浅谈CCS/CCUS中CO2管道输送对气质的要求

陈思锭，张哲，王春燕，曾禄轩，张磊，王念榕，陈霞

中国石油天然气股份有限公司规划总院

0 引言

CCS（碳捕集与封存）和CCUS（碳捕集、利用与封存）是国际公认的应对气候变化、实现大规模快速碳减排、迈向碳中和的关键技术路径［1］。CO2运输是连通碳源和碳利用或碳封存地的关键纽带，有罐车拉运、船舶运输和管道输送3种方式［2］。其中CO2管道输送已有50年的历史，在役管道总里程已超过7 000 km［3］，主要分布在北美、欧洲和澳大利亚等地区或国家。理论研究和实际工程经验表明，对于大规模、长距离的商业化碳输送，管道输送密相或超临界态的 CO2具有显著优势［4-5］。当前国内CO2运输以低温储罐公路拉运为主，尚无商业化运营的 CO2长输管道（管道长度大于 100 km），仅个别油田的CO2驱油（简称CO2-EOR）示范工程依托周边气源，采用管道将气态或液态的 CO2输送至油田内的注入点进行驱油［6-8］。国内目前在单一碳源、单一功能的气态或液态 CO2短距离输送管道的设计、建设和运营方面有一定工程经验，但在高压密相或超临界态 CO2长距离输送管道的建设运营方面仍存在差距。

随着 CCS/CCUS产业的发展，多元化、多工况的碳源通过成熟发达的 CO2输送管网输往多地区、多类型用户是必然趋势。不同碳源组成差异较大，难免引起管网输送介质的气质组成、相态特性和理化性质发生显著变化［9］。这不仅会影响 CO2利用效果，还可能影响 CO2输送管道的高效安全运行。虽然加大脱除深度、减少杂质含量，获得高纯度 CO2对高效安全管输有利，但也将提高碳捕集成本［10-11］。因此，CO2管道输送应综合考虑技术可靠、经济可行和运营高效安全3个方面因素来规定CO2流体中杂质组分的种类及含量，以提高 CCS/CCUS项目的整体经济效益和社会效益。

1 国外CO2管道输送气质规范现状

近年来，诸多行业内对涉及 CO2管道输送、CO2-EOR和地质封存等领域的CO2流体组成要求开展了大量的研究工作［9-30］，形成了若干项气质规范，但尚未升级为国际公认标准。

目前，国外 CCS/CCUS产业发展迅猛，尤其是美国和欧洲部分国家，建立起了各自的 CO2管道输送气质规范，但关注重点不尽相同。美国主要是在CO2管道分类分级的基础上重点关注不同类型管道中 H2S、H2O和 O2等杂质组分的含量限值。欧洲DYNAMIS项目基于燃烧前和燃烧后这两种相对成熟的碳捕集工艺提出了适用的 CO2输送管道气质规范并得到了业界广泛认可。澳大利亚 CarbonNet项目于2016年发布了碳捕集和封存管网的CO2管输初步规范，旨在确保在满足管输要求的基础上能够将多个潜在工业类型的碳源接入到管网中。

1.1 美国

全球大部分长距离 CO2输送管道都位于美国。美国拥有 50年成熟的商业化 CO2管道输送实践经验，正在运营超过5 000 km的CO2输送干线管网［3］。

根据管道运营和管理性质及 CO2最终去向，美国将CO2输送管道分为3种类型，并针对每种类型管道制定了不同的气质规范［3,9,18,31］。

I型管道是指单一用途的特殊管道，即单气源对单注入点（群）的短距离直供输送，并不用于 CO2的商品化流通。此类型管道对输送介质指标要求差异可能非常大，只要满足用户需求并保证管道安全输送要求即可，这通常会最大限度地降低上游碳捕集的成本。美国目前并没有大输量的I型在役管道。

