，但要实现其商业化与规模化应用，还需系统性解决管道输送涉及的流动安全、公共安全等各项挑战。未来应加强基础科学研究与技术创新，建立完善的管理体制、政策支持框架及技术标准体系，以期为将来中国醇氨管道输送技术研究提供参考与借鉴。

关键词：甲醇；液氨；管道输送；安全；标准

中图分类号：TE88文献标识码：A文章编号：2097-5260（2025）02-0013-12

中国能源结构向清洁低碳加快转型，其中，在能源消费端，正积极构建以“电能与氢能”为主导的应用场景，减少对化石能源的依赖，降低利用过程碳排放是一条必由之路。当前氢能储运技术面临多重瓶颈：一方面，氢气能量密度低（仅为甲烷的1/4），需通过高压或深冷方式储存，导致储运成本占终端氢价比例超过40%；另一方面，氢气分子体积小、渗透性强，传统金属管道易因氢脆效应导致材料韧性下降，且高压氢气泄漏后爆炸极限范围宽，对储运系统安全性构成重大威胁[1]。尽管全球已建成少量氢气管道，但其经济性与安全性仍严重制约氢能的规模化应用。

针对上述问题，以甲醇与液氨为载体的间接储氢技术成为研究热点。甲醇可通过CO₂加氢或可再生能源电解水制绿氢合成，其常温常压下为液态，储氢密度远高于高压气态氢，且可利用现有常温液体储运设施（如成品油管道）。液氨储氢密度更高，但毒性较大，需配套严格的安全监测系统。中国作为甲醇产能全球占比超50%的国家，已具备大规模推广醇基经济的产业基础。然而，现有研究多聚焦单一载体技术经济性分析，缺乏对多场景适配性（如管道材质兼容性、长距离输送能耗、杂质控制）的系统性研究，且醇氨与现有能源基础设施（如成品油管道）的协同利用机制尚未明确。基于中国“氢-氨-醇”协同发展战略，针对醇氨储运与成品油管道适配性问题，开展多尺度研究，为成品油管道向新能源储运基础设施转型提供理论支撑与技术路径。

1　中国长距离管道输送醇氨的必要性

1.1　甲醇输送

1.1.1　中国甲醇供给

传统甲醇制取工艺主要为煤制甲醇、焦炉气制甲醇及天然气制甲醇。根据各地区资源禀赋，不同地区采取的工艺路线有所不同，“三北”（西北、东北、华北）及华东地区以煤制甲醇、焦炉气制甲醇为主，西南地区以天然气制甲醇为主。截至2024年11月，中国传统甲醇投产、在建及规划项目总产能接近1.48×10⁸t，其中已投产产能1.16×10⁸t。产能主要分布在煤炭资源丰富的华北、西北及华东地区，占比分别为36.77%、33.41%、15.44%，尤其是新疆、内蒙古等地的煤制甲醇产能占据国内市场的大部分份额，投产、在建及规划的甲醇项目超过50项，其中40%的项目产能达到百万吨级以上，总产能接近5426×10⁴t。在“双碳”背景下，煤制甲醇、天然气制甲醇等传统工艺受到国家能源消费结构调整、能耗水平准入等政策约束，未来国内煤化工新增甲醇产能释放比较困难。

中国可再生能源的分布主要集中在“三北”地区的风力与光伏发电、西南区域的水力发电、东部沿海的海上风电等大型集中式项目和各省市的分布式能源系统上[2]，利用绿电制成氢气后就地转化为氨或甲醇，是解决风光发电消纳问题的重要途径。按西北地区风光发电潜力完全用来制绿色甲醇测算可知，西北地区绿色甲醇的理论开发潜力为41.72×10⁸t/a，远超目前全球现有的甲醇市场规模。据美国船级社预测，到2050年，传统化石燃料的市场份额将减少至15%，绿色甲醇使用率将逐步上升至42%。在国家政策推动下，我国绿色甲醇产业呈现规模化发展态势。依托丰富的风光资源优势，2022—2023年间内蒙古、新疆、东北等地集中落地超百亿元投资项目。截至2024年11月，全国已建、在建及规划的绿色甲醇项目达70余项，总产能突破2067.84×10⁴t/a，形成“三核多点”的区域布局：华北、东北、华东三地贡献了全国92%的产能（占比分别为41%、39%、12%）。其中，内蒙古作为核心增长极，以鄂尔多斯黄河几字湾、赤峰冀北、兴安盟松辽清洁能源基地为支点，汇聚了全国30%的项目，规划产能达849.2×10⁴t/a；东北三省依托工业基础优势，贡献了32%的产能（801×10⁴t/a）；华东地区山东、江苏两省则占据13%份额，产能超258×10⁴t/a。此外，宁夏、新疆等西北地区及河南等华中省份亦有多个项目布局，形成从风光资源富集区到能源消费地的全产业链协同发展格局。目前实际投产的绿色甲醇项目较少，投产产能仅有21.64×10⁴t/a。

