高压氢气管道氢脆问题明晰_程玉峰.pdf

1Frontier&Overview|前沿与综述2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期网络出版时间：2022-11-24T10:36:49网络出版地址：http:/ 4，表 2，参 24）关键词：氢气管道；氢脆；氢致开裂；“阴极氢”；“气态氢”；掺氢输送中图分类号：TE832 文献标识码：A文章编号：1000-8241（2023）01-0001-08 DOI：10.6047/j.issn.1000-8241.2023.01.001Essence and gap analysis for hydrogen embrittlement of pipelines in high-pressure hydrogen environmentsCHENG YufengDepartment of Mechanical Engineering,University of Calgary,CanadaAbstract:Pipelines,especially the existing natural gas pipelines,are integral to the entire value chain of the full-scale hydrogen economy,contributing to accelerated energy transition.However,hydrogen embrittlement potentially occurring on pipelines threatens the pipeline operating safety and constrains the development of hydrogen pipeline industry.In this work,the scientific meaning of hydrogen embrittlement was explained,along with the conditions,steps and mechanisms for hydrogen embrittlement occurrence,while many confusions and misunderstandings were clarified and corrected.Particularly,the differences between hydrogen embrittlement in“aqueous”environments and the hydrogen embrittlement in“gaseous”environments were distinguished.Besides,the unique characteristics and the technical challenges of hydrogen embrittlement of pipelines were summarized.Based on the latest research achievements and personal academic communication experience in high-pressure gaseous hydrogen embrittlement,the gaps existing in both scientific and technical aspects for hydrogen embrittlement of pipelines were identified,so as to provide technical support to the safe operation of pipeline for hydrogen transport in blending form.(4 Figures,2 Tables,24 References)Key words:hydrogen pipelines,hydrogen embrittlement,hydrogen-induced cracking,“cathodic hydrogen”,“gaseous hydrogen”,hydrogen transport in blending form利用现有天然气管道输送氢气是发展规模氢能经济与加速实现能源转型的重要战略，在北美、欧洲及亚洲，许多国家及地区的氢能战略和发展白皮书均明确地指出了这一点1-5。氢气（H2）与天然气（主要组分为 CH4，还含有其他碳氢化合物以及 N2、CO2、H2S、水蒸气等）相比，具有显著不同的物理化学性质6-7，使得用于天然气管道完整性管理的各种技术无法保障输氢管道的安全。