對(duì)我國(guó)CNG加氣站相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的建議

摘 要

摘要：分析了CNG加氣站相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)建議，以供今后修訂這些規(guī)范時(shí)參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實(shí)際情況相符合。關(guān)鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設(shè)計(jì)規(guī)范；
摘要：分析了CNG加氣站相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)建議，以供今后修訂這些規(guī)范時(shí)參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實(shí)際情況相符合。
關(guān)鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設(shè)計(jì)規(guī)范；水露點(diǎn)；水含量；H2S含量；脫硫
Suggestions on Relevant Design Codes for CNG Filling Stations in China
WANG Hong-xia，HE Ming，YANG Li，LI Na，WANG Yu-dong
Abstract：The problems existing in the relevant design codes for CNG filling stations in China are analyzed，and the corresponding suggestions are proposed to provide reference for future modification of these codes，to make the concrete items operable and to be compliance with the actual situation.
Key words：compressed natural gas；gas filling station；design code；water dew point；water content：H2S content；desulfurization
    隨著我國(guó)西氣東輸、陜京線等大型輸氣管道的建成投產(chǎn)，城鎮(zhèn)CNG加氣站以其良好的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益得以迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年—2007年，燃?xì)馄噺?7.58×104輛增加到31.58×104輛，加氣站由293座增加到537座[1]。與此相應(yīng)，CNG加氣站的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范也日趨完善。但是我們?cè)诩託庹镜脑O(shè)計(jì)過(guò)程中，感到相關(guān)規(guī)范中仍有一些值得商榷之處。
1 加氣站規(guī)模
    目前，CNG加氣站常用規(guī)范有GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收規(guī)范》和GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》。這些設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)各種加氣站的設(shè)計(jì)規(guī)模按何要求進(jìn)行分級(jí)并不統(tǒng)一或不明確，從而導(dǎo)致有關(guān)設(shè)計(jì)人員無(wú)所適從。
    例如：在GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收規(guī)范》中只是對(duì)城鎮(zhèn)建成區(qū)建設(shè)的CNG加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施總?cè)莘e作出了規(guī)定。在GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的壓縮天然氣加氣站條款中對(duì)加氣站的規(guī)模劃分也沒有作出明確規(guī)定。
    目前，在CNG加氣站的建設(shè)中，加氣母站設(shè)計(jì)大多執(zhí)行GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。但是，由于國(guó)內(nèi)的加氣母站加氣規(guī)模越來(lái)越大，故其規(guī)模如何劃分一直是有關(guān)設(shè)計(jì)人員非常關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。而標(biāo)準(zhǔn)站和加氣子站設(shè)計(jì)則執(zhí)行GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，安裝方面沒有詳細(xì)的規(guī)定。因此，建議今后在修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將其相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)一，并對(duì)包括母站在內(nèi)的天然氣加氣站規(guī)模劃分以及其他方面給出明確規(guī)定。
    GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定：CNG加氣子站儲(chǔ)氣設(shè)施總?cè)莘e應(yīng)小于等于18m3。在其條文解釋中說(shuō)明，加氣子站儲(chǔ)氣設(shè)施包括車載儲(chǔ)氣瓶和站內(nèi)儲(chǔ)氣瓶(儲(chǔ)氣井)。但是，這只能對(duì)采用液壓槽車的加氣子站適用，而對(duì)于一般氣瓶車不適用。這是因?yàn)橐话銡馄寇嚨膬?chǔ)氣容積通常已為18m3，此時(shí)站內(nèi)就不能再設(shè)置儲(chǔ)氣設(shè)施，這樣就無(wú)法保證加氣子站高、中、低壓儲(chǔ)氣容積的合理比例，勢(shì)必會(huì)影響加氣速度，無(wú)法保證加氣子站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
