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

二氧化碳捕获、运输和地质储存——交叉问题——流量保证（ISO/TR27925:2023）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CarbonDioxideCapture,TransportationandGeologicalStorage—CrossCuttingIssues—FlowAssurance摘要随着全球气候变化问题日益严峻，碳捕获、利用与封存（CCUS）技术作为实现碳中和目标的关键路径之一，受到国际社会广泛关注。在CCUS全链条中，二氧化碳的流量保证（FlowAssurance）是确保捕获、运输与地质储存系统安全、高效、经济运行的核心技术环节，涉及多相流理论、热力学分析、材料科学及安全工程等多学科交叉。为系统规范该领域的技术要求和管理方法，国际标准化组织（ISO）于2023年7月31日正式发布ISO/TR27925:2023技术报告。本报告对该标准的立项背景、编制过程、技术框架和核心内容进行系统阐述，分析其在碳捕集与封存标准体系中的地位与作用，并探讨该标准对全球CCUS产业发展的指导意义及其在我国的转化应用前景。报告指出，ISO/TR27925:2023填补了国际标准在CO₂流量保证领域的空白，为跨区域、跨行业的CCUS项目提供了统一的技术基准，对推动碳管理标准化进程具有重要的里程碑意义。关键词：二氧化碳捕获；地质储存；流量保证；国际标准；碳捕集利用与封存；碳中和；多相流Keywords:CO₂capture;Geologicalstorage;Flowassurance;Internationalstandard;CCUS;Carbonneutrality;Multiphaseflow一、引言1.1研究背景全球气候变化已成为21世纪人类面临的最严峻挑战之一。根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告，若要将全球升温控制在1.5℃以内，不仅需要大幅削减化石能源使用，还必须依靠碳移除技术（CarbonDioxideRemoval,CDR）实现净零排放目标。在这一背景下，碳捕获、利用与封存（CarbonCapture,UtilizationandStorage,CCUS）技术被视为连接现实排放与净零目标之间的关键桥梁。国际能源署（IEA）发布的《净零路线图2023》指出，到2050年，全球需具备约60亿吨/年的CO₂捕集能力。截至2024年，全球在建和规划中的大型CCUS设施已超过700个，覆盖电力、钢铁、水泥、化工等多个高排放行业。随着CCUS项目的规模化部署，CO₂从捕获源到封存地的长距离运输和注入过程中的流量保障问题愈发突出，直接关系到项目的安全性、经济性和可靠性。1.2流量保证的工程意义流量保证（FlowAssurance）源自油气管道输送领域，最初用于确保油气在管道中安全、经济地输送。在CO₂管道输送和注入体系中，流量保证的内涵更为复杂，涉及以下关键技术问题：-相态行为控制：CO₂在管道输送过程中，压力和温度变化会导致其发生气态、液态、超临界态及固相（干冰）之间的相态转变。不同相态对管道材料、输送效率和下游注入设备产生显著影响。-水合物生成与防治：在高压低温条件下，CO₂与水蒸气可形成笼型水合物，造成管道堵塞，严重影响输送安全。-腐蚀控制：溶解于游离水中的CO₂会形成碳酸，对碳钢管材造成电化学腐蚀，尤其在CO₂-水-杂质（H₂S、SO₂、NOₓ、O₂等）共存体系中腐蚀机理更为复杂。-多相流动保障：CO₂超临界输送过程中的压力骤降可能导致气液两相流态失稳，产生段塞流等危害性流动状态。