隨著能源轉(zhuǎn)型的推進，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施將以氣態(tài)能源載體的形式為可再生能源提供高效的運輸和儲存能力，并使整個能源系統(tǒng)更加靈活和更具彈性。

出于實際和經(jīng)濟原因，未來的可再生天然氣基礎(chǔ)設(shè)施將主要基于將現(xiàn)有天然氣輸送管道轉(zhuǎn)換為純氫(100%氫氣)或混氫(氫氣和天然氣的混合物)管道。雖然氫氣管道的概念并不是新的——已經(jīng)有數(shù)千公里的氫氣管道投入使用——但將氫氣引入現(xiàn)有的天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)帶來了獨特的挑戰(zhàn)。如果將現(xiàn)有的天然氣管道重新用于運輸大量氫氣，與之前的服務(wù)相比，這可能會帶來新的威脅，并且這些威脅的管理、控制和緩解可能具有挑戰(zhàn)性。

為了在這一過程中支持管道企業(yè)，ROSEN 集團提出了一個整體氫氣管道完整性管理框架如下圖所示，為現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)安全高效地轉(zhuǎn)換為純氫或摻氫管道的可靠運行提供了技術(shù)路線圖，以延長現(xiàn)有能源系統(tǒng)的使用壽命。

這種完整性方法基于對材料對氫脆或加速疲勞開裂的敏感性等問題的廣泛且已經(jīng)完成的研究，以及已經(jīng)可用于繪制應(yīng)力水平升高的材料特性、幾何形狀和變形特征的診斷技術(shù)，以及可能是疲勞裂紋起點的特征。

完整性框架的第一階段包括了解潛在威脅。從本質(zhì)上講，潛在威脅可分為三大類。一是無論運輸何種介質(zhì)都存在的威脅，例如外部腐蝕或第三方損壞。二是氫造成的直接威脅，如開裂。三是氫引起的管道材料特性變化，例如脆化和疲勞敏感性增加。

然后，應(yīng)根據(jù)有關(guān)管道材料特性和施工期間使用的焊接程序、當(dāng)前管道條件和任何已知特征以及歷史和計劃的運營范圍的現(xiàn)有知識來評估這些威脅。該評估的主要成果將是確定有關(guān)當(dāng)前管道狀況的任何知識差距。

然后可以使用現(xiàn)有的在線檢測工具和破壞性測試技術(shù)的組合來填補這些已識別的知識空白。在現(xiàn)有天然氣管道向氫氣的轉(zhuǎn)換過程中，與在線檢測服務(wù)特別相關(guān)的是裂紋檢測和材料特性測定。材料特性的確定尤為重要，因為在“傳統(tǒng)”天然氣管道中，更堅固的材料幾乎總是更好，這導(dǎo)致管道廠和運營商在歷史上生產(chǎn)和使用的管道強度或等級明顯高于絕對要求。

在氫氣服務(wù)中，這種“超強度優(yōu)勢”并不總是如此，現(xiàn)有的規(guī)范往往會限制最大允許強度。ROSEN 開發(fā)的材料性能檢測工具包括一種在線技術(shù)，可以無損地測量管道長度上每個接頭的強度，以及一種識別馬氏體硬點的技術(shù)。這些服務(wù)能夠識別出強度特別高的區(qū)域或馬氏體硬點，這些區(qū)域可能成為氫相關(guān)降解的焦點。可以使用裂縫檢測和金屬損失工具來識別和表征由施工或使用中損壞引起的現(xiàn)有特征或缺陷。

在這種情況下，還需要注意的是，運行多種檢測技術(shù)可以獲得協(xié)同效益，因為可以疊加和分析信息，以幫助提高識別概率和特征分類。根據(jù)現(xiàn)有知識和管道的當(dāng)前狀況，將這種適當(dāng)?shù)脑\斷工具組合作為基線檢查運行可能是謹(jǐn)慎的做法，以促進對未來任何損壞或材料退化跡象的有效比較和監(jiān)測。

一旦確定并成功執(zhí)行了適當(dāng)?shù)墓艿罊z測運行，就可以分析和評估收集到的信息。這些完整性評估既應(yīng)識別直接威脅，這將需要有針對性的驗證和維修活動，并為氫能適應(yīng)服務(wù)活動提供輸入數(shù)據(jù)。最后，這些結(jié)果需要反映在更新的風(fēng)險評估中，作為穩(wěn)健的未來完整性管理計劃和流程的輸入。

像所提出的氫氣完整性框架這樣的整體方法——包括通過最佳實踐檢查數(shù)據(jù)對潛在威脅有充分的了解——能夠?qū)錃獍踩匾氍F(xiàn)有的天然氣網(wǎng)絡(luò)，并使輸送大量氫氣的管道持續(xù)高效運行。