大量傳統(tǒng)化石能源的燃燒導(dǎo)致溫室氣體排放，并引起全球氣候異常、環(huán)境惡化。因此，世界各國大力發(fā)展可再生能源[1]。但可再生能源發(fā)電嚴(yán)重受制于自然條件，其發(fā)電量具有波動性大、預(yù)測性低的特點(diǎn)。中國中西部地區(qū)的可再生能源難以完全就地消納，剩余的電量也難以全部輸送到用電量大的地區(qū)。因此，利用風(fēng)電、光電轉(zhuǎn)化的電能難以有效儲存，全國普遍存在棄水、棄風(fēng)、棄光等問題[2]，如2021 年中國“三棄”及未利用電量高達(dá)548.9×108kW·h。在解決可再生能源棄電消納問題和環(huán)境污染問題上，作為優(yōu)質(zhì)可再生清潔能源載體的氫氣起到了關(guān)鍵的作用，即通過可再生能源發(fā)電制氫技術(shù)將電網(wǎng)無法消納的棄電轉(zhuǎn)化為氫氣[3]。目前，氫能產(chǎn)業(yè)化的瓶頸在于儲運(yùn)方式，常用的輸送方式為高壓氣氫儲運(yùn)技術(shù)[4]，但成本較高、效率低。因此，選擇安全高效，經(jīng)濟(jì)便捷的儲運(yùn)技術(shù)至關(guān)重要。

天然氣管網(wǎng)具有區(qū)域廣、輸送量高、傳輸距離長及費(fèi)用低等優(yōu)勢，利用現(xiàn)役天然氣輸配管網(wǎng)與基礎(chǔ)設(shè)施摻氫輸送，可實(shí)現(xiàn)低成本、規(guī)模化的氫能供應(yīng)[5]。Lynch 等[6]率先提出了摻氫天然氣的概念。但摻入氫氣可能會導(dǎo)致天然氣輸送管道的安全性風(fēng)險增大[7]，導(dǎo)致輸送系統(tǒng)材料發(fā)生氫脆風(fēng)險，降低材料的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，從而影響整個管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行問題[8]。21 世紀(jì)以來，歐洲國家開展了天然氣摻氫研究，并建立了示范項(xiàng)目。目前，國內(nèi)外已有37 座天然氣摻氫輸送示范項(xiàng)目，初步證明了天然氣管道摻氫輸送（摻氫比低于10%）可行，但對于摻氫比大于10%的摻氫系統(tǒng)的氫脆研究極少，需結(jié)合實(shí)際情況開展更深入的研究。基于此，從氫脆發(fā)生的機(jī)理出發(fā)，分別對壓縮裝置、輸送裝置、終端裝置等天然氣摻氫輸送系統(tǒng)發(fā)生氫脆的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理，概述了部分文獻(xiàn)中關(guān)于氫脆的應(yīng)對措施，并對天然氣摻氫輸送系統(tǒng)的性能提升進(jìn)行了展望。

1 天然氣摻氫系統(tǒng)組成

天然氣摻氫輸送系統(tǒng)（圖1）主要包括在役天然氣管道系統(tǒng)、產(chǎn)氫裝置、壓縮裝置、降壓裝置、輸送裝置以及終端裝置。天然氣摻氫輸送的工作流程為：通過新型的可再生能源電解水制氫；將氫氣壓縮后，存儲于儲氫裝置中；經(jīng)過降壓裝置的氫氣與穩(wěn)壓后的天然氣，氫氣流量依據(jù)天然氣輸送量的隨動注入摻混裝置中混合；利用天然氣管道及配套設(shè)施進(jìn)行輸送，流經(jīng)輸送裝置時需考慮氫氣對管道、閥門及焊縫的影響；最后，經(jīng)終端裝置分輸給用戶。根據(jù)終端用戶的不同需求，既可將氫氣在管道下游分離后使用，也可以將摻氫天然氣作為燃料直接供用戶使用。

圖1 天然氣摻氫輸送系統(tǒng)組成示意圖

2 研究現(xiàn)狀

2.1 氫脆現(xiàn)象

由于氫氣與天然氣的物化性質(zhì)不同，摻入的氫氣易對天然氣輸送系統(tǒng)中各裝置的材料帶來氫損傷風(fēng)險，威脅管道安全運(yùn)行，其中氫脆產(chǎn)生的危害最為嚴(yán)重。

氫脆根據(jù)氫氣原子聚集的區(qū)域差別，分類為內(nèi)部、環(huán)境及氫反應(yīng)3 種氫脆。氫氣生產(chǎn)、儲存及輸送使用的材料與氫氣接觸過程中，氫原子進(jìn)入金屬晶格內(nèi)部，使金屬材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，該現(xiàn)象即為內(nèi)部氫脆。在高壓力條件下，氫分子通過氣態(tài)運(yùn)輸、物理吸附等過程聚集于裂紋尖端，當(dāng)聚集濃度超過材料承受閾值時，材料就會發(fā)生損傷、斷裂，此為環(huán)境氫脆。材料中的氫與雜質(zhì)在適宜的溫度下反應(yīng)生成氫化物，誘發(fā)材料表面及內(nèi)部發(fā)生不可逆損傷，即為氫反應(yīng)氫脆。Shi 等[9]研究了在原子層面，利用碳化鈮與α-Fe 之間的半共格界面納米析出相產(chǎn)生的氫陷阱以捕獲氫，從而增強(qiáng)馬氏體鋼的抗氫脆性能，為探索馬氏體鋼抗氫脆研究提供了重要的理論與實(shí)踐支撐。Shi 等[10]采用電化學(xué)氫滲透實(shí)驗(yàn)與熱解吸光譜相結(jié)合的方法，定量研究了回火碳化鈮（NbC）-馬氏體鋼中不同組織成分與高密度氫陷阱的關(guān)系；馬氏體鋼的馬氏體板條與高密度位錯構(gòu)成可逆氫陷阱，密度高達(dá)為2.24×1 020 cm3，這些深層氫陷阱不僅可以不可逆地捕獲氫，還可以阻礙塑性變形過程中的位錯運(yùn)動，抑制氫的積累，可提高高強(qiáng)度馬氏體鋼的抗氫脆性能。

氫脆機(jī)理復(fù)雜[11]，學(xué)者們開展了大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究。Es-Said[12]的研究結(jié)果表明，氫脆機(jī)制與位錯在氫存在下的遷移率密切相關(guān)。Zheng 等[13]通過對X80 管線鋼進(jìn)行高應(yīng)變率拉伸試驗(yàn)，基于氫增強(qiáng)局部塑性（Hydrogen-Enhanced Localised Plasticity，HELP）模型及氫增強(qiáng)減聚力（Hydrogen-Enhanced Decohesion，HEDE）模型，在施加5%的預(yù)應(yīng)變后，試樣在卸載階段充氫，氫脆發(fā)生在重新加載階段。可見，氫氣與材料可動位錯的相互作用在氫脆中起主要作用。目前，氫致局部塑性變形理論被廣泛應(yīng)用于高壓常溫條件下氫氣與接觸材料的氫脆機(jī)理分析中。

2.2 壓縮裝置

壓縮機(jī)是確保天然氣管道正常運(yùn)行的重要設(shè)備，分為用于高壓壓縮的往復(fù)式壓縮機(jī)和用于低壓大流量壓縮的離心式壓縮機(jī)。往復(fù)式壓縮機(jī)由于采用動密封結(jié)構(gòu)，易發(fā)生氫脆。離心式壓縮機(jī)由于輸送量大、安全性高，廣泛應(yīng)用于天然氣輸送管道中[14-15]。如果直接將離心式壓縮機(jī)用于氫氣壓縮，由于氫氣密度小，需提高葉輪轉(zhuǎn)速，材料承受的離心力增大，故需提高壓縮機(jī)材料的強(qiáng)度。可見，天然氣摻氫輸送后，其壓縮裝置需根據(jù)輸送工況的不同，選擇合適的離心式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)[16]。