-杂质组分影响：CO₂气流中携带的N₂、Ar、H₂、H₂S、SO₂、NOₓ、O₂、CH₄及胺类降解产物等杂质，会改变CO₂混合物的临界性质和水合物相平衡条件，进而影响流量保证策略的制定。因此，建立统一、系统的流量保证标准化技术规范，对保障CCUS产业链的安全稳定运行具有重要的工程价值和现实意义。二、标准立项背景与编制历程2.1立项背景2010年前后，全球多个大型CCUS示范项目（如挪威Sleipner项目、加拿大BoundaryDam项目、美国PetraNova项目等）的运营经验表明，流量保证问题在项目设计、建设和运行各阶段均占据突出地位。然而，各项目多依托企业内部技术规范或借鉴油气行业标准，缺乏统一的国际性技术准则，导致以下突出问题：1.技术方案碎片化：不同项目在CO₂纯度要求、输送参数设定、监测指标等方面差异巨大，跨项目经验难以直接复用。2.安全标准不统一：在CO₂管道设计安全系数、泄漏检测手段、应急响应机制等方面缺乏国际共识。3.跨境运输受阻：对于跨境碳输送（如北海地区的跨国运输网络），因各国标准不一，协调成本高昂。4.公众接受度受限：缺乏权威标准支撑，增加了公众对CO₂管道运输安全性的疑虑。2.2标准编制历程ISO/TR27925技术报告由ISO/TC265（二氧化碳捕获、运输和地质封存技术委员会）归口管理。ISO/TC265成立于2010年，旨在协调全球CO₂捕获、运输和地质储存领域的标准化工作，其工作范围涵盖术语定义、设计建造、运营管理、环境影响评估等多个方面。ISO/TC265下设多个工作组（WG），其中WG3负责运输与储存领域的标准化工作。ISO/TR27925的编制工作由WG3下属的CO₂运输流量保证专题组承担，加拿大、挪威、美国、法国、中国、日本等国的技术专家参与了文件起草与评审工作。该技术报告历经多轮工作组草案（WD）、委员会草案（CD）和最终技术报告草案（DTR）阶段，最终于2023年7月31日正式发布。技术报告的制定过程充分纳入了来自挪威船级社（DNV）、美国石油学会（API）、国际管道研究委员会（PRCI）等机构和大型能源企业的实践经验，确保文件内容兼顾技术前沿性与工程可操作性。三、标准技术内容解析3.1标准定位与适用范围ISO/TR27925属于技术报告（TechnicalReport,TR）类型，其定位是为CO₂捕获、运输和地质储存全链条中的流量保证问题提供技术指导与最佳实践总结，而非强制性规范文件。这一类型的优势在于可以在技术尚未完全定型阶段，以更灵活的方式汇聚行业共识并持续更新。该技术报告适用于以下范围：-CO₂捕集设施至封存场址间的管道运输系统-CO₂注入井筒的流量保障设计与运行管理-海上及陆上CO₂输送与注入系统-含杂质多元CO₂混合物流的流量保证评估3.2标准核心框架ISO/TR27925的技术框架围绕CO₂流量保证的关键决策节点构建，主要内容包括：(1)CO₂物流特性分析-纯CO₂及含杂质混合物的热力学物性参数（临界性质、密度、黏度、比热容等）计算方法-相包络分析与相态行为预测-不同运输条件下（气相、液相、密相/超临界相）的适用性评估(2)杂质的允许含量与影响评估-杂质对相行为、水合物形成条件、腐蚀速率的影响机理-不同输送场景下的杂质的建议允许浓度范围-杂质间协同效应分析(3)水合物防治-CO₂水合物的形成条件预测方法-热力学抑制剂（甲醇、乙二醇）和动力学抑制剂的选用原则-水合物风险评估与预警指标(4)腐蚀控制-CO₂-H₂O体系以及含H₂S、SO₂等多杂质体系的腐蚀机理-耐蚀合金（CRA）选材原则与碳钢+缓蚀剂方案的比选-腐蚀监测技术与完整性管理方法(5)多相流动与瞬态分析-稳态水力计算与管道尺寸设计-启停输、放空、吹扫等工况下的瞬态流动分析-段塞流抑制措施与流型控制(6)泄漏与安全风险控制-CO₂管道泄漏扩散模拟方法-泄漏检测与定位技术-事故减缓措施与应急方案编制要求3.3标准的技术特色ISO/TR27925具有以下显著技术特色：-全链覆盖：贯穿捕获出口、管道输送、注入井筒的完整路径，形成端到端的技术保障方案。