目前，在影响天然气管道掺氢输送的各种技术挑战中，管材（即管线钢）与高压氢气环境在管道运行工况条件下的兼容性是最受关注的话题。如果该问题不能得到清楚了解与彻底解决，利用管道输氢则不具有可持续性；同时，氢气管道引文：程玉峰.高压氢气管道氢脆问题明晰J.油气储运，2023，42（1）：1-8.CHENG Yufeng.Essence and gap analysis for hydrogen embrittlement of pipelines in high-pressure hydrogen environmentsJ.Oil&Gas Storage and Transportation,2023,42(1):1-前沿与综述|Frontier&Overview2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期一旦失效发生开裂，后果将是非常严重的。管道在高压氢气环境中的安全与可靠性绕不开管线钢的氢脆现象（或称失效机制）。在过去一年中，输氢管道氢脆是一个国际性的热门话题。2022 年受邀在中国、加拿大、美国、英国、比利时、斯洛伐克、阿联酋等进行了 18 场针对该主题的专题报告，在与数十个国家的学者、专家交流中发现，目前行业内对“管道氢脆”普遍存在着概念不清、认识不到位、研究测试方法不合理、对其发生条件不了解等诸多问题，有些报告或论文的结果相互矛盾，一些内容或观点甚至是错误的。结合最新技术进展、文献调研以及亲身的学术交流经验，力图对管道氢脆给出全面、清晰、正确的认识，详细阐述了管线钢氢脆发生的具体步骤，剖析了“气态环境氢脆”与“液态环境氢脆”的本质区别，厘清了管道氢脆的独特性与技术挑战，明确指出在管道氢脆领域存在的急需解决的技术难题，并探讨了保障天然气管道掺氢输送安全的技术发展路径。1什么是氢脆？氢脆是描述氢原子与金属相互作用而导致金属失效现象的总称，氢脆这个名称（或现象）涵盖多种金属失效模式。需要注意的是，“氢脆”中的氢指的是氢原子，而非氢分子。金属氢脆的最重要的失效模式是氢致开裂（Hydrogen-induced Cracking，HIC）8。当氢原子进入金属并发生局部富集，使得该处的氢原子浓度超过某一临界值，在外加应力（甚至无外加应力）作用下，引发裂纹并扩展，导致金属断裂。HIC 可以发生于金属表面，也可以发生在金属内部。由于裂纹扩展速率快，HIC 往往在被发现之前就引起了金属结构的断裂，因此危害性极大，这也就是为什么往往将氢脆直接理解为 HIC 的主要原因。金 属 氢 脆 导 致 的 第 2 种 失 效 模 式 是 氢 鼓 泡（Hydrogen Blistering）9。进入金属的氢原子在局部位置聚集后，可以复合成为气态 H2分子，增大局部压力。随着大量的 H2分子气泡产生，局部压力显著升高。当 H2分子气泡聚集在金属内侧表面，且金属的强度较低、韧性较高时，金属外表面会产生鼓泡。需要指出的是，如果 H2分子气泡产生于金属内部或金属具有较高的强度与较低的韧性，则 H2气泡也会引发裂纹，导致金属发生 HIC。氢脆的第 3 种失效模式是金属机械性能下降，明显表现在应力-应变曲线测量结果中的延伸率降低，断裂韧性下降10。由于些微的氢原子含量即可导致金属韧性下降与塑性降低，而 HIC、氢鼓泡的发生需要氢原子浓度达到某一临界值，因此，金属机械性能下降是最普遍的氢脆失效模式。2管道氢致开裂过程与机理 管道氢致开裂发生过程包括 6 个步骤（图 1）11，分别为氢原子产生、氢原子吸附在管线钢外表面、氢原子被吸收进入管线钢内表面、氢原子在钢中晶格点阵中扩散、氢原子的局部聚集以及氢致裂纹的引发。2.1氢原子产生氢原子产生的来源多种多样，如电镀、热处理、酸洗、焊接、腐蚀、高压氢气储运等均能够产生氢原子，从而导致氢脆发生。对于输氢管道内部环境而言，氢原子的产生来自于 H2分子的解离。H2分子发生解离有两种可能的机制，即自发解离与吸附解离。研究证明，在管道运行条件下，H2分子自发解离反应生成氢原子的 Gibbs 自由能变化是正值，在热力学上是不可能发生的12。然而，H2分子在管线钢特定位点发生吸附解离的 Gibbs 自由能变化是负值，也就是说，在管道运行的温度、压力、掺氢比等条件下，H2分子可以通过吸附解离生成氢原子12。这一研究成果针对输氢管道在正常运行条件下是否能够产生氢原子从而导致管道氢脆的问题，给出了明确的答案。2.2氢原子在管线钢外表面的吸附氢原子产生后，在管线钢表面的吸附不是随意发生的，关于这一点，目前的研究论文与学术报告基本上均未给出明确的说明。管线钢晶体结构包括多种不同图 1管道氢致开裂发生过程的 6 个步骤示意图Fig.1Schematic diagram of the six steps for hydrogen-induced cracking of Frontier&Overview|前沿与综述位向的晶面，而不同晶面上的氢原子吸附能存在显著的差异。