柔性增強熱塑性塑料復合管（Reinforced Thermoplastic Pipe（簡稱RTP））作為一種新興的復合材料管道，近年來在國內國際上新發展起來。這種高壓塑料復合管道，很好地克服了鋼管的腐蝕問題以及塑料管道的耐壓問題。由于良好的柔韌性、抗腐蝕性、耐高壓、耐沖擊、耐磨損、重量輕、容易連接、可盤繞、長距離無接頭快速鋪設等特點，使RTP管在長距離輸送物質的管道市場需求量不斷增大。


在全球柔性增強熱塑性塑料復合管（RTP管）市場激烈競爭的背景下，寶雞天聯匯通復合材料有限公司（以下簡稱“天聯匯通”）以其卓越的技術和針對各種工況持續創新的產品，迅速成長為國家級專精特新小巨人企業、工信部科技小巨人企業。從完成全球首個DN200（8inch）RTP管的盤卷，到DN250（10inch）RTP管的盤卷，天聯匯通越來越能“卷”的秘訣是什么？從補短板、鍛長板、填空白，天聯匯通何以推動中國管道產品國產替代化的進程？


1、技術突破：從卡脖子難題到全球領先


近年來，氫能作為一種能量密度高且綠色清潔的能源，逐漸成為世界主要經濟體能源發展的重點。中國是世界上最大的制氫國，氫氣年產能超4000萬噸，電解水制氫成本遠低于日本等國家。然而，中國氫氣生產主要集中在中西部地區，使用則主要集中在東南沿海地區，導致氫氣生產、儲存、運輸與使用不平衡。開發可靠且具有成本效益的氫氣輸送系統成為實現大規模氫氣運輸與氫經濟發展的主要挑戰之一。


寶雞天聯匯通復合材料有限公司專業生產增強熱塑性塑料管（RTP），在高壓輸氫領域取得重大突破，填補了國內空白。2023年6月25日，天聯匯通成功完成了6.3兆帕管道充氫測試和9.45兆帕管道爆破測試，標志著中國在高壓輸氫管領域擺脫了國外技術鉗制，為實現大規模、低成本的遠距離純氫運輸提供了技術支撐，助力中國氫能“制儲輸用”全鏈條產業建設。


采用現有天然氣管道進行摻氫輸送成為目前大規模、長距離氫氣輸送的最優途徑。2022年，全國長輸天然氣管道總里程11.8萬公里（含地方及區域管道），為低成本氫氣運輸提供了設備基礎。然而，氫氣具有高擴散性，容易腐蝕天然氣管道并導致氫脆及管道泄漏，危害使用安全。選擇合適的管材與設備，降低管道建設成本及安全事故風險，并制定相關標準規范，是未來管道輸氫技術發展的關鍵。


與鋼管相比，以塑料為基材的柔性塑料復合管（RTP）具有獨特的優勢，已成為目前輸氫管道領域的研究熱點。天聯匯通的RTP管涵蓋油氣生產及輸送、礦業開采及礦漿輸送、市政水利、氣體儲能（氫氣、二氧化碳）及化工生產等多個領域，公司擁有位于高新區和科技新城工業園的兩大生產基地，設有九條先進生產線，其產品質量和優秀的售后服務為客戶的項目提供了有力保障，許多項目的工期都提前數月完成。


作為業內產品性能和技術優勢的代表，2022年，寶雞天聯匯通在陜西省關鍵核心技術產業化“揭榜掛帥”項目中承擔了《儲運氫技術突破工程》，與中國石油集團工程材料研究院非金屬與復合材料研究所合作，開發出了高阻隔柔性復合管（RTP管），成功進行6.3兆帕管道充氫在線輸送和管道充氫爆破測試，標志著天聯匯通成為國內首家可生產RTP輸氫柔性管道的企業。


天聯匯通在國內保持了25%以上的市場占有率，是中石油甲級供應商和中國石化A級供應商，并在多個油田項目中扮演關鍵角色。公司重視技術創新，設立了省級技術中心和陜西省重點實驗室，與包括中石油管材所、航天四院、長安大學、西安石油大學在內的多家高校和科研機構建立了長期合作關系，在氫能源輸送管、高阻隔復合管技術、耐高溫復合管等領域取得了諸多成就。


2、推動輸氫管道快速發展


管道輸氫被認為是氫能規模化推廣的“咽喉”。之前輸氫管道基本為中國石化、中國石油投資建設運營，用于煉化企業內部氫資源供應，距離偏短。現在隨著氫氣價值的提升，一方面，煉化企業逐漸將自己大量富余氫氣進行外供；另一方面，大型風光制氫項目普遍存在“生產、需求兩地不同”的供氫現狀，由此長距離輸氫管道的項目建設需求“陡然”上升。


目前純輸氫管道主要采用的是鋼材質。碳鋼在高壓氫環境中服役時，氫分子能夠分解成氫原子滲透入金屬材料內部，造成材料性能劣化（即氫脆），易導致管道氫脆開裂。所以需要采用昂貴的合金鋼，增加了造價。并且鋼管沒有柔性，不能制造成連續很長方便運輸和鋪設的盤管，還需要防腐涂層，因此鋪設費工、費時。