由于氫脆與氫氣濃度相關(guān)，為保證壓縮機(jī)運(yùn)行安全，探討了摻氫比對壓縮機(jī)的影響。相對于甲烷，氫氣的密度較低，即需提高離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速以增加系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。當(dāng)壓縮機(jī)的入口流量為5 500 m3/h 時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不變，摻氫比由0 增至30%，壓縮比、軸功率降低幅度分別為20%、36%[17]。若壓縮比相同，壓縮氫氣的轉(zhuǎn)速需較之壓縮天然氣的轉(zhuǎn)速高約1.74 倍[18]，但轉(zhuǎn)速會受到材料強(qiáng)度的限制[19]。摻氫天然氣直接與離心式壓縮機(jī)的葉輪相接觸，氫將會對葉輪產(chǎn)生影響。王春光等[20]對某低壓甲醇合成裝置離心壓縮機(jī)進(jìn)行研究，分析了一級葉輪開裂現(xiàn)象，結(jié)果表明：在氫氣分壓為1.7～3.7 MPa（氣體總壓為2.5～5.5 MPa）的服役工況下，一級葉輪始終處于高壓氫環(huán)境中，導(dǎo)致葉輪出現(xiàn)脆性斷裂。在葉輪胚體鑄造和加工時，由于未進(jìn)行胚體材料固溶時效處理，導(dǎo)致葉輪發(fā)生了脆性斷裂。一級葉輪焊縫與熔合區(qū)的偏聚現(xiàn)象，減弱了葉輪的抗氫脆能力。當(dāng)壓縮機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，一級葉輪吸收大量氫，提高了葉輪的硬度與強(qiáng)度，從而導(dǎo)致葉輪塑性、韌性下降，最終發(fā)生氫脆。

目前，壓縮機(jī)防氫脆材料的開發(fā)受到研究者的重視。Sdanghi 等[14]認(rèn)為AISI 316L 不銹鋼適用于氫離子液體壓縮機(jī)，可以防止發(fā)生氫脆現(xiàn)象。往復(fù)式壓縮機(jī)通過采用由鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鍛鋼制成的鋼瓶來增強(qiáng)抗氫脆性能，并覆蓋一層襯層用來保護(hù)內(nèi)壁；同時，設(shè)計兩室隔離結(jié)構(gòu)，避免由于氫氣逸出壓縮室而導(dǎo)致鋼發(fā)生脆化。

2.3 輸送裝置

當(dāng)輸送摻氫天然氣時，介質(zhì)中的氫氣常與管道金屬材料及其添加物發(fā)生反應(yīng)，從而引起輸送管道發(fā)生氫脆，導(dǎo)致管道腐蝕破裂，引起管道泄漏，造成安全隱患。2.3.1 管道氫脆的內(nèi)在機(jī)理

王超明等[21]以分子動力學(xué)為基礎(chǔ)，建立了基于腐蝕機(jī)理的動力學(xué)模型，從微觀角度對高壓氫環(huán)境下管道材料晶格結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了研究，對氫脆及氫腐蝕進(jìn)行了有效分析，結(jié)果表明腐蝕粒子與金屬表面膜交互作用能是管道發(fā)生腐蝕的重要原因。

由于實(shí)際的金屬材料存在晶格缺陷，氫原子與晶格缺陷之間有強(qiáng)烈的相互作用，進(jìn)而會影響材料的力學(xué)性能。Sanchez 等[22]對間隙氫在??鐵中的擴(kuò)散進(jìn)行研究，結(jié)果表明：大量的氫原子使得鐵原子之間的相互作用減弱，且高能晶界的間隙較大，更容易捕獲氫原子，降低晶格缺陷能，導(dǎo)致管材在氣態(tài)氫環(huán)境中發(fā)生變化和斷裂行為。付雷[23]對試樣的氫致裂紋研究表明，加氫導(dǎo)致鐵的斷裂韌性降低，裂紋開裂的臨界值減小。Song 等[24]研究了氫原子對??鐵裂紋擴(kuò)展的影響，發(fā)現(xiàn)氫原子進(jìn)入鐵中會導(dǎo)致鐵的屈服應(yīng)力下降，對鐵的裂紋擴(kuò)展有影響。Shang 等[25]發(fā)現(xiàn)，與純氫氣或純天然氣相比，GB20 級鋼在NG/H2 混合氣體中的疲勞裂紋擴(kuò)展速率要快得多，這是由于天然氣/氫氣混合物使斷裂模式由韌性疲勞條紋變?yōu)榇嘈越饫頂嗔眩⑾拗屏肆鸭y周圍的變形活動。Zhou 等[26]將拉伸試驗(yàn)和熱解吸光譜相結(jié)合，研究了選區(qū)激光熔化成型304L 不銹鋼的力學(xué)性能及氫輸運(yùn)特性，研究結(jié)果表明304L 不銹鋼試樣中存在的位錯影響了其拉伸過程中的氫運(yùn)輸行為，并導(dǎo)致了嚴(yán)重的氫脆。

2.3.2 管道氫脆的影響因素

氫對天然氣管道的影響因素眾多，其中主要包括輸送介質(zhì)組分、摻氫比、管道工況、管道強(qiáng)度水平、材料微觀組織、氫擴(kuò)散速度以及管道服役狀況等。

（1）輸送介質(zhì)組分。摻氫天然氣是由多種成分組成的混合氣體，許多研究機(jī)構(gòu)[27-28]針對混合氣體成分對常用管材的力學(xué)性能影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：在摻氫天然氣輸送管道中，氫氣會嚴(yán)重降低現(xiàn)有管線鋼的力學(xué)性能。O2、CO、H2、SO2 能夠緩解氫氣對管線鋼的影響[29]，但潮濕的H2S 環(huán)境在一定程度上使材料的力學(xué)性能降低[30]。Zhou 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在總壓相同的情況下，H2S/CO2 混合氣體中H2S 分壓越低，促進(jìn)氫滲透的作用越小；CO2、H2S 均有加速氫滲透的作用，但CO2 促進(jìn)氫滲透的作用遠(yuǎn)弱于H2S。

（2）摻氫比。摻氫比是摻氫天然氣管道發(fā)生氫脆概率及程度的重要影響因素。西氣東輸管道等長輸天然氣管道大多采用X70、X80 等高級鋼。蒙波[29]在室溫條件下，對X70、X80 含氫管線鋼在總壓分別為10MPa、12MPa 且不同氫氣體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行了相容性研究，結(jié)果表明：隨著環(huán)境中氫氣濃度不斷提高，X70、X80 管線鋼的氫脆敏感指數(shù)增大，斷面收縮率、缺口抗拉強(qiáng)度減小，疲勞壽命縮短，但疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加。與管材的拉伸性能相比，管材的疲勞性能受氫脆影響更大。Meng 等[32]在12 MPa 壓力下，測試了X80 管道鋼在氫氣體積分?jǐn)?shù)分別為0、5%、10%、20%、50%）的天然氣/氫氣混合物中的力學(xué)性能，結(jié)果表明：隨著氫氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，X80 管道鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展顯著加快，可見，氫的摻入顯著縮短了X80鋼管的疲勞壽命。