    建議今后在修訂這些規(guī)范時(shí)應(yīng)統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級(jí)依據(jù)，并取消那些與實(shí)際情況不符的條款。
2 壓縮天然氣氣質(zhì)監(jiān)控
    用作汽車燃料的壓縮天然氣因其儲(chǔ)存壓力高達(dá)20～25MPa，組成中又含有微量水分和硫化氫，故其氣質(zhì)既是質(zhì)量指標(biāo)，也是安全指標(biāo)，必須嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)定方法進(jìn)行監(jiān)控。但是，目前國(guó)內(nèi)加氣站的實(shí)際情況并非完全如此。
2.1 水露點(diǎn)
    天然氣水露點(diǎn)(或水含量)的主要測(cè)定方法見表1[2]。
表1 天然氣中水露點(diǎn)(或水含量)的主要測(cè)定方法
分類
具體方法
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
測(cè)定水含量的絕對(duì)法
稱量法
ISO/DIS 11541:1997
卡爾費(fèi)休法
GB/T 18619.1—2002，ISO 10101—1:1993
電解法
SY/T 7507—1997
紅外法
—
測(cè)定水含量的相對(duì)法
色譜法
—
濕度計(jì)法：電容法、壓電法、電導(dǎo)法、光學(xué)法
—
測(cè)定水露點(diǎn)的絕對(duì)法
冷卻鏡面法
GB/T 17283—1998，ISO 6327:1981
   其中，冷卻鏡面凝析濕度計(jì)法(簡(jiǎn)稱冷卻鏡面法)、卡爾費(fèi)休法、電解法等我國(guó)已有國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬于非在線分析法。此外，在線分析儀器也已在我國(guó)應(yīng)用，一般為電容式、電導(dǎo)式：光學(xué)式等分析方法，即將探頭直接安裝在管道上，連續(xù)測(cè)定天然氣的水含量。但是，天然氣中水含量在線儀器分析方法目前在國(guó)內(nèi)外均無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依。
與其他方法相比，冷卻鏡面法的特點(diǎn)是：①我國(guó)制定的標(biāo)準(zhǔn)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 6327)，此標(biāo)準(zhǔn)精度較高，測(cè)量范圍寬，檢測(cè)下限低。②該法為表1中唯一在取樣工況下直接測(cè)定天然氣水露點(diǎn)的方法，故既不需要在線儀器將其探頭產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為天然氣的相應(yīng)水含量，也不需要將低壓下測(cè)定的水含量換算為相應(yīng)的水露點(diǎn)，因而不確定度小。③在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)，采用自動(dòng)測(cè)定儀時(shí)水露點(diǎn)的準(zhǔn)確度在±1℃；采用手動(dòng)裝置測(cè)定時(shí)，大多數(shù)情況下可獲得±2℃的準(zhǔn)確度。④儀器購(gòu)置費(fèi)、檢測(cè)材料費(fèi)較貴，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，需要采取措施防止氣樣中干擾雜質(zhì)(如固體顆粒、油污、甲醇等)引起測(cè)定誤差。   
由此可知，雖然冷卻鏡面法檢測(cè)成本較高，操作也較復(fù)雜，但是它具有其他分析方法無(wú)法比擬的上述特點(diǎn)，因而GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》在規(guī)定水露點(diǎn)指標(biāo)的同時(shí)，在第4.7條明確指出水露點(diǎn)測(cè)定應(yīng)按GB/T 17283—1998《天然氣水露點(diǎn)的測(cè)定冷卻鏡面凝析濕度計(jì)法》執(zhí)行，而且“正常生產(chǎn)時(shí)，必須定期對(duì)產(chǎn)品水露點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保壓縮天然氣中不存在液態(tài)水”[3]。
    但是由于種種原因，國(guó)內(nèi)很多加氣站并未執(zhí)行這些嚴(yán)格而明確的規(guī)定。有的采用在線儀器或采用電解法(SY/T 7546—1996《汽車用壓縮天然氣》中規(guī)定的測(cè)定方法)進(jìn)行檢測(cè)，有的則無(wú)檢測(cè)設(shè)施。
    在線儀器雖然可以自動(dòng)、連續(xù)測(cè)定天然氣的水含量，但無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依。電解法因其在低壓下測(cè)定，氣樣中的水分可能在減壓時(shí)被吸附或凝析，致使測(cè)定的水含量偏低。而且，二者均需將測(cè)定到的水含量換算為相應(yīng)的水露點(diǎn)，這就增加了測(cè)定結(jié)果的不確定度。因此，隨著GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》取代SY/T 7546—1996《汽車用壓縮天然氣》后，后者規(guī)定采用的SY/T 7507《電解法測(cè)定天然氣中水含量》分析方法也就不再引用。
    雖然在線儀器和電解法檢測(cè)成本低，操作比較簡(jiǎn)便，但是由于其測(cè)定的水含量準(zhǔn)確度無(wú)法監(jiān)控，再加上一些加氣站的脫水裝置操作時(shí)有失誤，因而導(dǎo)致壓縮天然氣的水露點(diǎn)大大超過(guò)GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》的規(guī)定，致使車載氣瓶?jī)?nèi)常有液態(tài)水出現(xiàn)。
