面向“双碳”背景下天然气管道掺氢输送、纯氢管网建设及二氧化碳捕集封存（CCUS）管输的国家重大战略需求，立足流体动力学、多孔介质输运理论与多相流腐蚀控制原理，构建了“掺混输运—泄漏扩散—安全评价”与“相态控制—腐蚀预测—泄漏扩散”一体化的数值模拟与实验研究体系。技术突破掺氢均匀性定性表征、纯氢泄漏量计算精度不足以及含杂质CO₂管输水合物生成与腐蚀控制等关键技术瓶颈。在氢能领域，融合计算流体动力学与多场耦合模拟技术，揭示了天然气掺氢均匀性的定量规律，建立了纯氢泄漏量预测模型；在CCUS领域，自主创新研发出含杂质CO₂管输水合物预测及腐蚀控制、单一相态控制及流量精确计量、管道裂纹扩展预测及止裂控制、泄漏扩散预测及危险区域确定等成套关键技术。该技术体系不仅能有效解决天然气掺氢输送中甲烷-氢气混合不均、埋地氢气泄漏运移规律不明等工程难题，还可为含杂质CO₂长输管道的安全设计、腐蚀防控及泄漏风险评估提供全方位技术支撑，服务于我国氢能输运与碳捕集封存产业链的高质量发展。

【核心技术突破】

掺氢/纯氢管道输送特性与安全评价技术：系统构建了“掺混输运—泄漏扩散—安全评价”一体化的数值模拟研究体系。在掺氢输送方面，自主研发了基于变异系数的掺混均匀性量化方法，揭示了掺氢比与甲烷流速协同调控下的“混合长度—混合时间”工程权衡机制。在纯氢泄漏方面，提出了埋地管道氢气运移的“近场对流主导—远场扩散主导”分区输运理论，阐明了压力、孔隙率等多因素对氢气运移规律的调控机制，建立了预测氢气泄漏量的经验模型。该技术体系为掺氢/纯氢管道的工艺参数优化、泄漏事故反演及安全风险评估提供了关键理论支撑。

CCUS管输及注入关键技术：针对含杂质CO₂管输过程中的相态复杂、腐蚀风险高、泄漏后果严重等难题，自主创新研发出四项核心技术：①含杂质CO₂管输水合物预测及腐蚀控制技术，有效抑制水合物生成与酸性腐蚀；②单一相态控制及流量精确计量技术，保证管道安全高效运行；③管道裂纹扩展预测及止裂控制技术，防止延性断裂长程扩展；④泄漏扩散预测及危险区域确定技术，为应急响应提供科学依据。该成果攻克了含杂质CO₂带来的系列技术难题，打破国外技术垄断，为延长石油碳捕集和驱油封存一体化示范项目提供了产业化技术支撑。

【成果支撑】

本技术方向在氢能输运领域申请相关软件著作权多项；掺混均匀性量化方法与氢气泄漏量预测模型获国内外同行引用与肯定。CCUS管输关键技术获2023年陕西高等学校科学技术研究优秀成果创新驱动奖1项，相关成果已成功应用于延长石油等碳捕集与驱油封存示范工程。团队持续开展新型介质储运基础理论与应用技术研究，为后续工程应用奠定了扎实基础。

【应用前景】

城镇燃气掺氢输送领域：可为国内主要燃气集团在役天然气管道的掺氢适应性改造提供掺混工艺参数优化、均匀性评价等核心技术支撑，助力燃气输送系统低碳转型；

纯氢管道建设与运营领域：服务于新建纯氢输送管网的泄漏风险评估、监测点布设及应急预案制定，为保障氢能“制—储—输—用”全链条安全运行提供关键科学依据；

CCUS管输与注入领域：可为我国正在计划或实施的百万吨级CCUS项目（如延长石油、国家能源集团等）提供含杂质CO₂管道输送的水合物预测、腐蚀控制、泄漏扩散模拟等关键技术支撑，打破国外技术垄断，推动碳捕集封存产业化落地；

氢能基础设施安全评价领域：可拓展应用于加氢站、储氢库及综合能源站等场景的泄漏事故反演与安全距离分析，支撑氢能基础设施工程安全保障。