II型管道是指北美大管网，即多气源、多用户的北美干线管网，是美国应用最多最普遍的商业CO2输送管道类型。根据多气源和多用户的需求设计，目前管输介质大部分都是天然碳源。根据管网所涵盖的商品 CO2气源组成，规定了包含 CO2含量在内的严格的接入气质规范，通常管道实际运行中CO2含量（体积分数，下同）大于 95%。此类管道通常具有多个中间接入点和下载气点。

III型管道是指区域管网（混合管道）。区域管网所辖管道一般指短途输送低价值商品 CO2用于注入驱油，输送介质基本为含杂质的人工（净化处理）碳源。管道输送气质规范通常由区域内的CO2-EOR注入用户根据需求共同确定，要求相对宽松，可高含 H2S、N2或 C2～C6等组分（有利于混相驱提高采收率），但CO2含量在一定范围内受控。需要特别关注高含特定组分（如H2S）时的管道运行安全。

据不完全统计，美国超过95%的管道输送的都是天然碳源，其中主要是位于科罗拉多州的McElmo Dome和Sheep Mountain Dome、新墨西哥州的Bravo Dome和密西西比州的 Jackson Dome等含有纯 CO2的天然储层，这些储层都能提供高纯度的CO2［3］。I型管道属于碳源与最终用户之间的专供管道，只需在合同中约定好双方均可接受的管输气质，并不需要制定专门的、统一的管道输送气质规范。II型和III型 CO2输送管道的典型气质规范见表 1［9］。可以看出，这两种类型管道输送的 CO2流体杂质组分含量差异很大。

表1 美国不同类型CO2输送管道典型气质规范中的介质组分要求

通过长时间的摸索实践，美国最终形成了针对不同应用场景的 CO2管道输送气质规范，以下从两方面进行阐述。

1.1.1 管道运营公司

尽管对于 CO2管道输送气质规范尚未形成统一标准，但美国主要 CO2管道运营公司根据其多年管输实践所制定并遵循的企业标准已经成为了事实上的最佳参考实践。目前，这些标准很多时候都已被纳入碳源供应商与管道运营公司之间、管道运营公司与最终用户之间的合同约定中［18］。

根据拥有和经营管理的 CO2管输碳源和管输流态，北美最大的CO2管道运营公司Kinder Morgan（金德摩根）公司为其所拥有和经营管理的超临界 CO2管道制定了统一的气质规范，统一的先天条件在于其管输的绝大部分碳源均为天然碳源，管输 CO2纯度较高且组分较为一致。该公司面临的主要问题是当前碳源中含水量较高，因此要求脱除 CO2中的水分以控制腐蚀和避免水合物生成。而针对其运营的其他某些特定管道（如Canyon Reef Carriers管道）的管输气质规范则与上述企业规范有所差异，主要是考虑到碳源类型和 CO2-EOR用户要求。美国Denbury（丹博里）公司也是基于 CO2-EOR目的制定了管输气质企业规范，其中对H2S含量（体积分数，下同）的限值非常严格（不超过0.001 5%），这主要是考虑到管材可能会发生硫化物应力腐蚀开裂的风险。美国主要 CO2管道运营公司管输气质企业规范见表 2［3,32-33］。

表2 美国主要CO2管道运营公司管输气质企业规范中的介质组分要求

1.1.2 相关科研机构

除了管道运营公司以外，部分相关科研机构依据其研究结果，也提出了各自的 CO2管道输送气质规范，其中典型的如美国国家能源技术实验室（NETL）发布的《能源系统研究质量指南（QGESS）——CO2杂质设计参数》报告［23-25］。在对文献中报道的多种 CO2气质规范进行详细审查后，对碳钢输送管道、CO2-EOR及盐水层封存的气质规范提供了建议限值（见表3）［25］。同时，特别指出该限值“仅适用于通用工况下的概念研究而不应该用于实际项目，因为特定项目要求可能与假设的通用工况不同。”由表3可以看出，文献报道中部分杂质的含量变化范围很大。这是由于 CO2流体中的杂质种类及其含量取决于燃料类型、能量转换过程（燃烧后、燃烧前或富氧燃烧）和碳捕集技术。此外，随着新的碳捕集技术的应用，可能还会产生新的杂质，并对管材的腐蚀和交叉化学反应产生未知影响［34］。