1.1.2　中国甲醇需求

甲醇是中国重要的基础化工产品与燃料，截至2024年，中国甲醇表观消费量约10510×104t/a。原料属性方面，消费领域以甲醇制烯烃（methanoltoolefins，MTO）为主。甲醇消费量从大到小依次为华东地区3195×104t、西北地区2556×104t、华北地区2003.48×104t、华中地区1108×104t，中国其余地区总消费量不超过1000×104t。多数MTO装置配套有甲醇生产装置，可实现自产自用，浙江、江苏、山东等地的MTO装置多以外采甲醇为主，外采量超过1000×104t。在甲醇市场价格方面，西北、华北地区甲醇市场价最低，华东、华南地区甲醇市场价格最高，两者价差约516元/t。

在燃料属性方面，甲醇作为清洁低碳燃料备受瞩目，中国政府出台多项政策支持其发展。

2019年3月，工业和信息化部、国家发展和改革委员会等八部门共同颁布《甲醇汽车应用指导意见》，旨在山西省、陕西省等地区推广甲醇汽车的应用，并加快构建其生产体系[3-4]。2020年，工业和信息化部发布《调整甲醇汽车产品准入相关要求的通知》，对甲醇燃料使用中的污染物排放标准进行了明确规定。2021年，国家发展和改革委员会发布《“十四五”清洁生产方案》，推进二氧化碳耦合制甲醇降碳项目；同时，与国家能源局联合发布《氢能产业中长期规划》，旨在扩大氢能在工业领域替代化石能源的应用，推动合成氨、甲醇、炼化、煤制油气等行业转向低碳工艺[5]；国家发展和改革委员会发布的《产业结构调整指导目录（2024年）》将二氧化碳催化合成绿色甲醇、甲醇燃料动力船舶列入鼓励发展类项目；2022年工业和信息化部、国家发展和改革委员会等五部门联合发布《关于加快内河船舶绿色智能发展的实施意见》，提出加快船用甲醇发动机研发；2024年8月，中共中央、国务院发布《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》，提出推进交通运输绿色转型，完善充（换）电站、加氢（醇）站、岸电等基础设施网络。上述系列政策的提出、实施推动了中国甲醇燃料市场需求快速增长，目前甲醇燃料的使用已覆盖交通、供热、灶用等多个领域，甲醇燃料规模化应用的可靠性、经济性、安全性、环保性、可行性等均得到了专业认可。2023年，甲醇燃料总消费量达到886.3×10⁴t，消费量最大的5个地区依次为陕西、湖北、贵州、四川、山西，合计占比38.2%。在交通燃料方面，截至2023年底，中国累计在11个省、自治区、直辖市共投放各类甲醇汽车近3×10⁴辆，车用甲醇燃料消费量快速提高到200.4×10⁴t；同时甲醇作为清洁船用燃料正受到全球的广泛关注，2023年船舶甲醇燃料消耗量达9.36×10⁴t，同比增长164.3%；在热力燃料方面，2023年甲醇燃料用于热力锅炉、家用采暖炉、工业窑炉、餐饮灶具等热力市场的消耗量达到了685.9×10⁴t。

1.1.3　中国甲醇跨区域输送需求

中国甲醇资源市场空间错位，存在跨区域输送需求。近期绿色甲醇生产成本较高，相较灰醇暂不具备经济竞争力，因此，中国甲醇跨区域输送需求近期以灰醇为主，远期以绿醇为主。

中国煤制甲醇占市场主体地位，当前市面上流通的甲醇多为灰醇。按照“本地就近消纳为主、不足部分就近补充、余量部分就近外运”的原则，结合市场价格与供需平衡分析甲醇流向：当前，东北、西南地区产能与消费量基本持平，可以实现区域内自产自用，以就近消纳为主；西北、华北、华东、华中及华南地区具有跨区域输送需求，其中，西北地区的新疆、甘肃、陕西、宁夏，华北地区内蒙古、山西等省区产能充足，甲醇价格相对较低，为甲醇净输出地区，具有跨区域外输需求；华东地区、华中地区、华南地区为甲醇净输入地区，具有跨区域外购需求，其甲醇外购需求分别为1420×10⁴t/a、678×10⁴t/a、228×10⁴t/a。2023年，中国甲醇进口量为1455.3×10⁴t，同比增加19.4%，以中东、东南亚及美洲的国家为主要进口国，其中伊朗为中国甲醇最大进口来源国。海南、江苏、上海、浙江、天津等地港口为主要的进口甲醇接收地，2023年，分别接收进口甲醇404.39×10⁴t、407.14×10⁴t、216.52×10⁴t、126.47×10⁴t、240.53×10⁴t，江浙、上海等地的进口甲醇多为当地自用，海南、天津两地的进口甲醇多为外输至其他地区。预计近期中国灰醇流向为“由北向南、由西向东”，潜在管输需求量为200×10⁴～2200×10⁴t/a。

未来中国甲醇产业将逐渐由灰醇过渡为绿醇，其合成中心主要分布在风光或水电资源丰富的“三北”、东部沿海地区，集中在国家规划的各大清洁能源基地附近。绿色甲醇作为一种可持续燃料，已经成为国际航运脱碳的主要绿色燃料之一，将首先在航运业迎来巨大需求。若绿色甲醇的经济性问题得到有效解决，其将成为船用燃料、车用燃料及工业燃料等领域绿氢大规模应用前的最有效替代甚至是长期替代能源。未来，绿色甲醇作为清洁燃料属性的应用规模将逐渐大于其作为工业原料的应用规模，消费市场将主要分布于华东、华南以及中部经济发达地区，形成“由‘三北’和沿海地区向中、东部输送”的新绿色甲醇运输产业格局。

