對我國CNG加氣站相關(guān)設(shè)計規(guī)范的建議

摘 要

摘要：分析了CNG加氣站相關(guān)設(shè)計規(guī)范中存在的問題，提出了相應(yīng)建議，以供今后修訂這些規(guī)范時參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。關(guān)鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設(shè)計規(guī)范；
摘要：分析了CNG加氣站相關(guān)設(shè)計規(guī)范中存在的問題，提出了相應(yīng)建議，以供今后修訂這些規(guī)范時參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。
關(guān)鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設(shè)計規(guī)范；水露點；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、社會和經(jīng)濟效益得以迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年—2007年，燃氣汽車從17.58×104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)計規(guī)范也日趨完善。但是我們在加氣站的設(shè)計過程中，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)計與施工驗收規(guī)范》和GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》。這些設(shè)計規(guī)范對各種加氣站的設(shè)計規(guī)模按何要求進行分級并不統(tǒng)一或不明確，從而導(dǎo)致有關(guān)設(shè)計人員無所適從。
    例如：在GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計與施工驗收規(guī)范》中只是對城鎮(zhèn)建成區(qū)建設(shè)的CNG加氣站儲氣設(shè)施總?cè)莘e作出了規(guī)定。在GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》的壓縮天然氣加氣站條款中對加氣站的規(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)計大多執(zhí)行GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。但是，由于國內(nèi)的加氣母站加氣規(guī)模越來越大，故其規(guī)模如何劃分一直是有關(guān)設(shè)計人員非常關(guān)注的一個問題。而標(biāo)準(zhǔn)站和加氣子站設(shè)計則執(zhí)行GB 50156—2002《汽車加油加氣站設(shè)計與施工驗收規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，安裝方面沒有詳細的規(guī)定。因此，建議今后在修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時，將其相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)一，并對包括母站在內(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)計與施工驗收規(guī)范》中規(guī)定：CNG加氣子站儲氣設(shè)施總?cè)莘e應(yīng)小于等于18m3。在其條文解釋中說明，加氣子站儲氣設(shè)施包括車載儲氣瓶和站內(nèi)儲氣瓶(儲氣井)。但是，這只能對采用液壓槽車的加氣子站適用，而對于一般氣瓶車不適用。這是因為一般氣瓶車的儲氣容積通常已為18m3，此時站內(nèi)就不能再設(shè)置儲氣設(shè)施，這樣就無法保證加氣子站高、中、低壓儲氣容積的合理比例，勢必會影響加氣速度，無法保證加氣子站經(jīng)濟運行。
    建議今后在修訂這些規(guī)范時應(yīng)統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級依據(jù)，并取消那些與實際情況不符的條款。
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存壓力高達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)和測定方法進行監(jiān)控。但是，目前國內(nèi)加氣站的實際情況并非完全如此。
2.1 水露點
    天然氣水露點(或水含量)的主要測定方法見表1[2]。
表1 天然氣中水露點(或水含量)的主要測定方法
分類
具體方法
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
測定水含量的絕對法
稱量法
ISO/DIS 11541:1997
卡爾費休法
GB/T 18619.1—2002，ISO 10101—1:1993
電解法
SY/T 7507—1997
紅外法
—
測定水含量的相對法
色譜法
—
濕度計法：電容法、壓電法、電導(dǎo)法、光學(xué)法
—
測定水露點的絕對法
冷卻鏡面法
GB/T 17283—1998，ISO 6327:1981
   其中，冷卻鏡面凝析濕度計法(簡稱冷卻鏡面法)、卡爾費休法、電解法等我國已有國家或行業(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內(nèi)外均無標(biāo)準(zhǔn)可依。
與其他方法相比，冷卻鏡面法的特點是：①我國制定的標(biāo)準(zhǔn)等效采用國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 6327)，此標(biāo)準(zhǔn)精度較高，測量范圍寬，檢測下限低。②該法為表1中唯一在取樣工況下直接測定天然氣水露點的方法，故既不需要在線儀器將其探頭產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為天然氣的相應(yīng)水含量，也不需要將低壓下測定的水含量換算為相應(yīng)的水露點，因而不確定度小。③在規(guī)定的測量范圍內(nèi)，采用自動測定儀時水露點的準(zhǔn)確度在±1℃；采用手動裝置測定時，大多數(shù)情況下可獲得±2℃的準(zhǔn)確度。④儀器購置費、檢測材料費較貴，測定時間較長，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)引起測定誤差。   
