ISO 27913:2024 — 二氧化碳捕集、运输和地质封存：管道运输系统

CO2管道运输概述

ISO 27913:2024规定了碳捕集与封存应用中二氧化碳管道运输系统的设计、建造、运行和完整性管理要求。CO2管道是捕集设施和地质封存地之间的关键连接环节通常在8-20MPa的压力下以密相或超临界状态运行。该标准解决了CO2管道运输区别于烃类管道的独特挑战包括CO2复杂的相行为、与水反应形成碳酸的反应性以及超临界CO2特有的断裂扩展特性。

密相CO2(高于7.38MPa和31.1C临界点)表现为类似液体的高密度流体但具有气体的粘度。这种状态可最小化压缩机功率需求同时最大化质量流量。

该标准适用于从捕集设施出口到注入井入口的陆上和海底管道。2024版第二版吸收了第一代CCS项目的经验教训。

技术要求与设计参数

参数	要求	设计考虑	引用
设计压力	8-20MPa(密相)	需进行相包络分析	ISO 13623
管道材料	API 5L X52-X70	-20C时夏比>=40J	ISO 3183
断裂止裂	CVN>=40J	Battelle双曲线法	附录B
含水量	<=50ppm	水合物+腐蚀	第7.3节
O2浓度	<=10ppm	腐蚀+反应	第7.3节
腐蚀裕量	0-3mm	CO2+H2O=H2CO3	第8.4节

最关键的设计考虑是断裂止裂。当CO2管道破裂时密相CO2的快速减压会产生一个裂纹如果管道韧性不足可扩展数公里。标准使用Battelle双曲线法进行断裂止裂验证。

即使含水量低于50ppm的脱水CO2管道如果在低点积聚游离水仍可能发生腐蚀。定期清管和连续水分监测至关重要。一次水分突破可导致超过5mm/年的腐蚀速率。

工程设计及完整性管理

CO2质量规格

最大杂质限值：H2O<50ppm(v)O2<10ppmH2S<200ppm。N2、Ar和H2影响相行为和减压特性从而影响断裂止裂要求。

完整性管理

包括使用漏磁或超声工具进行定期内检测、阴极保护监测和涂层检测。泄漏检测须在10分钟内检测到流量1-2%的泄漏。计算管道监测(质量平衡、压力波分析)是主要方法。

断裂止裂是CO2管道与天然气管道最重要的区别。CO2所需的夏比能量可能是天然气的2-5倍这是由于密相CO2的减压波速度较慢。

常见问题

问：为什么CO2管道设计与天然气不同？
断裂扩展。密相CO2在减压过程中更长时间保持压力高于饱和点减压波速度较慢需要更高的管道韧性来止裂。

问：最小含水量规格是多少？
<=50ppm(v)。高于此水平水凝结与CO2形成碳酸导致严重腐蚀。天然气管道通常允许100-150ppm(v)。

问：杂质如何影响CO2管道运行？
不凝性气体增加饱和压力可能导致两相流。H2S和O2可形成硫沉积。所有杂质影响减压特性和断裂止裂要求。