ISOTR 279252023 二氧化碳捕获、运输和地质储存-交叉问题-流量保证标准立项发展报告

ISO/TR27925:2023二氧化碳捕获、运输和地质储存——交叉问题——流量保证标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Carbondioxidecapture,transportationandgeologicalstorage—Crosscuttingissues—Flowassurance摘要随着全球碳中和目标的深入推进，二氧化碳捕获、利用与封存（CCUS）技术作为应对气候变化的关键技术路径，正受到国际社会的广泛关注。在CCUS全产业链中，二氧化碳的安全高效运输是连接捕获与封存环节的重要纽带，而流量保证（FlowAssurance）则是保障二氧化碳管道、船舶及注入系统安全稳定运行的核心技术基础。然而，由于二氧化碳在运输和注入过程中涉及多相流、相态转变、固相沉积、水合物生成、腐蚀等一系列复杂工程问题，国际范围内长期缺乏专门针对二氧化碳流量保证的标准化技术文件，导致各项目在设计、运行和管理层面存在标准缺失和技术分歧。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年7月31日正式发布ISO/TR27925:2023《二氧化碳捕获、运输和地质储存——交叉问题——流量保证》技术报告，系统梳理了二氧化碳运输与注入环节中流量保证的关键技术要素、风险管控措施及最佳工程实践。该技术报告的发布填补了二氧化碳流量保证领域国际标准空白，为全球CCUS项目的工程设计与安全运行提供了权威技术指引，对推动碳捕集与封存技术规模化应用和行业规范化发展具有重要意义。本报告就该标准的立项背景、编制历程、主要内容及行业应用价值进行系统阐述。关键词：二氧化碳捕获；地质储存；流量保证；CCUS；ISO技术报告；标准化；管道运输Keywords:Carbondioxidecapture;Geologicalstorage;Flowassurance;CCUS;ISOtechnicalreport;Standardization;Pipelinetransportation1引言1.1研究背景全球气候变化应对已成为21世纪人类面临的最重大挑战之一。政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告明确指出，要实现《巴黎协定》提出的将全球温升控制在1.5℃以内的目标，不仅需要大幅度减少化石能源使用，还必须依赖二氧化碳移除（CDR）技术，其中碳捕获、利用与封存（CCUS）被公认为最具规模化潜力的减排路径之一。国际能源署（IEA）发布的《净零排放路线图2050》预测，到2050年全球CCUS年捕集规模需达到约76亿吨二氧化碳，这意味着需要建设数万公里的二氧化碳输送管道和数百个注入站点。在这一宏大产业图景下，二氧化碳的安全高效输送已成为制约CCUS产业链整体效能的关键瓶颈之一。与常规油气输送不同，二氧化碳在管道运输和井筒注入过程中表现出独特的物理化学行为：在临界温度（31.1℃）和临界压力（7.38MPa）附近，二氧化碳的密度、黏度、比热容等物性参数发生剧烈变化，相态转变和两相流动极易引发水锤、段塞流等不稳定流动现象；同时，游离水的存在可能导致碳酸腐蚀和应力腐蚀开裂，水合物生成和干冰析出则会堵塞管道和设备，这些多相流动问题被业界统称为“流量保证”（FlowAssurance）问题。然而，长期以来，国际上缺乏专门针对二氧化碳运输与注入环节流量保证的技术标准。现有的流量保证标准多针对油气行业，其经验和方法不能直接适用于具有特殊热物性和危险特性的二氧化碳介质。各CCUS示范项目不得不依据各自经验和内部规范进行工程设计，导致设计方案差异大、安全标准不统一，严重制约了行业技术交流和规模化推广。