表3 NETL发布的CO2流体气质规范中的介质组分要求

1.2 欧洲

欧盟在研究基础上提出了 DYNAMIS气质要求［11,16-17］。与美国不同之处在于欧盟将重点主要放在燃烧前捕集和燃烧后捕集这两种工艺上，主要是因为富氧燃烧工艺尚不成熟。此外，包括荷兰爱科菲斯咨询公司（简称 Ecofys）［35］和 Det Norske Veritas（挪威船级社，简称DNV）［19-21］在内的部分公司也提出了各自的管输 CO2气质规范或指示性含量建议限值。表4总结了欧洲CO2输送管道气质规范。

表4 欧洲CO2输送管道气质规范中的介质组分要求

1.2.1 欧盟DYNAMIS项目气质规范

HYPOGEN倡议（HYPOGEN initiative）隶属于欧盟委员会增长计划快速启动计划（European Commission’s Quick-Start Programme for the Initiative for Growth），旨在为欧洲提供一条现实且经济的氢能利用途径，其中包括的临时步骤是建设一个大型CCS示范设施来利用脱碳化石燃料联合生产H2和电力并安全地永久封存CO2［16］。而 DYNAMIS 项目属于HYPOGEN倡议的一部分，旨在为碳捕集与永久封存做准备，并从输送和一定程度上的地质封存方面提出了 CO2气质规范，该气质规范中对管道释放物的安全性及毒性限值、基础设施的耐用性、避免游离水析出、水合物生成和腐蚀防控的要求、输送效率等因素加以考虑。但须特别注意的是DYNAMIS气质规范是基于欧盟增强碳捕集（ENCAP）项目的燃烧前捕集和燃烧后捕集的气质规范，并未适用于富氧燃烧捕集工艺［3］。

1.2.2 Ecofys气质规范

Ecofys公司采用与DYNAMIS项目类似的做法，针对燃煤电厂CCS项目可能存在的瓶颈和问题进行研究，评估了潜在杂质对输送系统的影响［35］。与DYNAMIS规范相比，Ecofys气质规范对 H2S、SOx和NOx并无限制，认为在没有游离水析出的情况下并不需要将上述杂质视作重要杂质。此外，Ecofys气质规范还限制了不凝气组分（N2、Ar、H2、CH4和 O2）总量小于 4%，主要是认为这些气体杂质会占据一定的管道输送量，降低CO2输送效率。

1.2.3 DNV气质规范

2008年，DNV启动了名为“CO2PIPETRANS”的联合工业项目，成功地从现有的相关经验、研发和技术研究中收集并整合了当时的知识，最终于2010年发布了用于在陆上及海底的管道中输送CO2的推荐做法——DesignandOperationofCO2 Pipelines:RecommendedPracticeDNV-RP-J202［19,36］（《二氧化碳管道的设计和运营》）。随后，DNV于2017年对该推荐做法进行了更新，发布了DNVGL-RP-F104，其中给出了结合不同碳源类型的管输CO2中杂质的指示性含量限值［20］。2021年，DNV基于其与澳大利亚Energy Pipelines CRC共同完成的联合工业项目“CO2SafeArrest”的研究成果，发布了最新的DNVGL-RP-F104推荐做法［21］。

1.3 澳大利亚

CarbonNet项目计划从澳大利亚维多利亚州拉特罗布山谷的多个工业碳源中捕集 CO2并制定适当的定价机制，然后通过密相或超临界输送管网经济高效地将 CO2输送到合适的封存地点。制定 CO2管道输送气质规范的驱动因素是确保管网能够服务于多个潜在行业碳源的同时不会因为非常严格或限制性的气质规范而妨碍用户接入管网。CarbonNet项目在 CO2输送管网可行性研究阶段制定的 CO2气质规范见表 5［28］。