（3）管道工況。在管道工況中，管道的溫度、壓力是管材發(fā)生氫脆的重要影響參數(shù)。封輝等[33]研究發(fā)現(xiàn)，X52 管線鋼在實(shí)驗(yàn)溫度為50 ℃時的氫脆敏感性更高。隨著壓力升高，管材氫脆的程度也在增大。Moro等[34]在室溫下通過拉伸試驗(yàn)研究了氫壓對X80 鋼的影響，結(jié)果表明：當(dāng)氫壓大于0.1 MPa 時，X80 易發(fā)生氫脆；當(dāng)壓力未達(dá)到10 MPa 時，脆化程度隨氫壓的增加而增大，隨后保持不變。

（4）管道強(qiáng)度水平。中國天然氣長輸管道的等級在X52 以上，運(yùn)輸壓力基本以兆帕為單位，因此在管材中摻氫極易發(fā)生氫損傷。張小強(qiáng)等[35]對現(xiàn)有的摻氫天然氣輸送管道的管材進(jìn)行了適應(yīng)性評估，結(jié)果表明：當(dāng)摻氫比小于10%、管線鋼級高于X52 的工況下，需對管材的強(qiáng)度、韌性等方面進(jìn)行適應(yīng)性評估。廖倩玉等[36]指出，氫氣壓力、材料強(qiáng)度越高，管材的氫脆敏感性越強(qiáng)，因此，對于高強(qiáng)度鋼，氫含量的允許值較低。

（5）微觀組織。管線鋼微觀組織結(jié)構(gòu)的缺陷也會誘使氫脆發(fā)生，并產(chǎn)生裂紋。如果氫陷阱內(nèi)氫的濃度超過裂紋起始的臨界點(diǎn)，則會誘發(fā)氫致裂紋，且氫致裂紋更容易在脆性組織中形成及擴(kuò)展。Fan 等[37]通過對商用AISI 304 進(jìn)行動態(tài)塑性變形處理，并在973 K 下退火1 h，獲得了強(qiáng)度和塑性良好結(jié)合的納米孿晶304 鋼，是具有納米孿晶（體積分?jǐn)?shù)為41%）、再結(jié)晶晶粒（體積分?jǐn)?shù)為32%）及位錯結(jié)構(gòu)（體積分?jǐn)?shù)為27%）的混合結(jié)構(gòu)，其抗氫脆性能較高，為設(shè)計低氫脆敏感性的高強(qiáng)度合金提供了新方法。

（6）氫擴(kuò)散速度。氫在管道中的擴(kuò)散速度與管材發(fā)生氫脆的速度成正比，因此，管材的應(yīng)變速率對氫脆的持續(xù)發(fā)生也產(chǎn)生了影響[38]。管材所受的應(yīng)力、氫擴(kuò)散速度作用于管材的缺陷部位并產(chǎn)生應(yīng)力和濃度集中，當(dāng)達(dá)到氫濃度臨界值時，加劇了裂紋形成和擴(kuò)展。BAI 等[39]研究了粗晶（晶粒尺寸為21 μm）與超細(xì)晶（晶粒尺寸為0.58 μm）兩種類型晶粒對22Mn-0.6C 奧氏體孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的氫脆行為，結(jié)果表明超細(xì)晶粒對脆性斷口的面積分?jǐn)?shù)以及斷裂韌性的影響較小。這是由于晶粒細(xì)化對氫脆具有抑制作用，也即是晶粒細(xì)化后，單位晶界面積氫的擴(kuò)散速度以及氫含量降低。Qu 等[40]采用熱解吸譜儀、慢應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)、鐵基顯微鏡、透射電鏡、TDS 模型研究了奧氏體不銹鋼S30408 的塑性變形對氫擴(kuò)散的影響，研究結(jié)果表明氫擴(kuò)散系數(shù)與塑性變形之間存在非單調(diào)關(guān)系：在室溫下，隨著塑性應(yīng)變增加，奧氏體不銹鋼S30408 的表觀氫擴(kuò)散系數(shù)呈先減小后增大的趨勢。

2.3.3 焊縫

氫氣不僅對管材本體有影響，對管道連接處焊縫的影響更加不容忽視。焊縫處金屬特殊的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致氫捕獲能力更高、氫富集能力更強(qiáng)，因此更加容易產(chǎn)生裂紋。彭黃濤[41]對X80 管線鋼焊接組織進(jìn)行退火處理，發(fā)現(xiàn)可以通過改善微觀組織、應(yīng)力狀態(tài)來提高組織自身塑韌性，從而降低脆性傾向、氫在管材中的擴(kuò)展速率。因此，退火處理可以提高焊接組織的抗氫脆能力。張體明等[42]以X80 鋼螺旋縫埋弧焊管為研究對象，開展焊接接頭氫擴(kuò)散的數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力是導(dǎo)致焊接接頭氫富集進(jìn)而影響氫脆失效的重要因素。焊縫區(qū)是氫氣聚集區(qū)，同時，焊接區(qū)域存在的殘余應(yīng)力加大了氫氣聚集的風(fēng)險，如焊縫處的氫氣聚集濃度比忽略殘余應(yīng)力時增加了2.7 倍，且氫脆系數(shù)的增加幅度達(dá)到75.27%。

李云濤等[43]測試了國產(chǎn)X70 管線鋼母材及其管道焊縫的抗氫致開裂性能，結(jié)果表明：即使焊接接頭發(fā)生了一系列非平衡變化，但其抗氫致開裂能力并不低于母材。Huang 等[44]研究了10 MPa 壓力下氫氣對X70管線鋼焊縫接頭的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)隨著氫氣濃度增加，焊縫處的熱影響區(qū)金屬、母材金屬、焊縫金屬的疲勞裂紋擴(kuò)展速率呈現(xiàn)由高到低的變化，尤其是在天然氣中加入體積分?jǐn)?shù)為5%的氫氣后，初始裂紋深度為0.5 mm 的X70 管線鋼的預(yù)測疲勞壽命僅為正常壽命的1/10。Jiang 等[45]采用電化學(xué)充氫、拉伸試驗(yàn)、顯微組織觀察等方法，研究了氫氣與循環(huán)塑性變形相互作用對X65 盤管焊接接頭延伸性能退化的影響。結(jié)果表明：在3%的應(yīng)變下，當(dāng)電流密度增至50 mA/cm2 時，焊接接頭的均勻延伸率、總延伸率的氫脆指數(shù)IUE、ITE 分別增至0.53、0.60；在相同的電流密度下，循環(huán)塑性變形接頭的IUE、ITE 分別僅增至0.33、0.40，說明CPD 工藝可以降低焊接接頭對氫脆的敏感性。

2.3.4 閥門

在摻氫天然氣輸送的過程中，高壓控制閥上的緊固件、調(diào)節(jié)閥、卸壓桿、彈簧等也會受到氫脆帶來的影響。

（1）緊固件。緊固件是被用于承力件及儀器儀表的連接，因此緊固件氫脆失效會帶來嚴(yán)重的安全事故。氫脆發(fā)生程度隨著緊固件材料強(qiáng)度的增加而增大，在一定的工作應(yīng)力下，零部件所含的氫氣越多，發(fā)生氫脆的風(fēng)險越大。劉德林等[46]研究發(fā)現(xiàn)，鋼材質(zhì)的緊固件臨界氫含量在0.000 5%～0.001 0%之間，氫含量超過臨界值時，將會引起并加劇材料發(fā)生氫脆。對零件表面進(jìn)行處理是降低氫脆的有效手段，如王玉玲等[47]提出采用達(dá)克羅處理的方法，即以鋅片、鉻酸鹽等配成的達(dá)克羅涂液涂敷于零件表面，經(jīng)高溫固化后形成銀灰色的鋅鉻涂層。達(dá)克羅處理的溫度一般在300 ℃左右，可以幫助氫氣逸出，從而降低氫脆的影響。Zhao 等[48]研究了不同的釩含量對抗拉強(qiáng)度為1 400 MPa 的螺栓鋼氫脆特性的影響，當(dāng)釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0 逐漸增至0.34%時，氫脆程度隨著釩含量的增大而降低，說明釩能夠有效提高其抗氫脆性能。

