将检索到的155篇国内文献，通过VOSviewer软件生成关键词共现图谱（图3）并制作频次较高的关键词表（表1）。可见，国内关键词聚集且清晰，大致可以分为5大类：①红色部分主要为氢气输送管道的安全性研究，涉及掺氢天然气泄漏扩散与燃烧爆炸特性研究、现有天然气泄漏检测技术完善、不同泄漏场景（通风、喷射火爆炸等）掺氢天然气泄漏扩散风险分析、管道输送过程的完整性管理、管道材质的相容性与小孔泄漏可能性相关管理规范的完善、安全事故的防范等，这些都是后续进行掺氢管道输送技术相关设计规范制定和修改的依据。②绿色部分为氢气输送管道的数值模拟研究，主要分析不同掺氢比对管道内流动参数的影响，包括如何设置掺氢工艺保证氢气与天然气能够均匀混合且无气体分层现象、掺氢管道流动特性参数动态模拟及分析掺氢对管输关键设备的影响。③蓝色部分为掺氢工艺的相关研究，主要涉及掺氢比的动态测量、掺氢结构与掺氢位置的研究，分析掺氢后管道内氢气的流动状态、管道内以物质的量分数表征的氢气浓度分布及天然气掺氢的工艺安全问题。④黄色部分为掺氢天然气管网的运行工况研究，考虑到目前天然气管网已初步形成，氢气的掺入会对管网的压降造成影响进而改变整个管网的运行工况，因此，需要分析富氢天然气对在役天然气管网运行工况的影响以及掺氢所引起的流动参数变化对超声波流量计及截断阀的影响。⑤紫色部分为掺氢环境下管材相容性分析，主要包括基于实验平台的含氢管道氢致开裂、基于动态贝叶斯网络的裂纹扩展模型及管道失效后果分析，以期合理选择材料，完善输氢管道设计，降低事故发生概率。

图3 2005—2023年中国氢气管道输送研究关键词共现图谱Fig. 3 Key word co-occurrence map for hydrogen pipeline transportation research in Chinese publications (2005–2023)

表1 2005—2023年中国氢气管道输送相关文献中关键词分类及出现频次表Table 1 Classification and frequency of key words in Chinese literature on hydrogen pipeline transportation (2005–2023)

图4 2005—2023年间国外氢气管道输送研究关键词共现图谱Fig. 4 Key word co-occurrence map for hydrogen pipeline transportation research in foreign publications (2005–2023)

表2 2005—2023年国外氢气管道输送相关文献中关键词分类及出现频次表Table 2 Classification and frequency of key words in foreign literature on hydrogen pipeline transportation (2005–2023)

将检索到的606篇国外文献，通过VOSviewer软件生成关键词共现图谱（图4），并制作了频次较高的关键词表（表2）。可见，国外关键词大致可以分为掺氢管线钢氢损伤、掺氢天然气管网运行分析、掺氢对能源系统的影响、氢气管道泄漏扩散、掺氢工艺、氢气输送管道风险评价5大类。对比国内数据，国外关键词共现图的关键词数量及频次明显较高，表明国外学者在氢气管道输送领域的研究广度、深度及影响力各方面均具有明显的优势：①掺氢环境下管材相容性的分析较为深入。管材的氢脆问题受到掺混的气体种类、掺氢比及管材所处环境等诸多因素的影响，尚无普适性研究成果。虽然欧美国家低压氢气输送管道技术较为成熟，且已颁布氢气长距离输送管道标准规范，但考虑到中国在役天然气管道运行工况、敷设环境与国外存在较大差异，应进行不同掺氢条件（特别是高压情况下）管材的试验，以期为制定相关标准和攻克技术瓶颈提供理论支撑^[10]。②氢气输送管道风险评价技术较为成熟。虽然国内对于氢气管道输送泄漏扩散的研究较多，但主要侧重于泄漏扩散过程描述及泄漏后果影响因素分析，并未建立定量风险评价模型。其原因是国内油气管道事故数据库尚待完善，而完整的事故数据记录是进行管道定量风险评价的基础。欧美国家的管道事故数据库较为完善，近些年，随着氢气管道的推广，相关数据库及定量风险评价模型也有了进一步的发展。如美国相关学者Groth提出了氢气系统可靠性数据库的设计要求及结构框架^[25]，并且开发了相应的定量风险评估模型HyRAM（Hydrogen Risk Assessment Models）^[26]，可以定量评估氢气在天然气管道中运输的风险^[27−28]。③掺氢天然气管网运行分析较为深入。近年来，国外氢气输送项目建设快速发展，已经初步形成了区域性掺氢输送管网，相关学者对于氢气能源系统的研究较多，侧重于从系统工程的角度分析掺氢管网的相关问题，具体包括可持续能源供应系统中氢气基础设施建设的必要性与可行性^[29−33]、不同需求规模条件下3种输氢方式（液态有机氢载体输氢、高压储罐输氢、管道输氢）的运输成本与能量效率^[34−36]、能源系统优化中氢气网络建模简化方法的可行性与经济性^[37]、不同氢气供应路径相关排放源的空间位置对区域空气污染浓度的影响^[38]、天然气和氢气基础设施的潜在协同效应及如何高效利用现有天然气基础设施完善氢气供应链^[39−40]等。国内在掺氢天然气管网方面的研究相对较少，主要侧重于掺氢天然气管网的仿真及优化调度问题^[41−43]，大部分从技术经济角度入手进行分析，较少关注经济-环境-社会视角下的掺氢管网优化运行。