    近幾年，國(guó)內(nèi)一些城市如長(zhǎng)春、成都等開始關(guān)注加氣站的水露點(diǎn)(或水含量)檢測(cè)問(wèn)題，規(guī)定CNG加氣站每天對(duì)外公布其水露點(diǎn)(或水含量)，并定期對(duì)加氣站的水露點(diǎn)(或水含量)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改，保證CNG加氣站的安全運(yùn)行。為此，建議今后修訂加氣站設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)也邀請(qǐng)制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，共同擬定一個(gè)既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的方案。例如，規(guī)定各個(gè)加氣站必須在站內(nèi)對(duì)其壓縮天然氣產(chǎn)品的水露點(diǎn)(或水含量)進(jìn)行檢測(cè)，分析方法可以自選，但前提是未選用冷卻鏡面法的加氣站必須定期請(qǐng)當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門在現(xiàn)場(chǎng)采用冷卻鏡面法進(jìn)行檢測(cè)。
2.2 硫化氫
    美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)(NACE)認(rèn)為，天然氣中可導(dǎo)致壓力容器出現(xiàn)氫脆的H2S濃度與氣體壓力有關(guān)，氣體儲(chǔ)存壓力越大，不發(fā)生氫脆的H2S最高容許體積分?jǐn)?shù)就越低[4]。
    目前，我國(guó)天然氣輸送管道中的商品天然氣均按GB 17820—1999《天然氣》中規(guī)定的二類氣質(zhì)技術(shù)指標(biāo)生產(chǎn)，其H2S質(zhì)量濃度不大于20mg/m3。
    但是，對(duì)于車用壓縮天然氣來(lái)說(shuō)，在車載氣瓶的最高工作壓力為20MPa的條件下，不發(fā)生氫脆的硫化氫最高容許體積分?jǐn)?shù)約為15×10-6，而在儲(chǔ)氣井的最高工作壓力為25MPa的條件下，不發(fā)生氫脆的硫化氫最高容許體積分?jǐn)?shù)為12×10-6[5]。因此，GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》規(guī)定該氣體的硫化氫質(zhì)量濃度不大于15mg/m3，其相應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)約10×10-6。如果嚴(yán)格執(zhí)行該規(guī)定，那么加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施的氫脆可以避免。
    據(jù)了解，目前我國(guó)正在運(yùn)行的陜京線、陜京二線及西氣東輸管道的商品天然氣中H2S含量大都達(dá)到GB 17820—1999《天然氣》中一類氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(即H2S質(zhì)量濃度不大于6mg/m3，相應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)約4×10-6)。正在施工的西氣東輸二線、川氣東送和正在規(guī)劃的陜京三線、西氣東輸三線也都要求其輸送的商品天然氣符合GB 17820—1999《天然氣》中一類氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但是，這并不表示所有進(jìn)入城鎮(zhèn)管網(wǎng)的商品天然氣都已達(dá)到這一指標(biāo)。
    設(shè)計(jì)中，應(yīng)確切了解來(lái)氣中的H2S含量及其變化規(guī)律，并據(jù)此確定在加氣站內(nèi)是否需要脫硫。否則，壓縮天然氣中的H2S含量就可能超標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有相當(dāng)一部分加氣站的壓縮天然氣中硫化氫體積分?jǐn)?shù)超過(guò)了15×10-6，具有很大的危險(xiǎn)性。
    因此，建議今后修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)在有關(guān)條款中強(qiáng)調(diào)應(yīng)根據(jù)原料氣中H2S含量來(lái)確定加氣站是否需要設(shè)置脫硫設(shè)施。
    此外，對(duì)于原料天然氣需要脫硫的加氣站，GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》還規(guī)定了“天然氣中硫化氫的含量的測(cè)定應(yīng)按GB 11060.1—1998《天然氣中硫化氫含量測(cè)定碘量法》執(zhí)行”。但是，如同上述水露點(diǎn)檢測(cè)情況那樣，也有不少加氣站沒有選用碘量法，個(gè)別加氣站甚至沒有檢測(cè)設(shè)施，因而也給加氣站的生產(chǎn)和安全帶來(lái)莫大的隱患。為此，建議今后修訂加氣站設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)也邀請(qǐng)制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，對(duì)此問(wèn)題共同擬定一個(gè)既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的方案。
3 結(jié)論
    ① 建議今后在修訂加氣站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級(jí)依據(jù)，并使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實(shí)際情況相符合。
    ② 建議今后修訂加氣站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)在相關(guān)條款中強(qiáng)調(diào)應(yīng)根據(jù)原料氣中H2S含量來(lái)確定加氣站是否需要設(shè)置脫硫設(shè)施。
    ③ 建議今后修訂加氣站設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)邀請(qǐng)制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，共同擬定一個(gè)既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的壓縮天然氣產(chǎn)品水露點(diǎn)(或水含量)和硫化氫含量的檢測(cè)方案。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：王紅霞1 何明2 楊莉1 李娜1 王遇冬1 1.西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司 陜西西安 710018；2.中國(guó)石油西南油氣田公司 四川成都 610081)