1.2　液氨输送

1.2.1　中国氨能供给

中国传统合成氨行业的生产布局呈现出一定的地域性特征，产能主要分布在华东、华北、华中及西南等地区。华东地区是中国最主要的合成氨产区，产量达1680.34×10⁴t；华北地区次之，主要以煤制氨为主，产量规模达1363.19×10⁴t；华中地区的河南、湖北是传统的农业大省，合成氨产量规模达1247.38×10⁴t；西南地区以天然气制氨为主，合成氨产量规模达971.04×10⁴t。山东、河南、湖北、山西及内蒙古为合成氨生产大省，2023年这5省产能均超450×10⁴t，其中山东产能最高，为802.54×10⁴t，占比达12.84%。

中国制定了多项政策红利以鼓励绿氨产业快速发展。截至2024年9月，中国规划绿氨项目超过80项，规划产能预计达1717×10⁴t/a，但实际单项目/单期主流规划年产能区间小于120×10⁴t，实际在建、投产的项目占比较低，其原因在于前两年绿氨下游市场不明确、绿氨经济性较差、适应可再生能源工况的工艺不成熟等问题。随着近期政策端的持续推动、火电消纳场景（掺氨燃烧）与绿氨对整个能源转型作用的明晰，预计未来中国绿氨项目进展会有所加快。规划中的绿氨项目目前集中在国家清洁能源基地（黄河几字湾、冀北、松辽等）附近，主要分布在可再生资源丰富的蒙东、西北、东北地区。其中60%分布在内蒙古，以鄂尔多斯、赤峰、通辽等市为核心，绿氨规划产能超过1089×10⁴t/a；30%分布在吉林，以松原、大安两市为核心，绿氨规划产能近418×10⁴t/a；10%分布在新疆、青海、甘肃3省，绿氨规划产能近210×10⁴t/a。

1.2.2　中国氨能需求

农业和化工是传统合成氨的主要市场方向，农业用氨占比71%，主要用于尿素、复合肥的原料；工业用氨占比29%，主要用于生产车用尿素、烟气脱硝等。2023年，中国合成氨市场需求量、进口量分别为6225.59×10⁴t、69.30×10⁴t。氨消费区域主要集中在华东、华北及华中地区，分别为2243.7×10⁴t、1097.56×10⁴t、875.94×10⁴t，其次，西南地区、西北地区、华南地区、东北地区消费量分别为762.63×10⁴t、531.66×10⁴t、453.84×10⁴t、260.23×10⁴t。预计2035年前，农业与工业消费仍是氨主要的应用场景。

绿氨产业在脱碳经济领域拥有广阔的发展潜力，但鉴于氨的直接利用技术仍在研发中，其全面商业化还需时日[6]。当前，氨作为储能介质的新兴用途占比不足1%。据预测，2035年后，氨能源将进入快速发展期，掺氨发电与氨动力船舶将具备经济性；2060年，预计氨动力船舶渗透率将超过40%，船舶用氨燃料需求量将达到6500×10⁴t/a。氨因其具备的能源与储能特性，在清洁能源燃料、电力生产及作为储氢媒介等新兴市场中展现出巨大发展潜力，绿氨产业链未来将实现技术的巨大突破及产业规模的迅速扩大，作为清洁低碳能源在经济较发达的华东、华南及中部地区具有极大的消费市场。

1.2.3　中国氨能跨区域输送需求

中国氨资源市场空间错位，存在管道输送应用场景。当前绿氨生产成本较高，相较于传统液氨暂不具备经济竞争力，中国液氨管道输送需求近期以灰氨为主，远期将以绿氨为主。

按照合成氨“本地就近消纳为主、不足部分就近补充、余量部分就近外运”的原则，当前，中国西部、东北地区合成氨以就近消纳为主，华北、华南、华东及西南地区具有跨区域输送需求，液氨流向为“由北向南、由西向东”，潜在管输需求量为200×10⁴～600×10⁴t/a。从2023年全国合成氨资源市场匹配来看，西北地区产能与消费量基本持平，可以实现区域内自产自用，宁夏、陕西地区约有55.69×10⁴t过剩产能。东北地区产能与消费量均较低，且产能与消费量基本持平，可以实现区域内自产自用，采用公路、铁路运输方式即可满足输送需求，利用管道外输需求不大。华北、华中地区产能过剩，其中，华北地区内蒙古、山西共有约265.63×10⁴t的产能可供外销，华中地区河南、湖北、湖南共有约371.44×10⁴t的产能可供外销，具有跨区域外输需求；华东、华南地区实现区域内自产自销后仍具备一定的消费市场，其中华东地区上海、浙江等地共有约563.36×10⁴t的市场需求量，华南地区广东省有约234.45×10⁴t的市场需求量，具有跨区域外购需求。由于中国成品油管道尚未实现互联互通，可利用“公路/铁路+管道联合运输方式”实现合成氨规模化跨区域输送。