（2）調(diào)節(jié)閥。對于調(diào)節(jié)閥，氫氣的溫度越高，調(diào)節(jié)閥氫脆就會加劇，可以選擇特種碳鋼A216WCC 作為閥體材料，減少氫脆帶來的危害；對于閥芯、閥座，大部分選用316L 不銹鋼作為材料[49]。

（3）卸壓桿。謝華等[50]對某油田天然氣管道卸壓桿進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氫原子富集在F304 奧氏體不銹鋼中的馬氏體組織，卸壓桿受到內(nèi)部應(yīng)力作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、產(chǎn)生缺陷，從而被腐蝕而造成氫脆損傷。為了提高鋼的抗氫性能，可降低鋼中的碳含量或?qū) 固定于穩(wěn)定的碳化物中。在鋼制造過程中，添加Cr、Ti、Nb 等元素，促使其與鋼中的C 元素相結(jié)合，形成穩(wěn)定的碳化物，以增強(qiáng)抗氫脆能力。吳偉陽等[51]提出，用法蘭連接高壓加氫裝置的小口徑（直徑不大于40 mm）閥門，也可以降低其閥體、閥蓋發(fā)生氫脆的風(fēng)險。

（4）彈簧。彈簧鋼的疲勞壽命決定了閥門的使用壽命。李永德等[52]實(shí)驗(yàn)分析了氫含量對高強(qiáng)彈簧鋼50CrV4 內(nèi)部起裂的影響，即隨著含氫量增加，高強(qiáng)彈簧鋼的拉伸性能、疲勞強(qiáng)度均降低。

2.4 儲存裝置

2.4.1 常用材料

由于儲能裝置一直處于高壓力、常溫、高濃度的氫環(huán)境條件下，更易發(fā)生氫脆。壓縮后的氫氣和從管道下游分離出的氫氣均存儲于儲氫容器中，因此儲氫容器也極易發(fā)生氫脆。Cr-Mo 鋼、6061 鋁合金等材料常用于制作儲氫容器，其中使用較多的Cr-Mo 鋼材料為ASTM A519 4130X[53]。奧氏體不銹鋼具有較好的抗氫脆性能[54]，也常用做高壓氫系統(tǒng)中壓力容器的材料[55]。

2.4.2 不同材質(zhì)的儲氫容器的氫脆特點(diǎn)

2.4.2.1 Cr-Mo 鋼

（1）氫脆對疲勞性能的影響。4130X 鋼在45 MPa 氫氣中的裂紋擴(kuò)展速率為空氣中的10～15 倍[56]。在壓力為92 MPa 時，其疲勞裂紋擴(kuò)展速率是在大氣條件下的30～50 倍[57]。此外，Wu 等[58]研究了在5 MPa壓力和不同溫度下，氫氣、氬氣環(huán)境中的304 及316 不銹鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率的變化規(guī)律。氫氣環(huán)境中試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展速率均比氬氣環(huán)境中更高，且隨著溫度升高，疲勞裂紋擴(kuò)展速率對ΔK 曲線（即應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍）的斜率逐漸減小。當(dāng)熱變形溫度達(dá)到400 ℃時，可以抑制裂紋尖端周圍α′馬氏體的形成，從而降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率。

（2）氫脆對拉伸性能的影響。Cr-Mo 鋼在氫氣環(huán)境中的拉伸性能降低，應(yīng)力集中加劇了拉伸性能的劣化。張鑫[59]對4130X 鋼在壓力為92 MPa 的氫氣環(huán)境中對高壓儲氫氣瓶進(jìn)行氫脆實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：由于受到氫氣的影響，4130X 鋼的斷面收縮率顯著降低。Somerdayb[60]認(rèn)為高壓氫氣對拉伸性能影響較小，但材料的斷面收縮率降低明顯，比在高壓氦氣中低80%。Hua 等[61]實(shí)驗(yàn)研究了4130X 合金材質(zhì)的圓柱形儲氫容器在92 MPa 氫氣壓力下的拉伸和疲勞性能，探討了初始裂紋尺寸、外徑對疲勞壽命的影響，得出了4130X 儲氫容器在極限抗拉強(qiáng)度、氫輔助裂解、疲勞裂紋擴(kuò)展速率、容器外徑等工況下的疲勞壽命數(shù)據(jù)，并提出了相應(yīng)的規(guī)范。Ma 等[62]分別在空氣、45 MPa 及100 MPa 氫氣環(huán)境下，對不同缺口尺寸的缺口試樣進(jìn)行慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)，分析了材料在拉伸、斷裂時的應(yīng)力及應(yīng)變。各試件中心處的應(yīng)力三軸度最大，并從中心到表面逐漸減小，還建立了4130X 儲氫容器局部失效評估的應(yīng)變極限準(zhǔn)則。

（3）氫脆對裂紋開裂的影響。隨著存儲氫氣壓力的升高，存儲容器材料的氫致開裂應(yīng)力強(qiáng)度因子降幅增大。當(dāng)高壓氫氣壓力為45 MPa、70 MPa 時，與置于空氣中相比下，4130X 的斷裂臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子降幅度分別達(dá)58.4%、74.4%[53]。

2.4.2.2 奧氏體不銹鋼

對奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接處理，即可滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)及大尺寸工件的需求，如低溫高壓儲氫容器的筒體。對壓儲氫容器焊接部位產(chǎn)生氫脆的影響因素，主要有馬氏體、化學(xué)成分、材料強(qiáng)度、溫度等內(nèi)、外部因素。

（1）馬氏體。奧氏體不銹鋼在制造的冷鐓工藝中會產(chǎn)生馬氏體相變。李曉剛[63]通過實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：與奧氏體相比，馬氏體的氫脆敏感性更高，因此儲氫材料中出現(xiàn)的馬氏體會增加氫脆發(fā)生的概率。Fan等[64]研究了晶粒尺寸（4~12 μm）對304 奧氏體不銹鋼氫脆的影響：隨著晶粒細(xì)化，作為氫擴(kuò)散路徑、首選起裂點(diǎn)的應(yīng)變局部化位點(diǎn)會減少，從而提高了抗氫脆的能力。304 奧氏體不銹鋼的有效氫擴(kuò)散系數(shù)隨著晶粒尺寸減小而增大，但當(dāng)晶粒尺寸進(jìn)一步減至4 μm 時，其氫擴(kuò)散系數(shù)卻逐漸減小，這為304 奧氏體不銹鋼抗氫脆提供了一種新方式。

