随着我国提出“碳中和、碳达峰”的目标，氢能的发展日益受到重视。氢能输运连接上游制氢、储氢和下游用氢，是氢能产业链中至关重要的一环。在众多氢能输送方式中，将一定比例的氢气掺入天然气中，利用在役天然气管网进行输送，成为一种高效、经济的输氢技术。采用在役天然气管道掺氢输送氢气具有远距离、大规模和低成本的优点，有望成为“西氢东送”的主要解决方案，助力我国能源转型升级。

管道输氢引起氢气组分分层聚集、管道材料氢脆和传感器计量不准等问题，研究天然气掺氢管道输送关键技术，对氢能的规模化应用具有重要意义。

关键科学问题

1、管材中氢渗透扩散行为与氢致损伤机理

管材长期工作在氢环境中，易造成材料的塑性损减、裂纹扩展速度加快，疲劳性能降低或氢致滞后断裂等现象，导致相应结构过早发生失效。为保障输氢管道的运行安全，研究多因素耦合作用下管材中氢渗透扩散行为，掌握氢在管材中的渗透扩散规律，需厘清管材在内部渗氢、外部析氢和力学载荷等多因素耦合作用下的氢致损伤机理。

2、掺氢天然气混合-分层-凝结传质输运机理

由于氢气与天然气密度、压缩因子等物性差异显著，输运过程存在氢气聚集、分层、水蒸气凝结等风险，局部氢浓度超标、冰堵影响掺氢输运的安全性与稳定性。在掺混-输送-调压的作用下，掺氢天然气的浓度场、温度场和速度场等多物理场形成和演化机制不明。需揭示掺氢天然气混合-分层-凝结的传质输运机理。