未来中国氨产业将逐渐由灰氨过渡为绿氨。目前，制约绿氨规模化发展的根本原因为制备成本较高，成本构成主要为电力成本、储氢/能成本、制氨电解槽成本，占比分别为40%、35%、13%。随着绿电价格降低、工艺优化及碳价影响的叠加，绿氨与灰氨相比将更具备经济竞争力与市场经济效益。当前，中国化石能源制氨以煤制氨为主，当碳交易价格在60～500元/t波动时，灰氨的综合成本为2452～4300元/t，绿氨的生产成本为4300～7280元/t[7]，到2050年预计降至2184～3460元/t。对于应用柔性合成工艺或小型化新结构绿氨生产装置的企业，成本将下降更快，预测至2025年最低成本可低于2912元/t，与灰氨持平，甚至更低，2030年前将实现绿氨制备成本完全低于灰氨。

中国绿氨合成中心主要分布在风光或水电资源丰富的“三北”、西南及东部沿海地区，集中在国家规划的各大清洁能源基地附近；消费中心则在华东、华南以及中部地区，在满足省内消纳需求的条件下，各地富余绿氨资源将向风光资源相对不足的省份输送，形成“由‘三北’、西南及沿海地区向中、东部输送”的新绿氨运输产业格局。

1.3　醇氨管道输送技术可行性分析

1.3.1　醇氨作为氢能载体储运优势

由于氢气具有密度低（常温常压下仅为空气密度的1/14）、单位体积能量储存密度低、易燃易爆等特性，研发安全、高效、低成本的氢气储运技术是实现氢能大规模商业化应用的关键先决条件。目前，醇氨作为化工、能源领域的重要资源，其储存与运输技术已相当成熟。氨通常以液体形式储存，其储存技术包括压力储存、低温储存和半冷冻储存，这些技术均能满足不同规模和条件的储存需求。而甲醇常温常压下即为液态，存储难度低，工业上多用储罐进行存储。在运输方面，氨和甲醇均可以通过水路、公路、铁路以及管道等多种方式进行运输，这为它们的广泛应用提供了坚实的基础。

氨和甲醇作为储氢介质，具有卓越的储氢效果。1L甲醇与水反应能释放143g氢气，而相同体积的液态氢冷凝后仅重72g，表明甲醇与水反应的氢气产量是液态氢的两倍。另外，氨也因其高储氢密度而成为优秀的储氢介质。

氨和甲醇与氢之间可以实现低成本且容易的可逆反应，这使得它们作为氢的特殊储存载体具有更高的经济性和技术成熟度。通过催化剂的作用，可以实现氨与氢之间的转换，同样地，甲醇也可以通过加水的方式制取氢气。这种可逆性不仅提高了氢的利用效率，还降低了氢的储运成本。

1.3.2　醇氨管道输送可行性案例分析

管道运输具有安全、稳定、运输费用低等优点，更适用于醇氨长距离输送。国内外实践案例已经证明，甲醇和液氨通过管道进行输送不仅在理论层面具有可行性，在实际生产中也得到成功应用。加拿大甲醇长输管道的成功运营为中国提供了借鉴，中国也在探索甲醇输送管道的建设和运营，云南大卫制焦、华电榆林天然气化工及中煤鄂尔多斯能源化工的甲醇管道项目均取得显著成效。

目前，长距离液氨输送管道集中在美国、俄罗斯。美国液氨管道系统总长近5000km，已经可靠地运行了几十年；俄罗斯液氨管道约为2400km。此外，欧盟多个国家如德国、英国、西班牙及波兰等，已建立了众多中短距离的液氨输送管道，主要用于连接港口、储罐及其周边用户，实现液氨的有效输送[1]。我国液氨管道建设起步较晚，仅有4条液氨管道，总长度未达到200km[1]，距离最长的是1990年建成的秦皇岛液氨管道，全长82.5km，年输量为10.5×10⁴t。国内外醇氨管道案例证明醇氨管道输送具有可行性。

2　长距离管道输送甲醇技术挑战

随着“双碳”战略推进和甲醇能源属性的发展，甲醇管道作为中间枢纽的重要性日益凸显。但甲醇与成品油在理化特性等方面存在差异，甲醇管道输送在工艺运行、管材及设备、安全管控等多方面面临技术挑战。

2.1　工艺运行

2.1.1　经济流速

甲醇的摩擦力较低，流动性较好，使其在管道内的输送速度较快，输送效率较高。但是，在甲醇的输送流速设计中，静电、危险性以及经济性等因素会对设计产生影响。

杨仲曹[8]指出，易燃易爆液体在管道中静电积累取决于流体电阻率。相关实验证明，不同电阻率范围对应不同静电产生情况。有的国家根据电阻率限制流速，从流体介质在管道中产生静电的方面考虑，甲醇的电阻率是4.5×10⁴Ω·m，甲醇的流速应不大于10m/s（表1）。