在不考虑晶界、位错露头点等金属缺陷的情况下，一般来说，低指数晶面，如 Fe（100）晶面，具有较低的表面能和氢吸附能，氢原子会发生优先吸附，而高指数晶面发生氢原子吸附所需要克服的能垒较高。在同一晶面上的不同位置，氢原子的吸附也具有些微的差异，这决定了氢原子吸附后的稳定性。研究表明，在Fe（100）晶面上有 3 个位置可以发生氢原子的吸附，分别为 Fe 原子上端、FeFe 原子间 2 折交叉桥站点、FeFe 原子间 4 折空心位点，其中 2 折交叉桥站点具有最负的氢原子吸附能，是管线钢表面最稳定的氢原子吸附位点12。2.3氢原子在管线钢内表面的吸收渗透进入管线钢内表面的氢原子，在不考虑金属缺陷的情况下，由于其尺寸较小，通常会存在于晶体点阵的间隙处。相对于八面体间隙而言，四面体间隙对于氢原子具有较低的吸收能垒，因此成为稳定的氢原子聚集处12。对于包括管线钢在内的金属而言，氢原子在各个四面体间隙具有一定的溶解度，也就是说，当聚集于四面体间隙的氢原子浓度达到该溶解度之前，氢原子不会使金属发生明显的脆化。因此，当氢原子均匀分布于晶体点阵的四面体间隙中，使得金属内部各处的氢原子浓度均处于低位时，就能够有效防止氢脆发生。2.4氢原子在管线钢中扩散氢原子的尺寸远小于 Fe 原子，同时氢原子与四面体间隙的结合能较低，在正常情况下，氢原子能够在晶格点阵中自由扩散。需要指出的是，自由扩散的氢原子是导致金属（包括管线钢）发生脆化的直接原因。2.5氢原子被管线钢中金属缺陷捕获管线钢与其他金属相同，含有各种类型的冶金缺陷，如位错、晶界、相界、夹杂物、二次相颗粒等。各类缺陷通常具有比晶格点阵更高的氢结合能，使得氢原子在缺陷处发生局部聚集，因此，这些缺陷也被称为“氢陷阱”。根据氢原子结合能的高低，氢陷阱分为可逆型与不可逆型两种13（表 1，其中 1 eV1.610-19 J）。可逆型氢陷阱的氢结合能较低，被捕获的氢原子在室温下能够脱离氢陷阱而进入晶格点阵，位错、小角度晶界属于可逆氢陷阱。不可逆氢陷阱的氢结合能较高，在室温下氢原子不能脱离陷阱的捕获，如非金属夹杂物、二次相等均为不可逆氢陷阱。2.6氢致裂纹的引发当氢陷阱处集聚的氢原子浓度达到临界值时，将会引发氢致裂纹，有以下 3 个重要的知识点需要厘清。（1）裂纹引发的临界氢原子浓度与局部应力状态密切相关，当局部应力集中较高时，引发裂纹的临界氢原子浓度会降低；反之，随着应力降低，引发裂纹的临界氢原子浓度则增高。（2）目前，已有多个机理或模型解释氢致裂纹引发现象，其中较为普遍的有 3 种机理13-14。氢压理论：氢陷阱处集聚的氢原子复合生成气态 H2分子，随着H2分子数量的增加，局部压力增大。如果管线钢的韧性较大，将会产生氢鼓泡；如果管线钢的强度较高而韧性较低，则会在高压下引发裂纹。氢致解理理论：局部聚集的氢原子会降低 FeFe 原子间的键合力，当外加应力超过 FeFe 原子间键合力时，会导致裂纹产生，这种机理通常会产生脆性断裂。氢增强局部塑性理论：氢原子与位错结合，可降低位错运动的弹性应变能垒，从而增强位错的运动性，在较低的应力下则会导致位错滑移及管线钢开裂，这种机理一般会产生韧性断裂，并伴随着钢的软化现象发生。（3）局部聚集在不可逆氢陷阱处的氢原子能够提高管线钢的氢溶解度，限制氢原子向高应力区的扩散，降低钢的氢脆敏感性。但是，如果聚集在不可逆氢陷阱处的氢原子达到临界浓度以上，也可以引发氢致裂纹。在晶格点阵中自由扩散的氢原子以及能够脱离可逆氢陷阱的氢原子可以自由扩散到高应力区，导致管线钢引发裂纹。3气态环境氢脆与液态环境氢脆的区别 金属的氢脆是一个老问题，即使管线钢的氢脆已在过去数十年中得到了广泛研究。在大量已发表与报表 1管线钢中主要的氢陷阱类型及其结合能表Table 1Main hydrogen traps contained in steel and their hydrogen-binding energies氢陷阱氢原子结合能/eV氢陷阱类型位错0.250.31可逆型间隙溶质原子0.130.27晶界（小角度）0.27晶界（大角度）0.550.61不可逆型二次相颗粒0.80.98Al2O3夹杂物0.82MnS 夹杂物0.75程玉峰：高压氢气管道氢脆问题明晰前沿与综述|Frontier&Overview2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期道的研究结果中，超过 95（甚至更高比例）的研究工作均是在液体环境中进行，氢原子的产生基于电化学阴极还原反应，是所谓的“阴极氢”，其包括腐蚀、阴极过保护、电化学充氢等过程。但氢气管道氢脆是在高压气相环境中发生的，其氢原子的产生机理是 H2分子在管线钢表面发生的吸附解离，是所谓的“气态氢”。