本文由程玉峰、孙颖昊和张引弟共同撰写，发表于《长江大学学报（自然科学版）》2022年第19卷第1期。程玉峰是加拿大卡尔加里大学的教授，同时也是欧盟科学院院士，在油气田与管道腐蚀科学、新能源管道技术等领域有深厚的研究背景。张引弟是长江大学的教授，主要研究方向为油气储运工程和二氧化碳富集、利用与储存（CCUS）。本文的主题围绕氢气管道的发展及其面临的管线钢氢脆挑战展开，旨在探讨氢气管道运输的技术可行性与安全性问题。
随着全球对清洁能源需求的增加，氢能作为一种绿色、清洁的能源载体，被认为是实现净零排放目标的关键之一。氢能的高效、安全运输是氢能经济发展的核心环节之一。管道运输因其运载量大、效率高、经济实惠等优势，成为氢气运输的首选方式。然而，高压氢气管道或天然气/氢气混输管道存在氢脆失效的风险，这严重威胁了管道的安全运行。因此，研究氢气管道中的氢脆现象及其失效机理具有重要的科学意义和实际应用价值。
本文的主要目标是阐述氢气管道运输的背景及其在氢能经济中的重要性，分析氢气管道中氢脆现象的热力学条件、氢的渗透与扩散行为、氢致失效的机理和失效形式，并探讨管线钢在氢气运输条件下的氢脆风险。
本文首先介绍了氢能经济及其可持续发展的背景，强调了氢能作为清洁能源的重要性。随后，文章详细讨论了氢气运输的多种方式，包括管道运输、液氢罐运输和高压氢气罐运输，并比较了它们的优缺点。管道运输因其高效性和经济性，被认为是未来氢气运输的主导方式。
在氢气管道运输的背景下，文章重点探讨了氢脆现象及其失效机理。氢脆是指氢原子进入金属材料后，导致材料脆性增加、裂纹引发等失效现象。文章详细分析了氢脆的热力学条件、氢的渗透与扩散行为，以及氢致失效的机理和失效形式。通过热力学计算，文章证明了管线钢在氢气运输条件下氢分子发生解离吸附的可行性，并分析了氢气管道中氢脆失效的风险。
文章通过热力学分析，证明了氢气在管线钢中的解离吸附是热力学可行的。这意味着在高压氢气环境下，氢原子可以进入管线钢并引发氢脆现象。文章还讨论了氢脆的多种失效形式，包括氢致开裂、氢鼓泡等，并分析了这些失效形式的机理。
在氢脆失效机理方面，文章介绍了多种理论模型，包括氢致内压（HIP）、氢促进局部塑性（HELP）、氢促进解离（HEDE）等。这些模型从不同角度解释了氢脆现象的发生机制。文章指出，氢原子与位错的交互作用是氢脆发生的重要根源，氢原子可以降低位错形核的激活能，导致金属在外应力作用下产生更多滑移系，从而引发脆化。
本文的结论指出，氢气管道运输是未来氢能经济发展的关键环节，但高压氢气管道中的氢脆现象是一个不容忽视的安全隐患。通过热力学分析和实验研究，文章证明了管线钢在氢气运输条件下存在氢脆失效的风险，并提出了进一步研究的方向，包括原子尺度的测量与计算模拟。
本文的研究不仅丰富了氢脆现象的基础科学知识，还为氢气管道运输的安全性提供了理论支持。通过深入理解氢脆的机理，可以为氢气管道材料的设计与优化提供指导，从而降低氢脆失效的风险，保障氢气运输的安全性和经济性。
本文通过对氢气管道运输中的氢脆现象进行深入分析，揭示了氢脆失效的热力学条件和机理，为氢气管道材料的设计与优化提供了重要的理论支持。随着氢能经济的快速发展，氢气管道运输的安全性将成为未来研究的重点，本文的研究成果为这一领域的发展奠定了坚实的基础。