-杂质量化：对关键杂质提出了定量化建议值，为设计方和运营方提供了可操作的参考基准。-工况多元：同时涵盖陆上和海底管道、新建与改建设施、纯CO₂与混合物流等多种工程情形。-风险导向：突出风险评估方法在流量保证方案制定中的基础作用，强调动态风险管理理念。-与现有标准衔接：与ISO27913（CO₂管道运输系统）、ISO27914（CO₂地质封存）、ISO27917（术语）等标准形成有机体系，彼此呼应、互为支撑。四、标准与CCUS标准体系的融合ISO/TR27925是ISO/TC265制定发布的CCUS系列标准的有机组成部分。该系列标准构成了覆盖碳捕获、运输、封存全链条的国际标准框架：|标准编号|标准名称|状态||---------|---------|------||ISO27917|二氧化碳捕获、运输和地质封存——术语、定义及缩略语|已发布||ISO27913|二氧化碳管道运输系统|已发布||ISO27914|二氧化碳地质封存|已发布||ISO27919-1|二氧化碳捕获——电厂用燃烧后捕获方法|已发布||ISO/TR27925|交叉问题——流量保证|已发布||ISO/TR27926|交叉问题——量化与核查|已发布|该标准体系在结构上形成三个层次：顶层为基础术语标准，中间为方法论与技术框架标准，底层为具体技术环节的专题标准。ISO/TR27925属于第三层次，是针对CCUS产业链中关键交叉性技术难题的专项标准。在具体技术内容上，ISO/TR27925与ISO27913（管道运输系统设计）形成紧密配合：ISO27913侧重于管道系统的设计、建造与运行技术要求，而ISO/TR27925则聚焦于流量保证相关的流体力学、热力学与材料问题，两层标准相互补充，构成完整的管道输送技术规范体系。五、主要编制单位介绍——挪威船级社（DNV）在ISO/TR27925:2023的编制过程中，挪威船级社（DNV）发挥了至关重要的技术引领作用，是标准起草专家组（ISO/TC265/WG3）中的核心机构。5.1机构概况DNV成立于1864年，总部位于挪威奥斯陆，是全球领先的风险管理与质量保障服务机构，业务遍及100多个国家。DNV在能源行业拥有超过150年的技术积累，尤其在油气管道完整性管理、海洋工程、多相流输送、材料腐蚀与安全风险评估等领域居于全球领先地位。作为独立的第三方认证和标准化机构，DNV长期积极参与国际标准化工作，是多个ISO技术委员会的成员单位，在ISO/TC265中担任重要角色。DNV在CCUS领域的深厚工程经验使其成为流量保证标准编制的天然牵头者。5.2CCUS技术积累DNV在CCUS领域的研究可追溯至1990年代挪威Sleipner项目——全球首个商业化CO₂地质封存项目。DNV深度参与了该项目的地下储层评价、井筒完整性管理和安全监测技术的开发与评估工作，积累了从理论到实践的完整经验。此后，DNV持续深耕CCUS全产业链技术，在以下方面形成了领先的技术能力：-CO₂管道输送技术：DNV制定了全球首个面向CO₂管道输送的推荐操作规范（DNV-RP-F104），该规范在ISO27913和ISO/TR27925的编制中发挥了重要的参考和蓝本作用。该推荐规程系统规定了CO₂管道设计参数选择、材料选用、杂质含量控制、腐蚀防护和水合物防治等完整技术方案，是国际上公认的最权威CO₂管道技术规范之一。-多相流体力学：DNV拥有世界一流的多相流实验室和数值模拟平台，具备µCT扫描、高压环路测试和计算流体力学（CFD）仿真等先进研发能力，为流量保证方案的制定提供了坚实的实验和理论支撑。-风险评估方法论：基于其百年海事与能源行业风险评估经验，DNV开发了适用于CO₂储运体系的风险评估工具和方法论，已被纳入ISO/TR27925的核心框架。