原《天然气化工—C1化学与化工》，经国家新闻出版署批复更名为《低碳化学与化工》。
滕霖，福州大学化工学院副教授，硕士生导师，现任油气储运系主任，入选福建省高层次人才C类。近年来主持/参与国家自然科学基金、福建省基金等科研项目10余项，在AIChE J、Chem Eng Sci、Ind Eng Chem Res、Energy等高水平化工与能源领域期刊上发表论文50余篇，申请发明专利14件，参编高等院校石油天然气类规划教材1部。获中国石化联合会科学技术进步一等奖1项及山东省优秀博士论文。担任《低碳化学与化工》青年编委、中国石油学会石油储运专业委员会青年工作部委员、中国能源学会碳中和专委会委员。
尹鹏博（1991—），博士，副研究员，研究方向为新能源储运，E-mail：
（福州大学 化工学院 化肥催化剂国家工程研究中心 清源创新实验室，福建 福州 350108）
摘 要 管道运输是液氨最为经济的长距离输送方式，液氨管道输送标准化是保障管道规范建设、运营和维护的重要环节，而国内现行标准中有关液氨管道输送技术的信息较少。为此，系统分析了国内外液氨管道建设现状和现行液氨管道输送技术标准，重点探讨了有关标准中输送工艺、线路、管道（管道附件、支撑件）设计和输氨站等方面规定的异同点，并给出了适用性建议。对于液氨管道质量发展要求、介质流速、管材选择、腐蚀裕量和站场防护设施等方面可分别参照GB/T 536、GB 50253、SY/T 7629、SH/T 3074和美国ASME B31.4等标准执行。对于液氨管道的埋地管道净距、地区等级规划区分、截断阀室最大间距、站场防火间距和站场安全泄放等方面可参考规定相对严格的油气管道有关标准法规（GB 51142、GB50253、GB50160和美国29 CFR1910.111等）执行。考虑到液氨的毒性、扩散特征和防控措施与油气存在一定差别，建议开展液氨泄漏扩散和安全泄放风险评估及预测的研究，对适用于液氨场景的间距取值及规定开展进一步论证。
双碳背景下，绿氨被视为一种高效清洁的绿色燃料 [ 1-3]。氨能不仅是重要的零碳能源，也是良好的氢能载体。目前，澳大利亚、日本和韩国等均在积极开展氨能产业布局 [ 4-5]。能预见，氨的储运将会成为研究热点。氨普遍以液态形式运输 [5]，液氨长距离输送最为经济的方式为管道运输 [6]。液氨管道的设计、建设、运行和维护离不开相关法规和标准的制定。有关标准对液氨管道的强度设计、材质要求和安全防护等进行规定，能保证液氨管道的安全性和可靠性。但是，目前国内尚未形成完善的液氨管道输送技术标准，难以支撑液氨管道规范建设、运营和维护。因此，开展国内外液氨管道输送技术标准的调研分析，对液氨管道的标准化工作具备极其重大意义。
已有学者对液氨管道输送技术标准做了研究，但其中体系化的研究较少。王兵兵等 [7]和薛一萌 [8]根据危险化学品罐区的安全设计的基本要求，对比了《石油化学工业企业设计防火标准》（GB50160—2008）与《关于逐步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》（安监总管三 [2013] 76号），提出了液氨罐区内管道的布置原则。罗志斌等 [9]调研了国外成熟液氨管道输送体系，认为可以围绕氨燃料生产、储运、加注和利用等环节，加快建立完善的氨能源标准体系。雍瑞生等 [3]总结了氨能应用价值、应用现状和产业高质量发展态势，建议政府加快完善氨能安全标准体系。刘伟等 [10]调研了国际自动化学会（ISA）和美国材料与试验协会（ASTM）等发布的氨燃料标准，结合国内氨能法规标准空白的现状，认为液氨储存和运输标准研究应围绕管路附件设计、材料性能要求和设备低温防护等方面开展。
本文介绍国内外液氨管道和管道输送技术标准的发展概况，对现有标准中输送工艺、管道线路、管道（管道附件、支撑件）设计和站场等方面的规定作对比分析。基于对比分析结果，提出符合我国国情的液氨管道建设意见和发展建议，以期为国内液氨管道的发展和标准化建设提供参考。