表5 澳大利亚CarbonNet项目CO2气质规范中的介质组分要求

1.4 国际标准化组织

国际标准化组织（ISO）于2012年成立了“二氧化碳捕集、运输与地质封存标准化技术委员会”（TC265），通过制定多项标准来推进整个CCS/CCUS产业链的标准化，包括碳捕集工作组工作范围内的 CO2流体质量指标，以及属于碳运输工作组工作范围内的HSE（健康、安全和环境）相关内容。随着 CCS/CCUS产业规模化和商业化，现有研究成果最终将会形成一个国际标准，必然包括用于定义 CO2输送管道气质规范的规范性文件。目前，该组织的第一个有关标准ISO 27913—2016《二氧化碳捕集、输送和地质封存—管道输送系统》已于2016年11月发布，主要涉及管道输送系统［27］。该标准中暂未给出推荐或建议的 CO2气质规范，仅调查综述了已报道文献中 CO2管道输送气质中杂质组分的指导性含量，但标准中明确指出“在管道设计过程中应参考最新研究成果”和“避免管道中腐蚀相和固相的形成对于 CO2管道系统的安全运行至关重要”等。

2 国内CO2管道输送气质规范现状

工业和信息化部于 2018年发布了石油化工行业标准SH/T 3202—2018《二氧化碳输送管道工程设计标准》［37］，该标准规定了陆上 CO2输送管道工程的设计要求，适用于陆上新建、改建或扩建 CO2输送管道工程的设计，其中对 CO2输送工艺计算、线路选择、站场设置、管道材质和防腐工艺等方面都作了明确规定。但对于杂质含量限值，参考了天然气输送管道的工程经验，并从H2S泄漏对人类健康危害方面考虑，规定了H2O、水露点、H2S和总硫4种指标值（见表6）。目前国内尚无CO2输送管道运行规范。

表6 SH/T 3202—2018中对CO2管道输送气质规范的推荐值

3 国内外气质规范对标分析

CO2管道输送介质的组成要求很大程度上取决于在前期工作阶段所开展的一系列评估，其中主要技术限制是从腐蚀防护和安全运营角度确定 CO2流体中杂质的种类和限值［33,39］，主要考虑以下4个因素［6］：①满足终端用户对 CO2含量的需求。这个通常会在相关合同中明确，若最终用途是CO2-EOR，那么管输 CO2含量至少应满足油藏形成混相的要求，并相应地需要对不凝气组分的总量进行控制。②满足管道安全输送的要求。从管道完整性及流动保障的角度考虑，应控制H2S等腐蚀性组分的含量，并严格控制及监控含水量（水露点），确保管道输送过程中不会有游离水析出。③符合国家和地方在环境保护等方面的法律法规。主要是控制H2S等有毒有害组分含量。④在满足前3项要求的前提下，尽可能放宽 CO2管道输送的气质规范以降低碳捕集和碳运输的成本。

除了作为产品的 CO2以外，国内外对于 CO2管输介质中的杂质有不同的分类方式。按照组分性质划分，杂质可分为5类：①腐蚀性组分，包括H2S、CO、SOX、NOX和O2等；②有毒有害组分，包括H2S、CO、SOX和NOX等；③不凝气组分，包括N2、Ar、H2、CH4和 O2等；④烃类组分，包括 CH4、C2H6和C3+等；⑤溶液组分，包括H2O、胺类和醇类等。按照对管道设计和操作运行的影响，杂质可分为3类：影响健康和安全的 H2S、CO、SOX和 NOX等，影响管道完整性的H2O，影响管输经济性的N2、Ar、H2、CH4和 O2等。

综合表 1—表 6可以看出，国外对于 CO2管道输送气质规范，通常都会强制规定部分腐蚀性组分（H2S和O2）、部分有毒有害组分（H2S）、部分不凝气组分（O2、N2和 CH4）和部分溶液组分（H2O），除此之外的其他组分都是选择性规定，并未统一要求。但国外在针对某一具体杂质组分含量限值进行规定时也并未全面考虑不同杂质组分之间的复杂相互作用［27］。