基于VOSviewer中Co-authorship分析功能，绘制了2005—2023年中国氢气管道输送研究发文作者共现图谱（图5）。可见，中国氢气管道输送领域研究以团队合作为主，以李玉星、鲁仰辉、郑津洋等为核心形成的网络合作紧密，并联络到其他作者。

图5 2005—2023年中国氢气管道输送研究作者共现图谱Fig. 5 Author co-occurrence map for hydrogen pipeline transportation research in Chinese publications (2005–2023)

1）国内所筛选的155篇文献中，李玉星发文量最多。2021年12月，李玉星教授牵头申报的国家重点研发计划“中低压纯氢与掺氢燃气管道输送及其应用关键技术”项目获批，该项目突破了中低压纯氢与掺氢燃气管道安全稳定高效输送及其应用中的理论与技术瓶颈，推进了“氢进万家”产业体系发展^[44]。同时，北京石油化工学院的宇波教授承担了此项目的子课题“随动流量掺氢设备研发与多掺氢点多用户复杂管输工艺”，其团队成员针对静置、随动掺氢工况下管道内流动参数变化及掺氢管网的数值模拟计算进行了深入分析^[45−47]。此外，李玉星团队还与西南石油大学朱红钧团队、深圳燃气集团段鹏飞团队在掺氢天然气管道领域进行了较为密切的合作并发表相关文章，发文量呈现逐年递增趋势，主要研究集中于掺氢天然气管道输送过程流动特性分析与相关参数计算、管道钢氢脆行为研究、掺氢天然气在受限空间的泄漏扩散特性等方面^[48−49]。

2）鲁仰辉主持或参与了多项国家核电重大专项、工信部工业转型升级（中国制造2025）项目等国家级项目，其团队主要进行掺氢天然气管道安全关键技术研究，并与浙江大学郑津洋团队、中国石油大学（北京）董绍华团队及北京航空航天大学许未晴团队分别进行了相关方面的合作。与许未晴团队的合作研究主要侧重于在役管道输送掺氢天然气适应性分析，包括掺氢对管道内介质流动参数（氢浓度、压降等）、关键设备（超声波流量计、高压调压阀等）的影响^[50−52]。与郑津洋、董绍华团队的合作研究则主要侧重于掺氢管道完整性评价与寿命预测、掺氢天然气管道泄漏监测预警等方向。此外，郑津洋院士于2022年承担了中国工程院战略研究与咨询项目“我国氢能承压设备风险分析和对策”^[53]。2018年，董绍华教授获批国家自然科学基金面上项目“X80管线钢氢损伤失效行为与完整性评价模型研究”^[54]，随后牵头建设北京市科协“氢能产业与安全”智库基地，建立了天然气管道掺氢输送综合试验场，与中国海油、中国石油、国家管网集团、北京燃气集团等企业联合开展高水平研究，推进京津冀一体化氢能产业发展。在上述学者的共同努力下，鲁仰辉团队初步建立了在役管道输送掺氢天然气适应性评价方法、管道寿命与最大容许裂纹尺寸预测方法，形成了在役掺氢天然气管道安全保障技术，并利用辽宁省朝阳市天然气掺氢示范项目开展了掺氢比0～10％的掺氢安全输送技术验证^[55]。

3）此外，李长俊、周登极等均针对掺氢管道输送技术进行了深入研究。2019—2021年，李长俊教授承担了国家管网集团“在役天然气管道混氢输送适应性研究”项目，其团队成员针对掺氢天然气管道输送的流动特性及关键设备（流量计、压缩机、换热器等）的适应性进行了分析^[56−59]。周登极教授基于国家自然科学基金青年项目“燃气轮机气路故障多学科影响及其平行诊断方法研究”，对包含掺氢天然气管网的综合能源系统的仿真及优化调度问题进行了深入研究^[39−43]。