美国和俄罗斯液氨管道信息见表1。目前全世界内，美国的液氨管道总里程最长，接近5000 km。俄罗斯的托利亚蒂-敖德萨管道系统顶级规模，该管道长2471 km，已运行40年，采用X42低碳钢，设计输量为250.0 × 10 4 t/a [ 11-13]。欧盟液氨管道信息见表2。与美国和俄罗斯相比，欧盟的液氨管道规模较小。欧盟的液氨管道主要面向港口、储罐和附近用户，管道长度相对较短，一般在10 km以下 [ 14-15]。中国液氨管道信息见表3。我国液氨管道建设起步较晚，总里程不超过200 km，尚处于起步阶段。目前国内共建有4条液氨长输管道，其中秦皇岛液氨管道距离最长，总里程约82.5 km。我国液氨管道建设与国外相比仍有很大的差距，且国内有关标准相对较少。为此，下文探讨了国内外液氨管道输送技术有关标准中，液氨输送工艺、管道线路、管道（管道附件、支撑件）设计和输氨站等方面规定的异同点，可为液氨管道的发展和标准化建设提供参考。
国内尚未形成完善的液氨管道输送技术标准体系，与国外相比存在比较大差距。为填补国内标准相关空白，推动我们国家液氨管道的标准化建设，本文调研了美国、澳大利亚、欧洲和印度的液氨管道输送技术标准，以及国内部分涉及液氨场所的标准法规。各国（地区）标准法规的规定大多分布在在液氨的储存、处理和运输等方面。
美国国家标准学会（ANSI）、美国压缩气体协会（CGA）、美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）、国际标准化组织（ISO）、加州职业安全健康局（CAL-OSHA）和美国联邦法规（CFR）等出台了一系列与氨有关的标准法规，着重关注如何减轻潜在的重大故障、伤害和财产损失。在这些标准法规中，一部分是关于氨制冷系统的，包括氨制冷阀和制冷剂等；另一部分是关于液氨储存、处理和运输的。《管道运输危险液体》（49 CFR PART 195—2012）规定了适用于液氨管道设施的安全标准和报告要求。《高度危险化学品过程安全管理标准》（29 CFR 1910.119）规定了防止或最好能够降低液氨产生毒害、火灾或爆炸危险的要求。《无水氨的储存和处理要求》（CGA G-2.1—2023）规定了无水氨系统（包括冷冻氨储存系统）的设计、建造、维修、改造、选址、安装、维护和运行标准，但不适用于氨输送管道。
澳大利亚的标准（AS）、《工作健康与安全示范条例》和工作健康安全法等包含了与氨的储存、处理和使用有关的法规和指导性文件。《无水氨—储存和处理》（AS 2022—1983）规定了无水氨储存和处理，以及公路和铁路运输设备和装置的设计、建造和操作要求。与美国类似，这些标准法规要求被归类为重大危险设施且重量超过200 t的设施，一定得执行安全措施以降低潜在的重大危害。欧盟通过欧洲标准（EN），以及《潜在爆炸环境用的设备及保护系统》（ATEX）、《压力设备指令》（PED）和《塞维索指令》（Seveso-Ⅲ）等对氨制冷系统和热泵等的技术规范做出了规定。短距离液氨管道设计，欧盟各成员国主要参照美国标准《工艺管道》（ASME B31.3—2014）和《输气和配气管道系统》（ASME B31.8—2012）。欧盟标准的框架与美国标准和指导性文件类似，但在工艺方面与美国标准不同。印度于2000年出台了《氨—安全准则规范》（IS 4544:2000），并于2012年加以修订。该规范规定了氨的处理和使用方法，但与管道相关的内容较少。
国内尚未形成液氨管道输送技术标准体系。涉及液氨内容的标准包括《液氨使用与储存安全技术规范》（DB11/T 1014—2021）、《液体无水氨》（GB/T 536—2017）、《液氨贮存使用单位环境风险防控技术规范》（DB12/T 3027—2022）、《液氨泄漏的处理处置方法》（HG/T 4686—2014）和《液氨存储与装卸作业安全技术规范》（DB37/T 1914—2011）。这些标准对液氨的贮存、运输，以及站场的安全防护等方面做出了规定，但不能直接作为液氨管道建造和施工的依据。