尽管“阴极氢”与“气态氢”导致管线钢氢脆的步骤与机理相同，但二者之间在图 1 的前 3 个步骤（即氢原子的产生、吸附、吸收）中存在着本质区别，这使得大部分文献报道中的相关结果不能直接用于研究氢气管道的氢脆现象。“气态氢”与“阴极氢”之间在氢原子浓度、氢原子吸附与吸收过程、充氢测试结果、充氢数据拟合分析4 个方面存在区别（表 2）。（1）通常由气态 H2分子解离产生的氢原子浓度是非常有限的，在管道实际运行条件（包括温度、压力、掺氢比等）下，H2分子分解生成氢原子的能垒非常高，只有当 H2分子吸附在管线钢特定位点或金属缺陷处时，才有可能发生解离反应。同时，目前尚无可靠的模型能够估算在给定管道运行条件下产生的氢原子浓度。从目前一些报道的气态充氢结果可见，经过一到数月的时间，在高压气态环境中进入管线钢中的氢原子浓度仅不到 0.000 0415。然而，阴极反应产生的氢原子数量通常是非常可观的，尤其是电化学阴极极化充氢方法，其氢原子浓度可以根据需要方便地通过调节阴极电流密度或电位进行控制。两种氢原子浓度的显著差异直接导致不同的氢原子吸附与吸收过程。（2）“气态氢”原子由管线钢外表面进入内表面的吸附/吸收过程是可逆的，吸附氢原子进入管线钢内壁后会导致一定的点阵畸变，在管壁内外不存在很高的氢原子浓度梯度情况下，氢原子的吸收过程甚至比吸附解离过程更加困难。因此，吸收进入管线钢的氢原子仍然有可能离开管线钢而成为吸附在钢外表面的氢原子。然而，这种可逆性在“阴极氢”的情况下是不存在的，其原因在于氢原子在管线钢内外壁之间存在很高的浓度梯度，这是导致氢原子进入管线钢内壁的主要驱动力，因此，“阴极氢”的吸附与吸收过程通常是单向的。（3）电化学阴极充氢已经发展成为国际标准的测试方法。在双电解池充氢装置中，一侧“自由腐蚀”或阴极极化充氢、另一侧氧化测氢的技术也已得到普遍使用，其测量结果（即电化学充氢电流密度随时间变化）在相应控制条件下可以得到稳定、可靠的数据，重现性非常好。然而，气态充氢目前仍未建立起标准方法，已有的一些报道各自使用不同的技术，得到的结果也各不相同，有些甚至互相矛盾。如有报道指出，采用双电池的一侧高压气态充氢而另一侧氧化测氢，几个小时即可得“稳定的充氢电流密度”16。该方法的主要问题在于，测氢端得到的电流密度可能不是氢原子的氧化电流，极可能是钢样品的氧化电流。同时，也有报道发现，经过一个月的 10 MPa 高压气态充氢，只有非常低含量（不到 0.000 03）的氢原子渗透进入管线钢16。在一次国际会议上，有报告指出，在经过 6 个月的高压氢气暴露试验后，仍未发现任何氢原子进入管线钢的明显证据。这些巨大差别很可能是由于 H2分子发生解离反应的动力学规律尚未建立起来，还不具备定量化控制分析 H2分子解离生成氢原子的能力。此外，管线钢样品的表面状态对氢原子生成具有决定性影响，这方面的认识也还不全面。显然，“气态氢”的渗透测试技术仍有待于进一步发展，这是目前开展管道气态氢脆研究的一个主要不足，亟需早日解决。（4）电化学阴极充氢试验获得的数据可以进行数值分析与模型拟合，得出管线钢的氢渗透参数，包括点阵氢原子扩散系数、钢样品内壁氢原子浓度、氢原子渗透通量、管线钢中氢陷阱密度等，目前已经成熟的数据拟合模型包括恒浓度模型与恒通量模型17。对于“气态氢”而言，由于标准的充氢测试方法尚未建立，氢渗透数据的数值模型也未得到发展，这就使得对目前报道的一些气态充氢结果不能进行有效地分析。因此，发展精确、可靠的数值模型与建立标准的气态充氢方法，是进行气态环境中氢脆研究的关键。4输氢管道氢脆的独特性 管道氢脆研究与采用管线钢试样进行氢脆研究具有本质的不同，只有根据管道发生氢脆的特殊条件，才表 2“气态氢”与“阴极氢”之间的主要区别统计表Table 2Major differences between“gaseous hydrogen”and“cathodic hydrogen”氢原子来源氢原子浓度氢原子吸附与吸收过程充氢测试结果充氢数据拟合分析“气态氢”非常有限可逆结果分散，甚至互相矛盾不存在数值模型“阴极氢”大单向重现性高恒浓度模型、恒通量模型Frontier&Overview|前沿与综述能得到保障氢气管道安全运行的有效结果。4.1管道表面缺陷处氢致开裂敏感性利用现有的分布广泛的天然气管道进行氢气/天然气混输，不仅可以充分利用已有的管道装备、长期积累的丰富的管道运行经验以及大量具有专业技能的工程技术人员，而且能够大大加速能源转换效率。在对老化的管道进行输氢改造之前，需注意的是，这些现场服役数十年的天然气管道，其管体不可避免地存在各种表面缺陷，如腐蚀、凹痕、擦划等。这些缺陷如果能够通过各种类别的缺陷评估标准，则管道无需进行维修即可继续运行。然而，这些缺陷对于渗透进入管线钢的氢原子而言，则是典型的氢陷阱。