（2）添加不同的化學(xué)成分。添加某些合金金屬元素能夠增強(qiáng)儲氫材料的抗氫脆性能。Michler 等[65]對304 型奧氏體不銹鋼在加壓氫氣和氦氣環(huán)境下的拉伸試樣進(jìn)行研究表明，當(dāng)304 奧氏體不銹鋼中Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)從9.07%增至11.3%時，相對斷面收縮率將提高0.64。與Ni 特性相似，在奧氏體中可以通過添加其他穩(wěn)定的化元素，可以增加其抗氫脆性能。Hu 等[66]對采用晶界工程（Grain Boundary Engineering，GBE）降低沉淀強(qiáng)化鐵鎳基奧氏體合金的氫脆敏感性的可行性開展了研究，結(jié)果表明：經(jīng)過GBE 處理后，材料內(nèi)部微觀層面上的特殊界面（Special Boundaries，SBs）的含量由46%增至78%，而氫致伸長率損失由21.8%降至8.6%，可見該材料對氫脆的敏感性大大降低。Li 等[67]對X80 管線鋼中細(xì)小納米級析出相的數(shù)量、尺寸分布特征、對氫擴(kuò)散與氫致延性損失的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：隨著材料中釩含量增加，試樣中析出的釩碳化物增多，且小于10 nm 的析出物比例明顯增大，有效氫陷阱數(shù)量增加，但氫擴(kuò)散系數(shù)、氫脆敏感性均降低；同時，還發(fā)現(xiàn)含釩量0.13%的V4 鋼的塑性和抵抗氫致塑性損失性能最好。

（3）材料強(qiáng)度。隨著鋼強(qiáng)度的增加，氫致開裂門檻應(yīng)力因子減小，抗氫脆性能下降[68]。Shi 等[69]研究了原位納米顆粒對高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能和氫脆的臨界影響，結(jié)果表明：原位成核的Ti3O5-Nb（C，N）復(fù)合納米粒子、原位成核的球狀與軟質(zhì)Al2O3 -MnS 核殼包裹體均對鋼的力學(xué)性能、抗氫脆性能產(chǎn)生影響，原位納米顆粒在鋼中可作為氫陷阱位點(diǎn)，平均粒徑約為15 nm，能夠有效地捕獲氫，氫脆敏感性可降低至55.52%。可見，由區(qū)域微量元素供應(yīng)產(chǎn)生的原位納米顆粒具有開發(fā)高強(qiáng)度和耐氫鋼的強(qiáng)大潛力。

（4）溫度。溫度是反映氫氣在存儲材料內(nèi)的吸附、溶解以及擴(kuò)散速度的重要因素。當(dāng)奧氏體不銹鋼材料處于低溫時，氫在金屬中的活性較低；高溫將會引起氫氣劇烈運(yùn)動，從而增加了氫氣聚集在儲氫容器內(nèi)部缺陷位置的難度[68]。

2.5 終端裝置與主干輸送管道相比，配送管道將降壓（低于1 MPa）的摻氫天然氣輸送至終端裝置。因此，氫脆的產(chǎn)生與破壞程度受氫濃度和運(yùn)行壓力的影響。在輸送壓力低的城市輸配管網(wǎng)中，發(fā)生氫脆的概率較低，一般不考慮摻氫天然氣與輸送管道的相容性。對于其中的球墨鑄鐵管、銅管道等金屬管段，可以忽略氫脆問題[70]；天然氣管網(wǎng)中的聚乙烯等非金屬配送管道，也與氫氣具有較好的相容性。Wojtowicz[71]提出，在天然氣中摻入15%的氫氣，在不改變?nèi)細(xì)馄骶咴薪Y(jié)構(gòu)的情況下，可以保證家用、商用器具中燃料的安全燃燒。Hydeploy 為英國首個向天然氣管網(wǎng)摻入氫氣的示范項(xiàng)目[72]，通過測試，對比了純甲烷與氫摩爾含量為28.4%的天然氣的火焰形貌：即使是在摻氫的情況下，火焰仍然保留了特有的顏色，且火焰形貌差別也較小。

3 應(yīng)對措施

（1）對于已加工完成的調(diào)壓設(shè)備的葉輪，應(yīng)采取合理的真空固溶時效處理，避免運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的氫脆開裂；對于氫離子液體壓縮機(jī)，可使用AISI 316L 不銹鋼作為材料，能夠防止發(fā)生氫脆現(xiàn)象；選用鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼及鍛鋼制成的鋼瓶，在壓縮機(jī)內(nèi)壁上覆蓋襯層涂層，采用兩室隔離結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)往復(fù)式壓縮機(jī)的抗氫脆性能[14]。

（2）當(dāng)輸送摻氫天然氣時，選用恰當(dāng)?shù)膿綒浔取⒐艿拦r、材料強(qiáng)度，并關(guān)注管道的服役年限，可以降低氫脆風(fēng)險[29,32-33]。退火處理可以提高焊接組織的抗氫脆能力或抗氫致應(yīng)力開裂能力，因此，合適的熱處理、電鍍、除氫工藝對提高鋼制緊固件的抗氫脆性能有作用[41]。對于閥門而言，可以選用316L 不銹鋼制成的調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)具體的工況選擇閥門的主體材料，用法蘭墊連接閥體、閥蓋，可以減小氫脆帶來的危害[49,51]。還可用達(dá)克羅方法對閥門中的緊固件進(jìn)行處理，以及降低卸壓桿鋼中的碳含量，提高抗氫脆性能[47,50]。

（3）當(dāng)奧氏體作為儲氫容器的材料時，可以通過協(xié)調(diào)其內(nèi)、外因素來降低氫脆風(fēng)險，如減小晶粒尺寸、減少馬氏體與鐵素體的數(shù)量、提高Ni 含量，還可以降低鋼的強(qiáng)度、選擇合適的工況、對奧氏體不銹鋼進(jìn)行冷加工等[64-65,68]。

（4）選擇低強(qiáng)度鋼、球墨鑄鐵、鑄鐵和鍛鐵、銅管道以及聚乙烯、聚氯乙烯等材料作為配送管道，可以降低氫損傷的風(fēng)險[70]。

４ 結(jié)論及展望

摻氫天然氣輸送能夠有效解決風(fēng)電消納、環(huán)境污染等問題，是中國特色氫能產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)，也是能源替換升級中具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。通過文獻(xiàn)調(diào)研，重點(diǎn)梳理了天然氣摻氫輸送系統(tǒng)的氫脆研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)摻氫對系統(tǒng)中不同裝置的機(jī)械性能均有不同程度的影響。雖然國內(nèi)外多個國家已開展摻氫天然氣技術(shù)的初步推廣，但現(xiàn)有的研究和實(shí)踐成果尚不能全面標(biāo)準(zhǔn)化，目前仍在積極推廣嘗試。由于各國技術(shù)發(fā)展水平各異，因此需充分考慮中國對摻氫天然氣系統(tǒng)的氫脆問題的研究水平，彌補(bǔ)現(xiàn)有天然氣摻氫理論研究與實(shí)踐操作中的不足，為此提出了適宜于中國天然氣摻氫輸送的建議。

（1）中國摻氫天然氣管道輸送示范項(xiàng)目的研究正逐步展開，國家層面的戰(zhàn)略性統(tǒng)籌規(guī)劃較少，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，相應(yīng)的法律法規(guī)、產(chǎn)業(yè)政策等配套支撐也有待完善。因此，為了實(shí)現(xiàn)天然氣摻氫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)規(guī)劃部署天然氣摻氫輸送系統(tǒng)建設(shè)，確定中國天然氣摻氫管道輸送的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，完善天然氣摻氫技術(shù)的政策保障體系。

（2）雖然中國在天然氣管道與摻氫天然氣的相容性研究方面取得了研究成果，但對天然氣摻氫系統(tǒng)各裝置的氫脆評價研究尚不足。建議開展并完善國產(chǎn)管材及設(shè)備的氫與金屬相容性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，建立天然氣摻氫系統(tǒng)各裝置相容性測試評價方法及性能指標(biāo)。