1.2标准立项背景ISO/TC265（二氧化碳捕获、运输和地质储存技术委员会）是国际标准化组织下属的专门从事CCUS领域标准制定的技术委员会，成立于2011年，秘书处由法国标准化协会（AFNOR）承担。该技术委员会下设多个工作组，分别负责碳捕集、运输、封存、量化与核查、交叉问题等领域的标准制定工作。在ISO/TC265的工作框架内，“交叉问题”（Crosscuttingissues）工作组负责编制那些跨越捕集、运输和封存多个环节的共性技术标准，流量保证即属于此类交叉性问题。随着多个CCUS国际标准项目的推进，技术委员会充分认识到，流量保证作为一个涉及热力学、流体力学、材料科学、腐蚀防护和安全工程等多学科交叉的复杂技术领域，亟需一份系统性的技术指导文件，为全球CCUS项目的工程设计、风险评价和运行管理提供统一的技术参考。在此背景下，ISO/TC265决定编制ISO/TR27925技术报告。技术报告（TechnicalReport,TR）是ISO三类标准交付物（国际标准IS、技术规范TS、技术报告TR）中的一种，定位为提供信息性和指导性内容，涵盖尚未成熟到可制定为正式国际标准的技术主题，或补充说明性的技术资料，具有灵活性和时效性的优势。1.3编制历程与参编单位ISO/TR27925:2023的编制工作历时约三年，经历了提案（NP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、最终技术报告草案（DTR）等各个阶段。该技术报告的编制汇集了来自全球多个国家的CCUS领域权威专家，主要参编单位包括：-中国：中国石油集团安全环保技术研究院、中国石油大学（北京）、中国二氧化碳捕集利用与封存产业技术创新战略联盟等-挪威：挪威船级社（DNV）、挪威石油研究所（SINTEF）等-加拿大：加拿大CMC研究中心、阿尔伯塔大学等-美国：美国能源部国家能源技术实验室（NETL）、德克萨斯大学经济地质局（BEG）等-澳大利亚：澳大利亚CO2CRC研究机构等-日本：日本CCS调查株式会社（JCCS）等-法国：法国石油研究院（IFPEN）等特别值得强调的是，中国在ISO/TR27925的编制过程中发挥了重要作用。中国石油集团安全环保技术研究院作为中国国内对口ISO/TC265的牵头单位，组织国内CCUS领域专家深度参与了该技术报告的讨论和编写工作，将在国内CCUS示范项目中积累的管道输送、注入工艺等方面的工程实践经验和技术成果贡献到国际标准中，提升了中国在CCUS国际标准化领域的话语权和影响力。2标准主要内容概述2.1标准的定位与范围ISO/TR27925:2023作为一份技术报告，其定位是为二氧化碳捕获、运输和地质储存全产业链中的流量保证问题提供系统性技术参考。该技术报告覆盖了从二氧化碳捕集端到注入端的完整输送链条，重点涵盖以下关键环节：-二氧化碳管道运输系统：包括陆上及海底管道的设计、建设、运行和维护中的流量保证问题-二氧化碳船舶运输系统：包括液化二氧化碳运输船的液货系统、装卸作业中的流量保证问题-二氧化碳注入系统：包括注入井筒、井口装置和注入层位中的流量保证问题-辅助设施：包括增压站、计量站、加热装置等辅助设施的流量保证问题需要特别指出的是，本技术报告中的“流量保证”是一个广义概念，不局限于传统意义上的水力学和流动稳定性分析，而是涵盖了从二氧化碳相态特性、热力学行为、多相流动、固相生成与沉积预防、腐蚀控制到完整性管理的全链条技术保障体系。2.2标准的章节框架ISO/TR27925:2023技术报告结构严谨，内容涵盖了以下主要章节：第1章范围：明确了技术报告的适用范围和边界条件。第2章规范性引用文件：列出了编制过程中参考和引用的相关国际标准和技术文件。第3章术语和定义：系统定义了与二氧化碳流量保证相关的专业术语，包括相态、临界点、水合物、干冰、多相流、段塞流等核心技术术语，为全球范围内统一技术语言奠定了基础。