ISO 27913:2024 — 二氧化碳管道输送系统

一、ISO 27913:2024 标准概述

ISO 27913:2024 规定了碳捕集与封存（CCS）应用中二氧化碳（CO₂）管道输送系统的设计、建造、运行和维护要求。该标准第二版于2024年发布，2025年发布更正版，取代了第一版（ISO 27913:2016）。标准适用于从捕集设施到封存场地的陆上和海上CO₂管道运输，涵盖气态和密相两种输送方式。

该标准是ISO/TC 265（二氧化碳捕集、运输和地质封存）制定的ISO 279xx系列标准的一部分，专门应对CO₂管道运输面临的独特挑战，包括CO₂的热力学行为、腐蚀风险、断裂扩展和安全系统的特殊需求。

二、关键技术要求

2.1 CO₂流规格与杂质控制

ISO 27913:2024 的关键内容是严格控制CO₂流中的杂质含量。标准规定总杂质含量不得超过5%（体积分数）。需要监测的特定杂质包括水（H₂O）、硫化氢（H₂S）、氮气（N₂）、氧气（O₂）、甲烷（CH₄）和其他碳氢化合物。水的存在尤其令人担忧，因为它能形成碳酸，导致严重的内部腐蚀。标准根据运行阶段和管道工况规定了最大含水量，要求在转运交接点连续监测水含量和露点。

2.2 管道设计与断裂控制

CO₂管道由于CO₂的热力学特性而面临独特的断裂扩展风险。当管道破裂发生时，密相CO₂的快速减压会产生可长距离传播的延性断裂。ISO 27913:2024 提供了计算阻止延性断裂扩展所需最小壁厚的详细方法，同时考虑了气相和密相操作。标准引用了巴特尔双曲线法，并要求根据断裂扩展分析结果在间隔距离处安装断裂止裂器。

2.3 材料与腐蚀管理

标准对CO₂管道系统的材料选择提出了要求，强调了使用耐腐蚀材料或设置足够腐蚀裕量的必要性。内部腐蚀管理至关重要，要求安装腐蚀监测探针、化学注入设施（缓蚀剂）以及使用智能清管器进行定期内检测。外部腐蚀防护遵循传统管道做法，包括阴极保护和外涂层。

三、运行与安全考量

3.1 放空与泄压

CO₂管道运行中最具挑战性的方面之一是计划内或紧急泄压。CO₂减压过程中的焦耳-汤姆逊效应可能导致极端低温，从而引起管道钢材脆化。ISO 27913:2024 包括了对放空站设计的特定要求，包括为防止低温脆化而设置的加热设施。标准区分了陆上和海上放空设施，海上系统需要额外考虑海洋安全和扩散模拟。

3.2 泄漏检测与监测

CO₂管道必须配备连续泄漏检测系统。标准要求采用多种互补方法，包括质量平衡计算、压力监测和声学检测（适用时）。泄漏检测的流动建模必须考虑CO₂的可压缩性和相变行为。此外，阀门、法兰和其他组件的逸散排放必须通过定期监测进行量化。

3.3 现有管道的重新鉴定

2024年版的重要新增内容是将现有管道重新鉴定用于CO₂服务的详细指南。许多原用于天然气或其他碳氢化合物的管道正被考虑用于CO₂运输。标准要求进行全面评估，包括材料验证、断裂扩展分析、腐蚀评估以及历史运行和维护记录审查。重新鉴定必须证明管道满足CO₂服务的所有标准要求。

四、工程设计要点

从工程角度来看，ISO 27913:2024 强调CO₂管道设计不能简单沿用天然气管道规范。CO₂在其临界点（31°C、7.38 MPa）附近的热力学复杂性带来了传统碳氢化合物管道设计中不曾遇到的设计挑战。关键要点包括：

• 操作压力应保持在临界压力以上以避免两相流，两相流会使压降计算复杂化并增加段塞流风险。
• 由于密相CO₂的高密度，管道高程变化会显著影响压力分布，需要对地形剖面进行详细的水力分析。
• 由于CO₂/水混合物（碳酸）的强腐蚀性，水含量限制必须比天然气管道更为严格。
• 泄压系统设计必须考虑CO₂的三相点，以避免固体CO₂（干冰）堵塞放空通路。

五、常见问题