3.1 产品组分

CO2输送管道的产品组分是CO2，除此以外的其他组分都是杂质组分。国外的 CO2管道输送气质规范对于 CO2含量（体积分数）的下限值一般要求93.5%～96%，这主要是基于以下3个考虑因素确定的：从碳运输的角度考虑，在 CO2的管输过程中维持 CO2流体始终处于密相或超临界态；从碳利用的角度考虑，满足 CO2-EOR中能够形成混相的最低CO2含量；在考虑上述 2个因素的前提下，与 CO2流体中其他组分含量保持平衡。

3.2 腐蚀性组分

CO2管道输送介质中的腐蚀性组分主要是H2S、CO、SOX、NOX和 O2，这些组分在有游离水存在时易对金属材料产生腐蚀作用，其中O2会加剧腐蚀的发生。

3.2.1 H2S

美国主要是针对H2S所导致的管道腐蚀问题对其含量进行限制，并基于不同管道类型给出不同的H2S含量限值要求。I型管道和III型管道属于中短距离管道，H2S含量限值主要是在保证安全输送的前提下满足终端用户需求即可。II型管道主要考虑到腐蚀问题，一般规定 H2S含量限值应不超过0.001 83%；如果考虑H2S对于CO2-EOR的有利作用，在设置了防腐措施的基础上还可适当放宽 H2S的含量限值，如，美国Weyburn管道，在进入管道之前对CO2流体深度脱水至0.002%后将H2S含量限值放宽到 0.821%［9,40］。NETL建议将 H2S含量限制在0.01%以下。欧洲相关规范和澳大利亚CarbonNet规范并未针对H2S的腐蚀性对其含量限值进行规定。

3.2.2 CO、SOX和 NOX

CO、SOX和NOX属于典型的“烟气组分”。美国现有管道大部分输送的都是天然碳源，因此在其现有诸多气质规范中基本未对该类组分含量限值进行规定，仅NETL建议CO的限值为0.003 5%，SO2和NOx的限值为0.01%。欧盟DYNAMIS项目是采用燃烧前捕集和燃烧后捕集的工艺从 H2和电力联合生产的电厂中捕集到的人工碳源，其中可能含有烟气组分，但其更多是基于健康和安全角度考虑对这些组分的含量进行限制。DNV推荐做法建议将CO限制到0.04%，SOX和NOX均限制到0.01%以下。澳大利亚 CarbonNet规范建议将 CO限制在 0.09%～0.5%，将 SOX限制在 0.02%～0.2%，将 NOX限制在0.025%～0.25%。

目前诸多文献报道在 CO2管道实际输送介质组分要求中并未包含烟气杂质（如SO2和NO2），且几乎少有发现任何实验室有相关数据支持含上述杂质的 CO2管输气质规范，基于这一事实，部分研究学者或机构对DYNAMIS和NETL两项规范中部分气质指标的合理性存有疑虑，如挪威能源技术研究院（IFE）采用上述两项气质规范中建议的CO2流体杂质指标（包括H2O含量0.03%，O2含量0.035%，SO2、NO2和 H2S的含量均为 0.01%），将密相 CO2和杂质连续注入密相 CO2实验室的高压釜中进行腐蚀和体相反应测试。实验结果表明，高压釜的碳钢内表面被腐蚀，并且生成了元素硫、硫酸和硝酸［32］。

3.2.3 O2

在CO2-EOR应用中，特别是存在用于细菌的有机材料的情况下，只能容忍微量（0.001%）的O2。考虑到即使在深盐层中也可能存在有机物，那么CO2流体中大量 O2可能会造成细菌菌落，从而影响注入操作。因此，美国和欧洲基本都将O2含量限制到0.01%以下，有部分规范甚至要求将O2含量严格控制到0.001%以下，以确保不会促进酸形成、固体生成和腐蚀发生，进而避免在设计寿命期间对管道的运行完整性产生不利影响。但也有部分规范（如澳大利亚CarbonNet规范）并未考虑O2的特殊影响，仅规定了包含 O2组分在内不凝气组分总量应控制在某一限值以内（如4%～5%）。