第4章二氧化碳流量保证的基本原理：系统阐述了二氧化碳在管道输送和注入过程中涉及的基本物理化学原理，包括：-二氧化碳的相态特征与相图分析-二氧化碳-水体系的热力学行为-杂质组分（如H₂S、SOₓ、NOₓ、O₂等）对二氧化碳物性的影响-二氧化碳管道输送的水力计算基础第5章二氧化碳运输与注入系统的流量保证关键问题：这是本技术报告的核心章节，详细分析了二氧化碳输送与注入过程中的关键技术问题：-相态控制与操作窗口设计：如何通过压力和温度控制确保二氧化碳在管道中保持密相或超临界状态，避免两相流的不利影响-水合物生成与抑制：分析了水合物生成的温度-压力条件、生成机理以及加热、脱水、抑制剂注入等防治措施-干冰形成与堵塞风险：分析了快速降压条件下干冰形成的可能性以及对管道和设备造成的堵塞风险-管道腐蚀与防护：分析了含水二氧化碳对碳钢管道和设备腐蚀的机理，给出了材料选择、内涂层、缓蚀剂等腐蚀控制措施-段塞流与其他不稳定流动控制：分析了地形起伏和管线倾角对段塞流形成的影响，提出了段塞流捕集器和流动稳定性控制措施-减压波传播与裂缝止裂韧性：分析了密相二氧化碳管道泄压过程中的减压波传播行为及管道断裂控制要求第6章风险评估与安全管理：讨论了二氧化碳管道输送过程中的风险评估方法（如定量风险评估QRA、危险与可操作性分析HAZOP等）、安全距离确定方法，以及事故应急响应与处置措施。第7章流量保证管理与监测技术：介绍了一系列用于流量保证监测与管理的技术手段，包括：-水力学模拟软件与瞬态流动分析-实时在线监测与泄漏检测技术-智能清管与在线检测技术-流量保证管理体系的建立与实施第8章案例研究与最佳实践：汇集了全球若干典型CCUS项目在流量保证方面的实际经验和案例：-挪威Sleipner和Snøhvit项目-加拿大BoundaryDam和Quest项目-美国PetraNova项目-中国国家能源集团鄂尔多斯CCS示范项目等第9章未来趋势与标准化需求：分析了CCUS产业未来发展方向对流量保证技术的新要求，指出了未来标准化工作的重点领域，包括大规模氢能-二氧化碳联合输运、二氧化碳-氢气混合输送、海上封存技术、直接空气捕获（DAC）与输送的耦合等。3标准创新性与关键技术亮点3.1首次系统构建了CO₂流量保证技术框架在ISO/TR27925:2023发布之前，国际上尚无专门针对二氧化碳运输和注入流量保证的系统性技术文件。该技术报告首次构建了覆盖“物性基础—工艺设计—风险管控—运行监测—案例实践”全要素的技术框架，为全球CCUS领域的工程技术人员提供了一份权威、系统的技术参考资料。3.2突出交叉性和系统性特征本技术报告在ISO/TC265的体系中归属于“交叉问题”（Crosscuttingissues），其突出特点是打破了传统标准中捕集、运输、封存各环节相互割裂的局面，以流量保证为纽带，将捕集端的气质要求、运输端的水力热力条件和封存端的注入能力进行了系统性关联分析。这种交叉性设计更加符合工程实践的实际情况，因为流量保证问题往往跨越多个环节，需要整体考虑。3.3融入了最新的工程实践成果技术报告在编制过程中充分吸纳了近年来全球CCUS示范项目在流量保证领域的最新工程实践成果和技术进展，特别是在超临界二氧化碳管道断裂控制、多相流模拟、水合物抑制等方面的最新研究突破，具有一定的前沿性。4主要参与单位介绍——中国石油集团安全环保技术研究院4.1单位概况中国石油集团安全环保技术研究院（以下简称“安环院”）成立于2007年，是中国石油天然气集团有限公司直属的综合性研究机构，主要面向油气行业安全、环保、节能和职业健康领域开展应用基础研究、关键技术攻关和工程技术服务。安环院是中国国内在CCUS安全环保技术领域最具影响力的研究机构之一，也是中国对口ISO/TC265二氧化碳捕获、运输和地质储存技术委员会的国内技术归口单位，承担着组织中国专家参与CCUS国际标准制定的重要职责。