表1　易燃液体的输送管径及其推荐流速表

管道的经济流速并不是固定不变的，而是根据管道输量、管道内径的不同而有所变化，从甲醇整体物性方面考虑，甲醇与汽油的物性很相近。故甲醇管道的流速可以参照成品油管道。统计国内外已建成品油管道信息（表2），科洛尼尔管道的流速控制在2～3.76m/s范围内，美国其他较大型的成品油管道也具有相当的规模和速度，流速均在1.66m/s以上，最高的流速可达到4.37m/s。参考《输油管道设计与管理》可得，中国成品油管道经济流速宜取2.0m/s。

表2 国内外已建成品油管道的管径、流速

综上，确定甲醇输送的经济流速时应考虑其物理性质、安全性及输送效率。从甲醇物性[黏度0.59MPa·s（20°C）、电阻率4.5×10⁴Ω·m]方面考虑，建议甲醇输送的经济流速不大于10m/s；若参照成品油管道，甲醇输送的经济流速宜取2.0m/s。甲醇管道输送的经济流速具体应从其输量、管径、安全标准、经济性等多方面综合考量确定。

2.1.2　混油发展规律

甲醇、成品油之间的混油规律与汽柴油自身之间的混油规律存在显著差异。管道顺序输送甲醇时，甲醇与汽、柴油相溶性受流速、温度、含水等多因素影响，沿程混油的产生不可避免。此外，甲醇混油还受到管体本身结构、输送工艺影响。

管径、输送距离、流速这三种因素相互独立，故将管径、输送距离、流速三种因素对顺序输送混油长度的变化放在一起进行对比，研究三个因素对顺序输送混油长度的敏感性程度。以甲醇和汽油为顺序输送介质，本算例基础管径为0.5448m，流速为1.37m/s，输送距离为25km，绘制不同因素变化混油长度变化图（图1）。可看出在其他条件一定的情况下，输送距离、管径与混油长度呈正相关，流速与混油长度变化呈负相关。且对于混油长度的影响程度由大到小依次为输送距离、管径、流速。输送距离对顺序输送混油长度最为敏感，管径其次，流速最为不敏感。

图1　不同因素变化混油长度变化图

2.2　管材及设备

2.2.1　管材

甲醇具备极强的吸水性能，这一特性使得它在储运过程中不可避免地会吸收周围环境中的水分，进而形成甲酸、甲醛等有机酸。甲酸等对于金属材料的腐蚀性显著增强，可能导致材料表面出现锈蚀、点蚀甚至更为严重的全面腐蚀现象。更为关键的是，甲醇对金属材料的腐蚀不仅限于表面，它还会深入到材料内部，逐渐侵蚀材料的微观结构，从而造成材料力学性能的严重劣化，造成强度的降低、韧性的减弱以及抗疲劳性能的下降等，直接影响到甲醇管道输送所用管材的安全性和可靠性。通过实验研究表明，甲醇对金属的腐蚀主要受其含水率和含酸性物质的影响。对于不合格的甲醇输送应尽量控制甲醇中的水含量和酸性物质含量，以降低甲醇对金属材料的腐蚀。建议高纯甲醇管道输送时一般采用20#碳钢，为防止二次污染可采用304不锈钢，储罐采用碳钢即可。但截至目前关于甲醇对金属材料的具体腐蚀效应以及力学适应性的了解却仍然相对模糊，尚未全面探明管材、设备等所使用的金属材料在甲醇环境下的具体腐蚀机理，无法准确预测和评估不同金属材料在甲醇溶液中的耐腐蚀性能，也无法制定出有效防腐措施，力学性能劣化的速度及影响因素等关键信息尚待揭示。

2.2.2　设备

在考虑常见故障以及甲醇理化性质之后，得到甲醇泵选型要点：①甲醇易挥发，可能引发离心泵气蚀，基于其特性考量，输送甲醇需要对普通离心泵密封结构进行改进以防止甲醇泄漏，推荐使用无轴封设计的磁力泵，其防漏性能好。②甲醇具有易燃易爆等特性，需选择防爆电机。甲醇管道过滤器的过滤网可选择金属网、塑料网等材质，过滤介质则可以是陶瓷球、纤维布、活性炭等。设计选型一般是根据入口管道的公称直径，建议参照SH/T3411—1999《石油化工泵用过滤器选用、检验及验收》及HG/T21637—1991《化工管道过滤器》。

甲醇管道阀门的传动方式可以是气动、手动或电动。手动阀门适合于小型管道系统，而电动或气动阀门适合于大型、高流量的管道系统。若阀门需要频繁操作或者位置不便于手动操作，推荐使用电动或气动阀门。阀门材料根据JB/T5300—2008《工业用阀门材料选用导则》选择即可。

甲醇是一种低黏度液体，通常选用涡轮流量计、质量流量计（如科里奥利质量流量计）或超声波流量计进行计量。由于甲醇具有一定的腐蚀性，流量计的测量管道和与介质接触的部件必须选用耐腐蚀材料，如不锈钢（如316L）或特殊涂层的材料，避免因腐蚀导致的设备损坏或计量误差。且甲醇属于易燃液体，需选用防爆认证的流量计，以确保使用安全。

