ISO 27955:2025 — CO2管道输送系统：设计、运行与维护要求

一、标准适用范围

ISO 27955:2025规定了从CO2捕集设施到封存或利用地点之间的管道输送系统的设计、建设、运行和维护的综合性要求。随着全球碳捕集与封存（CCS）技术部署的加速推进，标准化的管道输送基础设施成为连接排放源与封存库之间的关键纽带。该标准涵盖了在致密相和超临界状态CO2输送条件下的材料选择、腐蚀管理、水合物抑制、断裂扩展控制以及泄漏检测等关键技术要求。

标准适用于操作压力通常在8至20兆帕范围内的管道系统，系统保持CO2处于致密相或超临界状态以确保单相流动，避免两相流不稳定性。与天然气管道不同，CO2管道面临独特的挑战，包括临界点附近的高压缩性、泄压过程中焦耳-汤姆逊冷却效应导致的温度骤降，以及长距离延性断裂扩展的高度敏感性。所有这些特性都对管道材料、设计和操作提出了独特的工程要求。

二、材料选择与腐蚀控制策略

材料选择直接影响CO2管道的完整性和安全运行寿命。标准根据CO2流组成、操作压力、温度和含水量提供了详细的材料选择矩阵。对于经过脱水处理且含水量低于50 ppmv的CO2输送，碳钢等级（API 5L X52至X70）通常能够满足要求。但对于湿CO2输送或含有高浓度杂质（SOx、NOx、O2）的工况，可能需要使用耐腐蚀合金或内涂层管道。

三、断裂扩展控制与材料韧性要求

由于致密相CO2的高压缩性和快速减压特性，CO2管道具有长距离延性断裂扩展的显著倾向，这是CO2管道设计中必须优先考虑的安全问题。ISO 27955规定了采用双曲线法或Battelle型分析方法进行断裂止裂设计的要求。标准要求管道材料的夏比冲击功必须超过根据具体CO2组成、操作条件和管道几何尺寸计算出的最小断裂止裂韧性值。

对于输送含有杂质（氢气、氮气、氧气、氩气）的CO2管道，减压波速会受到显著影响。即使少量氢气（超过2摩尔%）也会降低减压波速，增加断裂扩展风险。标准基于全尺寸爆破试验数据验证的计算流体动力学模拟，提供了杂质对减压行为影响的修正系数。这些修正系数对于确保管道设计的可靠性和安全性至关重要，尤其是当CO2流来自不同排放源或不同捕集技术时。

四、运行安全与泄漏检测技术

标准规定了运行安全要求，包括压力控制、超压保护、紧急停机和泄漏检测方法。对于CO2管道，泄漏检测必须考虑CO2释放的特殊行为：致密相CO2从管道泄漏后形成含有固态CO2颗粒的复杂多相射流，这与天然气泄漏的检测挑战截然不同。标准推荐采用实时质量平衡、声波检测、分布式温度传感和土壤气体监测等技术相结合的综合检测方案。

标准还要求制定详细的应急响应计划。由于CO2密度大于空气，泄漏后会在地面附近聚集，形成窒息危险区。管道路由选线时必须考虑周边人口分布和地形条件，安全距离的确定需基于定量风险评估（QRA）结果。标准规定泄漏检测系统必须在泄漏发生后5分钟内发出报警，并在30分钟内完成泄漏点定位。

五、常见问答