因此，现有的天然气管道中不仅存在各种属于管线钢冶金结构方面的氢陷阱，还存在导致氢原子聚集的表面缺陷陷阱。这些陷阱在捕获一定浓度的氢原子后，在管道内压产生的环向应力以及轴向的辅助应力等作用下，也可能成为引发氢致裂纹的地方。很显然，相对于新建管道而言，服役多年的“老”管道在氢气输送时存在额外的引发氢致开裂的因素。研究表明，当管道表面存在一个机械凹痕时，进入管线钢的氢原子会向凹痕处扩散并发生局部聚集，氢原子扩散的驱动力是凹痕处的局部应力与应变集中。以图 2 中某一典型的位于管道外表面的非限制型机械凹痕、凹痕处的应力集中18-19和某 X52 钢管（内压10 MPa、壁厚 12.7 mm、外径 406.4 mm）含有一个半球形凹痕（直径为 100 mm、深度为管道外径的 3）的氢原子分布11为例，可见氢原子主要集中于凹痕两侧沿径向方向且距凹痕中心约 100 mm 处。此外，氢原子的局部浓度随着凹痕深度增加而增大，但内压改变对局部平衡应力、应变、氢原子浓度的影响不大。图 2某一典型的位于管道外表面非限制型机械凹痕、凹痕处的应力集中以及氢原子在凹痕处的分布图Fig.2A typical unconstrained dent present on pipe surface,hoop and axial strain concentrations at the dent,and distribution of hydrogen atoms at the dent（a）管道外表面非限制型机械凹痕实物图（b）凹痕处环向与轴向应变云图（c）氢原子在凹痕处分布云图程玉峰：高压氢气管道氢脆问题明晰与机械凹痕不同，腐蚀是一种金属损失，能够降低管道的承压能力，而且腐蚀缺陷的生长是一个随时间不断变化的动态过程，这些特征都会显著影响缺陷处局部应力与应变集中、氢原子的分布。以图 3 中某图 3某一典型的管道外表面腐蚀坑和 X52 钢管在不同轴向拉伸应变作用下内、外腐蚀缺陷处的氢原子分布云图Fig.3Typical corrosion defects present on the pipe surface,and the distributions of hydrogen atoms at internal and external corrosion defects on an X52 steel pipe under various axial tensile strains（a）管道外表面腐蚀坑实物图（b）内腐蚀缺陷处氢原子分布云图（c）外腐蚀缺陷处氢原子分布云图前沿与综述|Frontier&Overview2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期一典型的管道外表面腐蚀坑（图 3a）和某 X52 钢管在不同轴向拉伸应变作用下的内、外腐蚀缺陷处的氢原子分布（图 3b、图 3c）11为例，随着轴向拉伸应变增大，氢原子在腐蚀缺陷处的聚集浓度增加。当腐蚀缺陷在管道内壁时，最大的氢原子浓度位于缺陷位置相对应的管道外表面；当腐蚀缺陷在管道外壁时，最大的氢原子浓度位于缺陷底部的管体中。这些结果可以为确定管道氢致裂纹的位置提供科学依据，进一步的研究还表明，随着腐蚀缺陷长度减小、深度增大，局部聚集的氢原子浓度增加。同时，在相同几何形状与尺寸条件下，内腐蚀缺陷对氢原子聚集的影响比外腐蚀缺陷更明显。4.2多种气体在掺氢管道内表面的竞争吸附利用在役天然气管道掺氢输送时，管道内流体通常包括多种气体，除了氢气、甲烷以外，还包括氧气、CO2、SO2、水蒸气等。甲烷以及这些杂质气体均会影响氢分子的吸附解离，从而改变管道发生氢脆的敏感性。Sun 等20最新研究表明，在管道运行条件下，甲烷气体在管线钢大角度晶界于管道内表面的露头处发生吸附解离的自由能变为负值，即具备热力学可行性。同时，甲烷分子的吸附会对 H2分子的吸附产生巨大影响。根据 FeH 键在甲烷吸附前、后状态电子密度分析结果（图 4）可见：有预先吸附的CH3时，FeH键交互峰强度为 0.58 电子/eV；没有预先吸附的CH3时，FeH 键交互峰强度为 0.63 电子/eV。因此，甲烷分子的吸附能够通过影响 Fe 原子与氢原子的交合作用，从而降低氢原子的吸附稳定性。图 4FeH 键在甲烷吸附前后部分状态电子密度分析对比图Fig.4Partial density of states of FeH bond in the absence and presence of pre-adsorbedCH3（a）吸附前（b）吸附后除了甲烷分子能够与 H2分子在管线钢表面发生竞争吸附外，其他杂质气体（如氧气）也具有表面阻挡效应，从而抑制氢分子在管线钢的吸附解离，降低管道氢脆敏感性21。CO2、SO2等其他杂质气体的影响尚未开展系统的研究。