3.3 有毒有害组分

CO2管道输送介质中的有毒有害组分主要是H2S、CO、SO2和NO2，这些组分的存在可能会对管道运营带来重大的安全挑战。控制有毒有害组分的考虑因素主要是从HSE角度出发，通过在碳捕集过程中采用相应处理技术加大对H2S等杂质组分的脱除深度［41］，防止在管道发生放空或泄漏等计划外工况下管输介质的大量意外释放，导致出现人员安全事故的风险。在这些工况下，有毒有害组分的含量限值通常由其毒性控制。

美国的CO2管道输送的CO2主要用于CO2-EOR，大部分管道途经区域人口密度小、社会风险低，管道发生意外事故时相对难以造成灾难性损失。因此并未过多考虑管输介质的大量意外释放而导致出现人员安全事故的风险，目前仅有部分相关组织机构发布有毒有害组分限值规定。NIOSH自20世纪70年代发布了最初的立即威胁生命和健康浓度（IDLH），并通过继续审查相关的科学数据及对开发 IDLH的方法进行研究的方式，在后续的若干年内对其中部分组分的IDLH进行了修订［42］。美国能源部（DOE）后果行动和保护评估小组委员会（SCAPA）也提供了应急准备建议以协助保障劳动者及公众的健康安全。SCAPA制定了预防措施标准（PAC），为3 000多种化学品提供接触限值以支持应急响应规划应用。PAC的关键组成部分是临时紧急暴露限值（TEEL）。其中 TEEL-2指的是某种物质在空气中的最大浓度，预计当该物质的浓度不超过其 TEEL-2后，包括易感个体在内的一般人群暴露在该物质中不超过60 min时，都不会出现或发展出不可逆的或其他严重的、长期的、不利的健康影响或导致逃生能力受到损伤［43］。涉及CO2管输介质中有毒有害组分的IDLH和TEEL-2具体见表7。

表7 美国相关组织机构发布的有毒有害组分限值规定

欧洲相关规范考虑到涉及管道放空或泄漏等特殊工况下管输介质意外释放的风险管理，一般规定H2S含量限值为 0.01%～1%、CO含量限值为0.04%～0.2%，SOX含量限值为 0.01%，NOX含量限值为0.01%。澳大利亚CarbonNet规范则主要参考欧盟 DYNAMIS规范，再基于其国内职业健康与安全短期接触限值（STEL）将H2S含量限制到0.01%、CO限制到 0.09%，SO2限制到 0.02%，NOX限制到0.025%。

在国内，SH/T 3202—2018《二氧化碳输送管道工程设计标准》基于H2S暴露影响［42］，采用容许暴露极限超过8 h（嗅觉阈值为0.01～0.03）的水平上限值，将H2S的含量限值规定为0.000 913%，对于其余的有毒有害组分含量限值并未规定。

3.4 不凝气组分

根据国外 CO2输送管道的实际运行经验来看，管输介质中除产品组分 CO2以外含量最多的就是不凝气组分（N2、Ar、H2、CH4和 O2等）。不凝气组分对于 CO2管道输送过程并没有直接影响，对于不凝气组分的限制主要是考虑到此类组分在管道运行工况下部分将处于蒸气状态，一方面会额外占据一定的管道输量而影响 CO2管道输送效率，另一方面则会提高 CO2流体的临界压力，在管道入口需要更多的压缩功才能将 CO2流体压缩到密相或超临界态且后续管输过程维持密相也变得更加困难，最终导致增加管道投资和能源消耗并会在封存空间内占据额外的空隙体积。