（3）中國對于不同摻氫比下管材及其他關(guān)鍵設(shè)備的典型材料力學(xué)性能劣化研究規(guī)律的研究尚不足，對于摻氫比與材料氫破壞、管道壓力等之間的定量關(guān)系尚不明確。建議積極推進(jìn)天然氣摻氫示范項(xiàng)目建設(shè)，對現(xiàn)有天然氣管道及設(shè)備的安全性、材料的氫脆特性加快研究。同時，加強(qiáng)研摻氫天然氣對配套設(shè)施設(shè)備、管道、下游終端用戶以及整個輸送系統(tǒng)的影響進(jìn)行研究，并加快天然氣摻氫系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)，保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（4）構(gòu)建天然氣-氫氣領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)布局，增加天然氣摻氫輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，穩(wěn)步推進(jìn)天然氣摻氫輸送的商業(yè)化及規(guī)模化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李敬法，蘇越, 張衡，宇波.摻氫天然氣管道輸送研究進(jìn)展[J].天然氣工業(yè)，2021，41（4）：137-152.LI J F, SU Y, ZHANG H, YU B. Research progresses on pipeline transportation of hydrogen-blended natural gas[J]. Natural GasIndustry, 2021, 41(4): 137-152.

[2] JIA G W, XU W Q, CAI M L, SHI Y. Micron-sized water spray-cooled quasi-isothermal compression for compressed air energystorage[J]. Experimental Thermal & Fluid Science, 2018.

[3] 趙永志，蒙波，陳霖新，王賡，鄭津洋，顧超華，等.氫能源的利用現(xiàn)狀分析[J].化工進(jìn)展，2015，34（9）：3248-3255.ZHAO Y Z, MENG B, CHEN L X, WANG G, ZHENG J Y, GU C H, et al. Utilization status of hydrogen energy[J]. Chemical Industryand Engineering Progress, 2015, 34(9): 3248-3255.

[4] 殷卓成，楊高，劉懷，馬青，郝軍.氫能儲運(yùn)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景分析[J].現(xiàn)代化工，2021，41（11）：53-57.YIN Z C，YANG G，LIU H，MA Q，HAO J. Research status and prospect analysis of key technologies of hydrogen energy storageand transportation[J]. Modern Chemical Industry, 2021, 41(11): 53-57.

[5] 趙永志，張鑫，鄭津洋，顧超華，張林.摻氫天然氣管道輸送安全技術(shù)[J].化工機(jī)械，2016，43（1）：1-7.ZHAO Y Z, ZHANG X, ZHENG J Y, GU C H, ZHANG L. Safety technology for pipeline transportation of hydrogen-natural gasmixtures[J]. Chemical Engineering & Machinery, 2016, 43(1): 1-7.

[6] LYNCH F E, MARMARO R W. Special purpose blends of hydrogen and natural gas[P]. USA: 5139002, 1992-08-18.

[7] 崔兆雪，田磊，段鵬飛，李璐伶，李玉星，劉翠偉.混氫天然氣管道截斷閥壓降速率閾值設(shè)定[J]. 油氣儲運(yùn)，2021，40（11）：1293-1298，1313.CUI Z X, TIAN L, DUAN P F, LI L L, LI Y X, LIU C W. Threshold setting of pressure drop rate of block valve in hydrogen mixednatural gas pipeline[J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2021, 40(11): 1293-1298, 1313.

[8] 任若軒，游雙矯，朱新宇，岳小文，姜振超.天然氣摻氫輸送技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].油氣與新能源，2021，33（4）：26-32.REN R X, YOU S J, ZHU X Y, YUE X W, JIANG Z C. Development status and prospects of hydrogen compressed natural gastransportation technology[J]. Petroleum And New Energy, 2021, 33(4): 26-32.

[9] SHI R J, MA Y, WANG Z D, GAO L, YANG X S, QIAO L J, et al. Atomic-scale investigation of deep hydrogen trapping in NbC/α-Fe semi-coherent interfaces[J]. Acta Materialia, 2020, 200(6474): 686-698.

[10] SHI R J, CHEN L, WANG Z D, YANG X S, QIAO L J, PANG X L. Quantitative investigation on deep hydrogen trapping intempered martensitic steel[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 854: 157218.

[11] 周池樓，何默涵，郭晉，李運(yùn)泉，吳昊，肖舒，等.高壓氫環(huán)境奧氏體不銹鋼焊件氫脆研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2021：1-22.ZHOU C L, HE M H, GUO J, LI Y Q, WU H, XIAO S, et al. Review on hydrogen embrittlement of austenitic stainless steel weldmentsin high pressure hydrogen atmosphere[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021: 1-22.

[12] ES-SAID OS, ALCISTO J, GUERRA J, JONES E, DOMINGUEZ A, HAHN M, et al. Effect of cadmium plating thickness on thecharpy impact energy of hydrogen-charged 4340 steel[J]. Journal of Materials Engineering & Performance, 2016, 25: 3606-3614.

[13] ZHENG Y Y, ZHANG L, SHI Q Y, ZHOU C S. Effects of hydrogen on the mechanical response of X80 pipeline steel subject tohigh strain rate tensile tests[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2020, 43(4): 684-697.

[14] SDANGHI G, MARANZANA G, CELZARD A, FIERRO V. Review of the current technologies and performances of hydrogencompression for stationary and automotive applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019, 102: 150-170.

[15] 徐鐵軍.天然氣管道壓縮機(jī)組及其在國內(nèi)的應(yīng)用與發(fā)展[J].油氣儲運(yùn), 2011，30（5）：321-326，313.XU T J. Compressor unit and its application and development in inland nature gas pipelines[J]. Oil & Gas Storage and Transportation,2011, 30(5): 321-326, 313.

[16] 宋鵬飛，單彤文，李又武，侯建國，王秀林，張丹.天然氣管道摻入氫氣的影響及技術(shù)可行性分析[J].現(xiàn)代化工，2020，40（7）：5-10.SONG P F, SHAN T W, LI Y W, HOU J G, WANG X L, ZHANG D. Impact of hydrogen into natural gas grid and technical feasibilityanalysis[J]. Modern Chemical Industry, 2020, 40(7): 5-10.

[17] 王瑋，王秋巖，鄧海全，程光旭，李云.天然氣管道輸送混氫天然氣的可行性[J].天然氣工業(yè)，2020，40（3）：130-136.WANG W, WANG Q Y, DENG H Q, CHENG G X, LI Y. Feasibility analysis on the transportation of hydrogen–natural gas mixturesin natural gas pipelines[J]. Natural Gas Industry, 2020, 40(3): 130-136.

[18] 尚娟，魯仰輝，鄭津洋，孫晨，花爭立，于文濤，等.摻氫天然氣管道輸送研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)[J].化工進(jìn)展，2021，40（1）：5499-5055.SHANG J, LU Y H, ZHENG J Y, SUN C, HUA Z L, YU W T, et al. Research status-in-situ and key challenges in pipeline transportationof hydrogen-natural gas mixtures[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(10): 5499-5055.

[19] HAESELDONCKX D, HAESELEER W. The use of the natural-gas pipeline infrastructure for hydrogen transport in a changingmarket structure[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, 32: 1381-1386.

[20] 王春光，鄧德偉，王永，劉丹，關(guān)錳.離心壓縮機(jī)一級葉輪開裂分析[C].上海：2009 年全國失效分析學(xué)術(shù)會議，2009：244-247.WANG C G, DENG D W, WANG Y, LIU D, GUAN M. Cracking analysis of the first stage impeller of centrifugal compressor[C].Shanghai: 2009 National Conference on Failure Analysis, 2009: 244-247.