甲醇对于非金属材料具有较强的溶胀作用，目前，尚未探明甲醇环境下非金属材料的失效机理，缺乏对设备适应性的科学评估方法。

2.3　安全管控

2.3.1　泄漏

相比传统油品泄漏事故，甲醇泄漏扩散规律及机理复杂，甲醇与水互溶，事故衍生灾害评估更为困难，针对油品泄漏扩散的相关研究并不能直接应用于甲醇泄漏场景。

通过甲醇在河流中泄漏扩散的实验表明，泄漏口越靠近河岸，泄漏速率越大，水流速度越小时，致死性长度越小，越有助于甲醇泄漏后事故处理。推荐配备高灵敏度的甲醇泄漏检测传感器，配备自动阀门关闭系统，快速响应小组，高级灭火器，防毒面具和防护服等应急防护措施，有效降低甲醇泄漏后对人员和环境的影响。

2.3.2　燃爆

甲醇的爆炸极限远大于成品油，这一特性使得其一旦发生泄漏，可能引发的风险极高。因此，针对甲醇管道的泄漏规律与机理进行深入的研究显得尤为重要。同时，为更有效地应对潜在的安全风险，还需开展管道泄漏燃爆事故后果评价方法研究，以便在事故发生时能够迅速、准确地评估其影响范围和危害程度。在此基础上，形成一套完整的安全管控技术体系，从而实现对甲醇管道泄漏事故的有效预防和及时应对，确保生产和使用过程中的安全。

2.4　标准体系

国外已建有大规模、长距离的甲醇输送管道，国外甲醇管道相关标准主要有美国ASTMD1152-97《甲醇（甲基醇）》和ASTMD5501-12（2016）《用气相色谱法测定含20％以上乙醇的燃料中乙醇和甲醇含量的标准试验方法》，主要规范甲醇和乙醇汽油的物性测试方法；欧洲EN15376-2021《车用燃料——用气相色谱法测定汽油中甲醇和乙醇含量的标准方法》规范了汽油中甲醇或乙醇含量气相色谱测试方法。

中国现有甲醇管道多为化工厂区管道，最长距离52km，缺乏长距离、大规模甲醇输送管道设计运营经验，甲醇管道输送相关标准尚为空白，其设计、建造参考的标准主要有GB50253—2023《输油管道工程设计规范》等，尚未形成统一的甲醇管输行业标准体系[1]。

3　长距离管道输送液氨的技术挑战

近年来，各国对传统能源消费和二氧化碳排放的管制日益严格，促使了能源绿色低碳转型的快速推进。在诸多转型方案中，全球范围内，氨作为一种高效且经济的无碳排放储能及储氢材料的发展备受关注[1]。作为制造硝酸、制冷介质以及氮肥等多种重要化工产品的基础原料，长输管道运输领域发挥着举足轻重的作用[8]。迄今为止，国内缺乏大规模输氨管道，液氨管道安全输送技术仍处于初步研究阶段。氨能管道输送在工艺、管材及设备适应性、安全管控、标准化等方面面临着诸多技术挑战。

3.1　工艺运行

3.1.1　氨的相特性

液氨在长距离管道输送中，因其高膨胀性和温度敏感性，物性参数易受影响。为防止相变，保障输送效率与管道设备安全，需保证管道内压力高于液氨的饱和蒸汽压。因此，深入研究液氨的物性、相特性及流动特性至关重要。鉴于液氨管道设计与液化石油气（liquefiedpetroleumgas，LPG）管道相似，已有学者采用LPG管道的摩阻公式及达西-魏斯巴赫公式进行了工艺计算。然而，关于液氨特性对管道输送影响的研究尚显不足，尤其是对其非稳态相变特性及物理场分布规律仍缺乏清晰认识[9]，难以精确预测液氨管道运行期间可能面临的风险。

液氨在管道输送过程中，由于管道阻力和温度变化，容易发生气化现象，降低管道的流通能力，对管道安全构成威胁。目前，虽然已有一些技术手段可以控制和缓解这一问题，但如何更有效地解决管道阻力和气化问题，仍是长距离管道输送液氨面临的技术挑战之一。

3.1.2　经济流速

作为液氨管输工艺优化设计的依据之一，液氨管道的安全流速至关重要。由调研可知，液氨管道设计流速不宜过高，流速过高会导致液氨冲刷管道以及静电聚积，因此应适当控制液氨管道的输送速度。

陈鸿林认为，降低流速所需投资比维护管道冲刷损坏的费用要小得多，并建议将长输液氨管道流速控制在0.5m/s以内。而国内贵州开阳化工有限公司埋地输氨管道则按照化学工艺流体管道进行设计，流速取0.8～1.0m/s。根据已有液氨长输管道运营经验来看，将设计流速控制在0.5m/s过于保守，而参考化学工艺流体管道设计流速相对合理。由于液氨与LPG的基础物性基本相近，两者在管道设计参数与输送工艺方面也存在一定的相似性，因此分别参考标准GB50253—2023《输油管道工程设计规范》、SY/T7629—2021《乙烷输送管道工程技术规范》以及GB51142—2022《液化石油气供应工程设计规范》对管输液氨的最大流速进行对比分析。由分析结果可知，综合考虑液氨输送的安全经济性，并参考输油管道工程设计规范，管输液氨的平均流速应控制在0.8～1.4m/s之间，且最大流速不应超过3m/s。