基于VOSviewer中Co-authorship分析功能，绘制了2005—2023年国外氢气管道输送研究发文作者共现图谱（图6）。可见，国外以Stolten Detlef、Ogden Joan、Groth Katrina、 Zhou Dengji、 Li Yuxing、 Liang Yongtu等为核心形成的网络合作紧密。国外所筛选的606篇英文文献中，除了前面提到的中国作者Zhou Dengji、Li Yuxing团队，Liang Yongtu团队也对掺氢管网输送优化调度^[60−61]、关键设备优化运行与可靠性进行了研究^[62−63]。国外的作者团队中，Stolten团队发文量较多，侧重于氢气产业链及能源系统分析，涉及氢气管道运输、氢气储存领域。Stolten先后主持并参与了多项德国的氢能相关项目，包括Virtual Institute-Power to Gas and Heat、 Energie Campus Nürnberg、 Energy System 2050-A Contribution of the Research Field Energy等，其研究主要侧重于欧洲可持续能源供应系统中氢气基础设施建设的必要性及可行性^[29−33]、不同需求规模条件下3种输氢方式的运输成本和能量效率^[34−36]、能源系统优化中氢气网络建模简化方法的可行性与经济性^[37]。Ogden所在的美国加利福尼亚大学戴维斯分校交通研究所团队主要承担了 Hydrogen pathways program、Potential to build current natural gas infrastructure to accommodate the future conversion to Near-Zero trans-portation technology、 Sustainable transportation energy pathways等项目，侧重于不同氢气供应路径相关排放源的空间位置对区域空气污染浓度的影响^[45]、天然气与氢气基础设施的潜在协同效应、如何高效利用现有天然气基础设施完善氢气供应链^[35, 38]。Groth侧重于研究氢气管道安全及完整性管理^[64]，在美国交通部、美国能源部、美国国家科学基金会等支持下，提出氢气系统可靠性数据库的设计要求及结构框架^[25]，并开发了用于氢气系统安全评估的定量风险评估模型HyRAM^[26]，可定量评估氢气在天然气管道中运输的风险^[27−28]，为氢气系统定量风险评估与可靠性研究提供了相关依据。

图6 2005—2023年国外氢气管道输送研究作者共现图谱Fig. 6 Author co-occurrence map for hydrogen pipeline transportation research in foreign publications (2005–2023)

对中国氢气管道输送领域的主要发文期刊进行统计分析（图7）可知，《油气储运》在2005—2023年发文24篇，排在第1位，其复合影响因子为2.552。该刊从氢气管道氢脆问题、掺氢环境下现有管材及关键设备的相容性、纯氢/掺氢天然气管道泄漏扩散特性、掺氢管道的完整性管理等方面，对氢气管道输送技术进行了分析并提出建议^{[25, 39]}。《油气储运》期刊中该领域发文量较多的机构为中国石油大学，该机构所发文献主要介绍了国内外氢气管道长距离输送技术标准、氢能全产业链研究现状、氢气输送过程中的核心技术问题，指出管道能够实现氢能长距离跨地区输送，但在输送过程中金属/非金属管材、安全运行及标准体系方面仍存在诸多挑战^{[7, 19, 65−68]}。《力学与实践》发文18篇，排在第2位，其复合影响因子为0.967。该刊收录的氢气管道输送论文主要集中于掺氢输送管道的氢气浓度阈值、天然气随动掺氢技术、掺氢天然气管道安全管理及完整性评价等方向^{[9, 12, 69]}。此外，该期刊为助力“双碳”目标，交流最新研究成果，特设了“氢进万家”专栏。《天然气与石油》发文11篇，排在第3位，其复合影响因子为1.525，主要发表掺氢对天然气管道工程设计、工艺安全及管道选材等方面的影响分析文章，侧重于掺氢管道的设计与安全运行。《天然气工业》发文9篇，排在第4位，其复合影响因子为5.915，主要发表掺氢天然气管道/管网动态模拟、纯氢/掺氢天然气管道流动过程相关参数（黏度、摩阻系数、节流系数等）分析、掺氢天然气管道放空自燃过程模拟等方面文章。《石油与天然气化工》发文6篇，排在第5位，其复合影响因子为1.583，发表文章主要侧重于掺氢天然气管道关键设备（流量计、压缩机等）适应性分析、泄漏扩散过程模拟等方面。《油气与新能源》发文5篇，排在第6位，其复合影响因子为2.602，收录文献主要侧重于掺氢天然气泄漏扩散特性、天然气与氢能全产业链的发展现状等方面。《现代化工》发文4篇，排在第7位，其复合影响因子为1.368，发表文章主要集中于天然气管道掺氢可行性分析、掺氢环境下管线钢的适应性及氢能储运产业发展等方向。除此之外，《低碳化学与化工》《化工进展》《工业安全与环保》等期刊均刊发了以氢气管道输送为主题的相关文献，为中国氢气管道输送研究发展提供了重要参考。

图7 2005—2023年中国氢气管道输送研究期刊发文量图Fig. 7 Number of papers published in journals on hydrogen pipeline transportation research in China (2005–2023)