液氨管道建设多参照油气管道有关标准，考虑液氨性质与油气存在一定的差异，液氨管道建设不可完全参照油气管道标准。下文从液氨管道设计建造和安全防护的方面出发，分别就液氨输送工艺、管道线路、管道（管道附件、支撑件）设计和输氨站等方面，对国内外有关标准开展了对比分析。
液氨作为一种危险化学品，为确保安全使用，防止管道腐蚀，应由制造商的质量监督部门对液氨的质量进行检测验证。制造商有责任确保所有出厂的液氨都符合规定标准的质量发展要求。标准GB/T 536和HG/T 4686均对液氨的质量发展要求做出了规定（表4）。由表4可知，与标准HG/T 4686相比，标准GB/T 536更全面，除规定了氨含量外，还规定了残留物含量和水含量等。因此，建议液氨管道输送介质的质量发展要求参照标准GB/T 536的有关法律法规执行。
流速过高会导致液氨冲刷管道及静电聚积，因此液氨管道设计流速不宜过高，应适当控制液氨管道的输送速度。有研究者认为，降低流速所需投资比维护管道冲刷损坏的费用要小得多，建议将长输液氨管道流速控制在0.5 m/s以内 [ 17-18]。而国内贵州开阳化工有限公司埋地输氨管道则参考化学工艺流体管道要求做设计，流速取0.8~1.0 m/s [ 19-20]。根据已有液氨长输管道运营经验来看，将设计流速控制在0.5 m/s过于保守，而参考化学工艺流体管道要求设计流速相对合理。由于液氨的基础物性与液化石油气（LPG）基本相近，两者的管道设计参数和输送工艺方面也存在一定的相似性。对比了不同标准对管输介质最大流速的规定，见表5。如表5所示，考虑液氨输送的安全性和经济性，建议参考标准GB 50253，将液氨管输的平均流速控制在0.8~1.4 m/s，且最大流速不应超过3 m/s。
关于埋地管道与建筑或相邻管道等之间的水平和垂直净距，国内标准法规和美国联邦法规均做出了相关规定（表6）。由表6可知，不同标准对各种介质管道的埋地管道净距要求存在一定差别。基于液氨的物性特征，建议其埋地管道与建筑或相邻管道等之间的水平和垂直净距可大体参照标准GB 51142的具体实际的要求。同时，结合油气管道设计与保护规定，可提高标准GB 51142中的部分净距要求后再应用于液氨管道。如将管道与树木的水平净距提升至5 m及以上，将管道与其他埋地管道的垂直净距提升至0.3 m及以上。此外，考虑液氨特有的毒害性，建议进一步开展多场景及工况下的埋地液氨管道安全净距研究，用于液氨管道工程的设计优化。
根据居住地的人口密度，开展管道地区等级规划区分，是管道风险评估和运营管理的关键，也是管道强度设计系数的主要参考依据。国内外标准均提出了管道地区等级与强度设计系数划分要求，见表7。
划分区段与地区级数方面，美国联邦法规和ASME B31.8标准以管道中心线 m）范围内，任意划分为1 mi（约1.6 km）长，并能包括最大聚居户数的地段作为划分区段，并将管道沿线划分为四个等级地区。英国IGE/TD/I标准则选用4倍的管道距建筑物水平净距作为管道中心线两侧范围，其余区段划分要求与美国标准法规基本一致，并将管道沿线个等级地区。我国现行油气管道标准的地区等级划分方法主要参照美国有关标准法规，但划分长度分包括1.6 km（GB 51142）和2.0 km（GB 50251/50253）两种情况，其中标准GB 50251的一级地区还细分了一类和二类地区 [21]。区段户数方面，考虑我国人口密度大的基本国情，国内各等级区段户数要求均高于国外标准。考虑氨的液化状态和毒理性质，建议液氨管道的地区等级划分参考要求最为严格的标准GB 50253执行。由于液氨的事故扩散特征与传统油气存在一定差别，其管道地区等级的划分原则仍需进一步研究。强度设计系数方面，国内外有关标准中一、二级地区的要求基本一致，而三、四级地区设计的基本要求由强到弱依次是英国IGE/TD/I标准、GB 51142、美国ASME B31.8标准、GB 50251、GB 50253。考虑液氨管道的施工可行性和运营安全性，建议其强度设计系数参考标准GB 51142的有关法律法规执行。