-全球CCUS项目数据库：DNV积累了全球绝大多数已运营和在建CO₂管道项目的关键运营数据和失效案例，为技术报告中的经验总结和故障分析提供了宝贵的数据支撑。DNV在这一标准编制中的贡献，体现了国际标准化工作中“产业界-科研界-监管方”协同推进的典型模式，也为其他类型的复杂交叉性技术标准制定提供了有益参考。六、标准应用前景与推广建议6.1国际应用前景ISO/TR27925:2023作为全球首个CO₂流量保证领域的国际技术报告，其发布具有以下重要意义：引领全球CCUS管道输送行业规范化发展。随着全球碳管道网络（如美国中西部碳管道网络、北欧海上碳运输管网等）的大规模规划建设，该标准为跨国管道互联互通提供了统一的技术基准，有助于降低跨境碳输送的技术壁垒。为各国CCUS政策制定提供参考依据。标准中的技术指标和安全要求可被各国监管机构采纳为项目审批、许可和监管的参考文件，提升行政效率。指导新的CCUS项目设计优化。标准系统总结了当前最佳实践，可作为新项目设计的重要参考，缩短前期方案论证周期，降低设计风险。6.2国内转化与实施建议对我国而言，ISO/TR27925:2023的发布恰逢国内CCUS产业加速发展的关键时期。据全球碳捕集与封存研究所在线项目数据库统计，截至2024年，中国已投运和规划中的CCUS项目超过100个，覆盖电力、煤化工、石油化工、钢铁、水泥等多个重点行业，规划捕集能力已超过千万吨级。新疆、鄂尔多斯、大庆、胜利油田等地区正积极推进百万吨级CCUS示范工程和CCUS产业集群的建设。2023年，国家发展改革委等部门联合发布的《加快油气勘探开发与新能源融合发展行动方案（2023-2025年）》明确提出推动CCUS规模化应用。CCUS产业的规模化发展迫切需要在流量保证、管道输送、安全监管等环节形成符合我国国情的标准化技术体系。在此背景下，建议加快推进该标准的转化应用，具体举措包括：1.开展我国CO₂管道输送工况的系统调研，系统梳理不同气源条件（燃煤电厂烟气、天然气处理厂酸气、煤化工高浓度CO₂等）和不同输送场景（陆上长距离、海上平台、近海注入）下的杂质谱图和运行参数特征，为标准转化提供数据基础。2.推动ISO/TR27925向国家标准或行业标准的转化，适时将适用于我国工况的内容融入国家标准体系，对标准中的技术指标、方法要求和推荐做法进行系统整合，形成“吸收借鉴+自主补充”的复合型标准方案。3.建立CO₂管道流量保证试验验证平台，依托现有国家重点实验室或新建中试环路，对标准中涉及的水合物抑制、腐蚀控制、多相流态控制等关键技术指标开展试验验证，确保标准在我国工况条件下的适用性和可靠性。4.加强与国际标准化组织的深度合作，在CO₂管道纯化指标、杂质允许范围、泄漏检测手段等关键技术方向持续输出中国数据和实践方案，增强我国在全球碳管理标准化治理中的话语权和影响力。5.加强专业技术人才队伍建设，依托高校、科研院所和企业联合开展CCUS领域标准化专业知识培训，建立涵盖热力学、管道工程、腐蚀防护、安全工程等多专业交叉的人才梯队。6.完善CCUS标准化战略布局，建议将流量保证标准纳入国家CCUS标准体系建设重点方向，持续跟踪ISO/TC265工作动态，积极参与后续修订工作，在战略性标准领域尽早布局。七、结论与展望ISO/TR27925:2023的发布是碳捕集、利用与封存国际标准化进程中的一个重要里程碑。作为全球首部系统规范CO₂流量保证技术要求的国际标准文件，该技术报告将分散的工程实践和技术经验汇聚为系统化的技术指引，为保障CO₂从捕获到封存全过程的安全高效输送提供了统一的技术语言和参考基准。回顾CCUS标准化的发展历程可以看到，从2013年ISO27917术语标准的起草起步，到2016年ISO27913和ISO27914运输与封存标准的发布，再到2023年ISO/TR27925流量保证技术报告的出台，国际CCUS标准体系正在从框架构建走向纵深细化。流量保证作为连接运输系统安全与封存系统