[21] 王超明，胡軍， 鄭茂盛，余歷軍.腐蝕介質(zhì)在金屬表面擴(kuò)散行為的分子動力學(xué)研究[J].化工機(jī)械，2015，42（5）：658-661，705WANG C M, HU J, ZHENG M S, YU L J. Molecular dynamics study of corrosive medium diffusion in metal surface[J]. ChemicalEngineering & Machinery, 2015, 42(5): 658-661, 705.

[22] SANCHEZ J, FULLEA J, ANDRADE M C, DE ANDRES P L. Ab initio molecular dynamics simulation of hydrogen diffusionin α-Iron[J]. Physical Review B, 2010, 81: 132102.

[23] 付雷，單龍，溫玉霜，王蘋，方洪淵.氫致裂紋中氫壓的理論表征及有限元求解方法[J].焊接學(xué)報，2019，40（11）：8-12，161.FU L, SHAN L, WEN Y S, WANG P, FANG H Y. Theoretical characterization of hydrogen pressure in hydrogen-induced cracks andfinite element solution methods[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2019, 40(11): 8-12, 161.

[24] SONG H Y, ZHANG L, XIAO M X. Molecular dynamics simulation of effect of hydrogen atoms on crack propagation behaviorof α-Fe[J]. Physics Letters A, 2016, 380(48): 4049-4056.

[25] SHANG J, CHEN W F, ZHENG J Y, HUA Z L, ZHANG L, ZHOU C S, et al. Enhanced hydrogen embrittlement of low-carbonsteel to natural gas/hydrogen mixtures[J]. Scripta Materialia, 2020, 189: 67-71.

[26] ZHOU Z R, ZHANG K Y, HONG Y J, ZHU H H, ZHANG W L, HE Y M, et al. The dependence of hydrogen embrittlement onhydrogen transport in selective laser melted 304L stainless steel[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2021, 46(29):16153-16163.

[27] WANG P Y, LYU Z G, ZHENG S Q, QI Y M, WANG J, ZHENG Y J. Tensile and impact properties of X70 pipeline steel exposedto wet H2S environments[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2015, 40: 11514-11521.

[28] CIALONE H J , HOLBROOK J H. Sensitivity of steels to degradation in gaseous hydrogen[EB/OL]. (1988-01-01)[2022-3-18].https://www.astm.org/stp45297s.html.

[29] 蒙波.含氫天然氣高壓輸送管道材料性能劣化及失效后果研究[D].杭州:浙江大學(xué)，2016.MENG B. Investigation on material property degradation and failure consequence of the high-pressure natural gas/hydrogen blendspipeline[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2016.

[30] 周靜.天然氣管線摻混氫氣的特性分析[D].撫順:遼寧石油化工大學(xué)，2020.ZHOU J. Characteristic analysis of mixing hydrogen in natural gas pipeline[D]. Fushun: Liaoning Petrochemical University, 2020.

[31] ZHOU C S, FANG B, WANG J, HU S Y, YE B G, HE Y M, et al. Effect of interaction between corrosion film and H2S/CO2 partialpressure ratio on the hydrogen permeation in X80 pipeline steel[J]. Corrosion Engineering Science and Technology, 2020, 55(5): 392-399.

[32] MENG B, GU C H, ZHANG L, ZHOU C S, LI X Y, ZHAO Y Z, et al. Hydrogen effects on X80 pipeline steel in high-pressurenatural gas/hydrogen mixtures[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42: 7404-7412.

[33] 封輝，池強(qiáng)，吉玲康，李鶴，楊坤.管線鋼氫脆研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2017，29（3）：318-322.FENG H，CHI Q，JI L K，LI H，YANG K. Research and development of hydrogen embrittlement of pipeline steel[J]. CorrosionScience and Protection Technology, 2017, 29(3): 318-322.

[34] MORO I, BRIOTTET L, LEMOINE P, ANDRIEU E, BLANC C, ODEMER G. Hydrogen embrittlement susceptibility of a highstrength steel X80[J]. Materials Science and Engineering: A, 2010, 527( 27/28): 7252-7260.

[35] 張小強(qiáng)，蔣慶梅.在已建天然氣管道中添加氫氣管材適應(yīng)性分析[J].壓力容器，2015，32（10）：17-22.ZHANG X Q, JIANG Q M. Material adaptive analysis of blending hydrogen into existing nature gas pipeline[J]. Pressure VesselTechnology, 2015, 32(10): 17-22.

[36] 廖倩玉，陳志光.天然氣管道摻氫輸送安全問題研究現(xiàn)狀[J].城市燃?xì)猓?021（4）：19-26.LIAO Q, CHEN Z G. The safety research on blending hydrogen into natural gas pipeline[J]. Urban Gas, 2021 (4): 19-26.

[37] FAN Y H, CUI F, LU L, ZAHGN B.A nanotwinned austenite stainless steel with high hydrogen embrittlement resistance[J].Journal of Alloys and Compounds, 2019, 788: 1066-1075.

[38] 陳瑞，鄭津洋，徐平，開方明，劉鵬飛.金屬材料常溫高壓氫脆研究進(jìn)展[J].太陽能學(xué)報, 2008，4（4）：502-508.CHEN R, ENG J Y, XU P, KAI F M, LIU P F. Research progress of hydrogen embrittlement of metal materials at room temperatureand high pressure[J]. Journal of Solar Energy, 2008(4): 502-508.

[39] BAI Y, TIAN Y Y, GAO S, SHIBATA A, TSUJI N. Hydrogen embrittlement behaviors of ultrafine-grained 22Mn-0.6C austenitictwinning induced plasticity steel[J]. Journal of Materials Research, 2017, 32(24): 4592-4604.

[40] QU W M, GU C H, ZHENG J Y, ZHAO Y Z, HUA Z L. Effect of plastic deformation at room temperature on hydrogen diffusionof S30408[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2018: S0360319918323802.

[41] PENG H T, TENG A, ZHENG S Q, LUO B W. Investigation of hydrogen embrittlement susceptibility of X80 weld Joints bythermal simulation[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2018, 27(5): 1-11.

[42] 張體明，趙衛(wèi)民，蔣偉，王永霖，楊敏. X80 鋼焊接殘余應(yīng)力耦合接頭組織不均勻下氫擴(kuò)散的數(shù)值模擬[J].金屬學(xué)報，2019，55（2）：258-266.ZHANG T M, ZHAO W M, JIANG W, WANG Y L, YANG M. Numerical simulation of hydrogen diffusion in X80 welded joint underthe combined effect of residual stress and microstructure inhomogeneity[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2019, 55 (2): 258-266.

[43] 李云濤，杜則裕，陶勇寅，熊林玉.國產(chǎn)X70 管線鋼及其焊縫的氫致裂紋[J].焊接學(xué)報，2004（5）：104-108，134.LI Y T, DU Z Y, TAO Y Y, XIONG L Y. Hydrogen induced cracking of domestic X70 pipeline steel and its welds[J]. Journal of Welding,2004(5): 104-108,134.

[44] HUANG G, ZHENG J Y, MENG B, HUA Z L, LU Q J, LI X Y, et al. Mechanical Properties of X70 welded joint in high-pressurenatural gas/hydrogen mixtures[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 2020, 29(3).

[45] JIANG Y B, LI C N, WANG D P, LIU J C, LI Y Z, DI X J. The mutual effect of hydrogen and cyclic plastic deformation onductility degradation of X65 reeled-pipeline welded joint[J]. Materials Science and Engineering A, 2020, 791:139739.