截断阀室是确保长输管道运行安全的重要设施，考虑与油气的毒化和扩散性质的差异，液氨截断阀室最大间距需要在现有油气标准基础上开展进一步评估。国内外不同标准的线路截断阀室最大间距对比见图1。由图1可知，由于一、二级地区人口密度较小，且各标准中的间距基本一致，液氨截断阀室最大间距可直接参照油气管道有关标准执行。各标准对于流体经过三级地区的截断阀室最大间距的规定不同，考虑安全因素和基本国情，建议液氨管道参考规定更为严格的标准GB 50251和GB 50253（16 km）执行。各标准对于四级地区截断阀室最大间距的规定基本一致（8 km），考虑人口密度与液氨毒性，建议开展截断范围内的管道泄漏扩散风险研究，对该类地区液氨截断室间距进行进一步评估。
美国《液态烃和其他液体管线输送系统》（ASME B31.4-2019）；加拿大《油气管道系统》Z662-07。 ▲ 图1 不同标准的截断阀室最大间距要求对比
管材选择影响管道系统的运行安全、常规使用的寿命、经济效益与特定要求等 [ 22-23]。关于管材选择，国内标准GB 50253、GB 50251和SY/T 7629均做出了相关规定，见表8。由表8可知，不同介质管道的设计标准对于管材的要求大体相同，基本涵盖了《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》（GB/T 9711—2017）、《高压化肥设备用无缝钢管》（GB/T 6479—2013）、《高压锅炉用无缝钢管》（GB/T 5310—2017）和《输送流体用无缝钢管》（GB/T 8163—2018）等常用的管道钢材标准，但也存在一定差别。考虑液氨具有非常明显的体积膨胀性和温度敏感性，且常温液氨管道存在中压和高压两种输送工艺，而标准GB 50251和GB 50253中规定的GB/T 8163管材标准仅适用于设计压力小于4.0 MPa的情况，因此建议液氨管道的管材选择可参照SY/T 7629设计标准执行。
严格控制含水量的液氨对管道的腐蚀很小 [24]。液氨管输过程中混入水和氧气等有害杂质，会增强液氨的腐蚀性，导致发生较强的管道腐蚀。《能承受压力的容器 第1部分：通用要求》（GB 150.1—2011）对输送腐蚀介质的容器进行了规定，要求腐蚀裕量应根据介质腐蚀速率和容器寿命确定。目前国内外并无关于液氨管道腐蚀裕量选取的标准，考虑有几率存在的有害杂质，本节对比了《石油化学工业钢制能承受压力的容器》（SH/T 3074—2007）和《钢制化工容器设计基础规范》（HG/T 20580—2020）（表9），以期为液氨管道的腐蚀裕量选取提供参考。由表9可知，与标准SH/T 3074相比，HG/T 20580要求更为严格。鉴于液氨在常规管输过程中带入大量杂质的可能性较小，建议其腐蚀裕量选取可根据标准SH/T 3074执行。考虑某些管输液氨杂质含量过高的情况（如弛放气未有效处理），也可参照标准HG/T 20580选取更为严格的腐蚀裕量。
输氨站是液氨管道输送中不可或缺的环节，也是易发生安全事故的主要场所之一。下文对比了国内外标准中站场防火间距、防护设施和安全泄放的有关规定。
合适的防火间距，可大大降低不同设施之间相互引燃的火灾风险，在火灾发生时提供必要的安全距离，以便人员疏散和紧急措施的实施。《建筑规划设计防火规范》（GB 50016—2018）规定了液氨储罐与其他建筑的防火间距和防火措施要求，可将LPG储罐或罐区与站外建筑和明火、散发火花地点之间的防火间距减少25%，作为液氨储罐防火间距的选取依据。标准GB 50160对乙类液体（包括液氨）储罐与相邻储罐、工厂设施的防火间距也做出了规定。周明清 [25]结合发电厂厂区设施情况，参照标准GB 50016和GB 50160给出了液氨储罐与工厂设施建筑最小间距的建议值。