此外，水蒸气的影响比较特殊：一方面，水蒸气与其他气体一样可以吸附在管线钢表面，与氢气分子发生竞争吸附，从而抑制至少降低氢的吸附解离；另一方面，当水蒸气凝结在管壁后，由于管道内外温差的存在（较之管外土壤温度，通常管内气体温度更高），管线钢内表面会产生一层薄水膜，但输送气体中的 CO2或 H2S 气体溶入水膜后，则产生了具有较低 pH 值、较强腐蚀性的电解质薄液膜。已有的研究22表明，管线钢在该薄液膜下会发生严重的腐蚀，同时，阴极析氢反应会产生氢原子进入管线钢，将大大提高管道的氢脆敏感性。值得注意的是，在酸性液膜下阴极析氢的氢原子浓度通常会显著高于 H2分子吸附解离产生的“气态氢”，因此，管道氢脆的敏感性将会增大。各种杂质气体在管线钢表面与 H2分子的竞争吸附动力学，是目前尚未解决的科学问题。4.3氢与疲劳的交互作用天然气管道的压力波动是影响其应力腐蚀开裂的主要因素之一23。实际上，气体管道都不可避免会受到内压波动，使得疲劳成为一种潜在的失效机制，对于氢气管道也是如此。氢原子在管线钢的吸附/吸收与疲劳应力存在交互作用。研究表明，在交变应力作用下，当交变频率增加（即循环应力变化加快）时，氢原子渗透电流密度降低，意味着更多进入管线钢的氢原子能够聚集于钢内部21。另一方面，当管线钢中含有氢原子时，疲劳裂纹生长速率明显增加，从而大大缩短管道的残余寿命24。对于输氢管道而言，目前尚无成熟、可靠的预测模型能够定量地确定疲劳应力对于引发氢致裂纹的门槛氢原子浓度的影响。当前国际上一个研究热点方向是发展数值模型及模拟方法，用于定量确定氢原子与疲劳应力的相互影响，从而预测输氢管道在运行条件（尤其是压力波动情况）下的服役寿命。Frontier&Overview|前沿与综述5结束语 运用管道输氢能够加速发展规模氢能经济，早日实现能源转型，但氢脆会严重影响管道运行安全，制约氢气管道发展，这在利用已建天然气管道进行掺氢输送时尤为重要。目前，在气态氢气环境中的氢脆研究领域，不仅存在基础知识的普及不足问题，也有非常多的科学与技术难题困扰着管道领域的科学家与工程技术专家，这也对管道工业界输送高压氢气的信心产生了影响。此外，大力发展氢气管道技术已成为国际共识，使用管道高效输氢正日益成为一种趋势。氢气管道的发展需要多学科、多领域合作，在解决科学与技术问题的基础上，尽快制定国际标准与规范将能为普及管道输氢技术做出巨大贡献。参考文献：1 European Commission.A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe:COM(2020)301R.Brussel:European Union,2020.2 Office of Fossil Energy.Hydrogen strategy enabling a low-carbon economyR.Washington,D.C.:United States Department of Energy,2020.3 Natural Resources Canada.Hydrogen strategy for Canada:seizing the opportunities for hydrogen:a call to actionM.Ottawa:Natural Resources Canada,2020:40-42.4 Alberta Ministry of Energy.Alberta hydrogen roadmapM.Edmonton:Government of Alberta,2021:21-23.5 International Energy Agency.The future of hydrogen:seizing todays opportunitiesR.Paris:IEA,2019.6 GODULA-JOPEK A,STOLTEN D.Hydrogen production by electrolysisM.Weinheim:Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,2015:2-4.7 GODULA-JOPEK A,JEHLE W,WELLNITZ J.Hydrogen storage technologies:new materials,transport and infrastructureM.Weinheim:WileyVCH Verlag GmbH&Co.KGaA,2012:11-14.8 程玉峰，孙颖昊，张引弟.氢气管道发展与管线钢氢脆挑战J.