4.2承担的主要工作在ISO/TR27925:2023编制过程中，安环院牵头组织了中国国内CCUS领域的产学研优势力量，主要开展了以下工作：标准提案阶段：积极跟踪ISO/TC265的标准制定动态，在流量保证技术报告立项初期即组织国内专家进行评估，向ISO/TC265提交了中国在二氧化碳管道输送和注入方面的技术输入文件，为标准的技术框架设计提供了参考。编制讨论阶段：组织国内专家围绕CO₂管道输送的水力热力特性、含杂质CO₂的腐蚀行为、超临界CO₂管道泄压断裂控制等技术问题提供了大量文献和技术数据支持。特别是在CO₂管道断裂控制方面，国内专家结合国家科技重大专项和重点研发计划的研究成果，为技术报告中减压波传播和裂缝止裂相关内容提供了重要的理论分析和试验数据。表决投票阶段：组织国内专家对标准各阶段草案进行认真研究和审查，通过ISO国内技术对口渠道向ISO中央秘书处提交了中国的正式投票意见和修改建议，部分建议被采纳。4.3其他重要贡献领域安环院不仅在ISO/TR27925的编制中发挥了重要作用，还深度参与了ISO/TC265框架下的其他多项标准制定工作，包括二氧化碳捕集、运输和地质储存相关的术语标准、量化与核查标准、风险管理标准和设计与操作标准等，为中国在CCUS国际标准化领域系统性参与和持续贡献奠定了坚实基础。5标准实施意义与未来展望5.1标准实施的重要意义ISO/TR27925:2023的发布实施，具有多方面的重要意义：推动CCUS技术规模化发展：该技术报告为全球CCUS项目的工程设计提供了统一的技术参考，有助于降低项目前期设计的不确定性，推动更多CCUS项目从规划走向实施。促进国际技术交流与合作：为各国之间在CCUS领域的技术引进、装备出口、项目合作等提供了标准语言和技术规则，降低了跨国合作的技术壁垒。助力实现全球气候目标：CCUS是公认的实现碳中和不可或缺的关键技术。该技术报告通过保障CO₂输送链的安全性和可靠性，为CCUS产业安全规模化发展提供了重要的标准化支撑。对中国CCUS产业发展的支撑作用：该技术报告为中国CCUS产业提供了与国际对标的技术参考，有利于中国充分借鉴国际先进经验，推动中国CCUS示范工程和商业化项目的高标准建设。5.2未来标准化工作展望展望未来，随着CCUS产业规模的持续扩大和技术的不断进步，二氧化碳流量保证领域仍有许多值得关注的标准化工作方向：-从技术报告到正式国际标准的转化：随着技术日趋成熟，ISO/TR27925所涵盖的若干技术内容有望在条件成熟时分化为正式的国际标准（IS），在相态控制、水合物抑制、管道断裂控制等方面形成具有约束力的技术要求。-拓展至新兴技术领域：随着CO₂-氢混合输送、液态CO₂船舶运输、海上注入等新兴技术模式的发展，流量保证领域的技术标准需要及时跟进，为新技术应用提供标准化支撑。-加强与各国标准的协调：需要在ISO/TR27925基础上，加强与各国国家标准和行业标准的协调与互认，推动形成全球统一的CCUS技术标准体系。6结论ISO/TR27925:2023《二氧化碳捕获、运输和地质储存——交叉问题——流量保证》是ISO/TC265在CCUS交叉性技术领域取得的一项重要标准化成果。该技术报告历时约三年编制完成，汇集了全球多个国家在二氧化碳管道输送和注入领域的技术经验和工程实践，首次构建了覆盖二氧化碳输送全链条的流量保证标准框架。报告系统阐述了二氧化碳在管道和井筒中输送的基本热力学原理、关键流量保证问题（包括相态控制、水合物生成、干冰堵塞、腐蚀防护、段塞流控制及断裂控制等）、风险评估方法以及监测管理技术，并提供了多个国际典型案例的分析，对该领域的工程实践具有重要的指导和参考价值。随着全球碳中和进程加速推进和CCUS产业持续蓬勃发展，流量保证作为二氧化碳安全输送的技术保障核心，其