在役天然气管道掺氢应力腐蚀开裂研究进展及展望

张军，王财林，张慧敏，徐修赛，杨佩勋，李玉星（中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院）

摘要：【目的】全球氢能需求正大幅增长，对氢气输送技术提出了新要求。在现有技术路径中，利用已建成的天然气管道开展掺氢输送，是一种兼具经济性与高效性的解决方案。但该输送方式也面临诸多挑战，尤其在复杂腐蚀环境中，管道易出现应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）风险。通过研究氢-腐蚀-应力耦合作用下管道的 SCC行为，可为掺氢天然气管道的安全评估与防护提供理论依据及实践指导。【方法】阐述了应力腐蚀的阳极溶解机理（包括氧化膜开裂、滑移溶解、膜致脆断等），探讨氢致开裂机理，并分析了材料因素（元素含量、夹杂物、微观结构等）、环境因素（温度、外加电位、腐蚀介质、pH 值等）、应力因素（残余应力、膜致应力等）及气态氢对管道 SCC 行为的影响规律。【结果】氢的掺入会降低管道材料韧性，显著加剧管道 SCC 风险。材料的微观组织、加工工艺及力学性能均会影响其氢脆敏感性：含碳量增加会提升材料脆性，晶界碳化物的存在则会加速SCC进程；温度、外加电位及腐蚀介质的变化对管道 SCC 敏感性的影响无统一规律，需结合管道材料特性开展多因素耦合分析；在应力层面，残余应力与膜致应力在氢-腐蚀-应力的共同作用下，会显著促进裂纹形核与扩展，进而加速管道发生SCC。【结论】当前在掺氢天然气管道SCC风险评估与管理方面的研究存在不足，尤其在掺氢比确定、安全性评估、相关技术工艺优化等领域。未来需重点关注氢能管道输送技术的核心问题，主要包括管材相容性验证、管道寿命预测、氢能管道输送技术标准体系的建立与完善等，可为在役天然气管道掺氢输送提供更有力的保障，推动氢能大规模应用。

关键词：掺氢天然气；管道；应力腐蚀开裂；阳极溶解；氢致开裂