不凝气组分对管道压降和输送能力的影响已有部分研究者进行了定性和定量研究［44］。主要研究结果有：①如果在CO2中含有约5.3%（体积分数）不同类型的不凝气组分（N2、Ar、H2、CH4和 O2），分别会使得 CO2流体的二次增压距离减小约 50%、38%、72%、36%和 40%［45］，且在这些由于不凝气的存在而额外增加的压缩功中H2贡献了绝大部分［11］。②不凝气组分还可能改变CO2中的水溶性，例如CH4会降低水的溶解度。水和CH4的交叉检查结果表明，添加5%的CH4会导致CO2的水溶性降低约 30%［11］。③CH4的存在会影响 CO2蒸气压计量显示结果，使流量的准确预测变得复杂化［46］。④部分不凝气组分（例如N2和CH4）还可能影响最低混相压力，导致 CO2与原油在油藏中更难形成混相，这也是不凝气组分含量的一个重要限制。

因此，国外大部分 CO2管道输送气质规范都将不凝气组分的总量（体积分数）限制在4%～5%。

3.5 溶液组分

CO2管道输送介质中的溶液组分主要是 H2O。CO2流体中游离水的存在会增加碳钢管道发生腐蚀和生成水合物的风险。含水量限值的考虑因素应该是防止在管道输送过程中析出游离水。

目前，行业内尚未就此问题达成共识。基于控制腐蚀的目的，部分研究者认为应该将管输 CO2流体的含水量控制在低于0.005%以实现“完全脱水”的效果，该限值是美国首次应用 CO2管道输送时采用的指标［11］。据报道［47-48］，美国 Cortez和 Central Basin这两条II型管道中的含水量为0.063%，但值得注意的是其 H2S含量小于0.002 37%，O2含量小于0.001 4%，且无 SOX或NOX。而NETL建议将含水量限制到 0.05%以下。也有部分研究者认为含水量指标应相对放宽，建议将含水量限制到最恶劣工况下水露点的60%以下［49］。这一观点也被SH/T 3202—2018《二氧化碳输送管道工程设计标准》采用以确定含水量限值。基于防止生成水合物的目的，Zettlitzer等［47］建议含水量应低于 0.025%，该数值表示“在管道系统停输或启动的情况下，如果 CO2流体中的含水量低于0.025%，则水合物生成风险较低。但在快速降压（管道泄压）的情况下，即使低含水量也可能不足以避免水合物生成”。为了防止出现这种情况，可额外增加工程裕量。管道中含水量的最大可接受含量取决于管道运行工况范围。实际上美国许多管道都已经按照低于 0.063%的目标含水量运行了相当长时间，均并未报告存在水合物生成的问题［27］。

对标国外各管道输送规范中对含水量的规定，美国II型管道在0.053%～0.065%，欧洲DYNAMIS规范和Ecofys规范的建议限值均为0.05%，DNV推荐做法的建议限值为 0.005%～0.01%，澳大利亚CarbonNet规范的建议限值为0.01%。

因此，考虑到国内管道输送温度可能达到4 ℃，不管是出于防止析出游离水而将最小溶解度限制到该温度下的60%含水饱和度，抑或是出于防止生成水合物的目的且考虑一定的工程裕量，水含量的保守限值都建议为0.02%。

4 结论及建议

根据不同功能定位及其用户需求将 CO2输送管道按照直供（短途）管道、区域管网和商业管网 3种类型进行分类分级运营。在双碳目标和路径下，从开始的个别地区、个别用户的单管专送，到部分区域内小范围产业群的区域管网，最终发展为全国一张网。

气质指标建议：①直供管道的气质指标由碳源方与用户共同约定；②区域管网和商业管网中 CO2含量（体积分数）大于 95%；H2S含量按照管道通过地区的经济发达程度和人口密集程度等因素进行分级分类管理，部分地区可放宽到0.002 7%；不凝气组分（N2、CH4、O2等）总量（体积分数）小于4%；含水量小于 0.02%（管输温度 4 ℃）；其他组分可根据碳源类型、用户需求和经济性适度放宽。

基于不同杂质类型和含量对 CO2输送管道的影响，以及不同杂质之间的交叉影响，建议进一步开展杂质组分定量影响分析。