此外，结合所检索的国外期刊进行行业分析可知，目前对于氢气管道输送的研究主要集中于石油天然气工业，在新能源、无机化工及动力工程行业占比相对较少，其原因为氢能的储运环节直接影响安全性及经济性，也是影响氢能产业发展的瓶颈所在。因此，现阶段相关学者的重点研究内容为：在管材相容性、管道连接工艺、管输工艺、事故特征规律、系统完整性管理等方面实现基础理论突破与完善，以期更好地利用石油天然气行业在役的天然气管道构建氢能安全存储与快速输配体系。此外，由于绿氢成本较高，目前中国氢能以灰氢为主，绿氢在全国氢产量中仅占1％^[70]。如何控制绿氢成本，推动产业链降本增效将是中国氢能产业发展的重要环节。随着绿氢技术的发展，氢能产业与电力产业将进一步融合，因此今后新能源、航空及医疗^[71]等行业的发文量也会随之上升。

对国外氢气管道输送领域的发文期刊前 5名进行统计（表3）。可见，目前排名第 1位的期刊是International Journal of Hydrogen Energy，发文量远超于其他期刊，集中于掺氢对在役天然气输配管网动态运行特性的影响分析、掺氢管道管材相容性分析、掺氢管道流动参数（黏度、摩阻系数、节流系数等）分析、掺氢天然气管道关键设备（包括流量计、压缩机等）适应性分析、掺氢管道泄漏扩散特性与泄漏后果分析、氢气输送管道风险评估。排名第2、3位的期刊分别为Energy、Applied Energy，作为能源类综合性期刊，其研究方向集中在氢气注入对在役天然气管道流动特性（管道输送能力、压降、最大流速等）的影响，不同氢气混合模式对气-电综合能源系统中天然气网络压力、流量、网络损耗的影响，掺氢管网与纯氢管网的技术经济性分析，氢气输送管网的运行管理等。此外，Applied Energy、 Journal of Cleaner Production、Renewable &Sustainable Energy Reviews等期刊还对氢气输送管道泄漏扩散特性、掺氢天然气管道的环境影响与碳排放量等进行了分析。上述期刊均属于氢气管道输送领域的高质量期刊，间接反映出氢气管道输送领域的研究成果已得到了行业的广泛认可。

表3 2005—2023年国外氢气管道输送研究发文量前5名的期刊统计表Table 3 Top 5 foreign journals with the highest number of papers published on hydrogen pipeline transportation research (2005–2023)

分析文献的区域分布情况，可以明晰研究氢气管道输送的主要国家或地区以及区域之间的合作关系。对2005—2023年氢气管道输送领域发文量前10名的国家或地区发文趋势进行统计（图8）可知，美国累计发文量最多，其次是中国、德国、日本。美国拥有的氢气管道长度近2 700 km，氢气管道输送领域研究较为具体深入^[10]。中国2021年后发文量逐年上升，2023年发文量为27篇，说明近年来中国在氢气管道输送方面的研究处于快速发展阶段。德国、日本等国家发文量趋势平缓，其中德国发文量最多的年份为2023年的15篇。近年来，各国的发文量均快速增长，其原因是各国的氢气管道输送项目均快速推进，如2019年美国能源部推出H2@Scale计划、2019年中国在辽宁省朝阳市开展掺氢管道输送示范项目、2020年德国发布《国家氢能战略》、2022年European hydrogen backbone提出建设连接欧洲28个国家的纯氢管网计划^[53]。随着上述项目的开展，部分国家已初步形成区域性掺氢输送管网，极大促进了氢气管道输送领域的发展。

图8 2005—2023年氢气管道输送领域发文量前10名的国家或地区发文趋势图Fig. 8 Top 10 countries/regions with the highest number of papers published on hydrogen pipeline transportation research (2005–2023)

图9 2005—2023年氢气管道输送研究国家及地区共现图谱Fig. 9 Country/region co-occurrence map for hydrogen pipeline transportation research (2005–2023)

在国际合作方面，为探究该领域国家地区分布模式，使用VOSviewer绘制了2005—2023年氢气管道输送研究国家及地区共现图谱（图9）。可见，美国与欧洲部分国家（德国、英国、法国等）不仅发文量较多，且合作密切，如2022年12月西班牙、法国、葡萄牙3国联合推出了H2Med项目计划^[10]。部分国家的发文量虽然不多，但是合作较为密切，主要原因是其研究主题、研究重点较为相似，容易达成合作意向。如2023年德国与挪威两国决定共同推进建设一条耗资30×10⁸欧元的氢气输送管道^[72]。此外，各国的合作情况也说明目前氢气管道输送技术的研究是全球范围内关注的热点。为了应对全球气候变化问题，需要各国通力合作，共同推进可持续能源系统的构建^[73−74]。