3.2　管材及设备

3.2.1　管材

液氨对部分材料具有腐蚀性，易对金属材料造成应力腐蚀破坏。在选材时，必须考虑材料的耐腐蚀性，以降低应力水平，同时考虑管道系统的运行安全、使用寿命、经济效益和特定要求等。关于管材选择，国内GB50253—2023《输油管道工程设计规范》、GB50251—2023《输气管道工程设计规范》和SY/T7629—2021《乙烷输送管道工程技术规范》均做出了相关规定，由此可知，不同介质管道的设计标准对于管材的要求大体相同。GB/T9711—2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》、GB/T6479—2013《高压化肥设备用无缝钢管》、GB/T5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》和GB/T8163—2018《输送流体用无缝钢管》等常用的管道钢材标准，对管材选择存在一定差异。考虑液氨具有显著的体积膨胀性和温度敏感性，且常温液氨管道存在中压和高压两种输送工艺，而GB50251—2023《输气管道工程设计规范》和GB50253—2023《输油管道工程设计规范》中规定的GB/T8163—2018《输送流体用无缝钢管》管材标准仅适用于设计压力小于4.0MPa的情况，因此建议液氨管道的管材选择可参照SY/T7629—2021《乙烷输送管道工程技术规范》设计标准执行（表3）

表3　不同标准的管材要求对比

液氨对管道材料的腐蚀是一个复杂的过程，涉及多种因素的相互作用。目前，对于液氨管道腐蚀的机理和防护机制的研究还不够透彻。后续开展更深入的研究有助于开发更有效的防腐措施。

3.2.2　设备

输氨泵作为液氨运输的核心动力设备，在不同工业应用场景中展现出多样化的选择和挑战。输氨泵的选型设计需综合考虑液氨的特性、安全性需求以及泵的适用性能。国内化肥厂内小流量、短距离输氨一般选用离心泵，如受早期国内大流量、高扬程输氨泵制造工艺限制，秦皇岛液氨管道选用Y型泵，该泵为离心泵。需注意的是传统离心泵在液氨输送中可能存在腐蚀和汽蚀风险，需进行性能评估确认其适用性。而对于大流量、高扬程的需求，可考虑选择屏蔽泵或磁力泵。屏蔽泵和磁力泵由于无动态密封能有效减少泄漏和毒害风险，适合长期稳定的液氨输送。

选择液氨流量计时，需综合考虑以下几点：一是测量精度和稳定性，特别是在液氨计量对产品质量和交易精度要求较高的情况下，如何确保流量计能够准确反映液氨的实际流量至关重要；二是适应性和可靠性，流量计应能在液氨的不同工况下稳定运行；三是维护和操作成本，选择易于维护和操作的流量计有助于降低总体运营成本并提升设备可靠性。对于需要高测量精度的应用场景，建议采用科里奥利质量流量计；对于测量精度要求不高，考虑高性价比的应用场景，建议采用漩涡流量计。

液氨管道阀件的选型应严格遵循相关标准和规范，根据管道操作需求选择合适的阀门类型，并综合考虑阀门的耐腐蚀性能、耐低温性能和密封性能。建议采用LF2/LCB低温钢或DEVLON型工程塑等耐液氨材料作为管阀件主体材料。

目前对于液氨管道各设备选择与性能评估仍缺乏深入的研究。不同设备在液氨输送过程中的耐腐蚀性能、机械性能以及使用寿命等方面的差异需要进一步的实验研究和数据支持。

3.3　安全管控

3.3.1　泄漏

液氨管道在复杂地理环境中易受多种内外因素影响，导致管道破损，造成氨泄漏事故。目前，直径超过75mm的液氨管道泄漏事故主要集中在美国，而机械损伤、人为因素等外部干预是其发生泄漏的主要原因。液氨泄漏后会积聚形成液池并迅速蒸发，与周围空气混合后产生氨气云团（图2）。尽管氨气在常温下的密度小于空气，但由液氨泄漏所形成的氨气云团，因其低温和相对较高的介质密度而具有独特特性，易与空气中的水蒸气凝结，会呈现出重气体扩散的特征。受外部环境影响氨气云团会沿地面大范围扩散，危及周边水源、大气及土壤，导致人身伤害及环境污染，且处理不当会引发火灾、中毒等事故。氨气泄漏后，立即采取有效的应对措施对于确保生产运行的安全管理至关重要。氨气泄漏时，须即刻警告周围人群，迅速疏散下风向人员。同时，要控制泄漏源，如输氨管道泄漏应立即隔离，以降低氨气浓度。

图2　液氨管道泄漏扩散示意图

液氨管道一旦发生泄漏事故，液氨会在泄漏口处形成两相射流，进而发生闪蒸，导致氨气弥漫大气，自然扩散下中心浓度最高，向外逐渐稀释，受风速、风向、大气稳定度及地形等因素影响[10]。因此，对液氨管道泄漏扩散过程进行研究，了解其泄漏源强度变化、风速以及复杂地形对后续大气扩散的影响，对事故预防及应急预案制定具有重要的参考价值。