长江大学学报（自然科学版），2022，19（1）：54-69.DOI：10.3969/j.issn.1673-1409.2022.01.006.CHENG Y F,SUN Y H,ZHANG Y D.Development of hydrogen pipelines and hydrogen embrittlement challenges of pipeline steelJ.Journal of Yangtze University(Natural Science Edition),2022,19(1):54-69.9 OHAERI E,EDUOK U,SZPUNAR J.Hydrogen related degradation in pipeline steel:a reviewJ.International Journal of Hydrogen Energy,2018,43(31):14584-14617.DOI:10.1016/j.ijhydene.2018.06.064.10 CAZENAVE P,JIMENEZ K,GAO M,MONETA A,HRYCIUK P.Hydrogen assisted cracking driven by cathodic protection operated at near-1 200 mV CSEan onshore natural gas pipeline failureJ.Journal of Pipeline Science and Engineering,2021,1(1):100-121.DOI:10.1016/j.jpse.2021.02.002.11 CHENG Y F.Hydrogen transport in aged pipelines II.Technical assessment of the susceptibility to hydrogen embrittlementC.Calgary:AMPP/ASM International Calgary Chapter Luncheon,Canada,2022:8.12 SUN Y H,CHENG Y F.Thermodynamics of spontaneous dissociation and dissociative adsorption of hydrogen molecules and hydrogen atom adsorption and absorption on steel under pipelining conditionsJ.International Journal of Hydrogen Energy,2021,46(69):34469-34486.DOI:10.1016/j.ijhydene.2021.07.217.13 SUN Y H,CHENG Y F.Hydrogen-induced degradation of high-strength steel pipeline welds:a critical reviewJ.Engineering Failure 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期开放科学（资源服务）标识码（OSID）：基金项目：加拿大自然科学与工程基金委员会国际合作基金项目“氢与疲劳协同作用对输氢管道完整性影响”，ALLRP 576824-22。作者简介：程玉峰，男，1969 年生，欧盟科学院院士，管道工程领域加拿大首席科学家，加拿大杰出材料科学家，卡尔加里大学终身教授，2000 年博士毕业于加拿大阿尔伯塔大学材料工程专业，现主要从事油气田及管道腐蚀防护、氢气管道技术、管道服役安全评估与失效预测研究工作。地址：2500 University Drive NW，Department of Mechanical Engineering，University of Calgary，Calgary，Alberta，Canada，T2N 1N4。电话：[phone]。Email：fchengucalgary.caReview and analysis of pipeline leak detection methods本文发表于 Journal of Pipeline Science and Engineering 2022 年第 2 卷第 4 期，是主编特约稿件，通信作者为美国 Texas A&M 大学过程安全中心主任及美国能源部海洋能源安全研究所主任 Faisal Khan 教授。作者信息：Naga Venkata Saidileep Korlapatia,c,Faisal Khana,b,Quddus Noora,Saadat Mirzac,Sreeram Vaddirajua,ba.Mary Kay O Connor Process Safety Center,Texas A&M University System,Colle