由此可知，雖然冷卻鏡面法檢測成本較高，操作也較復(fù)雜，但是它具有其他分析方法無法比擬的上述特點，因而GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》在規(guī)定水露點指標(biāo)的同時，在第4.7條明確指出水露點測定應(yīng)按GB/T 17283—1998《天然氣水露點的測定冷卻鏡面凝析濕度計法》執(zhí)行，而且“正常生產(chǎn)時，必須定期對產(chǎn)品水露點進行檢驗，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)定的測定方法)進行檢測，有的則無檢測設(shè)施。
    在線儀器雖然可以自動、連續(xù)測定天然氣的水含量，但無標(biāo)準(zhǔn)可依。電解法因其在低壓下測定，氣樣中的水分可能在減壓時被吸附或凝析，致使測定的水含量偏低。而且，二者均需將測定到的水含量換算為相應(yīng)的水露點，這就增加了測定結(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成本低，操作比較簡便，但是由于其測定的水含量準(zhǔn)確度無法監(jiān)控，再加上一些加氣站的脫水裝置操作時有失誤，因而導(dǎo)致壓縮天然氣的水露點大大超過GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》的規(guī)定，致使車載氣瓶內(nèi)常有液態(tài)水出現(xiàn)。
    近幾年，國內(nèi)一些城市如長春、成都等開始關(guān)注加氣站的水露點(或水含量)檢測問題，規(guī)定CNG加氣站每天對外公布其水露點(或水含量)，并定期對加氣站的水露點(或水含量)進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，保證CNG加氣站的安全運行。為此，建議今后修訂加氣站設(shè)計規(guī)范時也邀請制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場實際的方案。例如，規(guī)定各個加氣站必須在站內(nèi)對其壓縮天然氣產(chǎn)品的水露點(或水含量)進行檢測，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當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門在現(xiàn)場采用冷卻鏡面法進行檢測。
2.2 硫化氫
    美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)認為，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)，氣體儲存壓力越大，不發(fā)生氫脆的H2S最高容許體積分數(shù)就越低[4]。
    目前，我國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，對于車用壓縮天然氣來說，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數(shù)約為15×10-6，而在儲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數(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)的體積分數(shù)約10×10-6。如果嚴(yán)格執(zhí)行該規(guī)定，那么加氣站儲氣設(shè)施的氫脆可以避免。
    據(jù)了解，目前我國正在運行的陜京線、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)的體積分數(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，這并不表示所有進入城鎮(zhèn)管網(wǎng)的商品天然氣都已達到這一指標(biāo)。
    設(shè)計中，應(yīng)確切了解來氣中的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，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數(shù)超過了15×10-6，具有很大的危險性。
    因此，建議今后修訂這些標(biāo)準(zhǔn)時在有關(guān)條款中強調(diào)應(yīng)根據(jù)原料氣中H2S含量來確定加氣站是否需要設(shè)置脫硫設(shè)施。
    此外，對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定應(yīng)按GB 11060.1—1998《天然氣中硫化氫含量測定碘量法》執(zhí)行”。但是，如同上述水露點檢測情況那樣，也有不少加氣站沒有選用碘量法，個別加氣站甚至沒有檢測設(shè)施，因而也給加氣站的生產(chǎn)和安全帶來莫大的隱患。為此，建議今后修訂加氣站設(shè)計規(guī)范時也邀請制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，對此問題共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場實際的方案。
3 結(jié)論
    ① 建議今后在修訂加氣站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級依據(jù)，并使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。
    ② 建議今后修訂加氣站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時在相關(guān)條款中強調(diào)應(yīng)根據(jù)原料氣中H2S含量來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)計規(guī)范時邀請制定《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的人員參加，共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現(xiàn)場實際的壓縮天然氣產(chǎn)品水露點(或水含量)和硫化氫含量的檢測方案。
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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.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司 陜西西安 710018；2.中國石油西南油氣田公司 四川成都 610081)