迄今为止，国内仍然缺乏大规模的输氨管道，液氨管道安全输送技术仍处于初步研究阶段，对于液氨泄漏后的扩散规律，目前的研究还不够深入，应急响应能力尚不足，包括泄漏检测系统的灵敏度、应急处理预案的完善性等方面，液氨管道运行中的泄漏风险难以有效预测及防护。

3.3.2　燃爆

氨的自燃温度为651℃，爆炸极限为15%～28%，最易引燃浓度为17%，最大爆炸压力体积分数为21%～23%，因此氨泄漏具有燃爆风险。同时氨有毒害性，泄漏量和时间决定其对人体毒害程度，轻则无明显影响或呼吸减缓，重则致命。

随着一系列危险化学品泄漏事故的发生，欧美等发达国家率先开展了一系列危险化学品泄漏和安全性的研究。相较之下，国内对于气体扩散的研究起步较慢。但近年来，随着工业化进程的发展，中国对易燃、易爆、有毒化学品泄漏扩散研究日益重视。各国已提出多种扩散计算模型，并开展大量实验研究，取得一定成果，对防控危化品泄漏扩散事故发挥了关键作用[10]。

长距离管道输送液氨仍需建立完善的安全监控系统，实时监测管道内的压力、温度等参数，以及及时发现并处理潜在的泄漏风险。此外，还需要制定完善的应急响应预案，以应对可能发生的燃爆事故。

3.4　标准体系

长距离管道输送液氨的技术在国外已经形成了相对完善的标准化体系，涵盖了从设计、建造到运营、维护的各个环节。美国的49CFRPART195—2024《管道运输危险液体》规定了适用于液氨管道设施的安全标准和要求，29CFR1910.119—2023《高度危险化学品过程安全管理标准》规定了防止或尽量减少液氨产生毒害、火灾或爆炸危险的要求；澳大利亚AS1668.2—2020《制冷系统安全要求》、《工作健康与安全示范条例（WHSSR）—2021》和《工作健康安全法》等包含了与氨的储存、处理和使用有关的法规和指导性文件；欧盟通过EN1473：2023《压力设备用材料》、《潜在爆炸环境用的设备及保护系统》（ATEX）、《压力设备指令》（PED）等对氨制冷系统和热泵等的技术规范做出了规定。这些标准为液氨管道的安全运行提供保障。

虽然液氨管道的设计、建设、运行和维护离不开相关法规和标准的制定，但国内尚未形成完善的液氨管道输送技术标准体系。这导致在管道材料选择、施工质量控制等方面存在不足。此外，对于液氨管道的特定要求，如防腐措施、压力控制等，也缺乏详细的技术标准和规范。

4　结论

目前醇氨管道输送技术发展现状仍处于研究前期阶段，在工艺和设备、安全和防护、设计规范等方面仍需不断学习和借鉴国外成功经验，积累自身建设和运营经验，推动醇氨管道输送技术的持续发展与落地。

1）未来绿色甲醇合成中心主要分布在风光或水电资源丰富的“三北”和东部沿海地区，消费主要在华东、华南和中部地区，形成“由‘三北’和沿海地区向中、东部输送”的新的绿色甲醇运输产业格局。绿氨合成中心在“三北”、西南和东部沿海，消费主要在华东、华南和中部，形成“由‘三北’、西南和沿海地区向中东部输送”的新的绿氨运输产业格局。

2）建议甲醇管输的经济流速不大于10m/s；若参照成品油管道，甲醇输送的经济流速宜取2.0m/s；建议高纯甲醇管道输送时一般采用20#碳钢，为防止二次污染可选择不锈钢管材，储罐采用碳钢即可；输送甲醇需对普通离心泵密封结构进行改进，推荐使用无轴封设计的磁力泵；目前，尚未探明甲醇环境下非金属材料失效机理、甲醇泄漏扩散燃爆规律及事故处理、尚未形成统一的甲醇管输行业标准。

3）建议管输液氨的平均流速控制在0.8～1.4m/s之间，且最大流速不应超过3m/s；建议液氨管道的管材选择可参照SY/T7629—2021《乙烷输送管道工程技术规范》设计标准执行；屏蔽泵和磁力泵适合长期稳定的液氨输送；建议采用LF2/LCB低温钢或DEVLON型工程塑等耐液氨材料作为管阀件主体材料。

4）当前技术背景下，长距离醇氨管道输送技术在工艺运行、设备适应性、材质耐腐蚀性及安全性评估等方面研究仍不透彻，尚未形成醇氨管道输送技术标准体系，仍需要进一步的科学研究与技术创新，建立完善的管理体制、政策支持框架和技术标准体系，以确保醇氨管道输送的安全运行、经济效益及环境可持续性。

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作者简介：聂超飞，男，1987年生，一级工程师，2013年硕士毕业于中国石油大学（北京）石油与天然气工程专业，现主要从事新能源储运及油气站场新能源综合利用方面的研究工作。地址：天津经济技术开发区洞庭一街4号科技发展中心，邮编300450。电话：0316-2075640。Email：niecf@pipechina.com.cn。