因此，管材研究是現在輸氫管道發展的關鍵領域之一。柔性復合管作為一種替代現有管線鋼管的復合管道，在國際上備受矚目。


柔性復合管由多層組成，通常包括至少一層熱塑性內襯、增強中間層和外層熱塑性保護套。這種管材克服了鋼管和純塑料管的缺點，能承受較高的工作壓力，并保持了塑料管道的柔韌性。按照種類，可分為增強熱塑性塑料管(RTP)和熱塑性復合管(TCP)。


新型柔性復合管材經產品結構設計開發優化后用于氫能輸送，材料本身具有氣體不滲透性，避免了金屬鋼管輸氫存在的氫脆、氫腐蝕等風險。并且復合管內外層為聚乙烯材料，耐酸、耐堿，無需額外做防腐處理。


相較于其他金屬管或塑料管，柔性復合管具有諸多優勢。例如：根據管材服役條件，可對FCP管中間層結構設計進行調整，在滿足管材內壓、外壓、拉伸、彎曲等性能要求的同時，還具有良好的柔韌性；可以將小口徑FCP管做成盤卷的連續管，每盤長度可達幾十米甚至上千米，便于管道工程建設；最高工作溫度可達130 ℃，比塑料管高60 ℃；使用壽命是金屬管的6倍，是塑料管的2倍；壁厚較塑料管減小70%以上，且內壁不結垢，顯著增加了輸送介質流速。


此外，FCP管還具有節能環保、嚴密性好、耐腐蝕、施工方便等優點，對管基不均勻沉降適應能力強，具有優異的抗沖擊、耐扭曲能力。有研究分析認為，采用柔性復合管的輸氫管道可大幅降低管道鋪設和焊接的費用且不需要焊接區域重新涂層。柔性復合管的安裝成本比鋼管道便宜20%左右。


3、我國已有多家企業在該領域布局


目前，國家管網集團、中國聯塑集團、東宏集團、寶雞天聯匯通、歐佩亞、東海實驗室等企業和科研單位均在用于輸氫的柔性復合管材領域進行了布局。


2022年10月19日，東宏股份（603856）披露定增方案，山東東宏管業股份有限公司（簡稱“東宏股份”）擬募資5.85億元，投資于年產7.4萬噸高性能復合管道擴能項目、新型柔性管道研發（氫能輸送）及產業化項目等。


2023年6月，國家管網集團在其位于新疆哈密的管道斷裂控制試驗場，成功完成6.3兆帕管道充氫測試和9.45兆帕管道爆破測試，為國內首次對輸氫非金屬管道進行的高壓在線測試和純氫爆破試驗。寶雞天聯匯通生產的高阻隔柔性復合管（RTP管）為此次試驗成功奠定了堅實基礎。


2023年11月3日，東海實驗室預研項目“高效風電直驅電解海水制氫系統構建關鍵技術”和“海洋非金屬輸氫管道材料氫相容性測試評價方法及裝備研制” 順利通過中期評審。他們開展了非金屬輸氫管道材料氫滲透性測試、氫致損傷分析以及非金屬輸氫管道氫滲透測試裝置研發工作，為后續柔性復合管氫滲透性測試及裝備制造提供了重要的基礎數據、模型方法和測試設備支撐。


2023年11月23日，中國聯塑集團聯合國家管網西部管道公司、西安管研院、大連理工、上海邦臨管道工程技術有限公司在新疆哈密國家管網管道斷裂控制試驗場，進行了RTP柔性輸氫復合管純氫爆燃試驗。管材爆燃壓力達11.3MPa，該管材各項指標達到設計要求。


總體來看，我國對于柔性復合管在氫氣輸送方面的應用仍處于試驗階段。目前，國內缺乏專用于柔性復合管輸氫的標準規范，柔性復合管輸氫檢測技術標準、完整性管理標準和輸氫應用標準體系等仍需進一步加強規范建設，當前部分標準設計主要針對短距離配送管道，對于長輸管道的標準設計仍處空白，亟需開展氫氣管道工程應用可行性研究，建立并完善柔性復合管輸氫標準。


此外，柔性復合管仍存在一系列技術問題亟待解決。例如，目前RTP管道連接通常采用電熔接頭和扣壓接頭。隨著管道口徑和壓力的提高，電熔接頭強度低、扣壓接頭價格昂貴的缺點日益凸顯，需要進一步研究管道的連接方式，為施工安裝提供更多的選擇；適用于海洋油氣開發的柔性復合管技術長期被國外壟斷，國內需要縮小技術差距，解決卡脖子技術，實現海洋柔性復合管的國產化等。


在2023年底印發的《產業結構調整指導目錄（2024年本）》中，指出要推動管道輸氫等氫能技術的推廣與應用。隨著柔性復合管道關鍵技術的不斷成熟，開發和測試案例持續增多，為管道輸氫提供了堅實的實踐支撐。前路漫漫亦燦燦，輸氫管道將幫助我國在可再生能源制氫、氫儲能、氫化工、氫交通、氫冶金等領域的發展步入正軌。


文章來源： 中制智庫，高工氫燃料電池


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