[46] 劉德林，胡小春，何玉懷，張兵，劉昌奎，姜濤.從失效案例探討鋼制緊固件的氫脆問題[J].材料工程，2011（10）：78-83.LIU D L, HU X C, HE Y H, ZHANG B, LIU C K, JIANG T. Hydrogen brittleness fracture of steel fasteners[J]. Journal of MaterialsEngineering, 2011(10): 78-83.

[47] 王玉玲，王俊. 30CrMnSiA 螺栓失效分析[J]. 機(jī)械工程材料，2008，32（5）：71-73.WANG Y L, WANG J. Failure analysis of 30CrMnSiA bolts[J]. Materials for Mechanical Engineering, 2008, 32(5): 71-73.

[48] ZHAO H Y, WANG P, LI J. Effect of vanadium content on hydrogen embrittlement of 1 400 MPa grade high strength bolt steels[J].International Journal of Hydrogen Energy, 2021.

[49] 梅申.加氫裝置高壓控制閥的設(shè)計選擇[J].儀器儀表用戶，2014，21（6）：14-17.MEI S. High-pressure hydrogenation unit control valve design choices[J]. Instrumentation, 2014, 21(6): 14-17.

[50] 謝華，翟博，王瑞. F304 不銹鋼閥門卸壓桿斷裂原因分析[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊），2015，51（1）：73-75.XIE H, ZHAI B, WANG R. Analysis on fracture reason of pressure relief valve rod of F304 stainless steel[J]. Physical Testing andChemical Analysis (Part A: Physical Testing), 2015, 51(1): 73-75.

[51] 吳偉陽，樂精華，董霞，康世屏.高壓加氫裝置閥門的工況要求及技術(shù)分析[J].閥門，2006（6）：33-37.WU W Y, LE J H, DONG X, KANG S P. The requirements of high pressure hydrogenation device to valves[J]. Valve, 2006(6): 33-37.

[52] 李永德，李守新，楊振國，柳洋波，戎利建.氫對高強(qiáng)彈簧鋼50CrV4 超高周疲勞性能的影響[J].金屬學(xué)報，2008，44（1）：64-68.LI Y D, LI S X, YANG Z G, LIU Y B, RONG L J. Influence of hydrogen on ultrahigh cycle fatigue properties of high strength springsteel 50CrV4[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2008, 44(1): 64-68.

[53] 鄭津洋，馬凱，周偉明，胡軍，顧超華，花爭立.加氫站用高壓儲氫容器[J].壓力容器，2018，35（9）：35-42，54.ZHENG J Y, MA K, ZHOU W M, HU J, GU C H, HUA Z L. High-pressure gaseous hydrogen storage vessel for hydrogen refuelingstation[J]. Pressure Vessel Technology, 2018, 35(9): 35-42, 54.

[54] 余王偉.超低溫儲氫容器用奧氏體不銹鋼焊接接頭韌性研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，017.YU W W. Research on toughness of austenitic stainless steel welded joints for ultra-low temperature hydrogen storage vessel[D].Hangzhou: Zhejiang University of Technology, 2017.

[55] 劉賢信.大容積全多層高壓儲氫容器及氫在金屬中的富集特性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.LIU X X. Researches on large volume lavered high-pressure hydrogen vessels and hydrogen accumulation characteristics in metal[D].Hangzhou: Zhejiang University, 2012.

[56] 果沖.不同腐蝕條件下4130X 材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率研究及壽命預(yù)測[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2020.GUO C. Study on fatigue propagation rate of 4130X under different corrosion conditions and life prediction[D]. Beijing: BeijingUniversity of Technology, 2020.

[57] HUA Z L, ZHANG X, ZHENG J Y, GU C H, CUI T C, ZHAO Y Z, et al. Hydrogen-enhanced fatigue life analysis of Cr-Mo steelhigh-pressure vessels[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42.

[58] WU Z T, ZHANG K Y, ZHOU C S, ZHOU Z R, ZHANG W L, BAO F, et al. Warm deformation enhances strength and inhibitshydrogen induced fatigue crack growth in metastable 304 and 316 austenitic stainless steels[J]. Materials Science and Engineering A,2021, 818: 141415.

[59] 張鑫.高壓儲氫氣瓶用4130X 鋼氫脆試驗(yàn)研究及裂紋容限評定[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.ZHANG X. Experimental study on hydrogen embrittlement of 4130X for application of high pressure hydrogen storage and safetyassessment of crack tolerance[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2016.

[60] SOMERDAYB P. Technical reference on hydrogen compatibility of materials-low-alloy ferritic steels: Tempered Fe-Cr-Mo alloys1211 [R]. California USA, Sandia National Laboratories, 2005:1-14.

[61] HUA Z L, ZHANG X, ZHENG J Y, GU C H, CUI T C, ZHAO Y Z, et al. Hydrogen-enhanced fatigue life analysis of Cr-Mo steelhigh-pressure vessels[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, 42(16): 12005-12014.

[62] MA K, PENG W Z, ZHENG J Y, GU C H, ZHANG R M, LIU Y Y, et al. Study on fracture strain of Cr-Mo steel in high pressure hydrogen[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2021, 46(61): 31501-31509.

[63] LI X G, GONG B M, DENG C V, LI Y Z. Failure mechanism transition of hydrogen embrittlement in AISI 304 K-TIG weld metalunder tensile loading[J]. Corrosion Science, 2018, 130:241-251.

[64] FAN Y H, ZHANG B, WANG J Q, HAN E H, KE W. Effect of grain refinement on the hydrogen embrittlement of 304 austeniticstainless steel[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2019, 35(10): 2213-2219.

[65] MICHLER T, BERRETH K, NAUMANN J, SATTLE E. Analysis of martensitic transformation in 304 type stainless steels tensiletested in high pressure hydrogen atmosphere by means of XRD and magnetic induction[J]. International Journal of Hydrogen Energy,2012, 37: 3567-3572.

[66] HU H L, ZHAO M J, CHEN S H, RONG L J. Effect of grain boundary character distribution on hydrogen embrittlement in Fe-Ni based alloy[J]. Materials Science and Engineering: A, 2020, 780:139201-.

[67] LI L F, SONG B, CAI Z Y, LIU Z, CUI X K. Effect of vanadium content on hydrogen diffusion behaviors and hydrogen inducedductility loss of X80 pipeline steel[J]. Materials Science and Engineering A, 2018, 742.

[68] 徐如輝.城市加氫站布局規(guī)劃及其安全評價研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2019.XU R H. Study on the layout planning and safety evaluation of urban hydrogen refueling station[D]. Jinan: Shandong JianzhuUniversity, 2019.

[69] SHI R J, WANG Z D, QIAO L J, PANG X L. Effect of in-situ nanoparticles on the mechanical properties and hydrogenembrittlement of high-strength steel[J]. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials, 2021, 28(4): 664.

[70] 陳石義，龍海洋，李天雷，廖勇，劉武.天然氣管道摻氫探討[J].天然氣與石油，2020，38（6）：22-26.CHEN S Y, LONG H Y, LI T L, LIAO Y, LIU W. Discussion on blending hydrogen into natural gas pipeline networks[J]. Natural Gasand Oil, 2020, 38(6): 22-26.

[71] WOJTOWICZ R. An analysis of the effects of hydrogen addition to natural gas on the work of gas appliances[J]. Nafta-Gaz,2019(8):465-473.

[72] TOMMY I. HyDeploy: The UK’s First Hydrogen Blending Deployment Project[J]. Clean Energy, 2019, 3(2): 114-115.