然而，其给出的液氨储罐最小间距的适用体积范围较小，不能够满足长输管道设计中储罐的需求。虽然标准GB 51142中对全压力式储罐的防火间距做出了规定，但与标准GB 50016中各基地外建筑项目和储罐容积范围划分基本相似，对应的安全距离要求相差不大。标准GB 50160的液氨防火间距要求相较于GB 50016更为严格，但存在少数设施的间距要求较低。考虑上述标准中站场防火间距的差异，结合液氨管输的大规模储运情况，选取各标准中液氨储罐与相邻设施防火间距要求相对严格的作为建议值，见表10。考虑不同站场环境下的液氨事故扩散特征和防控措施存在一定差别，且主要借鉴了其他介质的设计的基本要求，因此输氨站的防火间距仍需进一步研究论证。
输氨站防护设施的配备是确保输氨站安全的必要措施，对于保护人员安全、防止环境污染、维护公共安全和保障输氨站稳定运营具备极其重大作用。关于输氨站防护设施的要求，国内和美国标准法规均做出了相关规定，见表11。由表11可知，各标准均制定了详细的防护设施要求，包括个人安全设备、风向标、逃生通道、逃生门和疏散楼梯等。各标准涉及相同设施具有相似的指标，安全防护要求基本一致。建议综合上述标准，对输氨站安全防护设施进行设计安装。
国内外标准法规对于输氨站的安全泄放做出了不同的规定（表12）。由表12可知，国内外标准对于液氨的安全泄放规定大体分为两类，一类是排放至回收系统或火炬系统，另一类是直接放空。国外标准法规普遍采用排放至大气的方式，但当氨的排放将对人员及环境能够造成较大影响时，部分标准（如美国CGA G-2.1标准）采用了将氨排入回收装置、吸收装置或火炬系统的措施，以最大限度地减少对人员健康和环境可能造成的负面影响。国内的标准法规普遍采用排放至回收系统或火炬系统的方式。标准DB37/T 1914中虽然采用了原地放空方式，但这主要是针对泄漏量较大，火炬系统无法承担的情况。考虑对人员和环境负面影响最小，建议国内液氨站安全泄放可大体参照标准DB37/T 1914的规定。在制定具体站场安全泄放规定时，需考虑液氨的事故扩散特征和风险评估结果。涉及长输液氨管道事故或需要放空大量液氨情况，否能直接排放仍有待商榷。
我国有关液氨管道输送技术的标准尚相对空白，广泛借鉴和吸收国外相对成熟的标准体系有利于国内液氨管道输送技术的标准化建设。考虑到液氨管道与油气管道的差异性，在液氨输送工艺、管道线路、管道（管道附件、支撑件）设计和输氨站等方面，对国内外标准开展了对比分析，得到以下主要结论。
（1）美国、欧洲和澳大利亚的液氨管道输送技术有关标准法规相对完善，中国和印度等尚未形成完整的液氨管道输送技术标准体系。目前国内液氨管道输送技术标准化工作可大体借鉴或参考欧美相对成熟的标准体系。
（2）现有标准中对液氨质量和站场防护设施的要求较为完善，因此液氨输送管道可参照标准GB/T 536和ASME B31.4等有关标准执行。在管道安全流速、管材选择和腐蚀裕量等方面，油气管道已形成较为成熟的标准体系，与液氨管道兼容性较好，可直接参照GB 50253、SY/T 7629和SH/T 3074等标准做液氨输送管道设计建造。
（3）液氨管道的线路安全（埋地管道净距、地区等级划分和截断阀室最大间距）和站场安全（防火间距、安全泄放）可参考标准GB 51142、GB 50253、GB 50160和29 CFR1910.111等规定相对严格的油气管道标准。以上标准主要是针对油气介质，液氨的毒化性质、扩散特征和防控措施与油气的存在较大的差别。建议进一步开展不同场景下液氨泄漏扩散、安全泄放方面的预测研究和风险评估，用于液氨管道设计标准的优化。
（4）为加强完善我国液氨管道输送技术标准体系，为液氨管道建设及安全运作提供支撑，建议进一步开展站场泄压回收系统、管道停输保压方案和管道投产控压方案等的研究和标准制定工作。
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